一种适用于hevc标准的量化与反量化硬件复用算法及硬件结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，针对ffiVC视频编解码标准，具体 涉及一种适用于ffiVC视频编码标准的视频编码器和解码器中量化与反量化的硬件复用算 法及硬件结构。
【背景技术】
[0002] HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)是由国际电信组织（ITU)和运动图像专家 组（MPEG)联合成立的组织JCTVC提出的下一代视频编解码标准。目标是在相同的视觉效 果的前提下，相比于上一代标准a264/AVC，压缩率提高一倍。压缩率的提高以运算复杂度 的成倍增加为代价。
[0003] 量化在有损视频压缩系统中占有非常重要的地位，是造成编码失真的根本原因， 同时它又影响着编码比特率，量化的性能好坏在很大程度上影响着视频的压缩性能。量化 可分为标量量化和矢量量化，基于编码复杂度的考虑，目前大多数编码器都采用标量量化。 标量量化是在失真最小的准则下对系数进行量化，对于视频帧中平坦区域标量量化具有较 好的压缩性能，而对于非平坦区域标量量化的压缩性能较差。
[0004] 相比H. 264/AVC中视频的量化压缩算法，HEVC中的量化算法更加复杂，包括一系 列的乘、除、加/减运算。
[0005] 定义参数如下： coeff为经过二维整数离散余弦变换后的系数；QP为量化参数； B=位深；N=变换尺寸；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(X)= {40, 45, 51，57, 64, 72}，x=0,…，5 QP%6为量化参数除6取模的运算； 量化可以如下过程来实现： 对于RDOQ=OFF的情况： level= (coeff*Q+offset)>>(21+QP/6 -M- (B~8))；offset= (21+QP/6-M- (B-8))； 对于RDOQ=ON的情况，缩放和成本函数计算会相应调整。
[0006] 反量化规定如下： coeffQ= ((level*IQ<< (QP/6)) +offset)>>(M~l+(B-8))； offset=l?(M-2+(B-8))； coeffQ=min(32767,max(-32768,coeffQ))； 裁剪确保了变换系数量化后的值coeffQ保持16bit位宽。剪裁只出现在极端的输入 值和不合理的量化行为发生的情况下。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提出一种适用于HEVC标准下量化、反量化以及量化与反量化 复用的算法及硬件结构，以有效降低硬件开销，并提高性能。
[0008] 本发明提出的适用于HEVC标准下量化、反量化以及量化与反量化复用的算法，其 HEVC中量化和反量化的计算，可由统一的公式表示： output= (input氺q+offset)>>shift; 其中，input表示输入系数；q表示量化或反量化的系数；offset表示补偿量；shift表示移位的比特数； 量化过程中：q=f(QP%6) ;offset根据RDOQ的开关情况进行调整；shift=21+QP/6 -M- (B-8); 反量化过程中：q=g(QP%6)〈〈(QP/6);offset=l?(M-2+(B-8))； shift=l?(M-l+(B-8))； 计算过程分两个阶段：①q,offset,shift的计算；@乘，加，移位运算的计算；对于 编码器第一阶段可以在DCT变换阶段进行计算。
[0009] 该单元适用于多路并行结构，对于吞吐率为N pixels/cycle的结构，计算N点乘， 力口，移位的硬件单元可以共享一套计算q, offset, shift的硬件。
[0010] 本发明可以以较小的硬件开销实现更高的性能，从而高效的实现高清视频的实时 编码。
【附图说明】
[0011] 图1:系数计算电路硬件结构。
[0012] 图2 :乘加移位运算电路结构。
[0013] 图3 :N路并行量化与反量化结构。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图，进一步具体描述本发明方法。
[0015] 本发明所述的基于改进后算法的量化与反量化结构，具体如下： 图1所示为计算q，offset,shift三个基本参数的单元，输入为量化步长QP，控制信 号CTRL，B为位深，QP用来确定量化和反量化操作的具体参数；CTRL用来控制运算过程： CTRL=O进行量化操作，CTRL=I进行反量化操作。进行RDOQ时，量化的offset需要进行调 整，Al和A2用来确定量化时的补偿量。
[0016]图2所示为量化与反量化的运算部分，量化与反量化可分为乘，加，移位，截位四 部分。
[0017]图3所示为N路并行的量化与反量化复用的硬件结构，可以支持N路并行的量化， 反量化，量化与反量化复用的操作。N路的运算单元共享一个参数计算单元的硬件。
[0018]本发明采用一种基于HEVC标准下量化与反量化复用算法的硬件架构实现。该设 计可以有效降低量化和反量化的硬件实现开销并实现较高的性能。
【主权项】
1. 一种适用于HEVC标准下量化，反量化W及量化与反量化复用的算法，其特征在于： 肥VC中量化和反量化的计算由统一的公式表示： output= (input*q+off set) ?shift; 其中，input表示输入系数；q表示量化或反量化的系数；offset表示补偿量；shift 表示移位的比特数； 量化过程中：q= f (QP%6) ;offset根据畑0Q的开关情况进行调整； shift=21+QP/6 - M-炬-8); 反量化过程中；q= g(QP%6)?(QP/6); offset=l?(M-化炬-8)); shift=l?(M-l+炬-8)); 计算过程分两个阶段;mq，offset, shift的计算；③乘，加，移位运算的计算；对于 编码器第一阶段在DCT变换阶段进行计算。
2. -种如权利要求1所述算法的硬件结构，其特征在于： 该单元适用于多路并行结构，对于吞吐率为N pixels/cycle的结构，计算N点乘，加， 移位的硬件单元共享一套计算q, offset, shift的硬件。
【专利摘要】本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，具体为一种适用于HEVC视频编码标准下量化与反量化的硬件复用算法及硬件结构。HEVC通过对DCT变换后频域中不同频率分量的系数进行带权值的量化，可以减小编码的码元位数，提高图像的压缩效率。本发明基于HEVC标准中量化规定，通过一定的算法改进，设计了一种可以支持量化，反量化，量化与反量化复用的硬件结构。本发明可以以较小的硬件开销实现更高的性能，从而高效的实现高清视频的实时编码。
【IPC分类】H04N19-124, H04N19-42
【公开号】CN104602014
【申请号】CN201510032238
【发明人】范益波, 谢峥, 黄磊磊, 王利鸣, 陆彦珩, 曾晓洋
【申请人】复旦大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月22日