專利名稱：去塊效應(yīng)濾波器的濾波方法與系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻編解碼的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
H.264標(biāo)準(zhǔn)是ITU-T的VCEG(視頻編碼專家組)和ISO/IEC的MPEG(活動(dòng)圖像專家組)的聯(lián)合視頻組(JVT，Joint Video Team)開發(fā)的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。這是目前最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，與先前的標(biāo)準(zhǔn)相同，都是采用基于塊變換的混合編碼方案。在H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，解碼器反變換量化之后的圖像會(huì)出現(xiàn)“塊效應(yīng)”，這是基于塊編碼的壓縮算法常見的人工瑕疵。其產(chǎn)生的原因有兩個(gè)一個(gè)原因在于基于塊的幀內(nèi)和幀間預(yù)測殘差的DCT變換；第二個(gè)原因來自于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測。
為了去除解碼器反變換量化之后的圖像出現(xiàn)的塊效應(yīng)，H.264標(biāo)準(zhǔn)引入了去塊效應(yīng)濾波器，對(duì)塊的邊界進(jìn)行濾波。經(jīng)過濾波處理，減少了塊效應(yīng)，而圖像的質(zhì)量基本不受影響，因此主觀質(zhì)量大大改善。如果不采用去塊效應(yīng)濾波，同樣的主觀質(zhì)量，需要多出5％～10％的碼率。在有效地改善視頻圖像質(zhì)量和壓縮效率的同時(shí)，去塊效應(yīng)濾波也引入了極大的計(jì)算復(fù)雜度，其運(yùn)算量大約占到了解碼器計(jì)算總量的1/3。另一方面，去塊效應(yīng)濾波過程需要反復(fù)從片外的存儲(chǔ)器中讀出待濾波的像素?cái)?shù)據(jù)，并將濾波后的像素?cái)?shù)據(jù)寫入片外存儲(chǔ)器，頻繁的讀寫操作往往成為制約濾波處理能力的瓶頸。
下面介紹H.264標(biāo)準(zhǔn)中的去塊效應(yīng)濾波過程濾波對(duì)象和順序H.264的去塊效應(yīng)濾波是基于宏塊基礎(chǔ)上進(jìn)行的，應(yīng)用于每一個(gè)已解碼完成的宏塊，對(duì)每個(gè)宏塊內(nèi)的每個(gè)4×4塊的4個(gè)邊(整幅圖像的邊緣除外)都要進(jìn)行。圖1中的虛線表示每個(gè)宏塊中需要濾波的邊界，其中a、b、c、d、i、j、m、n是豎直邊界，e、f、g、h、k、l、o、p是水平邊界。具體的濾波順序就是按照字母順序進(jìn)行，即a、b、c、d、e、f、g、h、i、j、k、l、m、n、o、p。
邊界濾波強(qiáng)度邊界濾波強(qiáng)度(BS)決定了濾波器選擇的濾波參數(shù)，控制去塊效應(yīng)濾波的強(qiáng)度。對(duì)所有的4×4亮度塊的邊界，邊界濾波強(qiáng)度的數(shù)值r與邊界兩邊相鄰塊的性質(zhì)有關(guān)。假定邊界兩邊的圖像塊為P和Q，可以得到確定r值的判決樹如圖2所示。判斷時(shí)按照從上到下的順序?qū)D中的條件進(jìn)行判斷，直到滿足某一條件，就給出r的相應(yīng)值。
虛假邊界的判斷去方塊濾波的作用是去除H.264編解碼算法帶來的塊效應(yīng)，但是塊的邊界如果正好是圖像的邊界，如家具邊緣等，若不加以判斷而誤認(rèn)為是塊效應(yīng)并進(jìn)行了濾波，則可能造成新的誤差。所以，在濾波之前，首先應(yīng)該判斷該邊界是圖像的真實(shí)邊界還是塊效應(yīng)形成的虛假邊界，對(duì)真實(shí)邊界不進(jìn)行濾波處理。H.264標(biāo)準(zhǔn)中設(shè)定了兩個(gè)門限α和β來判斷虛假邊界。α表示塊間的邊界門限，β表示塊內(nèi)的邊界門限，高于門限就判定為真實(shí)邊界，否則就判定為虛假邊界。α和β的取值取決于量化步長的大小，當(dāng)量化步長大時(shí)，量化誤差大，塊效應(yīng)明顯，因此門限值隨之變大，反之量化值步長小時(shí)門限值隨之變小。
濾波計(jì)算在確定了邊界的濾波強(qiáng)度之后，就可以按照?qǐng)D1所示的濾波順序依次完成各個(gè)邊界的濾波計(jì)算。在每個(gè)豎直邊界或者水平邊界兩邊相鄰的兩個(gè)塊中，取出圖3所示的與邊界垂直的8個(gè)像素點(diǎn)p0～p3和q0～q3，作為待濾波的數(shù)據(jù)，根據(jù)邊界的濾波強(qiáng)度的不同采用不同的濾波過程，得到濾波后的數(shù)據(jù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出了一種將對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行的濾波方法，并給出了該方法的電路實(shí)現(xiàn)。
本發(fā)明的思路在于1)將濾波過程的中間數(shù)據(jù)全部緩存，只將濾波后的最終結(jié)果輸出，可以達(dá)到對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫次數(shù)的下限，從而將外部存儲(chǔ)器的帶寬對(duì)處理能力的影響降到最小。2)基于一種改進(jìn)的濾波順序，相對(duì)于基本的濾波順序，可以減小片內(nèi)緩存的中間數(shù)據(jù)量，從而減小電路規(guī)模。3)將對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行，減少了整個(gè)濾波過程需要的時(shí)鐘周期數(shù)，從而提高了處理能力。
