一種適用于hevc標(biāo)準(zhǔn)的量化與反量化硬件復(fù)用算法及硬件結(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)ffiVC視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，具體 涉及一種適用于ffiVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼器和解碼器中量化與反量化的硬件復(fù)用算 法及硬件結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)是由國(guó)際電信組織（ITU)和運(yùn)動(dòng)圖像專(zhuān)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(jué)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。壓縮率的提高以運(yùn)算復(fù)雜度 的成倍增加為代價(jià)。
[0003] 量化在有損視頻壓縮系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是造成編碼失真的根本原因， 同時(shí)它又影響著編碼比特率，量化的性能好壞在很大程度上影響著視頻的壓縮性能。量化 可分為標(biāo)量量化和矢量量化，基于編碼復(fù)雜度的考慮，目前大多數(shù)編碼器都采用標(biāo)量量化。 標(biāo)量量化是在失真最小的準(zhǔn)則下對(duì)系數(shù)進(jìn)行量化，對(duì)于視頻幀中平坦區(qū)域標(biāo)量量化具有較 好的壓縮性能，而對(duì)于非平坦區(qū)域標(biāo)量量化的壓縮性能較差。
[0004] 相比H. 264/AVC中視頻的量化壓縮算法，HEVC中的量化算法更加復(fù)雜，包括一系 列的乘、除、加/減運(yùn)算。
[0005] 定義參數(shù)如下： coeff為經(jīng)過(guò)二維整數(shù)離散余弦變換后的系數(shù)；QP為量化參數(shù)； B=位深；N=變換尺寸；M=log2 (N); Q=f(QP%6),其中f(X)= {26214, 23302, 20560, 18396, 16384, 14564}，x=0,…，5IQ=g(QP%6)，其中g(shù)(X)= {40, 45, 51，57, 64, 72}，x=0,…，5 QP%6為量化參數(shù)除6取模的運(yùn)算； 量化可以如下過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)： 對(duì)于RDOQ=OFF的情況： level= (coeff*Q+offset)>>(21+QP/6 -M- (B~8))；offset= (21+QP/6-M- (B-8))； 對(duì)于RDOQ=ON的情況，縮放和成本函數(shù)計(jì)算會(huì)相應(yīng)調(diào)整。
[0006] 反量化規(guī)定如下： coeffQ= ((level*IQ<< (QP/6)) +offset)>>(M~l+(B-8))； offset=l?(M-2+(B-8))； coeffQ=min(32767,max(-32768,coeffQ))； 裁剪確保了變換系數(shù)量化后的值coeffQ保持16bit位寬。剪裁只出現(xiàn)在極端的輸入 值和不合理的量化行為發(fā)生的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下量化、反量化以及量化與反量化 復(fù)用的算法及硬件結(jié)構(gòu)，以有效降低硬件開(kāi)銷(xiāo)，并提高性能。
[0008] 本發(fā)明提出的適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下量化、反量化以及量化與反量化復(fù)用的算法，其 HEVC中量化和反量化的計(jì)算，可由統(tǒng)一的公式表示： output= (input氺q+offset)>>shift; 其中，input表示輸入系數(shù)；q表示量化或反量化的系數(shù)；offset表示補(bǔ)償量；shift表示移位的比特?cái)?shù)； 量化過(guò)程中：q=f(QP%6) ;offset根據(jù)RDOQ的開(kāi)關(guān)情況進(jìn)行調(diào)整；shift=21+QP/6 -M- (B-8); 反量化過(guò)程中：q=g(QP%6)〈〈(QP/6);offset=l?(M-2+(B-8))； shift=l?(M-l+(B-8))； 計(jì)算過(guò)程分兩個(gè)階段：①q,offset,shift的計(jì)算；@乘，加，移位運(yùn)算的計(jì)算；對(duì)于 編碼器第一階段可以在DCT變換階段進(jìn)行計(jì)算。
[0009] 該單元適用于多路并行結(jié)構(gòu)，對(duì)于吞吐率為N pixels/cycle的結(jié)構(gòu)，計(jì)算N點(diǎn)乘， 力口，移位的硬件單元可以共享一套計(jì)算q, offset, shift的硬件。
