Giải pháp thực thi phần cứng mô-đun biến đổi nhị phân dữ liệu ảnh cho bộ mã hóa CABAC trong chuẩn nén video HEVC

Tóm tắt: Mã hóa nhị phân thích nghi CABAC (Context Adaptive Binary Arithmetic Coding) áp dụng trong chuẩn mã hóa video hiệu năng cao HEVC là phương pháp mã hóa entropy cho hiệu quả mã hóa cao gấp đôi so với chuẩn H.264/AVC. Mô-đun biến đổi nhị phân (Binarizer) trong CABAC thực hiện biến đổi dữ liệu ảnh thành chuỗi nhị phân bin string (bins) trước khi được mã hóa thích nghi theo xác suất. Dữ liệu độ dư thông tin điểm ảnh (residual data) chiếm phần đa lượng thông tin đầu vào mô-đun Binarizer, từ 63 ÷ 94 %. Vì vậy, hiệu năng xử lý của Binarizer đối với residual data có ảnh hưởng lớn tới hiệu năng chung của bộ mã hóa CABAC. Bài báo đề xuất giải pháp thiết kế phần cứng cho mô-đun Binarizer đối với dữ liệu residual data, cho phép mã hóa các luồng dữ liệu video chuẩn UHD. Mô-đun Binarizer được thiết kế và mô phỏng trên ngôn ngữ VHDL. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ Binarizer có thể xử lý được các luồng dữ liệu video chuẩn UHD.

pdf10 trang | Chia sẻ: thanhle95 | Ngày: 14/07/2021 | Lượt xem: 23 | Lượt tải: 0download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Giải pháp thực thi phần cứng mô-đun biến đổi nhị phân dữ liệu ảnh cho bộ mã hóa CABAC trong chuẩn nén video HEVC, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Kỹ thuật điện tử T. Đ. Lâm, , N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng chuẩn nén video HEVC.” 158 GIẢI PHÁP THỰC THI PHẦN CỨNG MÔ-ĐUN BIẾN ĐỔI NHỊ PHÂN DỮ LIỆU ẢNH CHO BỘ MÃ HÓA CABAC TRONG CHUẨN NÉN VIDEO HEVC Trần Đình Lâm*, Lưu Thị Thu Hồng, Vũ Lê Hà, Nguyễn Mạnh Cường Tóm tắt: Mã hóa nhị phân thích nghi CABAC (Context Adaptive Binary Arithmetic Coding) áp dụng trong chuẩn mã hóa video hiệu năng cao HEVC là phương pháp mã hóa entropy cho hiệu quả mã hóa cao gấp đôi so với chuẩn H.264/AVC. Mô-đun biến đổi nhị phân (Binarizer) trong CABAC thực hiện biến đổi dữ liệu ảnh thành chuỗi nhị phân bin string (bins) trước khi được mã hóa thích nghi theo xác suất. Dữ liệu độ dư thông tin điểm ảnh (residual data) chiếm phần đa lượng thông tin đầu vào mô-đun Binarizer, từ 63 ÷ 94 %. Vì vậy, hiệu năng xử lý của Binarizer đối với residual data có ảnh hưởng lớn tới hiệu năng chung của bộ mã hóa CABAC. Bài báo đề xuất giải pháp thiết kế phần cứng cho mô-đun Binarizer đối với dữ liệu residual data, cho phép mã hóa các luồng dữ liệu video chuẩn UHD. Mô-đun Binarizer được thiết kế và mô phỏng trên ngôn ngữ VHDL. Kết quả mô phỏng cho thấy bộ Binarizer có thể xử lý được các luồng dữ liệu video chuẩn UHD. Từ khóa: Chuẩn HEVC; Bộ mã hóa CABAC; Binarizer; Dữ liệu ảnh; Thực thi phần cứng. 1. MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ số ngày nay cho phép truyền tải các dịch vụ video số có chất UHD thời gian thực. Chuẩn nén video phổ biến hiện nay, H.264/AVC đã có nhiều hạn chế trong việc đảm bảo chất lượng dịch vụ trên một nền