以下詳細(xì)說明這三個(gè)思路1)對(duì)外部存儲(chǔ)器讀寫次數(shù)的下限對(duì)一個(gè)宏塊內(nèi)所有需要濾波的4×4大小的塊進(jìn)行標(biāo)記，如圖4所示，其中字母a-p標(biāo)記的是相鄰的參考?jí)K，字母A-Y標(biāo)記的是宏塊內(nèi)的塊。為了減少對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫次數(shù)，應(yīng)該避免把濾波過程的中間數(shù)據(jù)寫入外部存儲(chǔ)器中，而只將每個(gè)塊濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器。設(shè)定外部存儲(chǔ)器的位寬為32bit，每次可以讀出或?qū)懭胍粋€(gè)塊的同一行的4個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)，那么從外部存儲(chǔ)器中讀出圖4所示的待濾波數(shù)據(jù)需要4×40＝160個(gè)時(shí)鐘周期，將濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器也需要4×40＝160個(gè)時(shí)鐘周期。由于將所有中間數(shù)據(jù)都緩存在片內(nèi)，所以160個(gè)時(shí)鐘周期就是一個(gè)宏塊的濾波過程對(duì)外部存儲(chǔ)器讀寫次數(shù)的下限。
2)需要緩存的中間數(shù)據(jù)量根據(jù)圖1所示的濾波順序，得到基本的去塊效應(yīng)濾波順序，如圖5a所示，其中的數(shù)字表示邊界的濾波順序。該順序不利于盡早得到濾波后的最終結(jié)果，增加了對(duì)中間數(shù)據(jù)緩存的需求。一種改進(jìn)后的濾波順序，如圖5b所示，其中的數(shù)字表示邊界的濾波順序。改進(jìn)的濾波順序能夠盡早地完成同一個(gè)塊的4個(gè)邊界的濾波，從而減少了需要緩存的中間數(shù)據(jù)量。以圖4的亮度宏塊中的塊A為例，說明兩種不同的濾波順序需要緩存的中間數(shù)據(jù)量的不同。按照?qǐng)D5a所示的基本的濾波順序，最早在完成第21個(gè)邊界的濾波之后才能得到該塊濾波后的最終結(jié)果，需要緩存整個(gè)宏塊內(nèi)的塊A～P的中間數(shù)據(jù)，即16個(gè)4×4大小的塊；而按照?qǐng)D5b所示的改進(jìn)后的濾波順序，最早在完成第11個(gè)邊界的濾波之后就能得到該塊濾波后的最終結(jié)果，需要緩存的中間數(shù)據(jù)最多為A、B、C、D、E、F這6個(gè)塊，即6×4×4×8＝768bit。
3)讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行使得對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行，可以減少濾波過程需要的時(shí)鐘周期數(shù)，從而提高處理能力。由于每次讀出或?qū)懭氲氖且粋€(gè)4×4大小的塊同一行的4個(gè)像素點(diǎn)的數(shù)據(jù)，所以塊的讀操作和寫操作可以和該塊的豎直邊界的濾波計(jì)算并行執(zhí)行，而不能和該塊的水平邊界的濾波計(jì)算并行執(zhí)行。所以，對(duì)圖4和圖5b所示的亮度宏塊，從外部存儲(chǔ)器中讀出塊A～P的操作可以分別和豎直邊界1、2、4、6、9、10、12、14、17、18、20、22、25、26、28、30的濾波計(jì)算并行執(zhí)行；將塊e、f、g、h的濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器的操作可以分別和豎直邊界1、9、17、25的濾波操作并行執(zhí)行。另外，如果塊的水平邊界濾波之后得到該塊濾波后的最終結(jié)果，那么將該結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器的操作可以和下一個(gè)邊界的濾波計(jì)算或者下一個(gè)塊的讀操作并行執(zhí)行。所以，對(duì)圖4和圖5b所示的亮度宏塊，將a、b、c、A、B、C、E、F、G、I、J、K這12個(gè)塊的濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器的操作可以分別和邊界4、6、8、12、14、16、20、22、24、28、30、32的濾波操作并行執(zhí)行；將塊d、D、H的濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器的操作可以分別和讀出塊f、g、h的操作并行執(zhí)行。
根據(jù)以上三個(gè)思路，本發(fā)明提出了具體的濾波方法，其流程如圖6所示，并且本發(fā)明還給出了該濾波方法的電路實(shí)現(xiàn)，如圖7和圖8所示。
本發(fā)明的特征在于1.所述方法是根據(jù)H.264標(biāo)準(zhǔn)利用大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)去塊效應(yīng)濾波器，對(duì)每個(gè)宏塊內(nèi)的每個(gè)4×4塊的除去整幅圖像邊緣的4個(gè)邊界進(jìn)行濾波的方法，該方法又分為亮度宏塊的濾波方法和色度宏塊的濾波方法，其中亮度宏塊的濾波方法依次有以下步驟
