AVC/H．264整数离散余弦变换及反变换的结构设计

根据AVC/H.264标准中提出的整数离散余弦变换(DCT)及其反变换(iDCT)算法,旨在给出一种能够同时实现4×4,8×8 DCT/IdCT和Hadamard变换的设计方法。设计中充分利用DCT和iDCT的相似性和算法对称性,用高度并行结构来加快处理速度。采用一维DCT/iDCT单元复用的方式实现二维DCT/iDCT运算,同时提出实现设计的全定制实现方法,对全定制实现此设计进行初步布局规划。

基于4×4离散余弦变换的H.264量化算法

介绍了新一代视频压缩H.264标准。该算法选择了自适应块大小变换,对误差采用基于4×4块的变换编码。

H.264中整数余弦变换和周期量化的原理与分析

H.264是联合视频组正在研究制定的新一代视频压缩编码标准。H.264在它的前身H.26L的基础上进行了改进,提出了一种新的整数余弦变换方法,在降低编解码器复杂性的同时提高了编码效率。针对新整数余弦变换的特点,并考虑到H.26L中量化表的类周期性质,H.264又提出了一种新的周期量化方法。分析了H.264中这种新的整数余弦变换和周期量化的推导过程,挖掘了其扩展的可能性,最后通过在复杂度、精度和性能三个方面与H.26L中的对应算法进行比较后指出这种新算法使得H.264与H.26L相比更加简单而有效。

H.264变换编码和量化算法的研究

H.264是ITU和ISO联合制定的新一代视频编码标准,在多方面做出了改进。H.264标准中采用了4×4块的整数变换编码算法,有效地降低了编解码的运算量,且不存在反变换的匹配误差,精度更高。该文详细分析了整数变换编码的构造原理和H.264标准中先后采用的两种整数变换编码算法,阐述了与变换编码相关的量化过程。实验结果证明新的整数变换编码算法能够有效地提高编解码系统的整体性能。

一种适用于H.264/AVC的新型整数变换与量化算法

H.264/AVC中4×4整数变换和分级量化技术对编码性能的大幅度提升起到很重要的作用,但另一方面整数变换和分级量化在编解码器中占有24%的计算复杂度。本文根据4×4残差数据块、4×4亮度DC系数块和2×2色度DC系数块整数变换的特点,提出了一种基于全零模块预判的变换与量化选择算法,通过对各种全零模块进行准确的预测从而省略对应块的变换与量化过程,达到减小计算量、简化编解码器复杂度的目的。实验结果表明,与全模式算法相比,在造成视频质量少量下降的情况下运算量减少了大约21.29%。

H.264中变换和量化的SIMD优化

H.264是一个新的基于运动补偿+变换+量化+熵编码框架的视频编码国际标准。H.264中采用了大量的新技术,这些技术在提高编码效率的同时,也极大地增加了算法的复杂度。为此H.264在保证性能的前提下也做了一些优化,如变换和量化可以在16比特精度下完成,并且除了量化中需要少许乘法外,其余可以只用加法和移位实现。这些特点使得H.264中的变换和量化可以很好地使用支持单指令多数据(SIMD)的MMX技术进行进一步优化。该文首先介绍了H.264中变换和量化的实现过程和特点,接下来重点讨论了利用MMX指令对变换和量化中的关键部分进行优化的方法,最后给出了计算机仿真的结果,并对结果进行了分析。仿真结果表明:该文提出的方法可以使H.264的变换和量化模块的运算速度提高到原来的3.5～5.2倍,优化效果十分显著。

H.264的变换编码和量化过程分析

对H.264协议的变换编码和量化进行了理论分析,给出了具体实现过程,论证了这种变换和量化方式的特点、有效性及应用前景。

H.264变换和量化的优化设计与硬件实现

为了提高H.264/AVC变换和量化部分硬件实现的速度,通过分析整数离散余弦变换(DCT)和量化模块的速度优化设计,提出一种算法的并行流水线处理结构。这种结构可同时处理16个不同数据类型的像素点(亮度或色度),降低了计算复杂度,避免了解码端的失配问题。实验结果表明,优化后的算法吞吐量达到3 564Mpixel/s,PSNR只降低了约0.02dB,满足实时性的要求,获得了比以往标准更好的编码性能。

