基于H.264的Exp-Golomb解碼器ASIC設(shè)計(jì)
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該模塊的主要組成部件是一個(gè)16位的首一檢測器，其功能是檢測出輸入序列中第一個(gè)1之前連續(xù)0的個(gè)數(shù)。碼長(2M+1)的獲取只需將首一檢測的結(jié)果與一個(gè)1位進(jìn)行位拼接即可實(shí)現(xiàn)，無需額外電路。另外，考慮到響應(yīng)速度和路徑延時(shí)，首一檢測器的設(shè)計(jì)采用分組并行探測方式，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。輸入的16位碼流分成4組，每組4位均通過一個(gè)4輸入與門，得到4位輸出信號后送至優(yōu)先編碼器1，從而判斷出首1所在區(qū)間。同時(shí)與門的四個(gè)輸出還作為選擇器MUX的控制信號，片選出存在首1的4位數(shù)據(jù)，并將其送至優(yōu)先編碼器2，判斷出首1的具體位置。最后將兩個(gè)編碼器的輸出進(jìn)行位拼接即可得到首 1前連續(xù)O的個(gè)數(shù)M。
codenum計(jì)算模塊和句法元素映射模塊
codenum計(jì)算模塊用于實(shí)現(xiàn)公式1的功能，設(shè)計(jì)中采用一個(gè)16位的桶形移位器結(jié)合一個(gè)16位減法器實(shí)現(xiàn)。桶形移位器根據(jù)首一檢測結(jié)果，重新定位碼流指針，正確輸出碼字中[1][INFO]部分，最后將[1][INFO]減去1即可得到codenum值。
關(guān)于句法元素映射模塊，由于H．264中定義了四種：Exp-Golomb碼，如前文表2所描述，存在四種不同的映射方式，本設(shè)計(jì)中采用四塊組合映射邏輯加一個(gè)多選器實(shí)現(xiàn)，具體結(jié)構(gòu)如圖1右端所示。其中ue直接等于codenum，se與te的映射則分別采用包含二選一電路的簡單組合邏輯實(shí)現(xiàn)，而me的實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜，需查找H．264標(biāo)準(zhǔn)中定義的運(yùn)動(dòng)矢量、量化參數(shù)的映射表格，設(shè)計(jì)中采用ROM結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)查表。
綜合、仿真結(jié)果與性能分析
在上述硬件架構(gòu)下，使用Verilog HDL進(jìn)行Exp-Golomb解碼器電路設(shè)計(jì)，并在Xilinx公司的ISE 8．2開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行了功能驗(yàn)證，選擇Virtex 2系列的XC2V250器件。使用Synplify 7．7軟件進(jìn)行邏輯優(yōu)化與綜合，系統(tǒng)時(shí)鐘頻率可達(dá)104MHz。ISE完成布局布線后，通過ModelSim 5．8調(diào)用JM86生成的測試向量進(jìn)行后仿真，最后與軟件的計(jì)算結(jié)果相比較，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)的正確性。
使用Synopsys公司的Design Compiler工具在0．18μm的SIMC CMOS工藝條件下，對RTL代碼進(jìn)行綜合優(yōu)化，時(shí)鐘頻率最高可以達(dá)到200MHz。通過設(shè)置不同的面積、時(shí)序及功耗約束條件，縮短關(guān)鍵路徑的延時(shí)，綜合出等效門數(shù)2276門、時(shí)鐘頻率為162MHz的最優(yōu)設(shè)計(jì)。在此工作頻率下，該Exp-Golomb硬件解碼器電路解出一個(gè)句法元素只需耗用單個(gè)時(shí)鐘周期，因此本設(shè)計(jì)可滿足H．264高清晰度視頻實(shí)時(shí)解碼的要求。本文引用地址：http://cafeforensic.com/article/155711.htm
結(jié)語
本文在分析H．264標(biāo)準(zhǔn)中Exp-Golomb解碼算法的基礎(chǔ)上，提出了一種高效、省面積的Exp-Golomb解碼器架構(gòu)。在Xilinx公司的 ISE 8．2開發(fā)環(huán)境下使用Virtex 2平臺(tái)對設(shè)計(jì)進(jìn)行了驗(yàn)證，使用Synopsys公司的DC工具在SMIC 0．18μm CMOS工藝條件下，對設(shè)計(jì)進(jìn)行了面積和時(shí)間的優(yōu)化，在162MHz時(shí)鐘頻率下工作時(shí)，電路等效門數(shù)為2276門，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，為下一步工作打下了良好的基礎(chǔ)。
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