一種適用于hevc標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中全復(fù)用的重建環(huán)路結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高清數(shù)字視頻壓縮編解碼技術(shù)領(lǐng)域，針對(duì)HEVC視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，具體 涉及一種適用于ffiVC標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中全復(fù)用的重建環(huán)路硬件結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)是由國際電信組織（ITU)和運(yùn)動(dòng)圖像專家 組（MPEG)聯(lián)合成立的組織JCTVC提出的下一代視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。目標(biāo)是在相同的視覺效 果的前提下，相比于上一代標(biāo)準(zhǔn)a264/AVC，壓縮率提高一倍。
[0003] 基于HEVC的視頻編碼器，主要由以下幾個(gè)模塊組成：幀內(nèi)預(yù)測、幀間預(yù)測、重建環(huán) 路、去方塊濾波器、自適應(yīng)樣點(diǎn)補(bǔ)償、熵編碼等模塊組成。視頻壓縮編碼的基本過程可以概 括如下：1.利用幀內(nèi)預(yù)測或幀間預(yù)測模式對(duì)當(dāng)前原始視頻流像素進(jìn)行預(yù)測；2.將原始像素 值與預(yù)測出來的像素值相減得到殘差值；3.將殘差進(jìn)行變換及量化處理，輸出結(jié)果經(jīng)過熵 編碼形成最后的壓縮輸出碼流；4.量化后的結(jié)果經(jīng)過反量化及反變換處理，再與之前得到 的預(yù)測像素相加得到重建像素，存儲(chǔ)作為預(yù)測的參考幀像素。
[0004] HEVC中的處理單元塊以四叉樹的結(jié)構(gòu)形式組織，圖像處理塊的尺寸最大為 64X64,可以繼續(xù)遞歸地劃分為32X32、16X16、8X8、4X4的小塊組合，并分別進(jìn)行處理。 編碼端要對(duì)塊的所有劃分情況進(jìn)行一次遍歷，以確定哪種劃分情況的處理為最佳。由于很 多塊都要走一遍重建環(huán)路，所以重建環(huán)路對(duì)系統(tǒng)的性能影響很大。
[0005] 目 前主要 的重建 環(huán)路有 兩種： ①全并行結(jié)構(gòu)：使用全并行的2D-DCT(二維離散余弦變換）結(jié)構(gòu)和全并行的2D-IDCT(二維 離散余弦反變換）結(jié)構(gòu)；②半復(fù)用結(jié)構(gòu)：使用ID-DCT硬件復(fù)用的2D-DCT結(jié)構(gòu)和ID-IDCT 硬件復(fù)用的2D-IDCT結(jié)構(gòu)。為進(jìn)一步提高圖像壓縮律，HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)支持16x16和32x32 的二維整形DCT/IDCT，這使HEVC中2D-DCT和2D-IDCT的硬件實(shí)現(xiàn)開銷較大。全并行結(jié)構(gòu) 可以實(shí)現(xiàn)全流水的形式，但硬件面積過大，半復(fù)用結(jié)構(gòu)雖然面積較低，但不能實(shí)現(xiàn)全流水的 形式。由于數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性，數(shù)據(jù)不會(huì)連續(xù)輸入，全并行的結(jié)構(gòu)并不實(shí)用。
[0006] 提高重建環(huán)路的性能并降低重建環(huán)路的硬件開銷是重建環(huán)路的關(guān)鍵，最近有論文 提出關(guān)于DCT與IDCT復(fù)用，高性能轉(zhuǎn)置矩陣，量化與反量化硬件復(fù)用的技術(shù)，利用這些技術(shù) 可以提出一種高新能重建環(huán)路。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種可以克服現(xiàn)有技術(shù)不足，能夠有效的降低重建環(huán)路硬 件開銷，提高重建環(huán)路的性能的，適用于ffiVC標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中重建環(huán)路結(jié)構(gòu)。