H.264标准中的变换和量化研究

新一代视频压缩H.264标准,不同于以往的离散余弦变换(DCT),它是基于4×4离散余弦变换和量化,其算法能通过整型变换整数精确地进行计算,避免了“逆变换误差”。执行变换系数量化过程不需要进行除法运算,只进行加法和移位运算,从而极大的降低了计算的复杂程度。

H.266/VVC二维变换的统一硬件结构

为了降低H.266/VVC中二维变换部分的硬件实现面积和功耗,提出统一的硬件结构,支持全尺寸的离散余弦变换(DCT-Ⅱ,DCT-Ⅷ)和离散正弦变换(DST-Ⅶ).所提结构包括2个并行的一维变换模块和1个转置存储器,其中一维变换模块基于多常量乘法(MCM)设计,针对所有的变换类型和尺寸设计可复用的MCM计算单元.为了能够支持混合块的流水输入,设计支持流水线处理的转置存储器.该转置存储器基于静态随机存储器(SRAM)实现,使用对角线存储方案并配合读写指针进行操作,利用先入先出队列(FIFO)进行块信息缓存.实验结果表明,统一的计算单元可以减小变换结构1.3%的面积和49.5%的功耗,转置存储器能够结合VVC高频置零的特性减少SRAM一半的存储空间.

快速二维离散余弦变换的VLSI设计

针对多标准图像视频编码器中二维离散余弦变换的复用问题,设计了适用于MPEG-4,H.263,JPEG,H.264 High Profile编码器芯片的快速8×8 2-D DCT IP核,并完成了RTL设计、仿真和FPGA原型验证。通过引入H.264 High Profile 8×8整数变换矩阵和增加缩放模块,完成了多个标准中2-D DCT的复用。经Xvid MPEG-4编解码器验证,满足精度要求。设计采用流水线技术,并优化了速度和频率,在90 nm CMOS工艺下频率达到840 MHz。研究结果表明,该技术能很好地应用于多标准编码器中。

适用于分布式视频编码框架的整数离散余弦变换算法

鉴于H.264的整数离散余弦变换(DCT)算法及其量化方法复杂度高,难以直接应用于分布式视频编码(DVC)框架的现状,提出了一种基于大跨度定长(步长为2的正整数次方)量化的整数DCT算法及变换基生成方法。该算法充分地利用整数DCT基的可伸缩特性寻找最迎合硬件工作原理的变换基,在保证"小"变换基的同时将编码器的伸缩量化阶段"转移"到解码器一端以降低编码器复杂度。在"转移"过程中,该算法利用DCT系数饱和放大保证图像质量,利用DCT系数的溢出上限保证算法的可靠性,通过减小基偏差提高压缩性能。实验结果表明,与H.264对应模块相比,该算法的量化方式便于位平面提取,在图像质量达到准无损压缩的前提下将编码器的伸缩量化阶段的运算量缩减至16次整型常量加法运算,图像质量与压缩率的性价比提升了23.9%,适用于分布式编码框架。

H.264/AVC中并行通用变换结构设计(英文)

提出了一种用于H.264/AVC编解码器的通用并行变换结构,并利用Verilog语言进行了电路设计。该并行结构主要包含4个移位器和16个累加器,可以完成H.264/AVC中的全部4×4变换,包括4×4哈达马变换和4×4离散余弦变换和反变换,能够达到每个时钟周期处理一个像素点的速度。使用SMIC0.18μm工艺对该并行结构进行了综合,电路面积为3757门,工作在100MHz时钟频率下的关键路径为10.3ns.

