一種高效視頻編碼中半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】一種高效視頻編碼中半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)，針對在HEVC中，涉及運動估計的半像素點預(yù)測時使用的對稱8抽頭濾波器，本發(fā)明將標(biāo)準(zhǔn)所提出插值公式進(jìn)行合理分解，并提出一種半像素運動估計插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)。插值濾波器由八個加法器、二個減法器和六個移位寄存器組成六級流水結(jié)構(gòu)，適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)中垂直或水平方向的半像素插值計算。
【專利說明】
一種高效視頻編碼中半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及視頻數(shù)據(jù)的壓縮技術(shù)，具體的即高效視頻編碼運動估計中半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)。
技術(shù)背景
[0002]由聯(lián)合視頻編碼組(JCT-VC)制定的HEVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，引入了很多并行化運算的優(yōu)化技術(shù)，相比于之前的H.264標(biāo)準(zhǔn)，其壓縮效率提高了一倍以上。然而，這些先進(jìn)的視頻編碼技術(shù)在編碼進(jìn)程中需要更大的內(nèi)存帶寬和計算復(fù)雜度。
[0003]運動估計是HEVC中運用相鄰幀的時間相關(guān)性最多的部分，也是占據(jù)整個編碼過程時間最長的部分，對提高編碼效率起著非常關(guān)鍵的作用。由于物體在實際運動中的位移和取樣并不一定是整像素，所以大部分的視頻標(biāo)準(zhǔn)都采用了半像素、1/4像素的運動估計技術(shù)以提高運動矢量的精度。在HEVC中，涉及運動估計的分?jǐn)?shù)像素點預(yù)測時，半像素使用對稱8抽頭濾波器，1/4像素使用非對稱7抽頭濾波器。對于亮度插值，其精確度是1/4像素，所以總共有15個位置的像素值需要被計算出來。相比H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)中使用的6抽頭濾波器，8抽頭濾波器需要更大的數(shù)據(jù)帶寬，在硬件實現(xiàn)時也將花費更多的面積。因此，設(shè)計一個高效的內(nèi)插值濾波器對于實時實現(xiàn)高品質(zhì)的視頻是必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提出一種適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下運動估計半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)，以簡化插值公式，有效降低硬件開銷，并提高性能。
[0005]本發(fā)明提出的適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)下運動估計半像素插值公式的方法。
[0006]按照HEVC標(biāo)準(zhǔn)，以如下的方式來計算半像素值:
Result=(-A+4 XB-1lX C+40 X D+40 XE-1lX F+4 X G_H)>>6，
其中Result是半像素值插值運算結(jié)果，A、B、C、D、E、F、G、H分別是水平或垂直方向最接近的整像素或分?jǐn)?shù)像素，+代表加法運算，-代表減法運算，X代表乘法運算，>>代表向右移位運算；
我們將上式進(jìn)行分解和化簡，得到如下結(jié)果:
Result =(-A+4 XB-1lX C+40 X D+40 XE-1lX F+4 X G_H)>>6= [-(A+H)+4(B+G)-ll(C+F)+40(D+E)]?6= [-(A+H)+4(B+G)-12(C+F) + (C+F)+32(D+E)+8(D+E)]?6= [-(A+H)+4(B+G)-8(C+F)-4(C+F) + (C+F)+32(D+E)+8(D+E)]?6=[4(B+G)-(A+H)-(8(C+F)+4(C+F))+(C+F)+32(D+E)+8(D+E)]?6=[(B+G)〈〈2-(A+H)-((C+F)〈〈3+(C+F)〈〈2)+(C+F)+(D+E)〈〈5+(D+E)〈〈3]>>6根據(jù)上式分解結(jié)果，我們設(shè)計了一種半像素精度插值濾波器，如圖2所示?？梢钥闯鰧顺轭^濾波器半像素插值公式中插值濾波器系數(shù)與待輸入像素值的乘法操作分解為了八個加法、六個移位和兩個減法運算。
[0007]本發(fā)明根據(jù)所提出分解插值公式的方法，提出一種半像素運動估計插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)。插值濾波器由八個加法器、二個減法器和六個移位寄存器組成六級流水結(jié)構(gòu)。
[0008]本發(fā)明適用于HEVC標(biāo)準(zhǔn)中垂直或水平方向的半像素插值計算，相比于直接進(jìn)行乘法操作，具有較小的硬件開銷。
【附圖說明】
[0009]附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，用來解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中:
圖1為參考像素陣列示意圖。
