针对硬件实现的H.264视频编码算法改进(pdf 3).pdf

通讯与电视
针对硬件实现的!"#$% 视频编码算法改进
上海交通大学图像通信与信息处理研究所3%99969A 周怡吴昊方向忠
摘要’从硬件实现的角度分析了#$%&’算法# 重点研究了占用最多运算时间的预测部分的优
化#给出了对帧内预测$ 哈达马变换以及运动估计算法的改进# 通过简化运算复杂$ 效率不高的模块
以及减少模块间数据相关性等#对硬件进行优化% 通过对各种测试序列的仿真#证明改进是有效的%
关键词’#$%&’帧内预测运动估计运动预测因子
#$%&’(")最初是由*+,-+ *+,-+ 和改进主要是在这两部分上! 在实现过程中# 这两部分通
/012 的联合标准! #$%&’因为提供了很高的编码压缩过硬件实现# 所以要针对硬件进行优化!
效率" 友好的面向网络的接口# 将成为下一代新的视频实现编码器所用的硬件系统是基于宏块# 也就是说
编码标准! 但是编码效率很高的同时# 其算法的复杂度编码器是对一个个连续的宏块进行操作! 整个编码系统
也提高了四倍# 这在很大程度上限制了它的实现! 因此可以看作一个宏块的流水线# 所以有可能在开始编码下
必须针对硬件的实现做改进和优化! 一个宏块时# 上一个宏块重建过程还没有完成# 这就影
#$%&’的最初测试模型 34/5 (%) 是为了取得高的编码响了流水线的进行! 很多基于宏块的商用编码器正是采
效果而设计的! 在这个测试模型中# 有很多的算法需要用这种硬件实现模式. 所以处理好这个问题至关重要!
很大的运算量# 但是编码效率的提高却不多# 并且很多$ 帧内预测
模块之间是数据相关的# 这一点限制了用并行处理加速图" 中的编码方框图与#$%&""#$%&6 和/012 -’
硬件的实现! 中的相似! #$%&’区别于其它标准的地方主要在于帧内
以前有文章分析过这种新的视频编码的复杂度(6’7) ! 预测部分! 在#$%&’中包含了’,’和"&,"& 两种帧内预
但是这些研究都是通过软件的分析得到#$%&’算法的测模式! 帧内预测需要图像重建的像素值才能实现! 在
复杂度的! 这些结果对在软件中的应用是精确的. 但是一个典型的基于宏块的系统中# 只有在完成整个编码程
当涉及硬件设计的并行处理时. 就不再适用了! 序后#重建的像素值才能得到! 这种数据之间的相关性#
经过试验比较可以得出# 在#$%&’硬件实现上的关会给硬件的实现带来很大的困难!
键点是预测部分#因为此模块所占的计算时间几乎是总$#! &!& 帧内预测
时间的 89* ! 所以改进的重点在预测部分! 图% 描述了’,’块帧内预测中数据的相关性! 从<
! "#$%& 算法到= 的像素值是从> 到? 及@ 的像素值预测出来的!
图" 是关于一帧图像的帧内预测间预测的算法框用大写字母表示重建的像素值! 因为一个宏块由"& 个
图! 如果采用帧内预测# 帧间预测部分将不进行判断! 在’,’的块组成# 所以当前块没有完成编码之前是不能得
进行帧间预测时#会使用多帧预测和可变块大小的运动到重建的像素值的! 在 4/ 中用了双通道算法实现这些
估计! 编码模式选择部分在所有的预测模式中选择一个
最佳的预测模式! 预测之后用原始的输入帧
和预测帧相减# 得