tảng cơ sở hạ tầng mạng hạn chế về băng thông truyền tải. Chuẩn nén video hiệu năng cao H.265/HEVC, với hiệu quả nén cao gấp đôi so với H.264/AVC, được ITU-T công bố năm 2013 nhằm giải quyết những thách thức trong các dịch vụ truyền video chất lượng cao, thời gian thực trên cơ sở hạ tầng mạng có băng thông hạn chế [1]. H nh 1. Sơ đồ khối chức năng bộ mã hóa video HEVC. Các hệ số lượng tử Tín hiệu video Phân chia thành các CTU Mã hóa các thông tin điều khiển chung Dữ liệu thông tin điều khiển Biến đổi và lượng tử Ước lượng nội ảnh Dự đoán nội ảnh Phân tích tham số bộ lọc Dữ liệu dự đoán nội ảnh Dữ liệu điều khiển bộ lọc Chọn chế độ Intra/Inter Các bộ lọc Deblocking, SAO Ước lượng chuyển động Bộ đệm khung ảnh đã khôi phục Tín hiệu sau khôi phục Định dạng tiêu đề và Mã hóa CABAC Luồng bit mã hóa Bù chuyển động Dữ liệu chuyển động Biến đổi ngược Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 159 Kiến trúc HEVC được xây dựng theo nguyên lý mã hóa độ dư thông tin trên cơ sở các phép dự đoán theo không gian (Intra-Picture Prediction) và theo thời gian (Inter-Picture Prediction) như đã được áp dụng trong chuẩn H.264/AVC [2]. Tuy vậy, tỷ lệ nén dữ liệu video của HEVC đạt được gần gấp đôi so với chuẩn H.264/AVC bởi các cải tiến trong hầu hết các mô-đun chức năng thành phần. Sơ đồ khối chức năng bộ mã hóa video chuẩn HEVC được mô tả trong hình 1 [1]. CABAC là mô-đun chức năng cuối cùng trong kiến trúc mã hóa HEVC, thực hiện biến đổi các bins dữ liệu đầu vào thành chuỗi bit trước khi ghép vào luồng bit đầu ra của bộ mã hóa. CABAC cũng đóng góp lớn vào hiệu quả nén chung của chuẩn HEVC bởi được xây dựng theo nguyên lý mã hóa entropy thông tin, trong đó lượng thông tin đầu ra được mã hóa một cách thích nghi tùy thuộc vào kết quả mã hóa thông tin trước đó cũng như thống kê xác suất của thông tin đầu vào hiện tại. Kiến trúc sơ đồ khối chức năng của bộ mã hóa CABAC được mô tả trong hình 2 [3]. Khối Binarizer có chức năng biến đổi dữ liệu đầu vào thành chuỗi nhị phân trước khi mã hóa thích nghi bởi khối mã hóa Binary Arithmetic Encoder (BAE) theo mô hình thống kê xác suất được lưu trong khối Context Modeler. H nh 2. Sơ đồ khối kiến trúc chức năng bộ mã hóa CABAC. Tuy hiệu quả mã hóa đạt được cao, việc hiện thực hóa CABAC để có thể xử lý được các luồng dữ liệu video tốc độ cao gặp nhiều thách thức. Chuẩn HEVC áp dụng một loạt các cải tiến trong công cụ mã hóa, vì vậy, dữ liệu thông tin đầu vào CABAC có sự tương quan rất lớn. Hơn nữa, thuật toán mã hóa entropy thông tin áp dụng trong CABAC đòi hỏi phải thực thi một cách nối tiếp vì việc mã hóa dữ liệu kế tiếp cần thiết phải cập nhật mô hình xác suất sau khi đã mã hóa dữ liệu hiện tại. Cấu trúc luồng bit dữ liệu đầu ra HEVC encoder được mô tả trong hình 3 [2], trong đó CABAC được áp dụng để mã hóa dữ liệu độ dư thông tin ảnh sau một loạt các bước xử lý trước đó (hình 1). Ngoài ra, còn có các dữ liệu thông tin tiêu đề (NALU header – Thông tin tiêu