[0010]圖2為半像素精度插值濾波器硬件結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0011]下面結(jié)合附圖，進(jìn)一步具體描述本發(fā)明方法。
[0012]附圖1示出了8X4的參考像素陣列，其中矩形代表整數(shù)像素，圓形代表半像素。在一個實施例中，其中Result是半像素，A、B、C、D、E、F、G、H分別是水平方向的八個整像素，半像素Result的值通過水平方向的八個整數(shù)像素利用分解公式進(jìn)行插值運算得到。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明方法很容易的進(jìn)行垂直方向半像素的插值工作。
[0013]附圖2是半像素精度插值濾波器硬件結(jié)構(gòu)示意圖。硬件電路由加法器、減法器和移位寄存器組成。該電路以流水的形式對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。其流水處理過程如下:
流水第一級根據(jù)所要插值半像素的位置，獲取水平或垂直方向八個整數(shù)像素值A(chǔ)、B、C、D、E、F、G、H并輸入加法器進(jìn)行加法操作，加法器(Al)執(zhí)行操作(D+E)，加法器(A2)執(zhí)行操作(C+F)，加法器(A3)執(zhí)行操作(B+G)，加法器(A4)執(zhí)行操作(A+H)；
流水第二級包括五個移位寄存器(SR1-SR5)，移位寄存器(SRl)和移位寄存器(SR2)分別執(zhí)行操作將加法器(Al)的輸出結(jié)果(D+E)左移3位和5位，移位寄存器(SR3)和移位寄存器(SR4)分別執(zhí)行操作將加法器(A2)的輸出結(jié)果(C+F)左移3位和2位，移位寄存器(SR5)執(zhí)行操作將加法器3結(jié)果(B+G)左移2位；
流水第三級包括二個加法器(A5-A6)和一個減法器(SI)，加法器(A5)執(zhí)行操作將移位寄存器(SRl)的輸出結(jié)果和移位寄存器(SR2)的輸出結(jié)果相加，加法器(A6)執(zhí)行操作將移位寄存器(SR3)的輸出結(jié)果和移位寄存器(SR4)的輸出結(jié)果相加，減法器(SI)執(zhí)行操作將移位寄存器(SR5)的輸出結(jié)果和加法器(A4)的輸出結(jié)果相減；
流水第四級包括一個加法器(A7)和一個減法器(S2)，減法器(S2)執(zhí)行操作將加法器(A5)的輸出結(jié)果和加法器(A6)的輸出結(jié)果相減，加法器(A7)執(zhí)行操作將加法器(A2)的輸出結(jié)果和減法器(SI)的輸出結(jié)果相加；
流水第五級包括一個加法器(AS)，加法器(AS)執(zhí)行操作將減法器(S2)的輸出結(jié)果和加法器(A7)的輸出結(jié)果相加；
流水第六級包括一個移位寄存器(SR6)，移位寄存器(SR6)執(zhí)行操作將加法器(A8)的輸出結(jié)果右移6位得到半像素(Result)的最終插值運算結(jié)果。
[0014]最后應(yīng)說明的是:顯然，上述實施僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所述領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法多所有的實施方式予以窮舉。而由此引申的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【主權(quán)項】
1.一種高效視頻編碼中半像素插值濾波器的硬件結(jié)構(gòu)，其特征在于:插值濾波器為六級流水結(jié)構(gòu);流水第一級包括四個加法器(A1-A4)，輸入8個整像素點或分?jǐn)?shù)像素點(A、B、C、D、E、F、G、H)，加法器(A1)執(zhí)行操作(D+E)，加法器(A2)執(zhí)行操作(C+F)，加法器(A3)執(zhí)行操作(B+G)，加法器(A4)執(zhí)行操作(A+H);流水第二級包括五個移位寄存器(SR1-SR5)，移位寄存器(SRl)和移位寄存器(SR2)分別執(zhí)行操作將加法器(Al)的輸出結(jié)果(D+E)左移3位和5位，移位寄存器(SR3)和移位寄存器(SR4)分別執(zhí)行操作將加法器(A2)的輸出結(jié)果(C+F)左移3位和2位，移位寄存器(SR5)執(zhí)行操作將加法器(A3)的輸出結(jié)果(B+G)左移2位;流水第三級包括二個加法器(A5-A6)和一個減法器(SI)，加法器(A5)執(zhí)行操作將移位寄存器(SRl)的輸出結(jié)果和移位寄存器(SR2)的輸出結(jié)果相加，加法器(A6)執(zhí)行操作將移位寄存器(SR3)的輸出結(jié)果和移位寄存器(SR4)的輸出結(jié)果相加，減法器(SI)執(zhí)行操作將移位寄存器(SR5)的輸出結(jié)果和加法器(A4)的輸出結(jié)果相減；流水第四級包括一個加法器(A7)和一個減法器(S2)，減法器(S2)執(zhí)行操作將加法器(A5)的輸出結(jié)果和加法器(A6)的輸出結(jié)果相減，加法器(A7)執(zhí)行操作將加法器(A2)的輸出結(jié)果和減法器(SI)的輸出結(jié)果相加;流水第五級包括一個加法器(AS)，加法器(AS)執(zhí)行操作將減法器(S2)的輸出結(jié)果和加法器(A7)的輸出結(jié)果相加;流水第六級包括一個移位寄存器(SR6)，移位寄存器(SR6)執(zhí)行操作將加法器(A8)的輸出結(jié)果右移6位得到半像素(Result)的最終插值運算結(jié)果。
【文檔編號】H04N19/117GK105847847SQ201510789590
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年11月17日
【發(fā)明人】蔣林, 王帥, 張阿寧, 朱筠
【申請人】西安郵電大學(xué)