HEVC帧内预测及优化技术研究

西安邮电大学计算机学院 科研训练报告 HEVC帧内预测及优化技术研究 姓名：金航 班级：网络1101 学号：04112017 指导教师：谢晓燕 一、 选题的背景和意义及预期目标 1. 研究背景及国内外现状     HEVC(H.265)的技术亮点作为新一代视频编码标准，HEVC（H.265）仍然属    于预测加变换的混合编码框架。目前，传统的电视广播与IPTV阵营、新兴的OTT TV    （这里特指纯OTT TV 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 集成服务提供商）阵营均在发力HEVC/H.265的应用探    索，本文根据长期的大量观察，简要总结出HEVC在视听业的应用前景及HEVC    技术目前的主要研究方向。今年CES 2014期间，HEVC及其应用——4K超高清    电视呈现出异常火爆的态势。       在视频编码算法方面，尽管HEVC标准已经于2013年1月已经正式发布，但是    随着应用需求的不断变化，HEVC还在不断进行扩展式的发展，这些主要研究包括：   （１）《2012年IEEE国际图像处理会议论文集》中刊登的《基于高级预测、深度建模及编码控制方法的3D视频编码》一文提及，3D视频、立体视频和多视角视频的编码技术，不仅对视频数据进行压缩，还要对其他深度信息进行编码；   （２）2012年的一份编号为ISO/IEC JTC-1/SC29/WG11 w12957官方文件《对HEVC可分级视频编码方式扩展的联合CEP（请求评论）》指出，分层式HEVC编码技术，用于提高HEVC对网络的自适应能力，目前主要包括空域和质量域可分层视频编码；   （３）《图像与视频处理EURASIP期刊》在2013年10月刊登过一篇学术论文称，HEVC要把人类对视频图像的认知模型融入到视频编码算法中，对视频图像中感兴趣的区域分配较多的码率以提高视频图像的主观质量，具体包括感兴趣区域的检测技术和动态码率分配技术等； 2. 课题研究的意义     尽管HEVC仍然基于传统的混合视频编码框架，但该框架中每个模块都有技术创新，包括灵活的块划分模式、基于竞争的运动视频预测、基于DCT的分像素插值滤波器、高效的自适应算术编码以及波形并行处理技术等——这些新技术使得HEVC编码效率比H.264/AVC提高了一倍。但是这些编码选项的灵活组合却使得HEVC的编码复杂度急剧增加，阻碍了HEVC标准的快速推广和应用。因此研究快速、高效的编码率失真优化算法、码率控制算法、主观质量优化算法应该是未来一段时期的研究热点。 3. 课题预期目标     查阅资料了解并研究以下算法理论： (1)快速、高效的编码率失真优化算法 HEVC Reference software HM 8.0（该文件可从网上下载）中，基于对HEVC参考模    型HM的测试 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 可知，灵活的块划分模型，包括编码单元CU、变换单元TU以及预    测单元PU，对视频编码的率失真性能提高最为明显，但其带来的计算复杂度也最大，    因此HEVC编码器如何根据相邻块上下文属性以及当前编码块的纹理特征进行快速    的CU、PU和TU划分，这具有非常重要的研究价值。 为此，学术界已在开始进行相关研究，比如《图像与视频处理EURASIP期刊》在2013年10月就刊登过一篇相关的学术论文，之中提出基于贝叶斯分类和支持向量基分类的CU、PU和TU的快速选择算法，在保证率失真性能的前提下大大提高了编码速度。当然还可以通过相邻单元之间的相关性、不同块层次之间的相关性来进一步降低计算复杂度。   (2）快速、高效的码率控制算法   另外，《2012年IEEE声学、语音、信号处理国际会议论文集》中刊登的《HEVC中的并行视频编解码》一文提及，为了适应多核处理器的发展趋势，HEVC中引入了片层、条带以及WPP（波形并行处理）的思想，然而目前已有的并行视频编码方法粒度较粗，并行度不高，负载不均衡，无法充分挖掘多核处理器的计算能力，影响编码效率。因此研究适用于多核处理器的高并行度视频编码方法，为视频编码发展提供持续的计算能力保证，具有重要意义。目前这方面的研究刚刚起步，研究点主要包括并行运动估计算法、并行帧内预测算法和并行熵编码算法等。 二、 文献检索过程综述   通过学习相关检索机构讲解，掌握科技文献检索方法，了解主要检索库，完成本课题的相关资料检索、文献检索过程综述。学习与研究，少不了要出于不同目的进行文献检索。它只是信息检索中的一种，就像使用“baidu”等检索工具进行信息搜索一样。与这些公开检索工具所不同的是，大量的文献检索工具都是有不同等级权限要求的，即对公众开放的程度不同，权限不同。不同文献检索资料有各自的特点，但均是大同小异，对于中国知网。     第一步：进入“中国知网”主页，网址是“www.cnki.net”     第二步：进行登录。有两种情况：（1）需要登录的。如果是集体包户网，就用单位提供的用户名和密码；如果是个人用户，就用自己的用户名和密码进行登录。（2）不需要登录的。用校内网IP登陆。 根据情况不同，后续操作会有一些不同，我们先讲利用登录方式进行的情况。     第三步：登录成功后会进入操作界面，见：中国知网1.rar（点击打开查看）  第四步：选择你要检索的文献数据库。在操作界面上，中国知网将其文献分成了不同的库，我们根据自己的文献范围属性进行选择。当然，我们可以全部选择，但是选择越多的数据库类别，系统在检索时，肯定会多一点时间的，不过，如果网络通信较好的话，等的时间不很长，可能就几秒时间。对库别的说明：操作界面的分类，有两个维度：其一是按文献出处的载体形式分了报纸、博士论文、期刊等等；其二是按文献的领域分了教育、建筑、医卫等等。一般地，选择时，将主流的载体选中，如期刊，再将自己要检索的文献的领域选中。 第五步：检索参数设置。在操作界面的上部，有搜索参数设置对话框。我们最好逐一填写。（1）检索项，系统对文献进行了检索编码，每一个文献都有一一对应的编码，一个编码就是一种检索项。点击检索项框右边的向下箭头，就能弹出所有检索项，选中一个就好。（2）检索词，填入你要求系统搜索的内容。没有明确严格要求，不一定是词语。但是你需要考虑到它应当与你选中的检索项相一致。如你检索项用了“关键词”，就不能用一个长句等作检索词了。（3）文献时间选择，根据文献可能出现的年代，点击对话框右边的小三角就可以选了。需要说明的是，中国知网建立时间是1994年，所以1994年及其后的数据才是最全的。现在他们在逐渐补充1994年以前的文献数据，但是，全面性可能要差些。（4）排序，提示系统将找到的文献按什么顺序呈现。（5）匹配，即要求系统按你的检索要求进行哪种精确程度的检索。如果你确定你的文献参数，那么选择“精确”，如果不确定，就选择“模糊”。参数设定，一则可以使系统按自己的期望找到最合适的文献数据，二则可以缩小系统查找范围，节省时间。 第六步：点击“搜索”就完成了第一阶段的操作了。然后就进入检索结果呈现的界面：中国知网2.rar（点击打开查看），中国知网的结果呈现表中，对文献的基本信息：文献题目、文献的载体、发表时间及在中国知网中的收藏库名进行了说明。第七步：如果从第六步结果中轻松地找到了我们要看的文献，就可以停止了。但是如果不容易看到，就进行更严格的要求：在结果呈现界面的左边有文献的种属划分，只选中文献的可能种属，然后对检索参数设置，再搜索。 第八步：如果还是不能轻易找到我们期望的文献，那么，可以在结果呈现界面进行多次递进检索。在已有检索结果界面中，对检索参数进行改变设置，然后选中“在结果中检索”，再搜索。一般地，完成了这几步之后，我们就能找文料。 用呢？第一步：将鼠标移动到检索结果文献目标上，点击就行了。它会进入文献详细情况界面：中国知网3.rar （点击打开查看。 第二步：在文献详细情况界面上，我们可以看到文献的所有信息，包括作者，摘要，作者单位等等，而且在文献自身信息后面还有与文献相关的信息，如类似文献，文献中引用的文献信息等。 我们如果要了解文献的内容的话，首先看它的题目，再看关键词，然后看摘要。一般地，摘要能够显示出文献的主要内容。如果文献有价值的话，就需要进行操。 第三步：点击文献界面上部的“CAJ”下载或“PDF”下载进行文献下载保存。如果是个人用户的，它会弹出付费情况告知，目前下载一页文献就是五角钱。而集体用户就不会有这种提示直接开始提示保存。 第四步：在自己的电脑上双击文献，就可以打开了——当然，先得安装CAJ阅读器了：先下载阅读器，它在中国知网每一个界面的最上部菜单栏中的“下载阅读器”；再安装，双击下载好的程序，按指示操作就可以了。 好了，文献资料的常规查找使用就这些了。 另外，还有利用链接形式的。以我们学校为例。 这种情况会更简单些：直接按学校提供的路径（目前的路径，就是我在最上面提到的），进入就行了。接下来的检索工作与上面大体一样，只是不同的集体购买者向中国知网买到的使用权限不同（个人用户是全权）。另外，在我校网上的阅读器下载，可以左边提供的阅读器下载链接直接进行。其余的工作就与上面讲的无异了。 三、 实现 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计思路   核心目标是针对高分辨率视频图像，在H.264/AVC高级档次HP的基础上将压缩效率再提高1倍。有以下几种实现方法：   1.灵活的编码结构   在H.265中，将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64，以便于高分辨率视频的压缩。同时，采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元（Coding Unit）、预测单元（Predict Unit）和变换单元（Transform Unit）。其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念，用于编码的过程，预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。 2.灵活的块结构——RQT（Residual Quad-tree Transform）   RQT是一种自适应的变换技术，这种思想是对H.264/AVC中ABT（Adaptive Block-size Transform）技术的延伸和扩展。对于帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整；对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换，一方面能够提供更好的能量集中效果，并能在量化后保存更多的图像细节，但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此，根据当前块信号的特性，自适应的选择变换块大小，如图2所示，可以得到能量集中、细节保留程度以及图像的振铃效应三者最优的折中。 3．采样点自适应偏移（Sample Adaptive Offset）     SAO在编解码环路内，位于Deblock之后，通过对重建图像的分类，对每一类图像像素值加减一个偏移，达到减少失真的目的，从而提高压缩率，减少码流。 采用SAO后，平均可以减少2%~6%的码流,而编码器和解码器的性能消耗仅仅增加了约2%。 4．自适应环路滤波（Adaptive Loop Filter）     ALF在编解码环路内，位于Deblock和SAO之后，用于恢复重建以达到重建图像与原始图像之间的均方差（MSE）最小。ALF的系数是在帧级计算和传输的，可以整帧应用ALF，也可以对于基于块或基于量化树（quadtree）的部分区域进行ALF，如果是基于部分区域的ALF，还必须传递指示区域信息的附加信息。 5．并行化设计   当前芯片架构已经从单核性能逐渐往多核并行方向发展，因此为了适应并行化程度非常高的芯片实现，HEVC/H265引入了很多并行运算的优化思路。H.264中已有特性的改进 相对于H.264，H.265标准的算法复杂性有了大幅提升，以此获得较好的压缩性能。H.265在很多特性上都做了较大的改进。 四、 方案可行性分析     在实时通信应用以及IPTV、OTT TV应用中，业务的不断扩展和需求的增加使得有限的带宽资源逐渐成为瓶颈，高压缩率的视频编码是解决这一难题的有效技术手段，这也为HEVC在IP流媒体服务领域的应用奠定了坚实的基础。另外，由于视频编码软件开发周期短，平台灵活，因此基于HEVC的网络视频应用不久将大规模出现。随着网络通信技术的不断发展和终端处理性能的不断提升、多媒体业务尤其是高清视频的支持需求日益增长，据调查显示：2013年，网络视频占据了互联网90%的流量，而在移动互联网中，视频占了50%以上的流量。另外，由于人们对视频质量的需求也在不断升，包括对时间和空间分辨率的不断提升、从二维视频到立体视频的转换等，导致视频数据量的不断增长。因此对视频压缩编码技术的要求也越来越高，视频压缩编码技术也成为目前多媒体技术研究领域中最热门的技术之一。 国际运动图像专家组MPEG和国际电信联盟的视频编码专家组VCEG于2010年成立了视频编码联合工作组JCT-VC，开始针对高分辨率视频应用制定新一代视频编码标准，即高效视频编码HEVC/H.265，2012年底形成了国际标准草案，并开发了相应的测试模型，进行性能评估和算法测试，核心目标是针对高分辨率视频图像，在H.264/AVC高级档次HP的基础上将压缩效率再提高1倍。 五、 结论及下一步的工作       在实时通信应用以及IPTV、OTT TV应用中，业务的不断扩展和需求的增加使得有限的带宽资源逐渐成为瓶颈，高压缩率的视频编码是解决这一难题的有效技术手段，这也为HEVC在IP流媒体服务领域的应用奠定了坚实的基础。相应的测试模型，进行性能评估和算法测试，核心目标是针对高分辨率视频图像，在H.264/AVC高级档次HP的基础上将压缩效率再提高1倍。人们对视频质量的需求也在不断升，包括对时间和空间分辨率的不断提升、从二维视频到立体视频的转换等，导致视频数据量的不断增长。因此对视频压缩编码技术的要求也越来越高。所以应用灵活的编码结构，采样点自适应偏移，并行化设计，ALF在编解码环路内，位于Deblock和SAO之后，恢复重建以达到重建图像与原始图像之间的均方差（MSE）最小。整帧应用ALF，也可以对于基于块或基于量化树（quadtree）的部分区域进行ALF，如果是基于部分区域的ALF，还必须传递指示区域信息的附加信息，将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64，以便于高分辨率视频的压缩。同时，采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元（Coding Unit）、预测单元（Predict Unit）和变换单元（Transform Unit）。其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念，三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。帧间编码来说，它允许变换块的大小根据运动补偿块的大小进行自适应的调整；对于帧内编码来说，它允许变换块的大小根据帧内预测残差的特性进行自适应的调整。大块的变换相对于小块的变换，一方面能够提供更好的能量集中效果，并能在量化后保存更多的图像细节，但是另一方面在量化后却会带来更多的振铃效应。因此，根据当前块信号的特性，自适应的选择变换块大小。 参考文献 《《基于HEVC下帧内预测快速算法研究与实现》》  赵川  北方工业大学  中国知网 《《基于HEVC自适应内容帧内预测快速算法》》    胡继明  西安电子科技大学 中国知网 《《HEVC帧内\帧间预测优化算法研究》》          黄涵  北京交通大学  中国知网 西安邮电大学计算机学院 科研训练文献翻译 英文题目： 中文题目：HEVC帧内预测及优化技术研究 姓名： 班级： 学号： 指导教师：谢晓燕 摘要：由软件和硬件提供的不断加强的处理能力带动了视频压缩编码的发展。新兴的HEVC视频编码标准意在相对于H.264/AVC将其编码效率提高一倍，并且用一半的比特率就能传送相同质量的视频。本文中与复杂性相关的一些方面在标准化过程中被考虑到并进行了描述。此外，参考软件和优化软件的分析提示我们HEVC与其前版相比，可能会更复杂也可能更容易。总体而言，HEVC解码器的复杂性与H.264/AVC解码器相比好像没有显著的不同,这使得HEVC解码软件在当前的硬件上非常实用。HEVC编码器预计将会比H.264/AVC编码器复杂上数倍，并在未来的数年内成为一项研究主题。     关键词：HEVC,视频编码 1.引言 本文概述了在新兴HEVC标准背景下的复杂度和可实现性的问题。