一种CAVLC解码器的研究与实现

熵解码算法性能好坏是H.264视频解码器性能高低的关键因素之一.基于上下文的自适应可变长编码CAVLC是H.264中采用的两种熵编码方案之一,通过对其解码过程的分析,用Verilog HDL实现了CAVLC解码器的硬件设计,用简单的加法操作代替耗时的查表操作,加快了解码速度,并实现仿真验证及综合,可达到1080p(@30Hz)视频的实时解码要求.     

H.264/ACV标准中的熵编码技术研究

H.264/ACV标准压缩系统由视频编码层（VCL）和网络适配层（NAL）两部分组成。在视频编码层VCL中的熵编码（entropy coding）技术采用基于内容的自适应变长编码CAVLC与—致变字长变码UVLC相结合的编码和基于内容的自适应二进制算术编码CABAC。自适应的算术编码可以使编码器自适应采用动态的符号概率统计,因此可以利用已编码符号的概率统计使算术编码更好地适应当前符号的概率,从而提高编码效率。     

H.264中CAVLC算法改进

简要分析了H.264中的上下文自适应变长编码（CAVLC），并研究其采用的Golomb编码，提出了一种基于最优Golomb编码参数选择的改进算法.利用前一个需编码的数值的Golomb编码最优参数，对当前编码参数进行预测，使当前编码参数更逼进它的最优编码参数.试验结果表明：该算法较原有算法能更好的压缩残差数据，在量化参数QP较小时，能带来一定的压缩增益.     

基于熵编码CABAC的信源信道联合解码器

H.264的熵编码都采用基于上下文自适应二进制算术编码（CABAC）,能达到较高的压缩性能,但对信道误码非常敏感.文中提出了一种基于CABAC的算数码变长码联合解码算法,联合信源信道算数码解码之后的信息作为变长码的输入信息,再通过变长码格状图搜索获得最佳的符号序列.同时,在算数码解码部分可以利用变长码的码字结构信息来删除无效搜索路径,提高解码性能.仿真实验表明,该联合迭代解码算法明显优于传统的分离解码器.     

一种高效的CABAC熵编码硬件设计

本设计是一种以基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)为熵编码的高效视频编码方案,通过(CABAC)硬件结构的输入输出模块优化和算术编码模块优化来提高整体架构的效率及主频.在输入模块优化方面,采用四级缓存输入和残差系数优化传输;在算术编码模块优化方面,通过上下文模型索引预读取、预归一化查表和并入串出码流输出设计,提高整体架构的工作效率及主频,降低资源消耗,实现高效流水线高主频硬件架构.硬件设计使用90 nm标准单元库进行综合,可在工作频率为370 MHz下实现流水线,使用电路门数为43.49×10~3.该处理速率及吞吐率可支持HEVC标准的通用测试条件下1 080 P视频30帧·s~(-1)的实时编码.     

一种结合H.264/AVC CABAC熵编码器特征的视频选择性内容加密算法

为了对数字视频内容进行快速高效加密,提出了一种新的选择性内容加密算法.在H.264/AVC的场景自适应算术编码（CABAC）熵编码器的“二进制算术编码”阶段引入伪随机化.通过CABAC熵编码器的M编码器,自身完成视频数据单元的加密操作,无需额外的加密模块.实验表明：新算法不会降低CABAC熵编码器的压缩效率,加密后的视频码流有效地隐藏了源视频的可视信息.     

相控阵雷达信号的无损压缩算法

提出了一种基于可逆整数小波变换（IWT）的雷达信号实时无损压缩算法，雷达回波信号是一个非平稳的随机过程，首先用IWT滤波器对雷达信号进行分解，将小波系数分割为重要系数图和残余系数图两部分；对重要系数图用改进的SPIHT算法进行量化编码，最后一次阈值为分割阈值；对残余系数图按位平面采用基于自适应上下文模型（context-based model)算术编码压缩，并比较不同上下文模型对压缩效果的影响，实验结果表明，该算法具有实时性和易于并行实现的特点。     