đề khung dữ liệu, slice seg. Header – Thông tin tiêu đề cho mỗi đoạn dữ liệu ảnh có thể giải mã độc lập) đi kèm các khung dữ liệu đóng vai trò quy ước đồng bộ gói dữ liệu giữa đầu mã hóa và giải mã và các thông tin này được mã hóa theo các phương thức non-CABAC (Fixed Length Coding, Variable Length Coding). Mã hóa regular bin Mã hóa bypass bintuyến mã hóa dữ liệu bypass bin Mô hình xác suất Các bít mã Chuỗi bit mã Các bit mã Mã hóa số học nhị phân thích nghi Cập nhật mô hình ngữ cảnh Biến đổi nhị phân Mô hình hóa ngữ cảnh tuyến mã hóa dữ liệu thường Phần tử cú pháp Kỹ thuật điện tử T. Đ. Lâm, , N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng chuẩn nén video HEVC.” 160 H nh 3. Cấu trúc khung dữ liệu nén video chuẩn HEVC [2]. Thống kê cho thấy trong luồng dữ liệu đầu vào CABAC, dữ liệu residual data chiếm tỷ lệ phần trăm chủ yếu, có tính biến động (adaptive) theo đặc tính luồng video đầu vào. Chính vì vậy, việc đề xuất các giải pháp xử lý hiệu qủa đối với luồng dữ liệu residual data có đóng góp lớn tới hiệu quả nén của bộ mã hóa CABAC trong HEVC. Xây dựng được các giải pháp thực thi phần cứng đối với chuẩn HEVC nói chung và bộ mã hóa CABAC nói riêng càng có ý nghĩa trong việc áp dụng chuẩn HEVC một cách đa dạng trong nhiều ứng dụng video. Bài báo đề xuất giải pháp xây dựng và thiết kế kiến trúc phần cứng thực thi bộ biến đổi nhị phân đối với luồng dữ liệu độ dư thông tin điểm ảnh “Residual Binarizer”. Bố cục bài báo như sau: Mục 2 trình bày tổng quan về nguyên lý biến đổi nhị phân đối với residual data; Trên cơ sở đó, mục 3 đề xuất giải pháp thiết kế kiến trúc phần cứng bộ biến đổi Residual Binarizer của bài báo; Mục 4 trình bày và đánh giá các kết quả mô phỏng thiết kế phần cứng trên một số luồng video chuẩn HEVC; Phần kết luận và các đề xuất nghiên cứu tiếp theo được đưa ra trong mục 5. 2. TỔNG QUAN NGUYÊN LÝ BIẾN ĐỔI NHỊ PHÂN DỮ LIỆU ẢNH 2.1. Dữ liệu điểm ảnh đầu vào mô-đun Binarizer Trong khi chuẩn H.264/AVC thực hiện phân chia khung ảnh thành các khối dữ liệu Macro Block (MB) đều với kích thước 1616, chuẩn HEVC cho phép phân chia khung ảnh thành các khối dữ liệu có kích thước đa dạng, thích nghi theo đặc điểm các vùng điểm ảnh trong khung [4, 5]. Các khối điểm ảnh trong HEVC được biểu diễn dưới dạng các đơn vị dữ liệu mã hóa theo phân cấp kiểu hình cây (CTU: Coding Tree Unit), có kích thước NN (N = 8, 16, 32 và 64). Khái niệm CTU được sử dụng để mô tả logic tổ chức, đóng gói dữ liệu mã hóa, cách thức tổ chức thông tin điều khiển để bộ mã hóa truy cập theo phân cấp kiểu hình cây từ cao xuống thấp trong quá trình mã hóa. Các thông tin này bao gồm “độ sâu” (partitioning depth) phân chia khối dữ liệu từ mức 0 (6464) tới mức 3 (88), chế độ mã hóa (coding mode: Intra, Inter), các cờ báo hiệu, Tất cả những thông tin này được gọi là các phần tử cú pháp SE (Syntax Element) và được đóng gói đi kèm với khối dữ liệu mã hóa Coding Block (CB). Phương pháp phân chia và cách thức tổ chức, đóng gói dữ liệu các CTU được mô tả trong hình 4 [6]. Trong đó các CTU được phân chia thành các đơn vị dữ liệu mã hóa (CU: Coding Unit) mức thấp hơn. Các CU mô tả cách đóng gói thông tin video thành các khối dữ liệu PU (Prediction Unit), phục vụ cho các phép dự đoán “Prediction” và TU (Transfrom Unit), phục vụ cho các phép biến đổi (Transform) và tổ hợp phần tử cú pháp độ dư thông tin điểm ảnh (Residual Syntax Element) đầu vào bộ mã hóa CABAC [1]. Điểm truy cập Byte căn chỉnh Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 161 H nh 4. Phương pháp tổ chức, phân chia khối dữ liệu CTU theo chuẩn HEVC. Như đã đề cập ở mục trước, bài báo tập trung nghiên cứu, xử lý dữ liệu độ dư thông tin điểm ảnh (Residual data), là luồng dữ liệu chiếm tỷ lệ % chủ yếu của CABAC, từ 63,7 ÷ 94 % [7]. Residual data trong kiến trúc HEVC là luồng dữ liệu đầu ra của phép biến đổi-lượng tử (T&Q - Transform&Quantization), được biểu diễn dưới dạng ma trận các hệ số biến đổi (Residual Coefficients) có kích thước tương ứng với các khối dữ liệu TU. CABAC thực hiện mã hóa các phần tử cú pháp SE, là một dạng biểu diễn “cô đọng” thông tin dữ liệu ảnh. Đối với dữ liệu các hệ số biến đổi cần phải thực hiện phép biến đổi để tạo tập các phần tử cú pháp dữ liệu ảnh (Residual SE) tương ứng ở đầu vào CABAC. H nh 5. Vị trí khối tạo phần tử cú pháp residual SEs đầu vào CABAC. H nh 6. Minh họa nguyên lý tạo phần tử cú pháp Residual SE. Hệ số biến đổi T Q T-1 Q-1 CABACTổ hợp phần tử cú pháp Phần tử cú pháp Chuỗi bit mã hóa Lần quét Phần tử cú pháp Giá trị Thứ nhất last_sig_coeff_x 3 Thứ nhất last_sig_coeff_y 0 Thứ hai sig_coeff_flag 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 Thứ ba coeff_abs_level_greater1_flag 0 0 1 1 1 Thứ tư coeff_abs_level_greater2_flag 1 Thứ năm coeff_sign_flag 1 0 0 1 0 Thứ sáu coeff_abs_level_remaining 0 4 7 9 3 0 -1 -6 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0  1 - -  - - - - - - - - - - - 1 1 0 1 1 0 0 - 0 1 - - 0 - - - 1 1  0 1   -  0 - -  - - - 0 0 - 1 1 - - - - 0 - - - - - - 7 0 - - 4 - - - - - - - - - - - 44 sub-block Lần quét thứ hai Lần quét thứ ba Lần quét thứ tư Lần quét thứ năm - - - 1 - - - - - - - - - - - - Lần quét thứ nhất Lần quét thứ sáu Data output order: 3 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 4 7 (3,0) Kỹ thuật điện tử T. Đ. Lâm, , N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng chuẩn nén video HEVC.” 162 Hình 5 mô tả luồng dữ liệu Residual SE đầu vào CABAC, trong đó, mô-đun Tổ hợp phần tử cú pháp đảm nhiệm chức năng biến đổi các ma trận Residual Coefficient thành tập các residual SE tương ứng như đã được mô tả chi tiết trong công trình công bố trước đó của tác giả [8]. Nguyên tắc tạo tập Residual SE từ các sub-block 44 Residual Coefficients được minh họa trong ví dụ ở hình 6. Mô-đun biến đổi nhị phân Binarizer của bộ mã hóa CABAC, theo quy tắc phân chia CTU sẽ xử lý tuần tự luồng Residual SE cho các sub-block 44 liên tiếp