HEVC项目由视频编码联合组(JCT-VC)实施，并由ITU-T 和 ISO/IEC共同努力而完成。参考软件,被称为HEVC测试模型(HM),随着标准草案正在被开发。在撰写本文时,当前版本的HM是8.0,对应于HEVC文本规范草案8[1]。本文假设读者已经熟悉HEVC标准草案，其概述可以在[2]中找到。 复杂性评估本身就是一个复杂的主题,本文的第一个目标就是强调在设计HEVC过程中那些被考虑到的复杂性概念的方面，即第二节的课题。 本文的第二个目标是从HEVC在现有的软件上实现分析中提取数据并讨论。第三部分和第四部分得到了从HM的编码器和解码器获得的结果；第五部分讨论了一个解码器的优化实现。 2.设计方面 A.基于四叉树的块分割 HEVC保留了先前视频编码标准（H.264/AVC）[3]中的基本混合编码架构。一个重要的区别在于使用更多的自适应四叉树结构基于编码树单元(CTU),而不是一个宏模块。原则上,四叉树编码结构是通过 “块”和“单位”描述的。一块定义了一组样品和尺寸、而一个单元封装了一个亮度和相应的色度块并加上需要这些代码的语法。因此,一个CTU包括编码树块（CTB）和语法指定编码数据,并且进一步细分。这种细分结果在编码单元(CU)树叶与编码块(CB)。每个CU含更多的以实体为目的的预测,所以称为预测单元(PU)并且变换,被称为变换单元(图)。类似地,每个CB分为预测块(PB)和变换块(TB)。这个宏,自适应方法特别适用于较大的分辨率，如4k2k，针对一些HEVC的程序。典型的CB和TB四叉树结构如图1。所有分区模式指定如何分割一个CB为PBs，如图2。解码四叉树结构没有太多的额外负担,因为quadtrees可以很容易在一个深度优先遍历使用在z—扫描。分区模式对inter-coded CUs特性无方块性。支持这些非方块形状需要额外的逻辑在译码器作为多个z扫描之间的转换和光栅扫描订单可能需要。在编码器方面,简单的tree-pruning算法存在的最优估计分区在率失真意义[4]、[5]。 图1.详细的4K2K序列流量编码块（白）和嵌套变换块（红色）递归四叉树结构分区。     A重要的手稿于5月25日之前提交，2012年修订，2012年8月19日F.Bossen与DOCOMO创新公司，加利福尼亚帕洛阿尔托州美国94304（电话：650-496-4742，传真：650-493-9601，电子邮件：bossen@docomoinnovations.com）。 B Bross,and K S uhring与图像和视频编码集团，福海因里希赫兹电信协会，柏林10587，德国电子邮件(benjamin.bross@hhi.fraunhofer.de；karsten.suehring@hhi.fraunhofer.de） D.弗林是研究开发部，英国广播公司（英国广播公司），英国（伦敦W12 7sb，电子邮件：(davidf@rd.bbc.co.uk） B． 帧内预测 HEVC的帧内预测与H.264/AVC颇为相似。样品从重建的邻近的样本块被预测。模式类别保持一致：直流，水平，水平的/垂直的和方向的；虽然平面和棱角对应H.264/AVC平面和定向模式都分别有所改变。一个显著的变化来自于引进较大块，在帧内预测中使用35模式或许可以使块的大小上升至3232个样品。最小的块的大小是不变的，H.264/AVC为4，并且仍然是一个瓶颈帧内预测因为串行性质的复杂性。 对于DC，水平和垂直模式一个额外的后处理是指在HEVC其特征在于，行和/或列进行过滤，如要保持跨越块的边界的连续性。此外，预期不会有最坏情况下的复杂影响，因为这三种模式是最简单的开始。对于平面模式,考虑到生成方程可能是不足以确定的复杂性,因为它可以轻松地逐步计算预测样本值。对于H.264 / AVC平面模式，预计一个16位的。此外,对一个16位的位移,要求每样本一个8位范围。对HEVC平面模式,这成为三个16位的增加和一个16位的转变。这两个模式因此预计类似的复杂性。 在平面模式的情况下，考虑到产生方程式对确定复杂性可能是不足够，作为它可以容易地逐步计算预测的样本值。对于H.264/AVC平面模式预期一个此外，一个16位的移位16位，一个剪辑8位范围每个样品所需。对于HEVC平面模式，这成为3个16位加法和一个16位的移位。因此这两种模式预期有类似的复杂性。HEVC的角模式的比H.264/AVC更复杂。每个预测样品的计算方法为（（32-W）*Xi+w*X（i+1）+16）>> 5，其中，xi是参照样品，w是一个加权因子。加权系数保持恒定的这有利于单指令的预测行或列多数据（SIMD）的实现。一个功能用来覆盖全部33个预测的角度，从而降低了所需的代码量来实现此功能。H.264/AVC中，参考样品可能会抹平预测。平滑处理是相同的，根据预测模式它更有选择性地应用。从编码的角度来看，预测模式数量的增加（HEVC 35对比H.264/AVC 9）将需要良好的模式选择启发式技术来维持一个合理的搜索复杂。 H.264/AVC设有4点和8点变换，有一个非常低实施成本。这种低成本的实现依靠移位和加法运算的简单序列。这种设计策略并不容易扩展到更大的变换尺寸，如16 -和32点。HEVC从而采取不同的方法，只是简单的定点矩阵乘法定义变换（大小为4×4，8×8，16×16和32×32）。的垂直和水平分量的逆变换的矩阵乘法所示的（1）和（2）分别为  S() 是一个缩放和饱和功能，保证值 可以使用16位来表示。变换矩阵中的每个因素使用符号的8位的数字表示。操作这样定义的16位有符号系数相乘的因素，因此，需要大于16位的积累。由于变换是离散余弦变换的整数约数，它们保留它们的对称性，从而使部分的蝴蝶实施。为4点的变换，另一种变换近似的离散正弦变换也被定义。 虽然出现了一些关注32点的变换的实现复杂度，给定数据在[ 7 ]中表示为32的158个周期为一个8×8逆变换，861个周期为16×16的逆变换，和4696个循环×32逆变换的Intel处理器上。如果相关的块尺寸，分别为2.47，3.36，和4.59个周期的归一化这些值是必需的每个样品。因此每个样品的32×32的逆变换的时间成本小于两倍的一个8×8逆变换。此外，较大的变换的周期计数可能会经常被减少通过利用最高频系数的事实，通常为零。通过使用一个4×4的变换系数的熵编码的编码结构，便于确定边界的子块的系数为非零值。边界子块可能因此被确定在一个合理的粒度 而不必考虑每个非零系数的位置。 还应当指出的是，改变相对于H.264/AVC的变换顺序。HEVC定义一列排顺序的逆变换。由于常规均匀结构的矩阵乘法和部分蝴蝶设计，这种方法可能是优选的，在硬件和软件。在软件变换行，最好是一整排系数可以很容易地在寄存器（32个32位累加器需要一排8个128位寄存器，这是可实现的几个体系上没有寄存器溢出）举行。此属性不一定维持多不规则，但完全分解变换的设计，原始的操作数看起来有吸引力，但需要更大数量的寄存器和软件操作来实现。可以看出，从（1）中，施加的转置的系数变换行只允许实现。需要注意的是转置可以集成在不增加复杂性的情况下的逆扫描。 E. 熵编码 不像H.264/AVC规范，提供CAVLC和CABAC [ 8 ]熵编码器，HEVC定义CABAC熵编码方法。CABAC集成了三个阶段：二值化的语法元素的上下文模型，二值算术编码。虽然简称和核心算术编码引擎H.264/AVC中保持不变，也有一些上下文建模和二值化（如下文所述）的差异。 HEVC的发展，大量的努力一直致力于减少的上下文数量。虽然1.0版HM精选超过700上下文，8.0版只有154。这个数字相比，毫不逊色，假设H.264/AVC，其中299上下文用于支持帧编码的4:2:0色彩格式（逐行高调）。残差信号编码而HEVC使用用于此目的的154 112 237 299上下文中涉及。减少53％减少32％的其它语法元素的残余编码方式的比较时，很明显，大多数努力已投入的数量减少与剩余的语法关联的上下文。的上下文数量的减少，由熵解码器初始化发动机的成本降低了所需的内存量。的状态的初始化值被定义的8位每个上下文，H.264/AVC中从16减少，从而进一步降低存储器的需求。 在H.264/AVC确定上下文一种广泛使用的方法是使用空间的邻里关系。例如，使用上面的值和左边获得的当前块的上下文。在HEVC这样的空间依赖关系已大多避免，例如，以减少线缓冲区的数量。 也得到了大量的努力致力于使平行的上下文的处理，其中一个解码器有能力获得平行的多个上下文指数。这些技术主要适用于变换系数编码，成为高比特率的熵解码瓶颈。