一种改进的CAVLC解码优化算法

对于基于上下文的自适应可变长编码（CAVLC）解码方案,提出一种快速解码方法,基本原则：分析非结构化码表的相关性,对码字进行多层次分级分组,采用前导0个数判断法,用简单的加法操作代替非常耗时的查表操作。基于以上基本原则进行算法各个方面的优化和改进,结果表明,降低了一定的存储空间,明显提高了解码速度。     

基于三维小波变换和上下文量化的高光谱图像压缩

提出了一种基于三维小波变换和上下文量化的高光谱图像压缩算法.该算法先利用三维小波变换去除高光谱图像在谱内和谱间的冗余信息,然后建立了一个高维时、频域的上下文预测模型以分析小波系数之间的相关性,并通过对增加条件熵的理论分析,合理地对该模型中的上下文进行量化,得到合适的编码上下文用于自适应的算术编码.试验结果表明,该算法不仅明显优于基于二维小波变换的JPEG2000标准,而且相对于同样基于三维小波变换的三维分层树集合分裂算法也有较大的提高.     

多阶上下文自适应二进制算术编码实现

提出了一种基于多阶上下文自适应的二进制算术编码算法.考虑了编码符号序列之间的相关性,用符号序列的大概率值代替单个符号的较小概率值,由此建立了多阶上下文概率模型,降低符号间的冗余度. 将此模型应用到二进制算术编码中,形成了一种比传统二进制算术编码更有效的方法,能让平均码长变短并使得码字的信息量逼近符号的熵率,从而显著提高二进制算术编码的数据压缩比(可高达90%).对不同类型的数据文件进行实验测试,结果显示其压缩编码效果良好.     

一种适用于H.264标准的新型CAVLC解码器设计

H.264 标准中采用了基于内容自适应得变长编码CAVLC,提高了编码的效率。但由于采用了多个码表,码字的长度也不固定,使解码算法的复杂度很高。本文通过分析码表的结构特点,提出了一种基于码流中第一个1的位置,即1前面连续0的个数m的方法,来重建码表,快速判断码长和确定码字。这种新型解码器设计,将大大提高解码的速度。     

基于函数级进化型硬件的无损图像压缩

为实现无损图像压缩,设计了基于函数级进化型硬件(FEHW:Function-level Evolutional Hardware)无损图像压缩系统.该系统由进化单元、函数单元和分类单元组成,运用遗传算法(GA:GeneticAlgorithm)自适应地改变其配置结构,在压缩过程中以函数进化的方式,进行像素预测和误差预测,以此增强无损图像压缩的性能.运用LOCO(Low Complexity Lossless Compression),JPEG(Joint Photographic Experts Group),CALIC(Context-based Adaptive Losssless Image Coding)和GA无损压缩算法进行了仿真,给出了不同算法对9种标准图像无损压缩的比较结果,该方法平均压缩率为4.885 bit/pixel.     

基于AHB总线的3级流水线H.264编码器设计

由于H.264编码器计算量非常大,为了降低编码器运行速度,使用了3级流水线,采用AHB作为总线接口.为了获得比较大的压缩率和编码质量,支持I帧、P帧,CABAC/CAVLC,16×16和8×8块的运动估计,支持最大分辨率为720×576.CIF Foreman视频序列的压缩平均码率为320 kbps左右,平均运行速度50 MHz,D1电影视频序列平均压缩码率为1.0 Mbps左右,平均运行速度为100 MHz.     

视频编码损伤对低分辨率图像质量的影响

研究了CIF分辨率的视频序列分别经过AVS-P2与H.264-baseline profile编码后,各种视频编码损伤的感知程度.通过3组主观实验得出了结论:就主观感知的模糊程度、色彩失真程度和块效应程度而言,H.264与AVS在CIF视频上没有显著性差异.并且进一步利用主成分分析和线性回归的方法,得出了各种编码损伤对主观图像质量影响的数学模型,模型具有良好的线性,同时给出结论:在低分辨率条件下,模糊程度和色彩失真程度对主观图像质量的影响相近,而块效应程度对主观图像质量的影响低于模糊程度和色彩失真程度对主观图像质量的影响.     