步驟(1).對(duì)亮度宏塊進(jìn)行標(biāo)記并存入外部存儲(chǔ)器亮度宏塊內(nèi)每一行的4×4塊從左到右依次標(biāo)記為A，B，C，D；E，F(xiàn)，G， H；I，J，K，L，以及M，N，O，P；與A，B，C，D從左到右依次水平相鄰的參考?jí)K分別標(biāo)記為a，b，c，d；與A，E，I，M從上到下依次垂直相鄰的參考?jí)K分別標(biāo)記為e，f，g，h；分別把參考?jí)Ke，f，g，h和亮度宏塊內(nèi)的塊A，E，I，M間的豎直邊界從上到下依次標(biāo)記為1，9，17，25；分別把塊A，E，I，M和塊B，F(xiàn)，J，N之間，把塊B，F(xiàn)，J，N和塊C，G， K，O之間，把塊C，G，K，O和塊D，H，L，P之間的豎直邊界從上到下依次各標(biāo)記為2，10，18，26；4，12，20，28；6，14，22，30；分別把參考?jí)Ka，b，c，d和亮度宏塊內(nèi)的塊A，B，C，D間的水平邊界從左到右依次標(biāo)記為3，5，7，8；分別把塊A，B，C，D和塊E，F(xiàn)，G，H之間，把塊E，F(xiàn)，G，H和塊I，J，K，L之間，把塊I，J，K，L和塊M，N，O，P之間的水平邊界從左到右依次各標(biāo)記為11，13，15，16；19，21，23，24；27，29，31，32；步驟(2).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Ka、b、c、d并通過數(shù)據(jù)緩存選擇器存入中間數(shù)據(jù)緩存器中；步驟(3).按以下步驟，分別從外部存儲(chǔ)器中依次讀出參考?jí)Ke和塊A，B，C，D，完成邊界1～8的濾波計(jì)算，把參考?jí)Ke、a、b、c、d的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.1).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Ke并通過數(shù)據(jù)緩存選擇器存入中間數(shù)據(jù)緩存器中；步驟(3.2).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊A，依次經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存選擇器和中間數(shù)據(jù)緩存器后，送往多路選擇器，再由多路選擇器送到邊界濾波器完成邊界1的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Ke的最終濾波結(jié)果和塊A的中間數(shù)據(jù)分別寫入外部存儲(chǔ)器和經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器；步驟(3.3).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊B，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界2的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊A的中間數(shù)據(jù)和塊B的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器；步驟(3.4).所述邊界濾波器完成邊界3的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Ka的最終濾波結(jié)果和塊A的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；步驟(3.5).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊C，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界4的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊B的中間數(shù)據(jù)和塊C的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Ka的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.6).所述邊界濾波器完成邊界5的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kb的最終濾波結(jié)果和塊B的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；
步驟(3.7).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊D，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界6的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊C的中間數(shù)據(jù)和塊D的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Kb的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.8).所述邊界濾波器完成邊界7的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kc的最終濾波結(jié)果和塊C的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；步驟(3.9).