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High Efficiency Video Coding (HEVC)是目前正在由MPEG和ITU两大标准组织联合制定的新一代视频编码标准,它的目标是在保持同等图像质量的前提下将码率在H.264/AVC的基础之上降低50%。为了达成这一目标,HEVC标准中采用了很多全新的编码工具：基于Quad-tree的图像分割方式、大尺寸离散余弦变换、离散正弦变换(DST)、全新环路滤波器等。这些新算法的引入大大提高了HEVC标准的编码压缩性能,但是这些新算法也对视频编解码器的VLSI实现架构提出了新的挑战。同时,在实际应用中新旧标准的更替是一个渐进的过程,在此过程中多种视频标准将会在一个较长时间内共存。因此,多标准融合的视频解码架构也有着非常广泛的实际应用需求。有鉴于此,本论文的主要工作与创新点体现于如下几个方面：1.深入研究了HEVC标准中设计的各种算法,包括CABAC,大尺寸离散余弦变换、离散正弦变换、环路滤波器等,针对各种新的算法提出了适用于多标准的VLSI实现架构。针对CABAC算法,提出了一种H.264和HEVC共享上下文模型存储空间的VLSI架构；针对大尺寸离散余弦变换,提出了一种同时支持多标准、多种变换尺寸的VLSI架构,此架构还可以以很小的硬件代价来实现HEVC标准中的4x4离散正弦变换；针对新的环路滤波器,提出了一种SAO滤波器与deblocking滤波器共享片上SRAM的架构,可以大大降低硬件资源开销。2.针对HEVC标准中全新的图像分割方式,提出了一种流水线粒度为32x32像素块的5级流水线架构。传统的视频编码标准都采用大小为16x16的宏块为单位进行图像分块,但是HEVC标准中分块大小最大为64x64。在研究了HEVC各模块的算法之后,本文提出了一种流水线粒度为32x32像素块的硬件架构。每一级流水线最大能处理32x32的像素块,这种基于32x32分块大小的流水线架构能够在不牺牲整体系统性能的前提下将硬件代价最小化。此架构不仅适用于HEVC,同样也适用于其他传统的视频编码标准。3.针对熵解码模块的瓶颈问题提出了一种异步流水线的架构。由于熵解码的串行特性,无论是CAVLC还是CABAC都容易成为整个系统的瓶颈,本文提出了一种异步流水线的架构,既可以大幅提高熵解码模块的吞吐率,又能保持整个系统的低功耗。