[发明专利]多模视频解码器中运动补偿结构

说明书

技术领域

本发明适用于多媒体视频技术领域，特别是在兼容多标准视频解码方面，在低功耗的基础上满足高清视频的解码需求。 

背景技术

运动补偿技术通过消除相邻帧之间的时间冗余度来提高视频编码的效率。在最新的视频编码标准中，运动补偿引入了许多新的编码技术，包括可变块大小、多参考帧、双向预测、非限制的运动矢量和四分之一精度插值等等。所有这些新技术均可提高视频编码的效率，但同时也极大的增加了运动补偿的运算需求和带宽需求。在H.264/AVC基本级中，运动补偿占用了总解码时间的25％，并占用了总带宽的50％；同时，在主级中运动补偿所占用的解码时间和带宽需求将分别增加15％到30％左右。AVS和MPEG-4 ASP的情形也类似。因此，运动补偿为多标准解码器设计的瓶颈。 

以往的针对H.264/AVC的高效运动补偿电路，其均采用了基于4x4固定块大小的运动补偿结构，并提出了复杂的数据重利用策略和调度策略，以克服基于4x4块大小的运动补偿所带来的缺陷，从而导致需要更多的片上存储器和复杂的控制逻辑来支持这些新策略，同时亮度分量和色度分量均采用了不同的硬件插值电路；以往的结构可同时支持H.264/AVC和AVS的亮度插值结构，但是不支持色度插值，同时也不支持其他标准；有的结构主要集中在多标准解码器中运动补偿子系统(包括运动矢量预测等)的设计与实现，但没有包含针对运动补偿插值结构的详细描述；有的工作提出了采用一种新的4级有向FIR滤波器来代替H.264/AVC标准中原有的6级滤波器，以解决原有插值方法的不规则问题和过高的带宽需求问题，但是其引入了较严重的图像质量损失，同时也未能提出适用于多标准的解决方案。 

发明内容

(一)要解决的技术问题 

目前在视频应用领域，已出现了多标准并存的局面，对于采用同一套电路即可实现多个不同标准码流的解码需求已经日益凸显。在各种最新的视频编解码标准中，可变块大小、多参 考帧、双向预测等新技术均可提高视频编码的效率，但同时也极大的增加了运动补偿的运算需求和带宽需求。传统实现方案采用了基于4x4固定块大小的运动补偿结构。在该结构中，运动补偿以4x4小块为单位进行，此时需要进行片上缓存的数据量得到极大的降低，从而可以降低硬件消耗，但同时也带来了大量的冗余外部存储器访问和冗余运算，导致电路带宽需求的增加和吞吐率的降低。 

(二)技术方案 

为有效解决运动补偿的多标准兼容问题，本文提出了一种改进的适用于多标准运动补偿(包括MPEG-2、H.263、MPEG-4 SP/ASP、H.264/AVC和AVS)的新插值方法结构，并设计实现了一种可重构的多标准运动补偿硬件电路。本发明所提出的新插值方法基于本发明所提出的RL策略和DTS策略，新方法具有更规则的数据依赖关系，其采用一种统一的两步插值结构有效的兼容了各标准中亮度分量和色度分量的插值。基于新方法，本文设计实现了一种可重构的多标准运动补偿硬件电路，该结构采用基于可变块大小的运动补偿结构，有效的减少了外存访问和冗余运算。 

(1)在RL策略中，忽略中问插值过程中的非线性的四舍五入操作和饱和限幅操作。 

(2)DTS(Diagonal Two Step)策略分两步分别表示垂直方向上和水平方向上的1/4精度插值滤波。 

(3)在相应的硬件结构设计中，本发明采用基于可变块大小的运动补偿，运动补偿插值过程将严格按照相应的块大小来进行，以减少外存的带宽需求，并增加单次访问外存的突发长度来减少外部存储器的访问功耗。 

(4)同时采用参考像素的预取、水平插值滤波和垂直插值滤波可同时进行的硬件结构。

(5)针对插值单元，本发明滤波操作被转化为矢量缩放操作，对于滤波硬件，设计预计算单元Precomputer和可重构的加法移位单元SAU构成。 

(三)有益效果 

本发明有以下有益效果： 

1.本发明提出了优化的RL策略和DTS策略，基于此两种策略，本文提出了一种改进的适用于多标准运动补偿(包括MPEG-2、H.263、MPEG-4 SP/ASP、H.264/AVC和AVS)的新插值方法结构，并通过详细的实验结果验证了新插值方法结构的可行性。与传统实现方案相比，本文算法结构具有更规则的数据依赖关系和统一的插值结构，并需要更少的片上存储器和寄存器资源以缓存不规则的数据。