H.264/AVC High Profile视频编码中自适应变换模块的设计

提出了一种可配置的整数变换运算单元并将其用于H.264/AVC Hi★Profile视频编码器的自适应变换模块中。通过变换类型信号的配置,该变换单元可以完成相应的变换操作。本设计采用Altera公司的CycloneⅡ系列FPGA进行实现和验证,布局布线后的最大工作频率为63 MHz,采用4个可配置变换单元的变换模块,可以满足HD1080P@50帧/s视频的实时编码要求。

H.264帧内编码和JPEG2000对静止图像进行编码的性能比较

国际最新静止图像压缩标准———JPEG2000代表了离散小波变换(DWT)编码的最高水平,最新的视频压缩编码标准———H.264代表了离散余弦变换(DCT)编码的最高水平。由于H.264的帧内编码采用了一些新方法,如帧内空间预测、不同大小块的DCT变换等,使得H.264帧内编码效率高于其他的DCT变换编码方法,因此可以认为,H.264的帧内编码代表了DCT变换的最高静止图像编码水平。大量的仿真实验比较发现,H.264的帧内编码方法比JPEG2000的编码效率高。据此可以预测,基于帧内空间预测和不同大小块DCT变换的H.264帧内编码方法具有成为下一代静止图像压缩标准的潜能。

离散余弦变换(DCT)

离散余弦变换（DCT）是N.Ahmed等人在1974年提出的正交变换方法。它常被认为是对语音和图像信号进行变换的最佳方法。由于近年来数字信号处理j什=片（DSP）的发展，加上专用集成电路设计上的优势，这就牢固地确立离散余弦变换（DCT）在目前图像编码中的重要地位，成为H．261、dPEG、MPEG等国际上公用的编码标准的重要环节。在视频压缩中，最常用的变换方法是DCT．DCT被认为是性能接近K—L变换的准最佳变换，变换编码的主要特点有：

一种基于H.264的全零模块预判算法

在低比特率视频压缩编码中，全零模块的预判是一种用来减少编码器计算复杂性的技术。在对离散余弦变换（DCT）和量化的理论分析基础上，提出了一种基于H．264视频编码的全零模块预判的改进算法，该方法在整数变换前对运动补偿的差值数据进行全零检测，检测的门限根据绝对差值和（SAD）及量化参数而定。实验结果表明，与传统的方法相比，在不造成视频质量下降的情况下该方法运算量减少了16%～32%。

新一代视频编码标准HEVC变换方法的研究

高性能视频编码(HEVC)将成为国际最新的视频编解码标准。该标准主要针对目前应用日益广泛的高清甚至超高清视频而开发,其编码的性能目标是在保持原来H.264/AVC的视频质量的同时,将比特率再降低一半。与原有标准一样,HEVC对帧内或帧间的残差信号进行正交变换以集中能量至矩阵左上角,然而H.264/AVC标准中的传统DCT方法对于高清视频的处理已不能有较好效果。讨论研究目前针对HEVC正交变换提出的变换方法,包括基于模式的方向变换MDDT、自适应离散余弦/正弦变换(DCT/DST)、旋转变换(ROT)、IDCT修剪和变换跳过模式(TSM)等方法。实验结果显示了上述几种方法在比特率降低、编码时间缩短、软硬件实现复杂度降低和客观视频质量等方面的改进。最后,提出了对HEVC正交变换的进一步研究方向。

H.264中全零块预判的新方法

为了避免全零DCT（离散余弦变换）系数进行变换与量化产生的冗余计算，从H．264中的DCT公式与量化原理出发，结合视频图像残差系数的分布规律，在分析现有算法存在的误判与漏判的基础上，提出了一种预先判断全零DCT系数块的方法。实验结果表明，与文献中的经典算法相比较，新提出的方法应用在中低比特率的视频序列中可以减少12％～37％的平均编码时间，平均压缩率提高了6％～10％。

基于MMX技术的H.264解码器优化

新一代视频编码标准H.264为了提高编码效率采用了一系列新技术,而这些新技术的使用也极大地增加了算法的复杂度。因此,在保持编码效率的同时如何提高编解码器的运算速度成为目前研究的热点问题之一。介绍了符合H.264基本规范的解码器的基本框架和解码流程;通过复杂度分析确定了解码过程中计算最为密集的两个模块,即插值、整数余弦变换和重建模块;提出了基于MMX技术的优化方法,并对这两个模块进行了重点优化。实验结果表明,利用这些优化方法可以使解码器的平均解码速度提高到原来的1.4-2.1倍,优化效果十分显著。