MPEG-4 以內容為基礎的算術編碼之分析設計與軟硬體共同驗證

Abstract

本篇論文對二元形狀方格(Binary Alpha Block, BAB)與以內容為基礎的算數編碼(Context based Arithmetic Coding, CAE)做詳盡的統計分析，並基於這些統計分析，提出了一個有效的BAB編碼傳輸方式與一個CAE單元的架構，來提高MPEG-4形狀編碼整體的效能。本篇論文實現了一個記憶體控制單元與一個CAE單元，並在ARM的發展環境中與整個MPEG-4形狀編碼的程式做軟硬體的共同驗證。 在過去研究中，CAE單元的效能最佳化，常常受限於其必須連續處理的特性，而無法有較佳的效能改進。在本篇論文中，CAE的統計方面顯示，內容(context)全為0或是1的符號(symbol)大多成群的出現；而針對此特性，我們設計了一個採用預測性處理的CAE硬體來做效能的最佳化。此加速硬體能在一個時脈週期(clock cycle)處理兩個內容全是0或是1的符號，進而減少整個CAE的運算時脈週期(operation clock cycles)；跟傳統的架構做比較，本篇論文提出的架構可以加速1.45倍。基於BAB的圖案特性，模擬結果顯示，將數條連續一樣的BAB線(row)編碼成一次BAB線的資料傳輸，可將邊緣BAB(Boundary BAB)的資料傳送次數減少到33.52%左右；當這樣的編碼應用到所有的BAB的資料傳送時，則可將整個傳送次數減少到8%左右。 在CAE 硬體單元的驗證上，此硬體單元在ARM的發展環境中與整個MPEG-4形狀編碼的程式做軟硬體的共同驗證。為了縮短整個系統發展時間與達到有效的軟硬體共同驗證，我們也提出了一個系統設計流程。此系統設計流程採用了適用於軟硬體共同驗證的應用程式介面(Application Program Interface, API)與部分的軟硬體共同驗證(Semi-HW/SW Co-verification)。