語音編碼技術(shù)始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復(fù)雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復(fù)雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛應(yīng)用在VOIP網(wǎng)關(guān)、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預(yù)測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進(jìn)行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進(jìn)行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術(shù)。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進(jìn)行FPGA設(shè)計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設(shè)計，其中包括自相關(guān)函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設(shè)計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標(biāo)芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進(jìn)行了驗證，證明了方案的可行性。
上傳時間： 2013-06-20
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視頻監(jiān)控一直是人們關(guān)注的應(yīng)用技術(shù)熱點之一，它以其直觀、方便、信息內(nèi)容豐富而被廣泛用于在電視臺、銀行、商場等場合。在視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對多路視頻信號進(jìn)行實時監(jiān)控，如果每一路視頻信號都占用一個監(jiān)視器屏幕，則會大大增加系統(tǒng)成本。視頻圖像畫面分割器主要功能是完成多路視頻信號合成一路在監(jiān)視器顯示，是視頻監(jiān)控系統(tǒng)的核心部分。 傳統(tǒng)的基于分立數(shù)字邏輯電路甚至DSP芯片設(shè)計的畫面分割器的體積較大且成本較高。為此，本文介紹了一種基于FPGA技術(shù)的視頻圖像畫面分割器的設(shè)計與實現(xiàn)。 本文對視頻圖像畫面分割技術(shù)進(jìn)行了分析，完成了基于ITU-RBT.656視頻數(shù)據(jù)格式的畫面分割方法設(shè)計；系統(tǒng)采用Xilinx公司的FPGA作為核心控制器，設(shè)計了視頻圖像畫面分割器的硬件電路，該電路在FPGA中，將數(shù)字電路集成在一起，電路結(jié)構(gòu)簡潔，具有較好的穩(wěn)定性和靈活性；在硬件電路平臺基礎(chǔ)上，以四路視頻圖像分割為例，完成了I2C總線接口模塊，異步FIFO模塊，有效視頻圖像數(shù)據(jù)提取模塊，圖像存儲控制模塊和圖像合成模塊的設(shè)計，首先，由攝像頭采集四路模擬視頻信號，經(jīng)視頻解碼芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字視頻圖像信號后送入異步FIFO緩沖。然后，根據(jù)畫面分割需要進(jìn)行視頻圖像數(shù)據(jù)抽取，并將抽取的視頻圖像數(shù)據(jù)按照一定的規(guī)則存儲到圖像存儲器。最后，按照數(shù)字視頻圖像的數(shù)據(jù)格式，將四路視頻圖像合成一路編碼輸出，實現(xiàn)了四路視頻圖像分割的功能。從而驗證了電路設(shè)計和分割方法的正確性。 本文通過由FPGA實現(xiàn)多路視頻圖像的采集、存儲和合成等邏輯控制功能，I2C總線對兩片視頻解碼器進(jìn)行動態(tài)配置等方法，實現(xiàn)四路視頻圖像的輪流采集、存儲和圖像的合成，提高了系統(tǒng)集成度，并可根據(jù)系統(tǒng)需要修改設(shè)計和進(jìn)一步擴展功能，同時提高了系統(tǒng)的靈活性。