所述邊界濾波器完成邊界8的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kd的最終濾波結(jié)果和塊D的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Kc的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.10).將參考?jí)Kd的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(4).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kf和塊E，F(xiàn)，G，H，按照步驟(3)所述方法完成邊界9～16的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kf和塊A，B，C，D的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(5).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kg和塊I，J，K，L，按照步驟(3)所述方法完成邊界17～24的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kg和塊E，F(xiàn)，G，H的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(6).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kh和塊M，N，O，P，按照步驟(3)所述方法完成邊界25～32的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kh和塊I，J，K，L的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(7).將塊M、N、O、P的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；所述的邊界濾波器是通過一個(gè)輸出選擇與緩存器把各塊的最終濾波結(jié)果送往外部存儲(chǔ)器的。
2.根據(jù)權(quán)利要求，所述的去塊效應(yīng)濾波器的濾波方法，其特征在于所述方法是通過一個(gè)控制器采用下述的三級(jí)流水線的并行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的在第一級(jí)流水線中，待濾波數(shù)據(jù)和濾波過程的中間數(shù)據(jù)通過控制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存選擇器存儲(chǔ)在中間數(shù)據(jù)緩存器中；在第二級(jí)流水線中，控制器將中間數(shù)據(jù)緩存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過一個(gè)多路選擇器送給邊界濾波器完成一個(gè)邊界的濾波，并將得到的濾波過程的中間數(shù)據(jù)送回給數(shù)據(jù)緩存選擇器；在第三級(jí)流水線中，在控制器的控制下，最終濾波結(jié)果由輸出選擇與緩存器選擇已經(jīng)完成濾波的像素點(diǎn)輸出。
本設(shè)計(jì)硬件上用FGPA實(shí)現(xiàn)，用Matlab進(jìn)行行為級(jí)建模，用Verilog進(jìn)行RTL級(jí)編碼和功能仿真?；赟MIC 0.18μm最壞的工藝，綜合后的電路的關(guān)鍵路徑最大時(shí)延為7ns，即時(shí)鐘頻率達(dá)到140MHz，電路規(guī)模約為1.62萬門。完成一個(gè)宏塊的濾波過程需要348個(gè)時(shí)鐘周期，能夠以111.7幀/s的幀率對(duì)1280×720分辨率的圖像進(jìn)行濾波處理。與現(xiàn)有的設(shè)計(jì)相比，本發(fā)明減小了電路規(guī)模，并且減少了完成一個(gè)宏塊的去塊效應(yīng)濾波過程的時(shí)鐘周期數(shù)，從而提高了處理能力。


圖1濾波對(duì)象和順序；圖2確定邊界濾波強(qiáng)度的判決樹；圖3豎直邊界與水平邊界；圖4宏塊的塊標(biāo)記；圖5基本的和改進(jìn)的濾波順序；(a)基本的濾波順序；(b)改進(jìn)的濾波順序；圖6濾波流程圖；圖7去塊效應(yīng)濾波器的結(jié)構(gòu)圖；圖8邊界濾波器的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式
按照?qǐng)D5b所示的濾波順序，對(duì)于圖4中的亮度宏塊，按照?qǐng)D6所示的流程依次完成宏內(nèi)所有邊界的濾波，其具體步驟說明如下步驟0從外部存儲(chǔ)器中讀出塊a、b、c、d并緩存；步驟1從外部存儲(chǔ)器中讀出塊e、A、B、C、D，完成邊界1～8的濾波計(jì)算，將塊e、a、b、c、d濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟2從外部存儲(chǔ)器中讀出塊f、E、F、G、H，完成邊界9～16的濾波計(jì)算，將塊f、A、B、C、D濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟3從外部存儲(chǔ)器中讀出塊g、I、J、K、L，完成邊界17～24的濾波計(jì)算，將塊g、E、F、G、H濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟4從外部存儲(chǔ)器中讀出塊h、M、N、O、P，完成邊界25～32的濾波計(jì)算，將塊h、I、J、K、L濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟5將塊M、N、O、P濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器。
