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一种面向AV1粗模式决策的高吞吐量硬件设计方法
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作者 盛庆华 陶泽浩 +4 位作者 黄小芳 赖昌材 黄晓峰 殷海兵 董哲康 《电子与信息学报》 2025年第4期1202-1214,共13页
随着视频编码标准的不断更新迭代,开放媒体联盟(AOM)发布最新视频编码标准开放媒体视频编码标准(AV1)。其中,帧内编码技术采用更加丰富的预测模式来提高预测效率,预测种类从VP9中的10种扩展至61种。为了应对预测种类增加的变化并提高硬... 随着视频编码标准的不断更新迭代,开放媒体联盟(AOM)发布最新视频编码标准开放媒体视频编码标准(AV1)。其中,帧内编码技术采用更加丰富的预测模式来提高预测效率,预测种类从VP9中的10种扩展至61种。为了应对预测种类增加的变化并提高硬件的处理吞吐能力,该文提出基于全流水线结构的AV1粗模式决策硬件架构设计。在算法层面,以4×4块为最小处理单元,按照Z顺序对64×64编码树单元(CTU)中不同尺寸的预测单元(PUs)进行粗模式决策,同时采用基于1:1 PU的代价累加近似方法来完成1:2,1:4,2:1和4:1 PU的代价计算,以减少计算复杂度;在硬件层面,设计兼容4×4至32×32等多尺寸PU的粗模式决策电路,取代为不同尺寸PU单独设计电路的方法,有效减少逻辑资源的闲置。实验结果表明,在全帧内(AI)配置下,提出的改进算法相较于AV1标准算法平均节省了45.78%的时间,提高了1.94%BD-Rate。同时,提出的硬件架构设计能够在1057个时钟周期内完成64×64 CTU的粗模式决策,使用Synopsys公司的Design Compiler 2016工具及UMC 28 nm工艺库对硬件设计综合得到,该设计能够在432.7 MHz工作频率下实时处理8k@50.6fps的视频。 展开更多
关键词 开放媒体视频编码标准 帧内预测 粗模式决策 视频编码 流水线
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