專利名稱：一種數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)幀間預(yù)測像素生成裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體視頻技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(AVS)幀間預(yù)測像素生成裝置。
技術(shù)背景預(yù)測法是最簡單和實用的視頻壓縮編碼方法，經(jīng)過壓縮編碼后傳輸?shù)?并不是像素本身的取樣值，而是該取樣的預(yù)測值和實際值之差。幀間預(yù)測是利用先前已解碼的圖像作為參考圖像對當(dāng)前圖像進(jìn)行預(yù) 測的一種方式，它把參考圖像的抽樣點通過運動矢量的補償作為當(dāng)前圖像 抽樣值的參考值，通過幀間預(yù)測可以去除幀間冗余度，使得視頻傳輸?shù)谋?特數(shù)大為減少。以往的視頻壓縮運動圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)(MPEG2， MPEG4)的最高運動 估計精度為半精度，采用的內(nèi)插方法也是簡單的雙線性內(nèi)插法，其補償?shù)?質(zhì)量也是相對較低。如圖1所示，圖1為目前整數(shù)樣本中二分之一和四分 之一樣本的位置示意圖。AVS采用了 1/4精度的亮度像素預(yù)測和1/8的色度像素預(yù)測，其中1/4 精度的預(yù)測采用4抽頭線性濾波器，這將產(chǎn)生更好的視頻質(zhì)量，效率更高 的視頻編碼。如圖2所示，圖2為目前預(yù)測樣本的矩陣元素與1/4精度的 對應(yīng)關(guān)系示意圖。1/4或1/8精度的幀間像素預(yù)測增加了實現(xiàn)的復(fù)雜度和解碼器的數(shù)據(jù) 帶寬需求，根據(jù)計算，高清解碼情況下，1/4或1/8精度像素預(yù)測占用了解 碼器解碼時間開銷的約50%左右，成為影響解碼器速度的關(guān)鍵部分。高精 度的像素預(yù)測也給解碼器增加了同步動態(tài)隨機存取存儲器(SDRAM)數(shù) 據(jù)讀取的負(fù)擔(dān)，經(jīng)過對存儲器帶寬的分析，采用32bit SDRAM情況下， 幀間像素預(yù)測需要占用約65%的存儲器帶寬，所以幀間預(yù)測像素生成是整 個視頻解碼器設(shè)計中的關(guān)鍵部分。發(fā)明內(nèi)容(一) 要解決的技術(shù)問題有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種AVS幀間預(yù)測像素生成 裝置，以充分利用SDRAM的數(shù)據(jù)帶寬，實時的進(jìn)行幀間像素預(yù)測的運算， 解決幀間像素重建計算速度慢的問題，提高整個解碼系統(tǒng)的速度和性能， 減少幀間像素預(yù)測需要的計算單元數(shù)量，減小幀間預(yù)測模塊的面積，降低 制作成本。(二) 技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(AVS)幀間預(yù)測像素生成裝置，該裝置包括主狀態(tài)控制器1，用于將接收的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入雙端口先入先出存儲器(FIFO) 2，并將從雙端口 FIF0 2中讀出的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩 存寄存器堆3;雙端口 FIF02，用于對寫入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出幀間 預(yù)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行1/4或1/8精度預(yù)測像素生成的計算；數(shù)據(jù)緩存寄存器堆3，用于根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的1/4或1/8精度標(biāo)志， 將幀間預(yù)測數(shù)據(jù)選擇輸出至亮度預(yù)測像素生成單元4或色度預(yù)測像素生成 單元5;亮度預(yù)測像素生成單元4，用于對輸入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行三級流水 的1/4預(yù)測像素插值運算，并將計算結(jié)果輸出至加權(quán)預(yù)測單元6;色度預(yù)測像素生成單元5，用于對輸入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行兩級流水 的1/8預(yù)測像素插值運算，并將計算結(jié)果輸出至加權(quán)預(yù)測單元6;加權(quán)預(yù)測單元6，用于對亮度預(yù)測像素生成單元4和色度預(yù)測像素生 成單元5的輸出結(jié)果進(jìn)行像素加權(quán)處理，產(chǎn)生并輸出最后的預(yù)測像素結(jié)果。上述方案中，所述亮度預(yù)測像素生成單元4采用三級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行亮 度1/4精度預(yù)測像素計算，計算過程采用三級可復(fù)用的濾波單元實現(xiàn)。上述方案中，所述亮度預(yù)測像素生成單元4包括第一級輸入邏輯多選 器、第一級濾波單元、第二級輸入邏輯多選器、第二級濾波單元、第三級輸入邏輯多選器和輸出邏輯，所述幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸入到第一級輸入邏輯多選器，第一級輸入邏輯多 選器將進(jìn)行邏輯多選處理后的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸出到第一級濾波單元；第一級濾波單元對幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果輸出到第二級輸入邏輯多選器；第二級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸出到第二級濾波單元，第二級濾 波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果輸出到第三級輸入邏輯 多選器；第三級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸出到第三級濾波單元，第三級濾 波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果輸出到輸出邏輯單元， 輸出邏輯單元輸出最后結(jié)果。