基于SSE2的AVS-M视频编码器优化

从SIMD技术出发,介绍了利用SSE2指令集优化AVS—M视频编码器的具体方法,主要集中在运动搜索与补偿,亚像素插值及整数DCT变换和反变换等模块的优化,并通过实验证明了优化的有效性。     

基于AVS标准整数反变换的硬件设计研究

对基于AVS标准整数反变换的硬件系统设计进行了研究.系统采用两个子模块A和一个子模块B构成,通过模块复用,实现了流水线结构的一维整数反变换核的运算与设计,明显降低了硬件系统的复杂度.在保证系统运算速度情况下,采用两个一维反变换核和2个32×16的单口SRAM,通过优化控制RAM的地址,完成转置变换,使系统模块在40个时钟周期内可完成一个8×8数据块的变换.在同等速度下与传统设计相比,系统节省面积约60%.     

整数5/3小波变换的VLSI结构设计

在JPEG 2000中,无损图像压缩是采用整数5/3小波变换实现的.JPEG 2000也给出了5/3小波基于提升方法的算法.对提升方法的整数5/3小波变换算法进行了研究,针对二维的变换提出一种VLSI结构.该结构由4个模块构成,模块之间并行运行,模块内部采用流水线技术.对多级变换,级间的运算还可交叉,体现了提升方法的优势,较大地提高了硬件效率.其主要优点是消耗资源少且运算速度高,同时也适用于其他整数小波变换.     

面向流式数据的ｓｉｎｃ插值核设计与ＦＰＧＡ实现

针对sinc插值模块处理流式数据时消耗缓存大、运算效率低等问题，本文提出了针对流式数据的sinc插值设计方案，在对算法流程进行分析优化的基础上，针对数据特性提出了相应的架构优化，并给出了具体的FPGA实现，最后通过仿真与板上测试验证了设计的可行性。实验结果表明，该计算模块在处理一般尺寸图像数据时，通过率可接近100%。本设计避免了通用的sinc插值实现架构存在的消耗资源多、数据运算周期长等问题，兼顾了硬件的高性能与低复杂度，存在一定的应用价值。     

高速率AVS整数变换的汇编实现与优化

简要介绍了AVS视频编码中耗时较长的整数变换部分,深入分析了不同的算法模式,分别应用MMX,SSE2和侧重乘法操作的SSE2等单指令多数据技术对AVS整数变换的关键算法模块进行优化.实验结果表明:3种优化方法均提高了整数变换的编码速率,性能最优的SSE2优化算法比未优化时的编码速度提高了约6-3倍,单次变换平均时延减少到0.5 ms以内.     

一种图像快速线性插值的实现方案与分析

 几何变换是许多图像处理过程的基础.由于线性插值需要较少的运算量,又能在一定程度上保证图像质量,因此,图像几何变换常使用线性插值方法.然而在需要实时处理的场合或运算能力较差的设备上,线性插值的运算速度仍需提高.本文首先总结了数字设备上运算整数化的两条规则.根据这两条规则,在不损失精度的条件下,得到图像双线性插值的整数化方案(三线性插值可同样处理).然后以几何变换中最常使用的仿射变换为例,给出整个图像变换过程的整数化方法及分析.PC机上的实验证明,本文方案相比原始方法执行性能大大提高.此外,本文的方案是高度可并行的.     

大整数乘法器的FPGA设计与实现

大整数乘法是公钥加密中最为核心的计算环节,实现运算快速的大数乘法单元是RSA, ElGamal,全同态等密码体制中急需解决的问题之一。针对全同态加密(FHE)应用需求,该文提出一种基于Sch?nhage-Strassen算法(SSA)的768 kbit大整数乘法器硬件架构。采用并行架构实现了其关键模块64k点有限域快速数论变换(NTT)的运算,并主要采用加法和移位操作以保证并行处理的最大化,有效提高了处理速度。该大整数乘法器在Stratix-V FPGA上进行了硬件验证,通过与CPU上使用数论库(NTL)和GMP库实现的大整数乘法运算结果对比,验证了该文设计方法的正确性和有效性。实验结果表明,该方法实现的大整数乘法器运算时间比CPU平台上的运算大约有8倍的加速。     

