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

Bài viết 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.
Nội dung trích xuất từ 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 Kỹ thuật điện tử 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]. Mã hóa các thông tin Tín hiệu điều khiển chung Dữ liệu thông tin video điều khiển Các hệ số lượng tử Biến đổi và lượng tử Phân chia Biến đổi ngược thành các CTU Luồng bit Định dạng tiêu đề mã hóa Dữ liệu dự và Mã hóa CABAC đoán nội ảnh Ước lượng nội ảnh Phân tích tham Dữ liệu điều số bộ lọc khiển bộ lọc Dự đoán nội ảnh Dữ liệu Các bộ lọc Deblocking, SAO chuyển động Bù chuyển Chọn chế độ động Tín hiệu sau Intra/Inter Bộ đệm khung Ước lượng khôi phục ảnh đã khôi phục chuyển động H nh 1. Sơ đồ khối chức năng bộ mã hóa video HEVC. 158 T. Đ. Lâm, …, N. M. Cường, “Giải pháp thực thi phần cứng … chuẩn nén video HEVC.” Nghiên cứu khoa học công nghệ 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 lu ...