nhau. Bảng 1 mô tả tập các Residual SE được HEVC sử dụng để mô tả dữ liệu ảnh và phương pháp biến đổi nhị phân được áp dụng cho từng loại Residual SE [9]. ảng 1. Phần tử cú pháp residual SEs và phương pháp biến đổi nhị phân [9]. Syntax Element Mô tả Phương pháp biến đổi last_sig_coeff_x Tọa độ x của hệ số khác 0 cuối cùng trong sub-block 44 Truncated Rice last_sig_coeff_y Tọa độ y của hệ số khác 0 cuối cùng trong sub-block 44 Truncated Rice sig_coeff_flag Cờ chỉ thị giá trị khác 0 của mỗi hệ số, hệ số khác “0”  flag = “1” và ngược lại. Fixed Length Coeff_abs_level_greater1_flag Cờ chỉ thị mỗi hệ số khác 0 có giá trị tuyệt đối lớn hơn hay bằng “1”, hệ số > 1  flag = “1” và ngược lại. Fixed Length Coeff_abs_level_greater2_flag Cờ chỉ thị mỗi hệ số khác 0 có giá trị tuyệt đối lớn hơn hay bằng 2, hệ số > 2  flag = “1” và ngược lại. Fixed Length Coeff_sign_flag Cờ chỉ thị dấu của các hệ số khác 0, hệ số <0  flag = “1” và ngược lại. Fixed Length Coeff_abs_level_remaining Giá trị tuyệt đối còn dư lại của mỗi hệ số khác 0, sau khi tính đến các cờ [9] CALR [9] 2.2. Các phương pháp biến đổi nhị phân áp dụng trong residual binarization a. Phương pháp Fixed Length (FL) Coding Phương pháp biến đổi FL thực hiện biến đổi giá trị nguyên thành chuỗi nhị phân có độ dài cố định, trong đó, độ dài chuỗi nhị phân được xác định bởi tham số cMax đầu vào theo công thức (1). Thứ tự chuỗi bin nhị phân từ bit trọng số lớn đến bé. (1) b. Phương pháp Truncated Rice (TR) Coding TR là phương pháp biến đổi nhị phân kết hợp (cascaded) của 2 phương pháp Truncated Unary (TU) và FL, trong đó, TU được gọi là tiền tố (Frefix) còn FL được Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 163 gọi là hậu tố (Suffix) của TR coding. Phương pháp TU thực hiện biến đổi giá trị thập phân thành chuỗi nhị phân đầu ra, trong đó bao gồm 1 chuỗi bit “1” có độ dài bằng giá trị thập phân đầu vào, có thể được thêm giá trị bit “0” vào cuối nếu giá trị thập phân bé hơn giá trị cực đại cMax. Độ dài từ mã nhị phân TU được xác định theo công thức (2), trong đó, synVal được ký hiệu cho giá trị thập phân đầu vào [9]. (2) Các tham số điều khiển nguyên lý của TR gồm giá trị cực đại cMax và tham số Rice – cRice_param. Khi đó, các giá trị đầu vào của Prefix và Suffix được xác định theo công thức (3) và (4): (3) (4) c. Phương pháp biến đổi CALR (Coefficient Absolute Level Remaining) CALR là phương pháp biến đổi nhị phân kết hợp (cascaded) của 2 phương pháp TR (Prefix) và EGk (Suffix). EGk là phương pháp biến đổi nhị phân Exponential Golomb bậc k, là một dạng biến đổi nhị phân có độ dài từ mã biến thiên tùy theo giá trị đầu vào. Tham số đầu vào điều khiển nguyên lý EGk là giá trị thập phân synVal và tham số Rice (k). Cấu trúc từ mã của phép biến đổi EGk cũng bao gồm Prefix và Suffix, được mô tả trong hình 7 [3]. H nh 7. Nguyên lý biến đổi nhị phân EGk trong HEVC CABAC [3]. Tham số đầu vào điều khiển nguyên lý CALR bao gồm giá trị thập phân CALR và