微分算子与子波构造

将传统意义下的整数阶微分运算拓展到非整数阶微分情形,直接仿照整数阶微分在时域的极限定义形式是很困难的.本文从分析微分运算的频域形式着手,将微分算子分解成幅度算子和相位算子,并将其与子波变换特征进行比照研究,从而解决了非整数阶微分的拓展问题,同时也得到了微分运算与子波变换的内在联系,为非整数阶微分计算提供了一种逼近方式.文中提出了幅度算子、广义Hilbert变换等新概念并重点探讨了基于非整数阶微分运算的子波构造及其局域化特征等问题.     

基于整数小波变换的Wiener插值算法

小波变换中高低分辨率子带之间的相似性使得利用小波变换进行图像插值的方法成为可能.根据数字图像信号的特点,分析了小波变化后各个子带信号的特点,提出了基于整数小波变换的Wiener插值算法.用Wiener自适应滤波器训练得到插值滤波系数,同时结合既符合图像性质又能减小运算量的整数双正交小波基对图像插值.结果得到较高的信噪比和较好的主观视觉效果.平均峰值信噪比比传统的双线性插值法提升了2.4dB.     

基于DSP的H.264/AVC解码器运动补偿模块的优化

针对H.264/AVC解码器中运动补偿模块存取密集、计算复杂度高的特点,对参考数据读取方式和亚像素插值计算进行了一系列优化,提出了运动补偿参考数据读入的并行机制和亚像素插值的优化算法.在不降低图像质量的前提下,大大提高了解码速度,TI DM642DSP平台下仿真结果表明优化后的运动补偿模块的计算速度提高为原来的19倍.     

H.264整数DCT的硬件实现

该文在分析了H.264整数DCT（Discrete Cosine Transform）变换原理的基础上,介绍了一种实现4×4前向整数变换的新算法。该算法较多地运用了矩阵运算,与传统的将一个二维DCT变换转变为两个一维DCT变换相比,省略了转置模块,降低了时钟延时,减少了资源占用,更利于达到基于H.264的视频信号处理的性能要求。根据新的算法编写了verilog程序并在QuartusⅡ8.0软件中进行了仿真并得出结果。     

H.264中一种基于矩阵分解的变换算法及硬件实现

H.264是新一代的视频编码标准，具有优秀的压缩性能。其获得优越性能的代价是运算复杂度的大幅增加，因此在实际应用上存在困难。使用专门的硬件设备是解决这个问题的方法之一。H．264标准中的整数变换运算适合使用硬件实现。首先对H，264标准中的整数变换运算进行介绍，针对H．264中的变换运算提出一种基于矩阵分解的快速并行算法。分析了该算法的结构，表明是符合H.264标准的一种快速算法。并对变换算法的硬件寡现进行了分析，表明这种硬件算法结构适合在实时编解码中应用。     

整数型帧间差分JPEG算法及实现

本文对静态图象压缩标准JPEG进行了两方面改进，使之适用于运动序列的压缩，并易于在多媒体PC环境下实现．这两方面的改进是：帧间差分消除背景冗余；用CMT变换对DCT变换进行整数运算的逼近．最后给出了一些实验结果．     

用于全同态加密的数论变换乘法蝶形运算优化及实现

全同态加密(FHE)可以真正从根本上解决云计算时将数据及其操作委托给第三方时的数据安全问题。针对全同态加密中占较大比例的大整数乘法运算优化需求,该文提出一种数论变换乘法蝶形运算的操作数合并算法,利用取模操作的快速算法,分别可将基16和基32运算单元的操作数减少到43.8%和39.1%。在此基础上,设计并实现了数论变换基32运算单元的硬件设计架构,在SMIC 90 nm工艺下的综合结果显示,电路的最高工作频率为600 MHz,面积1.714 mm2。实验结果表明,该优化算法提升了数论变换乘法蝶形运算的计算效率。     

一种无乘法的整数DCT快速实现方法

提出了一种无乘法的整数离散余弦变换(DCT)的实现方法:首先将蝶形运算的浮点数放大为整数,将浮点运算转化成定点的整数运算,然后根据蝶形运算的特点,将蝶形中的乘法转化为基于数值移位和累加的运算过程,从而得到一种通用的快速DCT实现方法.     

