２ ＣＡＢ ＡＣ算法 结构
２ ． １ 算 术编 码 算 法 编 码 基 本 思 想 是使 用 ０ ～ １ 之 间 的一 个 数 来 表示 一 个 完 整 的字 符 流 。它 的本 质 是 为 整个 字 符流 分 配 一 个 码 字 ，而 非 对 单 个 字 符分 配 。编 码 的方 式 为 区间 逐 次 递进 ［ ６ １ 。设 定 区 间长 度 为 ，每 读 入 一 个 字 符 ，根 据 相 应 概 率 表 更新 成 新 的 区 间范 围 和 长度 。 当读 入 最 后 一个 字符 ，则 从 最 终 区 间 中任 意 输 出一 个 数 值 ， 即得 到 该 字 符 串 的编 码 形 式 。
递进公式如下 ：
；
表 １ 字符流 Ａ Ｃ Ｃ Ｄ Ｂ编码实例
主笪 垒 旦 旦
嵩
ｆ １
Ｒ ；
ｏ
．
：
Ｒ ｆ 。 ＋ Ｉ ∑
，

（ １ ）
，、
输 入
Ｌ
Ｄ ０ ． １ ４ ８ ］
… ［ ０ Ｉ ｏ ｌ ２ ］［ ０ ＿ １ ｏ ， ｏ ｌ ｌ ６ 】【 ｏ ． １ ３ ｏ ＇ ０ ｌ １ ４ ８ ］
所采 用 ［ 。Ｃ ＡＢ ＡＣ 比 ｂ ａ ｓ ｅ ｌ ｉ ｎ ｅ模 式 下 的 Ｃ Ａ ＶＬ Ｃ在 压 缩 率 方 面 提 高 １ ４ ％［ ３ ’ ４ ］ ，代 价 是 复 杂 度 高 。上 下 文
相 关 的 特 性使 得 它 很 难 被 并 行 化 。故 高效 的 Ｃ ＡＢ ＡＣ 编 解码 器 是 一 个 值 得 研 究 的课 题 。其 中编 码 器 和 解 码 器 应 用 场 景不 同 ，例 如 一 般情 况 下 ，视 频 的存 储 、传输 用 到编 码 器 ；而视 频 的播 放 是 使 用 解 码 器 ， 在 这 种 情 况 下 ，解 码 器 的 实 时性 要 求 要 高 于 编 码 器 。文 本 从 性 能 的角 度 出发 ，仅 探 讨 高 效 的 Ｃ ＡＢ ＡＣ
基 金 项 目 ｔ国 家 高 技 术 研 究发 展 计 划 项 目 “ ８ ６ ３ ”项 目 （ ２ ０ ０ ９ ＡＡ ０ １ １ ７ ０ ２ ） ；国 家 自然科 学 基 金 项 目 （ ６ ０ ８ ０ ３ ０ １ ８ ） ＃通信作者 ｔ Ｅ ｍａ ｉ ｌ ：Ｌ ｉ ｕ ｌ ｂ ＠ｔ ｓ ｉ ｎ ｇ ｈ ｕ ａ ． ｅ ｄ ｕ ． ｃ ａ
实 现 方 法 ， 通 过 查 表 替 换 、 分 支 预 测 、 逻 辑 调 整 、 反 相 器 优 化 等 关 键 路 径 优 化 方 法 和 寄 存 器 精 简 等 面 积 优 化 方 法 进 一
步提 高 了解码 性 能 。经过 芯 片验证 ，Ｃ ＡＢ ＡＣ 解 码 引擎性 能提 高 到 ２ ５ ０ Ｍｂ ｐ ｓ ，面积 减少 ４ ６ ％，峰 值工 作情 形下 功 耗
Ｂ
Ａ
Ｃ
Ｃ
Ｒ＾ 枷 ＝ Ｒｆ 。 ｗ＋ Ｌ
？
１
０ ． ２
０ ． ０ ６
０ ． ０ １ ８
［ ０ ． １ ４ ４ ４ ， ［ ０ ． １ ４ ５ １ ２ ， ０ ． １ ４ ６ ２ 】