其中一个例子是修饰编码的意义地图。在H.264/AVC中，两个交错标志用于，信号电流系数是否具有一个非零值（significant_coeff_flag），以及它是否是编码顺序中的最后一个（last_significant_coeff_flag）。这使得不可能获得平行的significant_coeff_flag及last_significant_coeff_flag上下文的。HEVC打破这种依赖的明确信号水平和垂直偏移当前块的最后一个重要系数在解析significant_coeff_flags，之前[ 9 ]。 熵解码的上下文建模的负担随着比特率的多个容器需要进行处理。因此，大的语法元素的bin字符串分为一个前缀和一个后缀。所有前缀编码箱在常规模式下（即使用上下文建模），而所有后缀箱编码在旁路模式。解码斌在旁路模式的成本低于常规模式。此外，桶位的比例为1:1时为旁路模式是固定的，而一般较高，常规模式。在H.264/AVC，运动矢量差和变换系数的水平，二值化，使用这种方法，因为它们的值可能会变得相当大。H.264/AVC中的前缀和后缀之间的界限是相当高的变换系数的水平（15箱）。层次的编码比特率最高，成为瓶颈，因为它消耗大部分的点点箱。旁路模式下，最大限度地利用较高的比特率，因此，这是可取的。因此，一个新的二值化 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 ，使用哥伦布水稻码降低HEVC，理论最坏的情况下，经常变换系数箱数量从15到3 [ 10 ]。当处理较大的系数，前缀和后缀之间的边界，可以降低例如，在最坏的情况下，最多约1.6定期箱需要处理的每个系数[ 11 ]。此平均持有任何块的16个变换系数。 去块滤波器依赖于H.264/AVC和共享许多设计方面与相同的原则。但是，它的不同的方式，有一个显著的复杂性的影响。在H.264/AVC中的每个边缘上的4×4的网格可被过滤，HEVC限制的滤波边缘趴在一个8×8的网格。这立即减少一半的数量，需要计算的滤波器模式，可能会被过滤的样品数量。边缘处理的顺序也被修改，例如，使并行处理。的图象可以被分割成8×8的块，都可以被并行处理，这些块的内部，因为只有边缘需要进行过滤。这些块的位置是描绘在图中。3，这些区块重叠城巴界限，切片边界时存在多个切片。此功能使得它可以以任何顺序不影响重建图像过滤片边界。 图3.8对准8块（虚线）去块滤波器 可以独立应用。实线代表CTB边界。 需要注意的是垂直边缘过滤前水平边缘。因此，由于滤波垂直边缘的修改后的样品中使用的过滤水平边缘。这允许不同的并行实现。于一体，所有垂直边缘平行过滤，然后过滤水平边缘平行。另一种实施将使同时进行并行处理的水平和垂直边缘，水平边缘滤波处理延时在这样一种方式，要被过滤的样品已被处理过的垂直边缘滤波器。 然而，也有HEVC方面，增加过滤器的复杂性，如除削波在强烈的滤波器模式。 采样自适应偏移过滤器 相比H.264/AVC只应用于解码循环去块滤波器，目前的HEVC规范草案设有一个额外的样品自适应偏移（SAO）滤波器。该过滤器是一个额外的阶段，从而增加了复杂性。 SAO过滤器简单地增加了一定的采样值的偏移值，它可以实现在一个相当简单的方法，其中的偏移量可以通过一个小的查找表的索引被添加到每个样品。根据所使用的两种模式之一时，可以计算查找表的索引。的其中一种模式，所谓的能带偏移，这些样本值量化索引表中。因此，所有样品趴在一队的取值范围都使用相同的偏移。边缘偏移，作为另一种模式，需要更多的操作，因为它计算指数基于对当前和两个相邻的样本之间的差异。虽然操作简单，SAO代表一个额外的负担，因为它可能需要一个额外的解码传球，或增加线路缓冲区。传输比特流中的偏移量，因此需要由编码器所产生。如果考虑所有SAO模式中，在编码器中的搜索过程中可以预期要求约一个数量级比的SAO解码过程的计算。 高级并行 高级别的并行性是指，能够同时处理一个单一的画面的多个区域。支持这样的并行编码器和解码器可以并行地使用多个相同的处理内核可能是有利的。HEVC包括三个概念，使一些高层次的并行度：切片，瓷砖，和波前。 切片遵循H.264/AVC中相同的概念，并允许一个图像被划分成组的连续CTUs光栅扫描顺序，每次传输网络适配层在一个单独的单元，可能无法独立地解析和解码，除了可选的条间过滤。切片打破预测的依赖关系，在他们的边界，造成的损失在编码效率，也可以建立在这些边界可见的文物。片的设计更关心的错误恢复或最大传输单元尺寸匹配的并联编码技术，虽然它无疑已被利用作此用途的过去。 瓷砖可以使用一幅图片分割成多个矩形区域的水平方向和垂直方向。片一样，瓷砖打破预测的依赖关系，在他们的边界。在一个画面中，连续的地砖都表示在光栅扫描顺序。CTBS的扫描顺序仍然是一个光栅扫描，但每一瓦片边界的范围是有限的。在分割的图片水平，砖可以被用来减少在编码器中的行缓冲器的大小，因为它窄的区域不是一个完整的图象。瓷砖也允许独立地进行编码的图片从多个矩形源的组合物。 波前分割画面进入CTU行，其中每个的CTU行可能在不同的线程进行处理。行与行之间的依赖关系保持CABAC上下文状态，这是每个CTU行开始重新除外。为了提高压缩效率，，而比执行正常CABAC重新初始化，继承上下文状态从第二CTU前一行，允许一个简单的2-D的适应形式。图4说明了这个过程。 图4波前处理的例子，每一个的CTB行可以被并行处理。对于处理条纹CTB在每一行，上面的行中的阴影CTBS处理需要完成。     要启用的解码器，利用并行处理的瓷砖和波阵面，它必须有可能确定在比特流中的每个块或切片开始的位置。此开销通过提供一个表中的偏移量保持在最低限度，切合每一瓦片或切片的入口点。尽管它可能看起来过度的选项省略一些的情况下，每一个入口点信号瓷砖的情况下，他们的存在使解码器设计师之间进行选择解码每个单独的瓷砖每块光栅扫描，或解码CTUs的光栅扫描图片秩序。至于波阵面，那里是需要尽可能多的波前CTU行入口点解决最优数量的波阵面不同的编码器和解码器的架构之间的冲突，尤其是在编码器的情况下，有没有解码器的知识。 目前的草案HEVC标准不允许同时使用瓷砖和波前，当有一个以上的瓷砖每幅画面。然而，无论是瓷砖，也不波前禁止使用的片。 有趣的是，在一个单一的核心架构的上下文中，多核架构的实施进行检查的负担，瓷砖和波阵面的工具。瓷砖用的是单核执行的情况下，额外的开销中的形式，更复杂的边界条件检查，执行CABAC复位的每个平铺块需要执行可选的滤波瓷砖边界。也有潜在的改进的数据位置及缓存访问相关的操作的画面的一个子区域。在波前实现，需要额外的存储空间保存在CTU行之间的CABAC上下文状态和执行CABAC复位，在每一行的开始使用这个保存的状态。 在多核执行的情况下，比单核的情况下，涉及的存储器带宽的额外开销。由于每瓦是完全独立的，每个处理核心可以解码任何瓷砖与的小intercore通信或同步。并发症环路滤波跨瓷砖的界限，这可以被委派到后处理，或与一些松散的同步和一些数据交换，可进行对飞执行管理。多核的眼波实施将需要更高的内核和更频繁的同步操作之间的沟通比瓷砖的替代程度，由于CTU行之间的共享的重建样本和模式的预测。从波前实施的最大并行改善是有限的斜坡上升时间所需的所有核心，充分利用和依赖城巴行之间的相关档位的易感性较高。 所有高层次的并行化工具增长超越高清编码器和解码器的尺寸的影像变得更加有用。在小的图像尺寸实时解码在一个单线程的方式是可能的，与并行的开销可能太高，有任何有意义的好处。对于较大的图像尺寸，这可能是有用的执行画面分区的最小数目，保证最低程度的并行解码器。然而，目前的草案HEVC标准并不强制使用任何高层次的并行性工具。因此，在解码器中使用的时机可以利用它们的硬件架构的一个好处。 其他事项 HEVC解码所需的内存总量预计将类似于H.264/AVC解码。大部分的记忆体所需的解码图像缓冲器中保存多张图片。此缓冲区的大小，水平所定义的，对于一个给定的最大图片尺寸可能较大HEVC。这种记忆体需求的增加是不是一个根本的的属性的HEVC设计，但来自欲望协调各个层面图片单位的缓冲大小。 HEVC也可能需要更多的超高速缓冲存储器，由于较大的块大小，它支持。在H.264/AVC中，大小为16×16的宏块的定义，用于存储预测和残差所需的缓冲区大小。HEVC，帧内预测和变换可能是大小为32×32，因此，相关的缓冲区的大小的四倍。 还应当指出，HEVC缺乏特定字段编码的编码工具。没有这样的工具的情况下，特别的工具，使得在一帧（如H.264/AVC中MBAFF）帧和场编码之间切换，大大简化了设计。 