tham số cRice_param. Khi đó, các giá trị đầu vào TR (Prefix) và EGk (Suffix) của CALR được xác định theo công thức (5) và (6): (5) (6) Trong đó, cMax là tham số trung gian để xác định các giá trị đầu vào Prefix và Suffix trong các công thức (5) và (6) và được xác định theo công thức (7) còn k là bậc của phép biến đổi EGk, được xác định theo công thức (8) [9]: (7) (8) 3. KIẾN TRÚC PHẦN CỨNG MÔ-ĐUN RESIDUAL BINARIZER Trên cơ sở phân tích đặc tính thống kê, tầm quan trọng của dữ liệu residual data đầu vào CABAC, nguyên lý biến đổi nhị phân đối với các phần tử cú pháp của residual data như đã trình bày ở mục 2. Trong mục này, nhóm tác giả đề xuất giải pháp thiết kế kiến trúc phần cứng thực thi chức năng mô-đun Residual Binarizer, thực hiện biến đổi nhị phân tập tất cả các phần tử cú pháp của dữ liệu độ dư điểm ảnh. Kiến trúc chức năng mô-đun Residual Binarizer được đề xuất như mô tả trong hình 8. Kiến trúc phần cứng các mô-đun chức năng biến đổi nhị phân thành phần của mô-đun Residual Binarizer được xây dựng như mô tả trong các hình 9, 10, 11, 12 và 13 theo nguyên lý đã được mô tả trong mục 2.2. EG0 for x/2 k x mod 2k k bits Kỹ thuật điện tử T. Đ. Lâm, , N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng chuẩn nén video HEVC.” 164 H nh 8. Kiến trúc mô-đun Residual Binarizer. H nh 9. Kiến trúc phần cứng thực thi Fixed Length Binarization. H nh 10. Kiến trúc phần cứng thực thi Truncated Unary Binarization. H nh 11. Kiến trúc phần cứng thực thi Truncated Rice Binarization. Phân tích và Điều khiển Biến đổi nhị phân Fixed Length SE values SE type bin string bin length Biến đổi nhị phân EGk Biến đổi nhị phân Truncated Rice Biến đổi nhị phân CALR Biến đổi nhị phân Truncated Unary Biến đổi nhị phân Fixed Length Biến đổi nhị phân Truncated Rice BinstringsynVal + Enb BinlengthcMax >>1 > 1 0 ++ ++ < >>1 Enb <<1 AND REG <<1 <++ synVal<CmaxcMax synVal Enb Enb Binstring Binlength+ 1 1 FL + ConcatTU Binstring Binlength Suffix length Prefix length Prefix Bin Suffix Bin synVal cRice >>CRice <<CRice >>CRiceTRmax Sub PrefixVal Cmax - + Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san Viện Điện tử, 9 - 2020 165 H nh 12. Kiến trúc phần cứng thực thi EGk Binarization. H nh 13. Kiến trúc phần cứng thực thi CALR Binarization. 4. CÁC KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THẢO LUẬN Kiến trúc phần cứng môn-đun Residual Binarizer được xây dựng như mô tả trong hình 8 được mô hình hóa ở mức RTL (Register Transfer Level) bằng ngôn ngữ lập trình mô tả phần cứng VHDL, được tổ hợp và mô phỏng kiểm chứng bằng công cụ ISE. Dữ liệu đầu vào được sử dụng để mô phỏng kiểm chứng mô-đun Residual Binarizer được trích xuất từ các mẫu video chuẩn theo khuyến nghị của ITU-T như được mô tả trong bảng 2. Mô hình công cụ phần mềm dùng để trích xuất dữ liệu kiểm chứng được xây dựng như mô tả trong hình 14. Trên mô hình kiểm chứng, nhóm tác giả sử dụng các công cụ HM-16.15 [10] và CodecVisa [11], trong đó