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是由ITU和ISO兩大組織聯(lián)合組成的JVT共同制定的一項新的視頻壓縮技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，在較低帶寬上提供高質(zhì)量的圖像傳輸是H.264/AVC的應(yīng)用亮點。在同樣的視覺質(zhì)量前提下，H.264/AVC比H.263和MPEG-4節(jié)約了50％的碼率。但H.264獲得優(yōu)越性能的代價是計算復(fù)雜度的增加，據(jù)估計其編碼的計算復(fù)雜度大約為H.263的3倍，因此很難應(yīng)用于實時視頻處理領(lǐng)域。針對這一現(xiàn)狀，業(yè)內(nèi)做了大量的研究工作，力圖降低其計算復(fù)雜度和提高運行效率。比如在運動估計方面，國內(nèi)外在這方面的研究已經(jīng)很成熟。而針對幀內(nèi)/幀間預(yù)測編碼的研究卻較少。因此研究預(yù)測模式的快速算法具有理論意義和應(yīng)用價值。 本文在詳細(xì)研究H.264標(biāo)準(zhǔn)視頻壓縮編碼特點基礎(chǔ)上，分析了H.264幀內(nèi)編碼, 幀間編碼及變換，量化技術(shù)的原理及特點，提出了一種基于局部邊緣方向信息的快速幀內(nèi)模式判決算法，通過結(jié)合SAD的模式選擇方法來減少模式選擇數(shù)目。它采用了Sobel梯度算子計算當(dāng)前塊的邊緣信息，累加當(dāng)前塊中屬于同一方向像素點的邊緣矢量構(gòu)造不同模式下的邊緣方向直方圖，以便確定最可能的預(yù)測模式。該算法有效降低了編碼器的運算復(fù)雜度，在并未顯著降低編碼性能的情況下提升了編碼器效率。仿真表明：Foreman 圖像序列編碼性能有了提高，其中PSNR平均降低了0.06dB，Bitrate平均降低了19.4％，這大大提高了視頻傳輸?shù)馁|(zhì)量。 另外在幀間預(yù)測模式選擇算法方面進(jìn)行了改進(jìn)研究：按順序?qū)Σ煌愋瓦M(jìn)行判決，有選擇地去比較可能模式，使得在有效減少需判決的模式數(shù)量的同時，結(jié)合小塊模式搜索中途停止準(zhǔn)則來確定最優(yōu)模式。仿真表明：改進(jìn)算法相對與原來算法能夠節(jié)省很多的編碼時間（平均下降了49.3％），但帶來的圖像質(zhì)星的下降（平均下降0.08dB,可以忽略）和碼率較少的增加。 同時在整數(shù)DCT變換模塊中，提出了一種快速蝶形算法，使得對4×4點數(shù)據(jù)做一次變換，只需通過8×8次加法和2×8次移位運算便可完成，與原來12×8次加法和4×8次移位相比，新算法大大降低了運算復(fù)雜度。 最后介紹FPGA的特點及設(shè)計流程，并實現(xiàn)了H.264編解碼器中變換編碼及量化和熵解碼模塊的硬件。這種基于FPGA所實現(xiàn)的H.264編碼視頻處理模塊設(shè)計具備了成本低，周期短，設(shè)計方法靈活等優(yōu)點，具有廣闊的市場應(yīng)用前景。 仿真表明，通過使用本文提出的幀內(nèi)/幀間速算法方法可使得H.264編碼速度獲得顯著的提高，使H.264 Baseline編碼器能在PC平臺上實現(xiàn)實時編碼。
上傳時間： 2013-07-18
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隨著數(shù)字電視日益深入人心，高清概念越來越為人所熟知。帶有高清視頻功能的產(chǎn)品已經(jīng)逐步走向人們的工作和生活，高清視頻處理已經(jīng)從理論研究走向系統(tǒng)實際應(yīng)用。毫無疑問，無論是從觀眾的視覺還是從產(chǎn)業(yè)的角度來看，高清視頻已經(jīng)成為數(shù)字視頻技術(shù)發(fā)展的必然趨勢。本文研究了整個編解碼系統(tǒng)中ARM控制模塊的軟件設(shè)計，最終完成以PC機為終端控制平臺，經(jīng)ARM控制模塊將命令發(fā)送給核心編解碼芯片MB86H51，使其完成相應(yīng)的操作。、本文主要的工作有如下幾個方面： 1、根據(jù)ARM各型號芯片的特點，結(jié)合本系統(tǒng)的實際需求，最終選定Atmel公司的AT91SAM9261作為ARM控制板的核心處理芯片，并深入了解該芯片的工作原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 2、根據(jù)本系統(tǒng)中所選用的DataFlash型號及外圍電路連接情況等諸多因素，并結(jié)合Atmel公司所提供的AT91SAM9261一級BootLoader參考代碼，編寫調(diào)試符合本系統(tǒng)啟動運行的一級BootLoader引導(dǎo)程序，也稱為Bootstrap引導(dǎo)程序，最終成功實現(xiàn)引導(dǎo)U-Boot程序。 3、深入分析了U-Boot和Linux的體系結(jié)構(gòu)和編譯過程，結(jié)合AT91SAM9261芯片的特點和實際外圍電路的連接情況，修改U-Boot和Linux中主要的編譯參數(shù)，并進(jìn)行重新編譯，最終成功移植到系統(tǒng)板中。 4、在ITU-T提供的H.264標(biāo)準(zhǔn)的參考解碼程序JM8.6的基礎(chǔ)上，詳細(xì)研究了H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以及具體的解碼器結(jié)構(gòu)和解碼流程，并結(jié)合DirectX技術(shù)，開發(fā)了一款基于PC機的H.264解碼播放器，用于驗證存儲在PC機上的H.264壓縮碼流的正確性。