总结 HEVC比H.264/AVC中一些关键模块，如变换，帧内预测和运动补偿的复杂性可能更高，其他如熵编码，去块复杂度降低。运动补偿，熵编码，和环路内滤波的复杂性差异预计是最实质性的。HEVC的解码器的实施费用，因此不能预期的要高得多的H.264/AVC解码器，即使加入如SAO的环路内滤波器。 从编码器的角度来看，事情看起来不同：HEVC功能有更多的模式组合，作为结果，从四叉树结构的多的帧内预测模式所增加的灵活性。因此，预计的编码器充分利用HEVC的能力是更复杂得多的H.264/AVC编码器几次。然而，这增加了复杂性预期的率失真性能的显着改善，有一个巨大的好处。 B.性能分析结果 HM编码已被异形，以确定哪些组件是最耗时的表三显示的时间花费在各种C + +类的例子编码。在内部配置一个显着的时间量（约占总数的四分之一）的花费在TComTrQuant类，其中的率失真优化的量化（RDOQ）发生。变换占9％，在此之上。画面内预测进一步占接近16％（TComPrediction和TComPattern类）。在熵编码前，大量的时间花费在核心CABAC操作是：类，其中包括TEncBinCABAC TEncBinCABACCounter，占2％左右。需要注意的是的TEncBinCABACCounter类是用来估计一些使用了CABAC的发动机所产生的位数，而导出的那些位的值。更多的时间花费在扫描和上下文推导：TEncSbac的类在8％以上，getSigCtxInc在TComTrQuant类为1.7％。在随机接入的配置，这是显而易见的，运动估计占用了编码时间的显着部分。绝对误差和（SAD）和其他失真指标的总和计算发生在TComRdCost类，占40％左右的编码时间。此外，运动补偿的滤波发生在TComInterpolationFilter，占20％的编码时间。因此，它似乎是一个显着的时间量可能会在运动估计过程中使用了小数像素的搜索细化。小数像素搜索的HM速度优化。它由九个位移一个半像素电网和另外九个在四分之一像素网格位移测试。此外，使用大量的候选人的合并模式，也可以向间插值滤波时使用，如在2-D间的插值过程为每个合并候选重复。通过预先筛选的参考图片为每个16位小数位移上四分之一像素网格间插值滤波的金额花费的时间可能会减少。然而，这将有助于显著增加内存的要求，可能不适合所有硬体架构。 中的所有内配置，大部分的时间在TComTrQuant使用了可能是由于到RDOQ作为实际的变换单独相符（ 在约4％）。 这也是值得注意的一个显着的大量的时间都花在内存区（memcpy和memset的系统功能）的设置和复印。在所有内部情况，在这些系统的功能所花费的时间（总时间的3.6％）的三分之一左右来自数组初始化为0在RDOQ功能。在随机存取的情况下观察到了类似的趋势。 编码功能相关的SAO不在表III，它们内部使用了的时间量，在1％以下的总的编码时间。 类的消费量为1％以上的HM8.0编码器的时间，贡献的总时间的95％以上。 1080序列BasketballDrive，QP= 27。 C.替代权衡 有很多的快速编码方法的HM编码器。表IV中示出的不同的配置选项的概述。 HEVC常见的编码条件，奋FASTSEARCH，FDM，Fasts已经启用。表V显示编码时间除了启用ASR，ECU，CFM和ESD。所有这些额外的模式只影响的帧间预测模式的决定。因此，只有随机存取和低时延的配置。所有这些方法的跳过模式的性能的基础上搜索到的分区的数量减少。在这种模式下的率失真决定更容易被选择为较高的QP值。这就解释了为什么我们看到了一个更大的加速具有较高的QPS。中所示的QP的范围，可以减少编码时间，在2和3之间的一个因素。QP等于37的一个因素在单一的情况下，可以观察到多达六个。 该Bjøntegaard（BD）[ 19 ] 表V的速率值已使用四个常见的编码条件QP点计算的。如图所示，该编码的效率损失低于3％BD汇率。 D.讨论 HM软件不具有如装配编写的函数来计算块的差异或跨polate块的低级别的优化。这样做将允许加快编码器，约2至3倍。然而，这是5000的HM编码时间和实时编码之间的因素相去甚远。更重要的工作需要和发展HEVC编码启发式预计在未来几年将成为主要的研究课题。多线程快速HEVC编码器的设计可起到显著作用。 应该指出的HM编码器已经提供一些技巧，以加快它。例如，画面内预测模式搜索修剪一个简单的失真度量的基础上的搜索空间，位的计数为CABAC的使用基于表的估计，而不是试验编码。  相比H.264/AVC JM参考软件[ 20 ]，HM提供参数配置编码器少得多。这是不可能的切换单一的编码模式，如分区的形状，大小，或画面内预测模式，或完全关闭率失真优化。的HM总是使用16-bit数据格式存储图像样本，即使工作在8-bit编码模式。这需要更多的内存和存储器带宽相比，它可以被配置为只使用8位每个样品的JM。虽然JM和HM的快速编码模式，不能直接比较，在一些测试中具有类似配置的JM编码器运行速度比HM至少四次。 四．HM解码器 类似的到的HM编码器，解码器的HM是一个示例的实施旨在正确性，完整性和可读性。它在一个单一的线程中运行，并没有并行化技术的使用。 表六显示B和C级序列，采用常见的编码条件的解码时间。计算MD5校验和解码的图像写入到一个文件中已被禁用，允许纯解码时间测量。使用10-S序列，时间已到126.6 s测量（内，QP 27），这就需要在这种特殊情况下的实时解码速度提高近13倍。如果QP进一步降低至22日，这个因素增加至17。 解码倍，从而在很大程度上取决于所选的QP值。在更高的比特率（即QP值越低）的系数进行编码，CABAC解析过程中需要更多的时间，但也较小的块大小将被选中，在解码器上，可以把额外的负担。随机接入和低时延之间的差异是相当小的，而所有帧 内解码时，最多需要两倍的时间的随机接入的情况下在相同的QP。 为了进一步说明解码功能费时，表七显示分析结果的HM解码器的C + +类。在内部配置解码时间主要是由TComDataCU，TComPattern和TComLoopF​​ilter。 表示解码时间的约15％的反变换的功能和账户。虽然这段时间内是显着的，它也有望通过实施局部的变换技术，它可以显着减少。这样的部分的变换技术将是特别有效的较大的变换的高频系数是最有可能的零。该TComPattern类参考样本生成画面内预测。在这个类中的高花费的时间多少有些令人吃惊，可能暗示在一个贫穷的实现依赖于参考样本复制多次。TComLoopF​​ilter类实现去块滤波器。TComDataCU类CU内的管理大多数数据元素的。导出的地址的相邻块的功能是在TComDataCU最耗时的。这部分是由于需要检查（切片，CTB，熵片，和瓷砖界）的数量条件。 在随机存取配置，解码时间由TComInterpolationFilter TComLoopF​​ilter为主。TComInterpolationFilter包括运动补偿处理间插值滤波的功能。 为了实现实时的性能预计所有的HM解码器组件将需要改善。第五节认为这种改进了解码器。 五．优化软件解码器 导言   本节讨论的优化实现的HEVC软件解码器的性能。虽然比HM解码器，该解码器是明显更快，没有索赔，其最优设计可能会更快的解码器。 这是一次进化的解码器前面描述的[ 7 ]和[ 21 ]，这是用C编写的，从头开始。 两种不同的指令集架构（ISA）：x86和ARM优化代码。SIMD指令在这两种情况下被大量使用。内部函数在C代码中插入利用这些指令。上还使用ARM汇编代码。x86和ARM NEON扩展为SSE4.1上使用。 B. 性能分析结果（ARM） C类序列（832×480亮度样本）用于分析在ARM。实验特色在1 GHz的Cortex-A9双核处理器在平板电脑上运行。实时显示解码视频解码并行使用OpenGL ES 2.0。一个单独的线程用于解码循环。此解码环路分成额外的线程。为了说明与每个帧的解码时间的可变性，用于解码和显示的帧缓冲器有16个项目，使其流畅地播放。 表Ⅷ显示了用于随机接入的使用QP值27和32的配置的解码时间。所有的测试案例的实时解码。这些数据表明，解码480p的视频广为2 Mb / s和30帧/秒生产片剂，可在写作的时候是很容易实现的。虽然没有测试，这也是有可能的情况下对低功率设备，如智能手机。然而，对功耗的影响并不计算在内。     表IX和图5表示解码时间的分布在各个模块。运动补偿是最耗时的，占用了接近一半的解码时间。