可用于hevc标准的整数dctidct快速算法设计与实现研究-design and implementation of integer dct idct fast algorithm for hevc standard.docx

工程硕士学位论文
可用于 HEVC 标准的整数 DCT/IDCT 快速算法设计与实现
硕士研究生:
于若愚
导 师:
刘胜辉
申请学位级别:
工程硕士
学科、专业:
计算机技术
所在单位:
计算机科学与技术学院
答辩日期:
2015 年 3 月
授予学位单位:
哈尔滨理工大学
Dissertation for the Master Degree in Engineering
Design of a Fast IntDCT/IDCT Algorithm and Its Implementation for HEVC Standard
Candidate:
Yu Ruoyu
Supervisor:
Liu Shenghui
Academic Degree Applied for:
Master of Engineering
Specialty:
Computer Technology
Date of Oral Examination:
March, 2015
University:
Harbin University of Science and Technology
哈尔滨理工大学硕士学位论文原创性声明
本人郑重声明:此处所提交的硕士学位论文《可用于 HEVC 标准的整数 DCT/IDCT 快速算法设计与实现》,是本人在导师指导下,在哈尔滨理工大学攻读硕士学位期间独立进行研究工作所取得的成果。据本人所知,论文中除已注明部分外不包含他人已发表或撰写过的研究成果。对本文研究工作做出贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。
作者签名: 日期: 年 月 日
哈尔滨理工大学硕士学位论文使用授权书
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作者签名: 日期: 年 月 日
导师签名: 日期: 年 月 日
可用于 HEVC 标准的整数 DCT/IDCT 快速算法设计
与实现摘要
随着信息技术和多媒体技术的发展,数字视频应用在高品质、高帧率、高压缩率方向的需求越来越强烈。以前的 视频编码已经展现出其
局限性,无法应对数字视频发展过程中遇到的种种问题。因此,国际电信联盟 ITU-T 领导下的 VCEG 和国际标准化组织 ISO/IEC 下的 MPEG 成立一联合视频编码工作小组(JCT-VC)于 2013 年共同推出了下一代视频编码标准: 高效能视频编码 HEVC(High Efficiency Video Coding,HEVC)。新标准能够在保证相同画面质量的情况下, 实现压缩率提升一倍。 HEVC 采用和 相似的混合编码框架,并使用了多种新技术提升编码性能,但是这也同时增加了设备的编解码复杂度。
为了解决编解码复杂度高,计算量巨大的问题。HEVC 中使用整数余弦变换取代传统的实数 DCT/IDCT 变换。本文通过对整数余弦变换系数矩阵所
具有的性质进行分析,推导出了一种适于用 DCT/IDCT 计算的快速算法。由于 HEVC 中变换单元支持 4×4、8×8、16×16 和 32×32 四种尺寸,因此,快速算法同时需支持不同点数的整数 DCT/IDCT 变换。然后,根据文中提出的快速算法,设计了一种支持可变点数(4,8,16,32)一维(1-D)整数 DCT/IDCT 可复用的硬件架构。在硬件设计中,采用结构复用和矩阵奇偶分解计算方法, 降低了硬件复杂度,实现高吞吐率;同时,在硬件实现中将乘法操作转化为加、减法和位移操作,无需使用乘法器,减少了电路面积。
硬件架构设计完成后,本文按照超大规模集成电路(Very Large Scale Integration , VLSI) 设计流程, 进行了功能性仿真验证, DC 逻辑综合,
SocEncounter 布局布线等设计。最后仿真结果表明,在 工艺下,芯片总面积为 1724×1714μm2,工作频率 80MHz,采样吞吐率达 2560×106 采样每秒。本文的设计能实现 8K 画质视频在 30 帧每秒帧率下的编解码。本文的研究将使得整数余