[发明专利]一种熵编码器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于数字视频编解码技术领域，特别涉及一种熵编码硬件设计方法。

背景技术

二十世纪九十年代以来，数字视频压缩技术被广泛应用与通信、个人计算机、广播电视、消费电子等领域，堪称数字媒体产业的最核心技术。以MPEG-2为代表的信源编码标准获得了巨大的成功。进入新世纪以来，以H.264/AVC和AVS为代表的新一代信源编码标准出现了。AVS标准是我国具有自主知识产权的信源编码标准。2006年2月，AVS视频标准已经正式被批准为国家标准，进入了产业化推广的阶段。由于AVS视频标准的主要应用对象是标准清晰度/高清晰度电视，编码过程的计算复杂度较大，对编码器的硬件设计提出了挑战。

当今视频编码标准中，如MPEG-2，H.264，AVS，在完成运动估计运算后，无一不采用熵编码技术来压缩剩下的残差系数。熵编码主要有：行程编码(RLE)、LZW编码、香农(Shannon)编码、霍夫曼(Huffman)编码和算术编码(arithmetic coding)。熵编码的主要原理是对出现的不同的信源符号进行统计并得出概率分布，根据信源符号的出现的概率重新进行编码，就出现概率大的信源符号进行分配较短的码字，而概率小的信源符号被分到较长的码字，因而从整体上用较少的比特数去表示较多的信源符号。MPEG-2采用霍夫曼编码(Huffman Code)，H.264采用基于上下文自适应变长编码(CAVLC)和基于上下文自适应二进制编码(CABAC)，而AVS则采用基于上下文的自适应二维变长编码(CA-2D-VLC)。其中，VLC是一种霍夫曼编码。

AVS熵编码的主要过程如下：首先，扫描量化后的残差系数(游程编码)，得到一系列的run-level对；然后对这些run-level对采用2D-VLC编码，得到相应的codenum；然后对codenum采用k(0，1，2，3)阶哥伦布编码，得到最终的码字(CodeWord)；最后将CodeWord写入最终的比特流。

现有的关于熵编码的发明专利中，有的只针对子模块进行改进，用以加快编码速度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高速的、低资源消耗的、适合高清视频编码的熵编码结构及其实现方法。

本发明提供的熵编码器设计核心是，将整个熵编码器分成流水工作的两级电路，流水处理宏块语法元素。本发明提供的熵编码电路结构如附图1所示，将整个熵编码器分成两级流水线结构(附图1中虚线分割)，第一级流水线结构：第一控制电路、第一顶层接口，zigzag扫描电路、2D-VLC模块、codenum存储电路、输出参数模块、PMV FIFO、MD FIFO、run-level FIFO、残差系数Buffer；第二级流水线结构：第二控制电路、第二顶层接口、宏块头计算电路、固定长度编码电路、codenum取数电路、哥伦布编码电路、写码流电路、多路选择器一(MUX1)、多路选择器二(MUX2)、多路选择器三(MUX3)、宏块头FIFO、codenumBuffer。

1.1第一级流水线结构：

1.1.1第一控制器负责启动本级流水线中各个功能模块。首先启动第一顶层接口1获取帧级参数信息或者宏块级控制信息；然后将这些参数和控制信息发送给其他的功能模块。然后初始化zigzag扫描电路、2D-VLC模块模块和codenum存储电路。然后启动zigzag扫描电路，对第一个块编码。接收来自2D-VLC模块的块编码结束信号，结束当前块的编码。然后按类似过程完成对所有块的编码工作。直到完成对整个宏块所有残差系数的编码。最后启动输出参数模块电路，输出宏块头参数信息。发送结束信号和状态信息到顶层接口模块。

1.1.2顶层接口1负责接收并解析来自帧级或者宏块级控制模块的参数和命令信息。并将这些参数和命令信息输出给控制器1。接收来自第一控制器1的宏块编码结束信号和编码状态信息，反馈给顶层模块。

1.1.3PMV FIFO：接收来自运动矢量预测模块输出的运动矢量数据。并将这些数据返回给输出参数模块。

1.1.4MD FIFO：接收来自模式决策模块输出的宏块参数信息。并将这些数据输出给输出参数模块。

1.1.5残差系数Buffer：接收来自模式决策模块输出的残差信息。接收来自zigzag扫描电路的地址数据，并将该地址对应的残差数据返回给zigzag扫描模块。