自适应算术编码的FPGA实现

例如：在一个符号编码计算后得到的high=11010010和low=11001101，而前一个符号编码产生的下溢为1个，比较后输出为1010，同时记录下产生的下溢2个，如表5所示。

表5 含有下溢的编码输出

3.5 串行输出

并行编码后产生的码流存储在并行数据中，但在大多的情况下只有两、三个输出，甚至没有输出，若采用并行输出，就会产生极大的浪费。为了充分利用资源，在并行编码之后进行并/串转换，使其一位一位地输出，并且这个输出过程与下一个符号编码的过程并行完成，因此并不占用多余的时钟周期。

在编码过程中，当一个符号编码结束后，触发reload信号，通知此次编码结束，进行下一次编码，读取输入的符号。同时需判断输入是否合法，如果是合法的输入，就进行编码；否则停止编码，否则停止编码，处于等待状态，直到复位信号ret置1，重新初始化、编码。

图3

4 仿真结果

本文算法采用VHDL硬件描述语言实现，并在ALTERA公司的MAX+plusⅡ软件上编译仿真。市府采用全局同步时钟，避免了毛剌的产生，保证了信号的稳定性。编码的仿真结果如图书3所示。

其中，rst、clk、c为输入信号，rst为模块中各寄存器的初始化信号，clk为时钟同步信号，而c则为输入的编码信号；out_flag、out_bit、reload、end_code、为输出信号，out_flag和out_bit分别为输出标志位和输出位（若out_falg=1,则此时out_bit为有效输出；否则out_bit输出无效），reload为一个符号编码结束）下一个符号输入的标志位，end_code为编码结束的标志（若end_code=0，则继续编码，否则编码结束）。

在进行性能仿真时[4]，采用的器件是FLEX1K系列的EP1K30TC144-1器件，其最大工作频率为40MHz，消耗1533个LC，平均编码时间为20个时钟周期。一个符号的编码时间不到500ns，对于QCIF格式的图像完全可以满足每秒钟实时编码30帧图像的要求。

自适应算术编码是一种效率很高的无失真编码，本文通过VHDL语言实现了自适应的算术编码，在编码过程中，根据硬件结构的特点，充分利用其并行特性。通过并行执行，实现了速度的优化。由于满足每秒钟编码30帧图像的要求，因此可以应用于视频图像的实时编码中。

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