上傳時間： 2013-04-24
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IEC JTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn).與JPEG(Joint Photographic Experts Group)相比,JPEG2000能夠提供更好的數(shù)據(jù)壓縮比,并且提供了一些JPEG所不具有的功能[1].JPEG2000具有的多種特性使得它具有廣泛的應(yīng)用前景.但是,JPEG2000是一個復(fù)雜編碼系統(tǒng),目前為止的軟件實現(xiàn)方案的執(zhí)行時間和所需的存儲量較大,若想將JPEG2000應(yīng)用于實際中,有著較大的困難,而用硬件電路實現(xiàn)JPEG2000或者其中的某些模塊,必然能夠減少JPEG200的執(zhí)行時間,因而具有重要的意義.本文首先簡單介紹了JPEG2000這一新的靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn),然后對算術(shù)編碼的原理及實現(xiàn)算法進(jìn)行了深入的研究,并重點探討了JPEG2000中算術(shù)編碼的硬件實現(xiàn)問題,給出了一種硬件最優(yōu)化的算術(shù)編碼實現(xiàn)方案.最后使用硬件描述語言(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,VHDL)在寄存器傳輸級(Register Transfer Level,RTL描述了該硬件最優(yōu)化的算術(shù)編碼實現(xiàn)方案,并以Altera 20K200E FPGA為基礎(chǔ),在Active-HDL環(huán)境中進(jìn)行了功能仿真,在Quartus Ⅱ集成開發(fā)環(huán)境下完成了綜合以及后仿真,綜合得到的最高工作時鐘頻率達(dá)45.81MHz.在相同的輸入條件下,輸出結(jié)果表明,本文設(shè)計的硬件算術(shù)編碼器與實現(xiàn)JPEG2000的軟件:Jasper[2]中的算術(shù)編碼模塊相比,處理時間縮短了30﹪左右.因而本文的研究對于JPEG2000應(yīng)用于數(shù)字監(jiān)控系統(tǒng)等實際應(yīng)用有著重要的意義.
標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 算術(shù)編碼
上傳時間： 2013-05-16
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JPEG2000是由ISO/ITU-T組織下的IECJTC1/SC29/WG1小組制定的下一代靜止圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)良的壓縮特性使得它將具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域。JPEG2000算法非常復(fù)雜，圖像編碼過程占用了大量的處理器時間開銷和內(nèi)存開銷，因而通過對JPEG2000算法進(jìn)行優(yōu)化并采用硬件電路來實現(xiàn)JPEG2000標(biāo)準(zhǔn)的部分或全部內(nèi)容，對加快編碼速度從而擴展其應(yīng)用領(lǐng)域有重要的意義。 本文的研究主要包括兩方面的內(nèi)容，其一是JPEG2000算術(shù)編碼器算法的研究與硬件設(shè)計，其二是JPEG2000碼率控制算法的研究與優(yōu)化算法的設(shè)計。在研究算術(shù)編碼器過程中，首先研究了JPEG2000中基于上下文的MQ算術(shù)編碼器的編碼原理和編碼流程，之后采用有限狀態(tài)機和二級流水線技術(shù)，并在不影響關(guān)鍵路徑的情況下通過對算術(shù)編碼步驟優(yōu)化采用硬件描述語言對算術(shù)編碼器進(jìn)行了設(shè)計，并通過了功能仿真與綜合。實驗證明該設(shè)計不但編碼速度快，而且流水線短，硬件設(shè)計的復(fù)雜度低且易于控制。 在研究碼率控制算法過程中，首先結(jié)合率失真理論建立了算法的數(shù)學(xué)模型，并驗證了該算法的有效性，之后深入分析了該數(shù)學(xué)模型的實現(xiàn)流程，找出影響算法效率的關(guān)鍵路徑。在對算法優(yōu)化時采用黃金分割點算法代替原來的二分查找法，并使用了碼塊R-D斜率最值記憶和碼率誤差控制算法。實驗證明，采用優(yōu)化算法在增加少量系統(tǒng)資源的情況下使得計算效率提高了60％以上。之后，分析了率失真理論與JPEG2000中PCRD-opt算法的具體實現(xiàn)，又提出了一種失真更低的比特分配方案，即按照“失真/碼長”值從大到小通道編碼順序進(jìn)行編碼，通過對該算法的仿真驗證，得出在固定碼率條件下新算法將產(chǎn)生更少的失真。