由于數(shù)據(jù)的相關(guān)性，步驟O的讀操作和步驟5的寫操作都不能與濾波計(jì)算并行執(zhí)行。步驟1、2、3、4中的讀寫操作與濾波計(jì)算可以并行執(zhí)行，并且這4個(gè)步驟是類似的，只是處理的塊不同。下面只討論步驟1的具體實(shí)現(xiàn)過程，步驟2、3、4可以采用與其類似的過程完成。步驟1的具體過程如下1)從外部存儲(chǔ)器中讀出塊e并緩存；2)從外部存儲(chǔ)器中讀出塊A，完成邊界1的濾波計(jì)算，同時(shí)將塊e濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器，緩存塊A的中間數(shù)據(jù)；3)從外部存儲(chǔ)器中讀出塊B，完成邊界2的濾波計(jì)算，緩存塊A和塊B的中間數(shù)據(jù)；
4)完成邊界3的濾波計(jì)算，緩存塊a濾波后的最終結(jié)果和塊A的中間數(shù)據(jù)；5)從外部存儲(chǔ)器中讀出塊C，完成邊界4的濾波計(jì)算，同時(shí)將塊a濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器，緩存塊B和塊C的中間數(shù)據(jù)；6)完成邊界5的濾波計(jì)算，緩存塊b濾波后的最終結(jié)果和塊B的中間數(shù)據(jù)；7)從外部存儲(chǔ)器中讀出塊D，完成邊界6的濾波計(jì)算，同時(shí)將塊b濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器，緩存塊C和塊D的中間數(shù)據(jù)；8)完成邊界7的濾波計(jì)算，緩存塊c濾波后的最終結(jié)果和塊C的中間數(shù)據(jù)；9)完成邊界8的濾波計(jì)算，同時(shí)將塊c濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器，緩存塊d濾波后的最終結(jié)果和塊D的中間數(shù)據(jù)。
10)將塊d濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器，該操作與步驟2的第1)步并行執(zhí)行。
按照?qǐng)D5b所示的濾波順序，對(duì)于圖4中的一個(gè)色度宏塊，濾波方法的具體步驟如下步驟0從外部存儲(chǔ)器中讀出塊i、j并緩存；步驟1從外部存儲(chǔ)器中讀出塊k、R、S，完成邊界33～36的濾波計(jì)算，將塊k、i、j濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟2從外部存儲(chǔ)器中讀出塊l、T、U，完成邊界37～40的濾波計(jì)算，將塊l、R、S濾波后的最終結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟3將塊T、U濾波后的最終結(jié)果寫入存儲(chǔ)器。
根據(jù)本發(fā)明提出的濾波流程圖，可以得到去塊效應(yīng)濾波器的系統(tǒng)如圖7所示，這是一個(gè)三級(jí)流水線加旁路的并行處理結(jié)構(gòu)，其中帶箭頭的細(xì)線表示控制信號(hào)，帶箭頭的粗線表示數(shù)據(jù)流，數(shù)據(jù)流的位寬都是32bit。
第一級(jí)流水線中，待濾波數(shù)據(jù)和濾波過程的中間數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)緩存選擇器存儲(chǔ)在中間數(shù)據(jù)緩存器中。中間數(shù)據(jù)緩存器是6個(gè)4×32bit大小的寄存器，數(shù)據(jù)緩存選擇器根據(jù)控制信號(hào)，將數(shù)據(jù)存入中間數(shù)據(jù)緩存器的不同存儲(chǔ)單元中。
第二級(jí)流水線中，緩存的數(shù)據(jù)通過多路選擇器送給邊界濾波器完成一個(gè)邊界的濾波，并將得到的濾波過程的中間數(shù)據(jù)經(jīng)旁路送回第一級(jí)流水線。其中邊界濾波器的結(jié)構(gòu)如圖8所示，它完成對(duì)圖3所示的豎直邊界或水平邊界的濾波計(jì)算。圖8中的控制信號(hào)給出了濾波計(jì)算模塊所需要的濾波參數(shù)，(p0，p1，p2，p3)和(q0，q1，q2，q3)是待濾波的像素點(diǎn)，(p0′，p1′，p2′，p3′)和(q0′，q1′，q2′，q3′)是濾波后的像素點(diǎn)，濾波計(jì)算模塊按照H.264標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的計(jì)算過程在控制信號(hào)的控制下分別完成(p0′，q0′)、(p1′，q1′)、(p2′，q2′)、(p3′，q3′)的計(jì)算。為了減小電路的關(guān)鍵路徑長度，邊界濾波器的輸出通過一級(jí)寄存器緩存，所以輸出相對(duì)于輸入會(huì)有1個(gè)時(shí)鐘周期的延遲，于是完成一個(gè)邊界的濾波需要5個(gè)時(shí)鐘周期。圖8所示的邊界濾波器每個(gè)時(shí)鐘周期處理8個(gè)像素點(diǎn)，所以完成一個(gè)邊界的32個(gè)像素點(diǎn)的處理需要4個(gè)時(shí)鐘周期。
第三級(jí)流水線中，如果Out_1與Out_2中有一路得到了濾波后的最終結(jié)果，就通過輸出選擇與緩存器選擇該路緩存并輸出，緩存的大小是1個(gè)4×32bit的寄存器。
