一种适用于hevc标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构的制作方法
【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，具体为一种适用于HEVC标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构。
【背景技术】
[0002]HEVC (High Efficiency Video Coding)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，即H.264/AVC标准，压缩率提高一倍。
[0003]基于HEVC的视频编码器，主要由以下模块组成:帧内预测、帧间预测、变换、量化、反量化、反变换、重建、去方块滤波器、自适应样点补偿等。其中，帧间预测利用相邻帧内像素之间的相关性，采取整数运动估计，分数运动估计，运动补偿等一系列方式，以减小时间冗余度，从而达到压缩的效果。由于在HEVC中，图像处理块的最大编码单位(IXU)已经达到了 64X64块，其所常用的搜索范围也有了相应的提高，因此，在整数运动估计的过程中，编码器将对数据带宽和处理速度都提出非常高的要求。
[0004]在帧间编码的过程中，需要在邻近帧搜索与当前像素块在像素值上较为相近的像素块，并得出两者在空间位置上的相对位移。这一相对位移就是运动矢量，而搜索的过程就是运动估计。在HEVC标准下，图像处理块(IXU)的大小可以是一个64X64块，这对数据带宽和处理速度都提出了非常大的挑战。为了应对这一挑战，本发明提出将整数运动估计的硬件实现分为三级流水线，通过三级流水线的划分，可以以较低的带宽成本和数据处理代价完成HEVC标准下的整数运动估计。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提出一种可以克服现有技术不足的、能有效适用于HEVC标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构。
[0006]本发明提出用于HEVC标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构，即该流水线硬件架构分为如下三级:读入并搜索降采样后的像素、读入原始像素、搜索原始像素，如图1所示。
[0007]假设当前编码的最大单位(IXU)为一个64X64块，整数运动估计过程中被搜索像素块的大小为256X256，如图2所示。那么:
首先，硬件处理器在第一级流水线中，读入降采样后的像素块。降采样可以按照η2:1(如4:1，9:1，16:1等)比值进行，具体的η应根据系统对于搜索性能的要求决定。读入降采样的数据后，硬件处理器在同一流水级执行对于降采样后像素块的搜索，得出一个基准的运动矢量。图3中，按照16:1的降采样比值进行降采样，则读入像素块的大小为64X64。
[0008]接着，硬件处理器在第二级流水线中，读入第一级所得到的基准运动矢量所指向降采样后的像素块所对应的原始像素块，但该像素块的大小应少于原始的搜索范围，以平衡系统的带宽。亦即小于256X256，假设其为64X64，如图4所示。
[0009]最后，硬件处理器在第三级流水线中，对第二级所读入的原始像素块进行搜索，并得到最终的整数运动估计结果。
[0010]本发明通过三级流水线的划分，可以以较低的带宽成本和数据处理代价完成HEVC标准下的整数运动估计。
【附图说明】
[0011]图1:本发明提出的三级流水线。
[0012]图2:当前处理单元和被搜索像素块的大小。
[0013]图3:降采样后的像素块。
[0014]图4:基准运动矢量及其对应的原始像素块。
【具体实施方式】
[0015]下面通过实例，进一步具体描述本发明方法。
[0016]假设当前编码的最大单位(IXU)为一个64X64块，整数运动估计过程中被搜索像素块的大小为256X256。
[0017]那么，硬件处理器应在第一级流水线中，读入降采样后的像素块。若按照16:1的降采样比值进行降采样，则读入像素块的大小为64X64。换言之，数据量由65536(256X256)锐减为 4096 (64X64)像素。
[0018]读入完成后，硬件处理器对这些像素块进行搜索，并得到一个基准的运动矢量，假设其指向了以该降采样像素块左下角为原点，水平向右为正横轴，垂直向上为正纵轴的坐标点(30，25)处。
[0019]接着，硬件处理器在第二级流水线中，读入该基准运动矢量所指向降采样后的像素块所对应的原始像素块。同样以原始像素块左下角为原点，水平向右为正横轴，垂直向上为正纵轴，那么所对应的像素块将以坐标点(120，100)为中心。硬件处理器可取该像素块大小为64X64并将其读入。
[0020]最后，硬件处理器应在第三级流水线中，对这些原始像素块进行搜索，并得到最终的运动矢量。
[0021]整个过程中，硬件处理器所读入搜索像素块的数据总量和处理数据量均由65536(256 X 256)降至8192 (2 X 64 X 64)像素，极大地缓解了硬件处理器对于数据带宽和处理速度的占用。
【主权项】
1.一种适用于HEVC标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构，其特征在于该流水线硬件架构分为三级:读入并搜索降采样后的像素、读入原始像素、搜索原始像素；假设当前编码的最大单位为一个64X64块，整数运动估计过程中被搜索像素块的大小为256X256，那么: 首先，硬件处理器在第一级流水线中，读入降采样后的像素块；降采样按照η2:1比值进行，具体的η应根据系统对于搜索性能的要求决定；读入降采样的数据后，硬件处理器在同一流水级执行对于降采样后像素块的搜索，得出一个基准的运动矢量； 接着，硬件处理器在第二级流水线中，读入第一级所得到的基准运动矢量所指向降采样后的像素块所对应的原始像素块，该像素块的大小小于原始的搜索范围，以平衡系统的带宽； 最后，硬件处理器在第三级流水线中，对第二级所读入的原始像素块进行搜索，得到最终的整数运动估计结果。
【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标准中整数运动估计的三级流水线硬件架构。本发明将整数运动估计的硬件实现分为三级流水线，分别是读入并搜索降采样后的像素、读入原始像素、搜索原始像素。硬件处理器，首先在第一级流水线中，读入降采样后的像素块，并搜索得出一个基准的运动矢量；接着，在第二级流水线中，读入第一级所得到的基准运动矢量所指向降采样后的像素块所对应的原始像素块；最后，在第三级流水线中，对第二级所读入的原始像素块进行搜索，得到最终的整数运动估计结果。通过三级流水线的划分，本发明可以以较低的带宽成本和数据处理代价完成HEVC标准下的整数运动估计。
【IPC分类】H04N19/57, H04N19/56, H04N19/61
【公开号】CN105376586
【申请号】CN201510787745
【发明人】范益波, 黄磊磊, 刘淑君, 曾晓洋
【申请人】复旦大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月17日