[0008] 本發(fā)明設(shè)計(jì)的適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中重建環(huán)路結(jié)構(gòu)，所述重建環(huán)路包括二 維離散余弦變換（2D-DCT)，量化，反量化，二維離散余弦反變換（2D-IDCT)四部分。采用 2D-DCT與2D-IDCT硬件復(fù)用結(jié)構(gòu)，并實(shí)現(xiàn)固定吞吐率32pixelS/CyCle。其結(jié)構(gòu)如圖1所 示，包括正逆選擇器、行列選擇器、離散余弦變換/離散余弦反變換模塊、裝置矩陣模塊、量 化與反量化模塊、系數(shù)存儲(chǔ)器； 其中，ID-DCT與ID-IDCT復(fù)用結(jié)構(gòu)采用多路并行形式，該結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)固定吞吐率 32pixels/cycle。轉(zhuǎn)置矩陣的硬件實(shí)現(xiàn)可以使用單端口SRAM，基于分塊矩陣求轉(zhuǎn)置的地址 映射算法可以實(shí)現(xiàn)32pixels/cycle的高讀/寫吞吐率。
[0009] 量化與反量化模塊的計(jì)算過程可用統(tǒng)一公式表示，所以硬件實(shí)現(xiàn)上，量化和反量 化可以復(fù)用一套硬件資源。利用32路并行的結(jié)構(gòu)，量化與反量化部分可以實(shí)現(xiàn)32pixelS/ cycle的吞吐率。
[0010] 量化后的系數(shù)需要進(jìn)行CABAC，由于前后級(jí)的性能不匹配，量化后的系數(shù)需要進(jìn)行 存儲(chǔ)；同時(shí)為避免硬件沖突，量化后的系數(shù)不能馬上進(jìn)行反量化，數(shù)據(jù)需要緩存，等待所有 量化完成后再進(jìn)行反量化，兩者可以共用一個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器。
[0011] ID-DCT和ID-IDCT的硬件復(fù)用結(jié)構(gòu)支持流水線形式的數(shù)據(jù)處理，基于分塊矩陣求 轉(zhuǎn)置地址映射方法實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)置矩陣可以對(duì)多個(gè)連續(xù)塊輸入求轉(zhuǎn)置但所有塊的大小之和不 能超過32x32 ;該重建環(huán)路支持連續(xù)塊輸入作為一個(gè)整體進(jìn)行重建，計(jì)算步驟為：連續(xù)塊的 2D-DCT，量化，反量化，2D-IDCT，連續(xù)塊的大小之和最大為32x32。
[0012] 本發(fā)明的重建環(huán)路的硬件結(jié)構(gòu)，支持一個(gè)32x32的亮度塊，兩個(gè)16x16的色度塊， 一個(gè)16x16的亮度塊和兩個(gè)8x8的色度塊，一個(gè)8x8的亮度塊和兩個(gè)4x4的色度塊進(jìn)行流 水線式的處理。該結(jié)構(gòu)利用并行性和流水線式的處理方式提高了硬件利用率，可實(shí)現(xiàn)固定 的吞吐率32pixel/cycle。本發(fā)明可以以較小的硬件開銷實(shí)現(xiàn)高性能的重建環(huán)路，從而高效 的實(shí)現(xiàn)高清視頻的實(shí)時(shí)編碼。
【附圖說明】
[0013] 圖1 :全復(fù)用重建環(huán)路結(jié)構(gòu)圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面通過實(shí)例并結(jié)合附圖，進(jìn)一步具體描述本發(fā)明方法。