統(tǒng)計(jì)各個(gè)步驟需要的時(shí)鐘周期數(shù)，可以得到，完成一個(gè)亮度宏塊的濾波需要212個(gè)時(shí)鐘周期，完成一個(gè)色度宏塊的濾波需要68個(gè)時(shí)鐘周期。所以，完成一個(gè)包含亮度分量和色度分量的宏塊的濾波一共需要212+68×2＝348個(gè)時(shí)鐘周期。
權(quán)利要求
1.去塊效應(yīng)濾波器的濾波方法，其特征在于所述方法是根據(jù)H.264標(biāo)準(zhǔn)利用大規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)去塊效應(yīng)濾波器，對(duì)每個(gè)宏塊內(nèi)的每個(gè)4×4塊的除去整幅圖像邊緣的4個(gè)邊界進(jìn)行濾波的方法，該方法又分為亮度宏塊的濾波方法和色度宏塊的濾波方法，其中亮度宏塊的濾波方法依次有以下步驟步驟(1).對(duì)亮度宏塊進(jìn)行標(biāo)記并存入外部存儲(chǔ)器亮度宏塊內(nèi)每一行的4×4塊從左到右依次標(biāo)記為A，B，C，D；E，F(xiàn)，G，H；I，J，K，L，以及M，N，O，P；與A，B，C，D從左到右依次水平相鄰的參考?jí)K分別標(biāo)記為a，b，c，d；與A，E，I，M從上到下依次垂直相鄰的參考?jí)K分別標(biāo)記為e，f，g，h；分別把參考?jí)Ke，f，g，h和亮度宏塊內(nèi)的塊A，E，I，M間的豎直邊界從上到下依次標(biāo)記為1，9，17，25；分別把塊A，E，I，M和塊B，F(xiàn)，J，N之間，把塊B，F(xiàn)，J，N和塊C，G，K，O之間，把塊C，G，K，O和塊D，H，L，P之間的豎直邊界從上到下依次各標(biāo)記為2，10，18，26；4，12，20，28；6，14，22，30；分別把參考?jí)Ka，b，c，d和亮度宏塊內(nèi)的塊A，B，C，D間的水平邊界從左到右依次標(biāo)記為3，5，7，8；分別把塊A，B，C，D和塊E，F(xiàn)，G，H之間，把塊E，F(xiàn)，G，H和塊I，J，K，L之間，把塊I，J，K，L和塊M，N，O，P之間的水平邊界從左到右依次各標(biāo)記為11，13，15，16；19，21，23，24；27，29，31，32；步驟(2).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Ka、b、c、d并通過數(shù)據(jù)緩存選擇器存入中間數(shù)據(jù)緩存器中；步驟(3).按以下步驟，分別從外部存儲(chǔ)器中依次讀出參考?jí)Ke和塊A，B，C，D，完成邊界1～8的濾波計(jì)算，把參考?jí)Ke、a、b、c、d的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.1).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Ke并通過數(shù)據(jù)緩存選擇器存入中間數(shù)據(jù)緩存器中；步驟(3.2).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊A，依次經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存選擇器和中間數(shù)據(jù)緩存器后，送往多路選擇器，再由多路選擇器送到邊界濾波器完成邊界1的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Ke的最終濾波結(jié)果和塊A的中間數(shù)據(jù)分別寫入外部存儲(chǔ)器和經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器；步驟(3.3).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊B，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界2的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊A的中間數(shù)據(jù)和塊B的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器；步驟(3.4).所述邊界濾波器完成邊界3的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Ka的最終濾波結(jié)果和塊A的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；步驟(3.5).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊C，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界4的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊B的中間數(shù)據(jù)和塊C的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Ka的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.6).所述邊界濾波器完成邊界5的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kb的最終濾波結(jié)果和塊B的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；步驟(3.7).