標(biāo)簽： JPEG 2000 FPGA 標(biāo)準(zhǔn)
上傳時間： 2013-07-13
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ISO和ITU-T制定的一系列視頻編碼國際標(biāo)準(zhǔn)的推出，開創(chuàng)了視頻通信和存儲應(yīng)用的新紀(jì)元。從H.261視頻編碼建議，到H.262/3、MPEG-1/2/4等都有一個共同的不斷追求的目標(biāo)，即在盡可能低的碼率(或存儲容量)下獲得盡可能好的圖像質(zhì)量。 本課題的研究建立在目前主流的壓縮算法的基礎(chǔ)上，綜合出各種標(biāo)準(zhǔn)中實現(xiàn)途徑的共性和優(yōu)勢，將算法的主體移植于FPGA(FieldProgrammableGateArray)平臺上。憑借該種類嵌入式系統(tǒng)配置靈活、資源豐富的特點，建立一個可重構(gòu)的內(nèi)核處理模塊。進(jìn)一步的完善算法(運算速度、精度)和外圍系統(tǒng)后，就可作為專用視頻壓縮編碼器進(jìn)行門級電路設(shè)計的原型，構(gòu)建一個片上可編程的獨立系統(tǒng)。 編碼器設(shè)計有良好的應(yīng)用前景，通過使用離散余弦變換和熵編碼，對運動圖像從空間上進(jìn)行壓縮編碼，使得編碼后的數(shù)據(jù)流適合于傳輸、通信、存儲和編輯等方面的要求。同時，系統(tǒng)的設(shè)計將解碼的工作量大幅度降低，功能模塊在作適當(dāng)?shù)母膭雍罂蔀榻獯a器的參考設(shè)計使用。 研究所涉及的各功能模塊都進(jìn)行了系統(tǒng)性的仿真和綜合，滿足工程樣機的前期研發(fā)需要。
上傳時間： 2013-04-24
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數(shù)字信息在有噪聲的信道中傳輸時，受到噪聲的影響，誤碼總是不可避免的。根據(jù)香農(nóng)信息理論，只要使Es/N0足夠大，就可以達(dá)到任意小的誤碼率。采用差錯控制編碼，即信道編碼技術(shù)，可以在一定的Es/N0條件下有效地降低誤碼率。按照對信息元處理方式不同，信道編碼分為分組碼與卷積碼兩類。卷積碼的k0和n0較小，實現(xiàn)最佳譯碼與準(zhǔn)最佳譯碼更加容易。卷積碼運用廣泛，被ITU選入第三代移動通信系統(tǒng)，作為包括WCDMA，CDMA2000和TD-SCDMA在內(nèi)的信道編碼的標(biāo)準(zhǔn)方案。 本文研究了CDMA2000業(yè)務(wù)通道中的幀結(jié)構(gòu)，對CDMA2000系統(tǒng)中的卷積碼特性及維特比譯碼的性能限進(jìn)行了分析，并基于MATLAB平臺做了相應(yīng)的譯碼性能仿真。我們設(shè)計了一種可用于CDMA2000通信系統(tǒng)的通用、高速維特比譯碼器。該譯碼器在設(shè)計上具有以下創(chuàng)新之處：(1)采用通用碼表結(jié)構(gòu)，支持可變碼率；幀控制模塊和頻率控制器模塊的設(shè)計中采用計數(shù)器、定時器等器件實現(xiàn)了可變幀長、可變數(shù)據(jù)速率的數(shù)據(jù)幀處理方式。(2)結(jié)合流水線結(jié)構(gòu)思想，利用四個ACS模塊并行運行，加快數(shù)據(jù)處理速度；在ACS模塊中，將路徑度量值存貯器的存儲結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，防止數(shù)據(jù)讀寫的阻塞，縮短存儲器讀寫時間，使譯碼器的處理速度更快。(3)為了防止路徑度量值和幸存路徑長度的溢出，提出了保護(hù)處理策略。我們還將設(shè)計結(jié)果在APEXEP20K30E芯片上進(jìn)行了硬件實現(xiàn)。該譯碼器芯片具有可變的碼率和幀長處理能力，可以運行于40MHZ系統(tǒng)時鐘下，內(nèi)部最高譯碼速度可達(dá)625kbps。本文所提出的維特比譯碼器硬件結(jié)構(gòu)具有很強的通用性和高速性，可以方便地應(yīng)用于CDMA2000移動通信系統(tǒng)。
上傳時間： 2013-06-24