上述方案中，所述每級輸入邏輯多選器將1/4精度標(biāo)志作為輸入。上述方案中，所述兩級流水結(jié)構(gòu)中，對乘法器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存作為 第一級流水操作，四個乘法器的乘法運算作為第二級流水操作。上述方案中，所述三級可復(fù)用的濾波單元，第一級濾波單元和第二級 濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，第三級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波 器的濾波運算；每一級濾波單元對應(yīng)一級流水操作，根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的 1/4精度標(biāo)志，采用三級濾波單元中可復(fù)用濾波器實現(xiàn)l/4預(yù)測像素計算過 程。上述方案中，所述第一級濾波單元和第二級濾波單元進(jìn)行的四抽頭濾 波器的濾波運算為-1， 5， 5， -l四抽頭，所述第三級濾波單元進(jìn)行的四抽 頭濾波器的濾波運算為l， 7， 7， l四抽頭。上述方案中，所述色度預(yù)測像素生成單元5采用兩級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行色 度1/8精度預(yù)測像素計算，計算過程采用四個并行乘法器和一個累加器實 現(xiàn)。(三)有益效果 從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明具有以下有益效果 1、本發(fā)明提供的這種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，采用三級流水的 亮度插值設(shè)計和兩級流水的色度插值設(shè)計，和以前的實現(xiàn)方法相比，大大提高了樣點插值的效率，并且通過流水線設(shè)計，保證了一個周期輸出一個 預(yù)測像素結(jié)果。2、 本發(fā)明提供的這種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，集成了雙端口存 儲器，可以對輸入預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出數(shù)據(jù)并計算1/4或1/8精 度預(yù)測像素；每個時鐘周期產(chǎn)生一個預(yù)測像素生成結(jié)果；采用三級流水的 像素生成結(jié)構(gòu)使性能頻率提高；并采用三級復(fù)用的濾波單元計算1/4預(yù)測 像素。3、 由于濾波器功能復(fù)雜，面積功耗比較大，本發(fā)明提供的這種AVS 幀間預(yù)測像素生成裝置，設(shè)計了三級可復(fù)用的基本濾波單元，通過濾波單 元的不同組合和重構(gòu)來實現(xiàn)各種不同的插值過程，與常規(guī)方法相比，減少 了濾波器設(shè)計的復(fù)雜性，減小了面積和功耗。4、 本發(fā)明提供的這種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，通過設(shè)計優(yōu)化， 在接受輸入數(shù)據(jù)的同時進(jìn)行插值過程，提高了工作效率，不需要外部存儲 器。5、 本發(fā)明提供的這種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，適用其他視頻標(biāo) 準(zhǔn)中1/4精度和1/8精度幀間預(yù)測像素生成的過程，具有高效的性能和較 小的面積。


圖1為目前整數(shù)樣本中二分之一和四分之一樣本的位置示意圖； 圖2為目前預(yù)測樣本的矩陣元素與1/4精度的對應(yīng)關(guān)系示意圖； 圖3為本發(fā)明提供的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置的結(jié)構(gòu)框圖； 圖4為本發(fā)明提供的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置中亮度預(yù)測像素生 成單元的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實 施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明提供的這種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，集成雙端口存儲器， 對輸入預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出數(shù)據(jù)并計算1/4或1/8精度預(yù)測像素，大大減少預(yù)測像素生成的延時和存儲器的容量；亮度和色度復(fù)用雙端口存 儲器，并自動進(jìn)行l(wèi)/4精度和1/8精度計算模式的切換；該結(jié)構(gòu)每個時鐘 周期產(chǎn)生一個預(yù)測像素生成結(jié)果，具有很高的效率，適用其他視頻標(biāo)準(zhǔn)中1/4精度和1/8精度幀間預(yù)測像素生成的過程，具有高效的性能和較小的面積。如圖3所示，圖3為本發(fā)明提供的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置的結(jié) 構(gòu)框圖，該裝置包括主狀態(tài)控制器l、雙端口先入先出存儲器(FIFO) 2、 數(shù)據(jù)緩存寄存器堆3、亮度預(yù)測像素生成單元4、色度預(yù)測像素生成單元5 和加權(quán)預(yù)測單元6。其中，主狀態(tài)控制器1用于將接收的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入雙端口 FIFO 2， 并將從雙端口 FIF0 2中讀出的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩存寄存器堆3。