[发明专利]用于视频运动补偿的缓存方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及视频技术领域，特别涉及一种用于视频运动补偿的缓存方法与装置。

背景技术

运动估计与补偿技术经常被应用在视频处理中，特别是在各大标准组织定义的视频编解码器里都包含了运动补偿（Motion Compensation）单元。在视频运动补偿中，相邻宏块（MB，MacroBlock）的参考像素块（简称为参考块）间通常存在明显的空间重叠。图1是视频运动补偿中宏块的参考像素块重叠的示意图。如图1的例子所示，MB_n、MB_n+1、MB_n+w分别为某一帧图像中的三个宏块，其中，MB_n和MB_n+1之间是同一行中两个相邻的宏块，MB_n和MB_n+w之间是垂直方向上两个相邻的宏块，MB_n中存在两个参考块，图1中以竖直方向的虚线将MB_n隔开表示为参考块1和参考块2，MB_n+1中也存在两个参考块，图1中以水平方向的虚线将MB_n+1隔开表示为参考块3和参考块4，MB_n+w中存在一个参考块5。各参考块之间存在的空间重叠如图1中的填充区域所示，其中，斜线填充区域表示垂直方向宏块间参考块的重叠，方格填充区域表示宏块内部及水平方向宏块间参考块的重叠，可以参考图1下方对于不同类型填充区域的标示。例如，图1中所示的参考块1与参考块2之间以及参考块3与参考块4之间的重叠属于宏块内部的参考块的重叠，参考块2与参考块3、参考块4之间的重叠属于水平方向宏块间参考块的重叠，参考块5与参考块2、参考块4之间的重叠属于垂直方向宏块间参考块的重叠。因此，利用内部缓存（Cache）来重用相邻宏块间参考块重叠部分的像素数据，可以减少对外部存储器的访问。

随着高清视频的应用，视频编解码器运动补偿所需的带宽成为限制编解码器性能的瓶颈。在设计中通常采用缓存的方法来复用运动补偿的参考像素数据，以减少对外部存储器的访问，提高编解码的效率。传统的运动补偿缓存大都采用二维的结构，即缓存数据和外部存储器中的参考帧数据（所述参考帧数据包括该帧图像中所有参考块的像素数据）是在二维空间上进行映射。由于硬件电路复杂度和成本的限制，其映射方式常采用直接映射（direct map）或者多路组相联的方式，并且选取的缓存容量远小于一行宏块的大小。针对这一尺寸范围内的缓存，有研究表明（请参考文献：Xianmin CHEN,Peilin LIU.“A High Performance and Low Bandwidth Multi-Standard Motion Compensation Design for HD Video Decoder”.IEICE Transactions on Electronics93(3),253-260,2010-03-01），在多路组相联情况下，当路（way）的数量超过某个值时，缓存对外部存储带宽的减少作用会趋近极限。另一些研究（请参考文献：T.D.Chuang,L.M.Chang,T.W.Chiu,Y.H.Chen,and L.G.Chen,“Bandwidth-efficient cache-based motion compensation architecture with DRAM-friendly data access control,”in Proc.IEEE Int.Conf.Acoust.,Speech,Signal Process.,pp.2009-2012,2009）则发现，在小于一行宏块大小的范围内，当缓存的容量增加到一定数量时，多路组相联和直接映射相比不再具有优势。因此对大于某一尺寸（且远小于一行宏块大小）的缓存，由于其电路实现最简单，大多选用直接映射的缓存结构。

采用直接映射结构的运动补偿缓存，其大小一般配置为最优尺寸，即使得外部存储带宽的减少接近极限的某个最小尺寸（假设该缓存大小为2S）。这是双向参考帧（B帧）运动补偿所对应的最优配置；而实际对于前向参考帧（P帧），其相应所需的最小尺寸为S，多出的另外S大小的缓存空间将不会对减少外部存储带宽有明显帮助。并且，在硬件设计中，这S大小的缓存空间也难以用于其他P帧独有的用途，因此，P帧的缓存配置会出现浪费。

发明内容

本发明要解决的问题是现有技术中缓存配置利用率低。

为解决上述问题，本发明技术方案提供一种用于视频运动补偿的缓存方法，包括：