收 稿 日期 ｔ ２ ０ １ ２ － ０ １ ・ ０ ４
修 订 日期 ：２ ０ １ ２ — ０ ２ － １ ６
Ａｐ ｒ ｉ ｌ ， ２ ０１ ３
一
种Ｃ Ａ Ｂ Ａ Ｃ 解 码 引擎 的芯片 实现
刘 雷 波拌 ， 王星 ， 殷 崇勇 ， 尹 首一 ， 魏 少 军
朱敏，
（ 清 华 大 学 微 纳 电子 学 系 ， 清 华 大 学 Ｉ ｎ ｔ ｅ ｌ 移 动 计 算 研 究 中 心 ，清 华大 学 信 息 技 术 国 家 实验 室 ，北 京 １ ０ ０ ０ ８ ４ ）
１ ． ０ ３ ｍＷ ， ２ ６ ． ８ ｋ逻 辑 门 ， 解码速率 ２ ５ ０ Ｍｂ ｉ ｎ ／ ｓ 。 远 大 于 Ｈ２ ６ ４ Ｈｉ ｇ ｈ Ｐ ｒ ｏ ｉ ｆ ｌ ｅ Ｌ ４ ． １最 大 视 频 比特 率 （ ５ ０ Ｍｂ ｐ ｓ ） ，
满 足 下 一 代 ＱＦ ＨＤ 的最 大 解 码 速 率 要 求 ［ 。
１ ． ０ ３ ｍＷ ， 满 足 下 一 代 视 频 编 解 码 协 议 （ ＱＦ ＨＤ） 的 需 求 。
关键 词 ｔ Ｃ Ａ ＢＡ Ｃ；Ｈ． ２ ６ ４；单周 期 Ｃ ＡＢ ＡＣ解码 引擎
中 圈分类 号 ｔ Ｔ Ｎ４ １ ／ ４ ９ ５ 文献标 识码 ｔ Ａ
１
引 言
Ｃ ＡＢ ＡＣ（ 上 下 文相 关 二 进 制 算 术编 码 ） 是 一 种 高 效 的熵 编 码 方 式 ， 被 最 新 的 视频 编 解 码 标 准 Ｈ． ２ ６ ４
解 码 引擎 的实 现 。
本 文基 于 前 人 的工 作【 ¨ ，提 出单 周 期 Ｃ ＡＢ ＡＣ 解码 引擎 的改 进 结 构 ，优化 了面 积 、关 键 路 径 等 特 性 ， 最 终 用 ＵＭＣ． １ ８ 工 艺 进 行 了硅 验 证 。封 装 完 芯 片 工作 在 ２ ５ ０ ＭＨｚ ，静 态 功 耗 ２ ． ５ ｕ ｗ ，动 态 功 耗
摘 要 。Ｃ Ａ ＢＡ Ｃ（ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｅ ｘ ｔ ． ｂ ａ ｓ ｅ ｄ Ａｄ ａ ｐ ｔ ｉ ｖ ｅ Ｂｉ ｎ ａ ｒ ｙ Ａｒ ｉ ｔ ｈ ｍｅ ｔ ｉ ｃ ｃ ｏ ｄ ｉ ｎ ｇ ）是 Ｈ． ２ ６ ４中所 采用 的一种 高效熵 编码 ，压 缩率
高 ，但 结构 复杂 ，硬件 实现 难度 大 。本 文在 Ｐ Ｚ ｈ ａ ｎ ｇ ２ ０ ０ ８年 的工作【 】 基础 上提 出一种 单周 期 Ｃ ＡＢ ＡＣ解 码 引擎 的优化
第 １ ８卷 第 ２期 ２ ０ １ ３ 年 ４月
文章编号 ：１ ０ ０ ７ — ０ ２ ４ ９（ ２ ０ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ０ ６ － ０ ６
电路 与 系 统 学 报
Ｊ ＯＵＲ ＮＡＬ ｏＦ ＣＩ ＲＣＵＩ ＴＳ ＡＮＤ Ｓ ＹＳ Ｔ ＥＭ Ｓ
Ｖｏ １ ． １ ８ ＮＯ ． ２