基于自适应选择滤波系数的插值算法

针对不同分辨率的视频序列采用相同阶数滤波器进行分像素插值不能进一步提高编码性能的问题, 提出 了基于自适应滤波器的分像素插值算法。 该算法根据设定的 3 个不同分辨率视频序列区域, 自适应选择不同 阶数的插值滤波器; 在 3 个不同分辨率视频序列区域内, 根据像素间相关性将高阶插值滤波器替换为低阶插值 滤波器, 实现滤波器的自适应选择。 实验结果表明, 相对于 HEVC(High Efficiency Video Coding)标准算法, 该 算法使峰值信噪比值平均提高了 0. 14 dB, 比特率平均降低了 0. 37%, 对不同分辨率视频序列都具有较好的编 码性能及鲁棒性。     

基于重建图像压缩率的量化方法

为了适应传输通道不同的带宽限制,目前各种图像编码算法通过调整量化参数QP的值来控制量化粒度,但是压缩算法的输出码率与量化参数QP值并没有显式的关系,造成QP值的选取很难与带宽约束相匹配。本文提出一种依据输出码率来控制量化粒度的方法QCR,可使压缩算法的输出码率尽可能贴近带宽约束。因为量化参数QP要映射成量化阶距Qstep,本文首先确定压缩算法的量化阶距Qstep与输出码率的关系,然后通过逆向插值确定64个给定的输出码率所对应的量化阶距Qstep,并根据这64个给定的输出码率修改相应的量化表和反量化表,从而建立了利用输出码率控制量化粒度的方法。实验部分采用AVS压缩算法,同样也适用于AVS2。由于AVS的量化表中含有整数DCT变换的小数部分,因此QCR方法用于调整H.264/H.265的量化表和反量化表时,必须与AVS的整数DCT变换有所不同。实验表明本文通过重建图像压缩率控制量化粒度的QCR解决方案是有效可行的。     

用于AVS码流复制控制的数字水印

为应对日益严重的盗版问题,针对AVS视频标准提出了一种基于哥伦布码字调制的码流域水印嵌入算法,实现对视频码流信息的完整性保护并用于复制控制．在AVS码流中,基于码字与待嵌入比特之间的映射规则,采用等码长对码调制算法,调制相应的哥伦布码字实现水印信息的嵌入．信息的嵌入过程中,为了不影响视频重建图像的主客观质量,限制了水印信息的嵌入点,增强了水印信息的隐蔽性．信息的提取过程不需要原始视频内容,也不需完全解码,而只要对码流中的哥伦布码字进行解码即可．实验结果表明,所提出的水印算法在获得较高嵌入率的同时,不改变码流的比特率,基本不影响视频的主客观质量,没有增加大量的运算,复杂度低,速度快,能有效将水印信息嵌入到视频码流中,实现视频数据的复制控制功能．     

基于AVS音频编码的信息隐藏方法

提出了一种基于AVS音频编码的信息隐藏方法.该方法基于AVS独特的量化与位平面编码模块,使用位平面嵌入与比例因子修改技术,可以有效降低编码器码率控制对信息隐藏效果的不利影响,而且不使数据载体音质受到破坏.在量化过程中实施信息的嵌入,嵌入过程中主动修改比例因子以降低量化噪声.将隐藏信息进行矢量分组与位平面处理,进而在量化过程中将其嵌入到量化频谱中.仿真结果证明：该方法可以有效降低编码器码率控制对信息隐藏效果的不利影响,且嵌入隐藏信息后AVS音质也无明显损失.     

煤矿视频监控系统设计

设计了一套针对煤矿系统应用的视频监控系统,整个视频监控系统由视频前端采集、视频压缩编码处理、网络传输控制等模块组成。视频采集部分采用面向数字多媒体应用的DSP—TMS320DM642完成高分辨率视频数据采集,完全满足实时性要求。为了对数据进行实时的采集和处理,在DM642平台移植适合嵌入式应用的实时操作系统——μC／OS—II。视频压缩处理采用自主知识产权的AudioVideocodingStandard（AVS）编码标准,完成AVS编码在达·芬奇平台TMS320DM642移植。网络传输控制使用SIP做访问控制协议。RTP／RTSP做传输协议。本系统通过对煤矿系统的实时监测,可迅速有效地应对各种突发事件,减少人员伤亡和财产损失。