HM-16.15 thực hiện mã hóa các video mẫu tạo luồng dữ liệu bit mã hóa video theo chuẩn HEVC, còn CodecVisa thực hiện phân tích luồng bit mã hóa video nhằm trích xuất các dữ liệu đầu vào để kiểm chứng mô-đun Residual Binarizer. Kiến trúc phần cứng Residual Binarizer có khả năng mã hóa được trung bình 3,5 SEs/clock cycle với tần số cực đại là 500 MHz đảm bảo thông lượng để mã hóa các luồng video chuẩn UHD. ảng 2. Các mẫu video kiểm chứng theo khuyến nghị IUT-T. Sequence Frame resolution (WH) Frame rate (fps) Residual data (%) Bus 352288 30 87.72 BQTerrace 19201080 60 82.95 BasketballDrive 19201080 50 80.71 ++ Bin string Binlength synVal k 1<<k + FL >>1  1 +1 0 ‘0’ Cmax - <<1 k - synVal prefixVal prefix bins Suffix bins Prefix length 4<<cRiceParam CALR cMax bin string bin length cRiceParam + Suffix length suffixVal k order Min TR EGk 1 Concat + Kỹ thuật điện tử T. Đ. Lâm, , N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng chuẩn nén video HEVC.” 166 H nh 14. Mô hình mô phỏng, kiểm chứng mô-đun Residual Binarizer. 5. KẾT LUẬN Bài báo phân tích tầm quan trọng của mã hóa dữ liệu độ dư thông tin điểm ảnh trong bộ mã hóa CABAC chuẩn nén video HEVC, đồng thời phân tích nguyên lý các phép biến đổi nhị phân đối với các phần tử cú pháp Residual SE. Kiến trúc phần cứng bộ biến đổi Residual Binarizer được đề xuất, mô hình hóa trên ngôn ngữ VHDL và mô phỏng kiểm chứng với một số mẫu video chuẩn theo khuyến nghị của ITU-T. Kết quả mô phỏng khẳng định tính đúng đắn của kiến trúc phần cứng đề xuất. Mô-đun biến đổi nhị phân Residual Binarizer do bài báo xây dựng có thể mã hóa được 3,5 SEs/clock cycle ở tần số cực đại 500 MHz, cho phép áp dụng trong các kiến trúc CABAC để mã hóa các luồng video UHD theo chuẩn HEVC. Trong tương lai, kiến trúc phần cứng đề xuất cho mô-đun biến đổi nhị phân được thực hiện tổng hợp mạch, mô phỏng và đánh giá các tham số tiêu thụ nguồn, dung lượng phần cứng thiết kế trên công cụ thiết kế vi mạch tích hợp của hãng Synopsys. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. G.-J. Sullivan, J.-R. Ohm, W.-J. Han, and T. Wiegand, “Overview of the High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard,” IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 22, no. 12, pp. 1649-1668, Dec. 2012. [2]. V. Sze, M. Budagavi, and G.-J. Sullivan, “High Efficiency Video Coding (HEVC): Algorithms and Architectures”. New York, USA: Springer , 2014. [3]. Y. Cetin and A. Celebi, "On the Hardware Implementation of Binarization for High Efficiency Video Coding," in In Proceedings of Academicsera International Conference, Istanbul, Turkey, 23-24 October 2017. [4]. A. Basri and N. Zainal, "Comparison of High Efficiency Video Coding (HEVC) Performance with H.264 Advanced Video Coding (AVC)”, Journal of Engineering Science and Technology, 2015. [5]. V. Arora and H. H. Saini, "A Review on Different Video Coding Standards," International Journal on Recent and Innovat
Tài liệu liên quan