從外部存儲(chǔ)器中讀出塊D，按照步驟(3.2)所述途徑送往邊界濾波器，完成邊界6的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為塊C的中間數(shù)據(jù)和塊D的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Kb的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.8).所述邊界濾波器完成邊界7的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kc的最終濾波結(jié)果和塊C的中間數(shù)據(jù)按照步驟(3.2)的方式處理；步驟(3.9).所述邊界濾波器完成邊界8的濾波計(jì)算，同時(shí)將計(jì)算結(jié)果作為參考?jí)Kd的最終濾波結(jié)果和塊D的中間數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩存選擇器寫入中間數(shù)據(jù)緩存器，并且將參考?jí)Kc的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(3.10).將參考?jí)Kd的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(4).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kf和塊E，F(xiàn)，G，H，按照步驟(3)所述方法完成邊界9～16的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kf和塊A，B，C，D的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(5).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kg和塊I，J，K，L，按照步驟(3)所述方法完成邊界17～24的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kg和塊E，F(xiàn)，G，H的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(6).從外部存儲(chǔ)器中讀出參考?jí)Kh和塊M，N，O，P，按照步驟(3)所述方法完成邊界25～32的濾波計(jì)算，將參考?jí)Kh和塊I，J，K，L的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；步驟(7).將塊M、N、O、P的最終濾波結(jié)果寫入外部存儲(chǔ)器；所述的邊界濾波器是通過一個(gè)輸出選擇與緩存器把各塊的最終濾波結(jié)果送往外部存儲(chǔ)器的。
2.根據(jù)權(quán)利要求，所述的去塊效應(yīng)濾波器的濾波方法，其特征在于所述方法是通過一個(gè)控制器采用下述的三級(jí)流水線的并行結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的在第一級(jí)流水線中，待濾波數(shù)據(jù)和濾波過程的中間數(shù)據(jù)通過控制信號(hào)，經(jīng)過數(shù)據(jù)緩存選擇器存儲(chǔ)在中間數(shù)據(jù)緩存器中；在第二級(jí)流水線中，控制器將中間數(shù)據(jù)緩存器中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)通過一個(gè)多路選擇器送給邊界濾波器完成一個(gè)邊界的濾波，并將得到的濾波過程的中間數(shù)據(jù)送回給數(shù)據(jù)緩存選擇器；在第三級(jí)流水線中，在控制器的控制下，最終濾波結(jié)果由輸出選擇與緩存器選擇已經(jīng)完成濾波的像素點(diǎn)輸出。
全文摘要
本發(fā)明屬于視頻編解碼的集成電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，提出了一種將對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行的濾波方法，并給出了該方法的電路結(jié)構(gòu)，來完成符合H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的去塊效應(yīng)濾波計(jì)算。其特征在于1)將濾波過程的中間數(shù)據(jù)全部緩存，只將濾波后的最終結(jié)果輸出，可以達(dá)到對(duì)片外存儲(chǔ)器的讀寫次數(shù)的下限，從而將外部存儲(chǔ)器的帶寬對(duì)處理能力的影響降到最小。2)基于一種改進(jìn)的濾波順序，相對(duì)于基本的濾波順序，可以減小片內(nèi)緩存的中間數(shù)據(jù)量，從而減小電路規(guī)模。3)將對(duì)外部存儲(chǔ)器的讀寫操作與濾波計(jì)算并行執(zhí)行，減少了整個(gè)濾波過程需要的時(shí)鐘周期數(shù)，從而提高了處理能力。因而，本發(fā)明減小了電路規(guī)模，降低了對(duì)外部存儲(chǔ)器的帶寬要求，提高了數(shù)據(jù)的吞吐率。
文檔編號(hào)H04N9/77GK1921625SQ20061011311
公開日2007年2月28日 申請(qǐng)日期2006年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月15日
發(fā)明者李樹國, 楊晨 申請(qǐng)人:清華大學(xué)