基于FPGA的HEVC熵编码语法元素硬件加速设计

高效视频编码标准(HEVC/H.265)是目前国际市场上广泛采用的视频编码标准。基于上下文自适应二进制算术编码(CABAC)作为HEVC熵编码的核心编码方式,通过建立更加精准的概率模型,提高了算术编码的压缩效率。此外,HEVC定义了更多种类的语法元素并建立更复杂的编码结构,进一步减少信息冗余,从而降低了码率。然而,语法元素作为CABAC的输入,其预处理过程的高复杂性,增加了硬件并行难度,导致熵编码硬件的吞吐率难以提高,成为HEVC编码器实现更高分辨率实时编码的瓶颈之一。为了进一步加快熵编码模块的速度,本文设计了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的高吞吐量CABAC熵编码架构。该架构提出的预头信息编码、上下文模型初始化和编码单元(CU)结构优化策略,可以加快语法元素的产生,以供自适应二进制算术编码器使用;通过高效的残差编码架构和部分上下文索引流水计算方案,在保持高吞吐量的同时,可以减少由复杂计算带来的路径延迟,提高工作频率。本设计使用90 nm标准单元库进行综合,共使用了2.099×10^(4)个逻辑门数,工作频率可以达到200 MHz。本文对HEVC官方提供的视频序列进行仿真测试,统计了在不同量化参数(QP)下编码1个编码树单元(CTU)所需要的时间,实验统计数据表明,本文设计使得编码1个CTU的时间平均节省了38.2%。

基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加密算法

在公共网络上广泛传播的视频不可避免地包含有隐私信息。为此很多针对视频的加密方案相继提出。文章针对HEVC视频感兴趣区域(ROI)提出一种自同步混沌流密码加密算法,以人脸所在区域作为感兴趣区域为例,实现对HEVC视频隐私区域的保护。首先,根据动力系统反控制原理,构建出无简并三维离散超混沌系统。在此基础上,提出一种自同步混沌流密码系统。然后,对HEVC视频ROI实现加密,具体如下。对于HEVC视频序列中的I帧,检测人脸所在区域并作为ROI;对于P帧,则利用视频流中压缩域信息追踪ROI。并将ROI信息转化为Tiles索引。利用自同步混沌流密码系统生成的伪随机序列对Tiles索引以及Tile内的语法元素MVD符号位、MVD值和QTC符号位进行加密。解码端的解密算法也同时详细给出。同时,借助补充增强信息(SEI)实现编解码端对ROI信息的同步。实验结果验证了所提方案的有效性。最后,对所提方法的性能和安全性进行了分析,并对所提方法的嵌入对编码器所带来的影响进行了讨论。

基于Blowfish的HEVC高效选择性加密方案

为防止实时视频信息被非法获取,提出了一种基于H.265/HEVC视频编码标准的HEVC视频图像选择性加密方案。选择熵编码过程中对运动加密影响较大的MVD符号位,RFI,MVP索引和对纹理加密影响较大的变换系数符号位量化参数后缀,以及变换系数后缀等语法元素,在此基础上,运用Blowfish加密算法对视频图像进行选择性加密。实验结果表明:该方案在对视频视觉信息产生极大扰乱的同时,能保证视频格式的兼容性、加密视频的安全性和视频编码的高效性。

一种新型H.264 CABAC编码器硬件结构设计

提出一种基于H.264的上下文自适应二进制算术编码器硬件设计方法。本设计中包含一个由二进制化以及上下文模型组成的14组并行上下文对产生器,一个抓取邻近区块数据的三级流水线结构以及一个内含前馈处理且融合三种模式的四级流水线结构的算术编码器。该算术编码器可以一个时钟处理一个位元;整个设计平均每个时钟处理0.77个位元。

《PASCAL语言程序设计》学习指导

一、课程内容提要学习《PASCAL 语言程序设计》,必须掌握 PASCAL 语言的基本语法元素,即PASCAL 符号;

基于Logistic和Arnold变换的HEVC选择性加密方案

为了有效地保护视频信息,根据H.265/高效视频编码(HEVC)的特点,提出一种变换系数置乱和语法元素加密相结合的方案。针对变换单元(TU),利用Arnold变换对4×4大小的TU进行置乱,同时设计了一种移位加密器,根据TU的直流电(DC)系数近似分布规律对加密器进行初始化,并用Arnold变换生成加密映射对8×8、16×16、32×32大小TU的DC系数进行移位加密。针对熵编码过程中部分采用旁路编码的语法元素,利用Logistic混沌序列进行加密。加密后的视频峰值信噪比(PSNR)和结构相似性(SSIM)分别平均下降了26.1dB和0.51,压缩率仅降低了1.126%,也仅带来0.170%的编码时间增长。实验结果表明,在保证较好的加密效果、对比特率影响较小的前提下,所提方案具有较小的额外编码开销,适用于实时视频应用。

一种高性能CABAC解码器结构

针对高清晰数字电视应用,提出了一种针对H.264标准的CABAC硬件解码器结构。通过高效的SRAM组织,在提高解码器访问SRAM的效率的同时减小了SRAM的面积。高效的解码器架构设计,使得每一个时钟周期可解码1bit的语法元素,与软件和现有解码器相比提高了解码速度。可以通过全硬件的方式解码基于主规范(main profile)的H.264码流,满足高清晰数字电视的要求。

可扩展的字符命令实现机制研究

一般数控系统仅提供了G代码编程,缺少灵活性,扩展方式单一。为了丰富数控系统的编程机制,提高系统的可扩展性,采用自定义的语法元素分析序列方式,提出了一种易于扩展的用于蓝天数控系统的字符命令编程机制,该机制使得添加字符命令的解释工作可以在无需修改词法和语法分析源代码的情况下,通过配置文件实现。设计实现了配置文件,配置文件解析器以及命令解析器三个模块,并对这三个模块功能是实现做了详细的介绍。