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語音編碼技術(shù)始終是語音研究的熱點。語音編碼作為多媒體通信中信息傳輸?shù)囊粋€重要環(huán)節(jié)，越來越受到廣泛的重視。G729是由美國、法國、日本和加拿大的幾家著名國際電信實體聯(lián)合開發(fā)的，國際電信聯(lián)盟(ITU-T)于1995年11月正式通過了G729。96年ITU-T又制定了G729的簡化方案G729A，主要降低了計算的復(fù)雜度以便于實時實現(xiàn)。因其具有良好的合成語音質(zhì)量、適中的復(fù)雜度、較低的時延等優(yōu)點，G729A標(biāo)準(zhǔn)已被廣泛應(yīng)用在VOIP網(wǎng)關(guān)、IP電話中。 論文利用Altera公司的新一代可編程邏輯器件在數(shù)字信號處理領(lǐng)域的優(yōu)勢，對G729A語音編碼中的線性預(yù)測(LP)濾波器系數(shù)提取的FPGA(現(xiàn)場可編程門陣列，F(xiàn)ield Programmable Gate Array)實現(xiàn)進(jìn)行了深入研究。論文首先對語音信號處理及其發(fā)展進(jìn)行介紹，深入討論了G729A語音編解碼技術(shù)。第二，對Altera公司的Stratix系列可編程器件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行了研究，分析了在QuartusII開發(fā)平臺上進(jìn)行FPGA設(shè)計的流程。第三，基于FPGA，對G729A編碼系統(tǒng)的LP分析部分做了具體設(shè)計，其中包括自相關(guān)函數(shù)和杜賓(Durbin)遞推兩個主要功能模塊，并對其工作過程進(jìn)行了詳細(xì)的分析。第四，針對系統(tǒng)所使用的除法運算都是商小于1的特點，設(shè)計并實現(xiàn)了一個系統(tǒng)專用的除法器模塊。最后，在Altera FPGA目標(biāo)芯片EP1S30F780C7上，對LP分析系統(tǒng)進(jìn)行了驗證，證明了方案的可行性。
標(biāo)簽： G729A FPGA 語音編解碼 算法研究
上傳時間： 2013-04-24
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H.264/AVC是ITU與ISO/IEC(International Standard Organization/Intemational Electrotechnical Commission國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會)聯(lián)合推出的活動圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)。作為最新的國際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.264/AVC與MPEG-4、H.263等視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，性能有了很大提高，并已在流媒體、數(shù)字電視、電話會議、視頻存儲等諸多領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(Conrext-based Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)是H.264/AVC的兩個熵編碼方案之一，相對于另一熵編碼方案-CAVLC(基于上下文的自適應(yīng)可變長編碼)，CABAC具有更高的數(shù)據(jù)壓縮率：在同等編碼質(zhì)量下要比CAVLC提高10％～15％的壓縮率。CABAC能實現(xiàn)很高的數(shù)據(jù)壓縮率，但這是以增加實現(xiàn)的復(fù)雜性為代價的。在已有的硬件實現(xiàn)方法上，CABAC的解碼效率并不高。 論文在深入研究CABAC解碼算法及其實現(xiàn)流程，并在仔細(xì)分析了H.264/AVC碼流結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出了影響CABAC解碼效率的各個環(huán)節(jié)，并以此為出發(fā)點，對CABAC解碼所需中的各個功能模塊進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計，設(shè)計出一種新的CABAC解碼器結(jié)構(gòu)，相對于一般的CABAC解碼器，它的解碼效率得到了顯著提高。論文針對影響CABAC解碼過程的"瓶頸"問題一多次訪問存儲部件影響解碼速率，提出了新的存儲組織方式，并根據(jù)CABAC的碼流結(jié)構(gòu)特性，采用4個子解碼器級聯(lián)的方式來進(jìn)一步提高解碼速率。 最后，用Verilog語言對所設(shè)計的CABAC解碼器進(jìn)行了描述，用EDA軟件對其進(jìn)行了仿真，并在FPGA上驗證了其功能，結(jié)果顯示，該CABAC解碼器結(jié)構(gòu)顯著提高了解碼效率，能夠滿足高檔次實時通訊的要求。
上傳時間： 2013-07-03
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