环路滤波器（去块效应和SAO）贡献约四分之一，大约有五分之一的解码时间和熵解码。逆量化和变换仅为4％左右。应当指出，这一比例显着低于在第四节。两个因素是局部的逆变换和积极的代码优化的开采。因此，引进大型变换并不会出现显着影响的软件解码倍。 表X显示解码时间内配置。随机接入配置不同，没有在任何测试的情况下实现的，实时解码。原因之一是执行熵解码所需的处理量。在I片，位用来表示变换系数，因此，解析的瓶颈之一。在在表XI和图的分析结果证实了这一点。6，，解析变换系数解码时间平均占36％。在最坏的情况下产生的测试的情况下，它表示了将近48％。但是，这是不是唯一的瓶颈，因为与它相关联的解码时间扣除后，解码时间在一些情况下仍然大于10秒。下一个最耗时的模块是画面内预测和画面施工过程中，占平均解码时间的五分之一。C. 性能分析结果（X86） B级序列被用于在x86计算机上分析，其中比特率上升到约7 Mbit / s的随机存取配置。不像在ARM的情况下，测量是使用命令行解码器。使用gcc编译器4.7.1版。对于随机访问配置，使用一个单一的核心和单个线程的英特尔酷睿i7-3720QM处理器主频为2.6 GHz的（涡轮增压至3.6 GHz），第十二表所示的2012年模型的 笔记 哲学笔记pdf明清笔记pdf政法笔记下载课堂笔记下载生物化学笔记PDF 本电脑上实现实时解码。这种实时的性能也取得了广泛的保证金为60 fps（序列）：小于6秒到10的序列进行解码。当比较这些结果与表VI的速度最多为约观察。然而，不同的环境中使用，获得的结果。当补偿这种差异，速度大约是。     表XIII和图7还示出在不同的模块中的解码时间的分布。正如前面观察，运动补偿仍然是最耗时的模块，占一半的时间平均。实时解码有关所有帧内的配置，并不总是实现在单核上，如表XIV所示的。在最坏的情况需要19.1秒，10秒的视频解码。剖析这种情况表明，60％的时间都花在熵解码，画面内预测的13％和残余此外，解块9％，7％，反量化和变换，SAO滤波和9％。熵解码从而代表了显着的瓶颈，这并不奇怪，因为大约是80 Mbit / s的比特率。ARM和x86上获得的分析结果是非常相似的，即使得到两套不同的视频序列。在这两种情况下的解码时间与每个模​​块相关联的比例是类似的，总结如下。运动补偿的解码时间的一半左右。环路滤波器约五分之一和熵解码（解块和SAO）采取的另一个第五。余下的10％的逆变换，画面内预测，依此类推。这些比例也有类似的其他独立实现的基础上，报告[ 22 ]，[ 23 ]。可以观察到一些差异，运动补偿和熵编码。本文报告的时间百分比进行运动补偿会比较高（约50％相比，35％-40％），在熵解码较低（约20％相比，25％-30％）。 在运动补偿过程中的限制因素之一是内存带宽和缓存未命中。在测试的解码器，参考帧存储器的布局与交错的色度分量中使用的光栅扫描，并且使用有限的显式预取。交错色度分量减少的内存量提取操作，也保证了较高的最小宽度间插补处理。使用不同的内存布局或更好的预取，可能有助于减少与运动补偿解码时间。在运动补偿过程中的另一个限制因素是乘法累加运算的数量。在测试的解码器，通用的8抽头滤波器功能用于亮度信号，滤波器系数被存储在一个表中。调谐的实施方式中，例如以利用若干滤波器系数等于0或1的知识，也可以减少与运动补偿相关的解码时间。 熵解码高比特率，将成为一个瓶颈，在我片特别。 H.264/AVC的解码复杂度的研究大多集中在基线分布[ 24 ]，[ 25 ]。运动补偿基线配置文件中花费的时间百分比往往是低于HEVC基线配置文件不支持B条的原因很简单。另一方面，在去块滤波器的时间百分比H.264/AVC中往往要高。此百分比往往要低的多HEVC由于过滤的边的数目是低的。 六．总结 总之，HEVC，以实现卓越的压缩性能的复杂性成本并不明显。虽然某些方面的设计其他比H.264/AVC需要更多的处理，等各个方面都进行了简化。 实时软件解码的HEVC比特流是非常可行的，目前的发电设备：1080p60的解码的笔记本电脑或台式机，移动设备上（包括合理的比特率范围内）和480p30解码。这样的性能是可以实现的，而无需依靠在解码过程中的多个内核。这是很重要的，因为它可提供快速，广泛采用HEVC软件路径。 在编码器方面，需要大量的额外工作作出实时编码器，提供媲美的HM编码器的压缩效率。预计这将在今后几年里是一个活跃的研究领域。 1. the wireless access technology and its development 1990s, BWA (Broadband Wireless Access, Broadband Wireless Access) technology has developed rapidly, but the absence of a unified global standard, the relevant market has not expanded prosperity [[4]. Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) was launched to meet the growing market demand for broadband wireless access. Although over the years, technology has been used for wireless LAN 802.11 BWA was a big success, but its overall design and are not well suited for outdoor applications BWA [[s]. When used outdoors, very limited in terms of bandwidth and the number of users, but there are still other problems like communication distance. Based on this situation, Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) decided to BWA "last mile" access tailored to the needs of a new global standard and, while addressing the physical layer environment (outdoor RF transmission) and QoS (Quality of Service) two issues to meet the needs of the market. 1999, IEEE802 local area network (LAN) / metropolitan area network (MAN) IEEE802.16 working group was set up to specialize in broadband wireless access standard, the main task of the group is to develop Local Multipoint Distribution Service (Local Multipoint Distribute service LMDS) Internet wireless transmission standards, the establishment of a unified global broadband wireless access standard, to solve the "last mile" broadband wireless metropolitan area network access problem until the first half of 2005, the group have released 802.16 and 802.16 to 802.16d e as the core of a series of related agreements. These protocols currently used in the family has received widespread use of the Internet for 802.15 and 802.11 for wireless LAN protocols