[0010] 本發(fā)明可以以較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)更高的性能，從而高效的實(shí)現(xiàn)高清視頻的實(shí)時(shí) 編碼。
【附圖說(shuō)明】
[0011] 圖1:系數(shù)計(jì)算電路硬件結(jié)構(gòu)。
[0012] 圖2 :乘加移位運(yùn)算電路結(jié)構(gòu)。
[0013] 圖3 :N路并行量化與反量化結(jié)構(gòu)。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步具體描述本發(fā)明方法。
[0015] 本發(fā)明所述的基于改進(jìn)后算法的量化與反量化結(jié)構(gòu)，具體如下： 圖1所示為計(jì)算q，offset,shift三個(gè)基本參數(shù)的單元，輸入為量化步長(zhǎng)QP，控制信 號(hào)CTRL，B為位深，QP用來(lái)確定量化和反量化操作的具體參數(shù)；CTRL用來(lái)控制運(yùn)算過(guò)程： CTRL=O進(jìn)行量化操作，CTRL=I進(jìn)行反量化操作。進(jìn)行RDOQ時(shí)，量化的offset需要進(jìn)行調(diào) 整，Al和A2用來(lái)確定量化時(shí)的補(bǔ)償量。
[0016]圖2所示為量化與反量化的運(yùn)算部分，量化與反量化可分為乘，加，移位，截位四 部分。
[0017]圖3所示為N路并行的量化與反量化復(fù)用的硬件結(jié)構(gòu)，可以支持N路并行的量化， 反量化，量化與反量化復(fù)用的操作。N路的運(yùn)算單元共享一個(gè)參數(shù)計(jì)算單元的硬件。
[0018]本發(fā)明采用一種基于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下量化與反量化復(fù)用算法的硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。該設(shè) 計(jì)可以有效降低量化和反量化的硬件實(shí)現(xiàn)開(kāi)銷(xiāo)并實(shí)現(xiàn)較高的性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下量化，反量化W及量化與反量化復(fù)用的算法，其特征在于： 肥VC中量化和反量化的計(jì)算由統(tǒng)一的公式表示： output= (input*q+off set) ?shift; 其中，input表示輸入系數(shù)；q表示量化或反量化的系數(shù)；offset表示補(bǔ)償量；shift 表示移位的比特?cái)?shù)； 量化過(guò)程中：q= f (QP%6) ;offset根據(jù)畑0Q的開(kāi)關(guān)情況進(jìn)行調(diào)整； shift=21+QP/6 - M-炬-8); 反量化過(guò)程中；q= g(QP%6)?(QP/6); offset=l?(M-化炬-8)); shift=l?(M-l+炬-8)); 計(jì)算過(guò)程分兩個(gè)階段;mq，offset, shift的計(jì)算；③乘，加，移位運(yùn)算的計(jì)算；對(duì)于 編碼器第一階段在DCT變換階段進(jìn)行計(jì)算。
2. -種如權(quán)利要求1所述算法的硬件結(jié)構(gòu)，其特征在于： 該單元適用于多路并行結(jié)構(gòu)，對(duì)于吞吐率為N pixels/cycle的結(jié)構(gòu)，計(jì)算N點(diǎn)乘，加， 移位的硬件單元共享一套計(jì)算q, offset, shift的硬件。
【專(zhuān)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視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)下量化與反量化的硬件復(fù)用算法及硬件結(jié)構(gòu)。HEVC通過(guò)對(duì)DCT變換后頻域中不同頻率分量的系數(shù)進(jìn)行帶權(quán)值的量化，可以減小編碼的碼元位數(shù)，提高圖像的壓縮效率。本發(fā)明基于HEVC標(biāo)準(zhǔn)中量化規(guī)定，通過(guò)一定的算法改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種可以支持量化，反量化，量化與反量化復(fù)用的硬件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以以較小的硬件開(kāi)銷(xiāo)實(shí)現(xiàn)更高的性能，從而高效的實(shí)現(xiàn)高清視頻的實(shí)時(shí)編碼。
【IPC分類(lèi)】H04N19-124, H04N19-42
【公開(kāi)號(hào)】CN104602014
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510032238
【發(fā)明人】范益波, 謝崢, 黃磊磊, 王利鳴, 陸彥珩, 曾曉洋
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年5月6日
【申請(qǐng)日】2015年1月22日