张建国，关则昂，徐 渊，刘劲松

（1．深圳市振华微电子有限公司，广东 深圳518060；2．深圳大学信息工程学院，广东 深圳518060）

1 概述

H．264是由视频编码专家组（Video Coding Experts Group，VCEG）联合动态图像专家组（Moving Pictures Experts Group，MPEG）提出的一种具有高压缩效率的视频编码标准［1］。目前国内外对相关编码器设计大多基于专用集成电路（Application Specific Integrated Circuit，ASIC）芯片结构或数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）＋现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，FPGA）编码器解决方案。基于FPGA芯片实现该系统既具有ASIC强大的运算能力优势，同时又有类似DSP的灵活性，已成为新一代的H．264编码器实现方案。而且，多数相关课题只基于FPGA实现H．264编码器内部分功能设计及优化，如新型运动估计结构［2－3］等研究。

本文在Xilinx的FPGA芯片上实现基于基本画质层次的整个编码系统，并针对高分辨率视频处理采用并行处理、高度吞吐量优化设计，对1080P，720P等高清视频进行实时编码处理。

2 H．264／AVC预测编码原理

编码器预测编码由帧内（I帧）与帧间预测（P帧）组成，本文对于I帧编码部分实现3种预测模式：水平，垂直以及均值预测，帧间编码实现P帧预测。

2．1 帧内预测

帧内预测中对于亮度域提供2种编码模式：基于4×4［4］和16×16块编码。前者共有9种预测模式，如图1所示，一般适用对存在大量细节的图像编码，而后者仅4种预测模式，适用于图像中较平坦区域的编码［5］。

图1 亮度域的9种预测模式

如图1所示，4×4块周边相邻像素（A～L）是已编码与重构后像素，作为当前4×4块的预测参考像素。系统分别对9种预测模式进行预测，找出误差最小的一种预测模式。由于人眼视觉系统对色度变化的敏感性较低，只对色度定义了4种预测模式，且与16×16亮度块相似，只是对应的模式编码不同。……