such as to form a complementary on different levels, to fill the IEEE standard for wireless access on the blank at the same time, in order to promote the development of standards to improve and marketing, by world-renowned communications company co-sponsored the WiMAX Forum to promote the 802.16 protocol worldwide [[g] a WiMAX is a standards-based broadband wireless access 802.16 MAN technology. WiMAX is also often referred to as IEEE Wireless MAN (Metropolitan Area Network), its basic objective is to provide an in metropolitan multipoint multi-vendor environment, to be effective, broadband wireless access means interoperable. The emergence of 802.16 and WiMAX greatly promoted the development of broadband wireless access technology in the world. Development of technology continues to mature and grow Forum, strongly stimulated the broadband wireless access market for global broadband wireless access system opens up a whole new opportunity for development. 2. the use of technology and features Features of WiMAX technology, mainly from the link layer technology, QoS performance and working bands in three areas. （1） Link layer technology One of the characteristics of TCP / IP protocol is the transmission quality of the channel have higher requirements "13]. Wireless broadband access technology to face the growing IP data services, must adapt to TCP / IP protocol for channel transmission quality. in the (outdoor distance) application conditions WiMAX technology, wireless channel fading phenomenon is very significant, the use of TCP / IP protocol on the inconsistent quality of the wireless channel, the efficiency may be very low .WiMAX joined at the link layer technology ARQ mechanism to reduce the network layer reachability information errors, can greatly improve the business system throughput while using WiMAX antenna, antenna polarization antenna diversity and other techniques to deal with the decline of the radio channel. these measures have increased the WiMAX wireless data transmission performance. （2）QoS performance WiMAX can provide data to users with QoS performance, video, voice (VoIP) services. Under the CBR (Con-stant Bit Rate, fixed bandwidth), CIR (Com-mitted Rate, promised bandwidth, BE (Best Effort, best effort) .CBR highest priority, any situation: WiMAX can provide three levels of service network operator and service provider for high-priority, high-speed and low latency to provide users with services to ensure highest priority subscription .CIR bandwidth, the network operator to provide the agreed rate, but the rate exceeds the peak, the priority will be reduced, but also provide more bandwidth .BE then have a lower priority, such a service is similar to a traditional best-effort IP network service to the user equipment according to the bandwidth resources, network the rate does not provide a guarantee priority in the system to meet other users higher priority traffic conditions, trying to provide users with bandwidth. （2） Working frequency Overall, the 802.16 working band uses unlicensed bands, ranging between 2GHz to 66GHz, while 802.16a is a 2G to employ unlicensed 11 GHz band for broadband wireless access systems, according to their channel bandwidth demand 1.5 M to 20MHz range adjustment. Therefore, the use of the spectrum 802.16 may be more abundant than any other wireless technology, has the following advantages: For the known interference, narrow channel bandwidth is conducive to avoid interference. When little information bandwidth requirements, narrow channel bandwidth spectrum will help save resources. Flexible bandwidth adjustment capability, help coordinate operator or user of spectrum resources. 