[0015] 重建環(huán)路結(jié)構(gòu)有兩個(gè)控制信號(hào)：正逆選擇信號(hào)，行列選擇信號(hào)。操作順序如下：① 正逆選擇信號(hào)、行列選擇信號(hào)為"〇〇"時(shí)，輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行行(列）離散余弦變換，中間結(jié)果存入 轉(zhuǎn)置矩陣；@正逆選擇信號(hào)、行列選擇信號(hào)為"01"時(shí)，從轉(zhuǎn)置矩陣中讀出①的中間結(jié)果進(jìn) 行列(行)離散余弦變換，輸出結(jié)果進(jìn)行量化操作，并存儲(chǔ)在系數(shù)存儲(chǔ)器中。③從系數(shù)存儲(chǔ)器 中讀出量化后的結(jié)果進(jìn)行反量化，正逆選擇信號(hào)、行列選擇信號(hào)變?yōu)?10"，反量化的結(jié)果進(jìn) 行行(列)反離散余弦變換，結(jié)果存儲(chǔ)在轉(zhuǎn)置矩陣中；④正逆選擇信號(hào)、行列選擇信號(hào)為"11" 時(shí)，從轉(zhuǎn)置矩陣中讀出③的中間結(jié)果進(jìn)行列(行）反離散余弦變換，結(jié)果直接輸出。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中全復(fù)用的重建環(huán)路結(jié)構(gòu)，重建環(huán)路包括二維離 散余弦變換（2D-DCT)、量化、反量化、二維離散余弦反變換（2D-IDCT)四部分；其特征在于 硬件架構(gòu)包括正逆選擇器、行列選擇器、離散余弦變換/離散余弦反變換模塊、裝置矩陣模 塊、量化與反量化模塊、系數(shù)存儲(chǔ)器； 其中，1D-DCT與1D-IDCT復(fù)用結(jié)構(gòu)采用多路并行形式；轉(zhuǎn)置矩陣的硬件實(shí)現(xiàn)使用單端 口SRAM，采用基于分塊矩陣求轉(zhuǎn)置的地址映射算法可以實(shí)現(xiàn)32pixelS/cycle的高讀/寫吞 吐率； 量化與反量化模塊的計(jì)算過程用統(tǒng)一公式表示，硬件實(shí)現(xiàn)上，量化和反量化復(fù)用一套 硬件資源； 量化后的系數(shù)需要進(jìn)行CABAC，由于前后級(jí)的性能不匹配，量化后的系數(shù)需要進(jìn)行存 儲(chǔ)；同時(shí)為避免硬件沖突，量化后的系數(shù)不能馬上進(jìn)行反量化，數(shù)據(jù)需要緩存，等待所有量 化完成后再進(jìn)行反量化，兩者共用一個(gè)系數(shù)存儲(chǔ)器； 重建環(huán)路支持連續(xù)塊輸入作為一個(gè)整體進(jìn)行重建，計(jì)算步驟為：連續(xù)塊的2D-DCT，量 化，反量化，2D-IDCT，連續(xù)塊的大小之和最大為32x32。
【專利摘要】本發(fā)明屬于高清數(shù)字視頻壓縮編解碼技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下編碼器中全復(fù)用的重建環(huán)路結(jié)構(gòu)。重建環(huán)路包括二維離散余弦變換，量化，反量化，二維離散余弦反變換四部分。利用2D-DCT和2D-IDCT，量化與反量化硬件結(jié)構(gòu)的可復(fù)用性并且復(fù)用編碼器中的系數(shù)存儲(chǔ)器，實(shí)現(xiàn)全復(fù)用的重建環(huán)路結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)支持一個(gè)32x32的亮度塊，兩個(gè)16x16的色度塊，一個(gè)16x16的亮度塊和兩個(gè)8x8的色度塊，一個(gè)8x8的亮度塊和兩個(gè)4x4的色度塊進(jìn)行流水線式的處理。該結(jié)構(gòu)利用并行性和流水線式的處理方式提高了硬件利用率，可實(shí)現(xiàn)固定的吞吐率32pixel/cycle。本發(fā)明可以以較小的硬件開銷實(shí)現(xiàn)高性能的重建環(huán)路，從而高效的實(shí)現(xiàn)高清視頻的實(shí)時(shí)編碼。
【IPC分類】H04N19-61, H04N19-625, H04N19-124
【公開號(hào)】CN104602026
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510032233
【發(fā)明人】范益波, 謝崢, 黃磊磊, 王利鳴, 曾曉洋
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日