用于全同态加密的数论变换乘法蝶形运算优化及实现

全同态加密(FHE)可以真正从根本上解决云计算时将数据及其操作委托给第三方时的数据安全问题.针对全同态加密中占较大比例的大整数乘法运算优化需求,该文提出一种数论变换乘法蝶形运算的操作数合并算法,利用取模操作的快速算法,分别可将基16和基32运算单元的操作数减少到43.8%和39.1%.在此基础上,设计并实现了数论变换基32运算单元的硬件设计架构,在SMIC 90 nm工艺下的综合结果显示,电路的最高工作频率为600 MHz,面积1.714 mm2.实验结果表明,该优化算法提升了数论变换乘法蝶形运算的计算效率.     

H.264编码器参考帧内存优化方法

提出了一种优化参考帧内存的新方法：每个参考帧的亮度参考图像仅包含了图像内的整数像素和扩展边界中的整数像素;在运动矢量搜索时先利用亮度参考图像找到整数运动矢量,而后由整数运动矢量搜索分数运动矢量,在每一次的搜索过程中根据搜索位置的分数运动矢量在亮度参考图像上找到对应的整数像素子块,对该子块进行插值运算获取所需的参考子块并进一步处理而获取对应代价,最后根据代价最小准则获取最佳运动矢量.试验证明这种优化方法能大大减小内存,且保证图像质量和码率几乎没有变化.     

低运算复杂度的H.264解码器运动补偿模块

给出了一种针对H.264解码器中运动补偿模块的有损优化算法,旨在减少H.264解码器的总运算,以更好地适应便携式设备。算法主要对运动补偿模块中的1/2像素和1/4像素插值滤波器进行了优化。由实验结果可知,该算法能够有效地降低运动补偿模块的运算量,同时不会引起明显的视频质量的降低和漂移效应。     

基于整数小波变换的运动物体阴影去除算法

小波变换具有多分辨率分析的特性,整数小波属于二代小波,其不仅延续了小波变换多分辨率分析的特性,而且在运算快速性方面具有自身独特的优势.将整数小波变换应用于交通场景的车辆阴影去除,不仅能够充分发挥整数小波变换的多分辨率分析特性,而且兼顾了交通监控实时性的要求.实验结果表明,将整数小波变换应用于车辆阴影去除在处理效果和实时性方面获得了比较好的折中,是一个有益的尝试.     

5G下行信号解调算法研究

针对5G下行信号的解调测试需求，设计了5G下行信号解调方法。采用5G下行信号解调模块化设计思想，首先采用信号同步找到信号帧的起始位置、终止位置以及整数载波频率偏移，利用去循环前缀（Cyclic Prefix,CP）模块确定最佳的傅里叶变换（Fast Fourier Transform,FFT）起始点，并对每个正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）符号进行FFT运算；其次信道估计模块根据5G下行信号解调参考信号（DeModulation Reference Signal,DMRS）位置计算出信道传输函数，再使用线性插值算法估计出5G下行信道所有符号上子载波位置的幅度和相位响应特性；再次进入信道均衡模块，补偿信道传输函数的幅度和相位；最后进入误差矢量幅度（Error Vector Magnitude,EVM）计算测量模块，评估通信发射机发射信号的质量，通过比较接收的测量符号和理想的参考信号，完成信号解调。通过理论推导和实际应用相结合，验证了本文设计的完整信号解调算法可以实现5G下行信号解调。