3. the network domain model design The process has created a good domain, the domain model node is added to the OPNET library, create an object module library in accordance with the model, with these object modules, you can construct a network model. OPNET simulation scenario selected for a scene in the "campus" option, the range value is set to 1 KmX 1 Km, the use of single-base and S model access points. Modeled using the BS and MSS module build experimental network shown in Figure 4-15. Connection experiment uses a multi-user mode single base station. MSS sends a connection request to the BS, BS response and establish a connection. And add the PHY module in the model, PHY node functions implemented numerous, but without the need for actual communication. PHY node is a virtual complete physical layer of each node in order to calculate the work considering physical layer link quality in the actual system artificially added to the network model, the real network does not exist at this entity. Its function is to complete all the physical layer calculations. Then OPNET node domain and process domain 802.16e network research and design of its models, in which the BS node processes PRE INIT state in a more systematic and detailed analysis, research and the preparation of the module export, import function and part of the module, and then the same procedure designed MSS node model, and for the physical layer PHY node simple analysis and design, built a good model to join OPNET generated object module library, and finally establish a network model based on the object module design a communications network experiments, and its performance was tested and analyzed. According to performance testing shows that the designed system IEEE 802.16e network have accurate and stable performance data. 4. Summary     Based on the 802.16e protocol has published research, combining features OPNET simulation software, the work can be summarized mainly in the following aspects: (1) analysis of the background and development status of the WiMAX network and its characteristics, and the WiMAX 802.16e protocol for network systems research, including system components, network characteristics, protocol stack structure. (2) development environment, OPNET software modeling, simulation key technologies, procedures and methods of data collection simulation results were studied. (3) using OPNET software designed 802.16e network systems, networking required BS, MSS, PHY node domain and process domain model, in which the part of the state BS domain node processes for a more systematic and detailed analysis, research and the preparation of export, import functions, and some modules of the module, and test network design, network communication mechanism experiments were simulated and tested link throughput, network latency, load performance, verify its feasibility. (4) Details High Level Architecture (HLA) of the relevant principles, federal support environment RTI, OPNET design combining HLA / OPNET architecture and function modules to HLA / OPNET system based on the 802.16e wireless network system simulation, communicate information exchange and data MSS 802.16e networks between mobile terminals, through simulation analysis, we can see that the architecture enables the simulation more realistic network and makes each individual simulation accuracy is greatly improved. Solve the 802.16e mobile network nodes built high-speed mobile broadband and high-speed data access is not compatible with the problem.