雙 端口 FIFO 2用于對寫入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出幀間預(yù)測數(shù) 據(jù)，并進(jìn)行1/4或1/8精度預(yù)測像素生成的計算。數(shù)據(jù)緩存寄存器堆3用 于根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的1/4或1/8精度標(biāo)志，將幀間預(yù)測數(shù)據(jù)選擇輸出至 亮度預(yù)測像素生成單元4或色度預(yù)測像素生成單元5。亮度預(yù)測像素生成 單元4用于對輸入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行三級流水的l/4預(yù)測像素插值運算， 并將計算結(jié)果輸出至加權(quán)預(yù)測單元6。色度預(yù)測像素生成單元5用于對輸 入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行兩級流水的1/8預(yù)測像素插值運算，并將計算結(jié)果 輸出至加權(quán)預(yù)測單元6。加權(quán)預(yù)測單元6用于對亮度預(yù)測像素生成單元4 和色度預(yù)測像素生成單元5的輸出結(jié)果進(jìn)行像素加權(quán)處理，產(chǎn)生并輸出最 后的預(yù)測像素結(jié)果。上述亮度預(yù)測像素生成單元4采用三級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行亮度1/4精度預(yù) 測像素計算，計算過程采用三級可復(fù)用的濾波單元實現(xiàn)。上述色度預(yù)測像素生成單元5采用兩級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行色度1/8精度預(yù) 測像素計算，計算過程采用四個并行乘法器和一個累加器實現(xiàn)。在兩級流 水結(jié)構(gòu)中，對乘法器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存作為第一級流水操作，四個乘法器 的乘法運算作為第二級流水操作。色度預(yù)測像素生成單元5對四個并行的 乘法器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，并將其作為第一級流水操作，四個乘法器的乘 法運算作為第二級流水操作，該結(jié)構(gòu)有效地減少了乘法器給系統(tǒng)頻率帶來 的影響。如圖4所示，圖4為本發(fā)明提供的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置中亮 度預(yù)測像素生成單元的結(jié)構(gòu)框圖，該亮度預(yù)測像素生成單元包括第一級輸 入邏輯多選器、第一級濾波單元、第二級輸入邏輯多選器、第二級濾波單 元、第三級輸入邏輯多選器和輸出邏輯單元。其中，幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸入到第一級輸入邏輯多選器，第一級輸入邏輯 多選器將進(jìn)行邏輯多選處理后的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸出到第一級濾波單元。第 一級濾波單元對幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果 輸出到第二級輸入邏輯多選器。第二級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸出到 第二級濾波單元，第二級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算 結(jié)果輸出到第三級輸入邏輯多選器。第三級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸 出到第三級濾波單元，第三級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將 運算結(jié)果輸出到輸出邏輯單元，輸出邏輯單元輸出最后結(jié)果。上述每級輸入邏輯多選器將1/4精度標(biāo)志作為輸入。所述三級可復(fù)用 的濾波單元，第一級濾波單元和第二級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器-l， 5， 5， -1的濾波運算，第三級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器1， 7， 7， 1的 濾波運算；每一級濾波單元對應(yīng)一級流水操作，根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的1/4 精度標(biāo)志，采用三級濾波單元中可復(fù)用濾波器實現(xiàn)1/4預(yù)測像素計算過程。亮度預(yù)測像素生成單元大幅度提高了系統(tǒng)的性能頻率，采用8個可復(fù) 用的濾波單元計算亮度l/4精度預(yù)測像素。在圖2中，第一級濾波單元包 含filter0-4，實現(xiàn)四抽頭濾波器(-l,5,5，-l)的濾波功能；第二級濾波單元包 含filter 5-6，實現(xiàn)四抽頭濾波器(-l,5，5，-l)的濾波功能；第三級濾波單元包 含filter7，實現(xiàn)四抽頭濾波器(1,7,7,1)的濾波功能。對于每種1/4精度情況 下，通過調(diào)用若干可復(fù)用的濾波單元可以簡單實現(xiàn)插值過程。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行 了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而 已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修 改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種數(shù)字音視頻編解碼技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于，該裝置包括主狀態(tài)控制器(1)，用于將接收的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入雙端口先入先出存儲器FIFO(2)，并將從雙端口FIFO(2)中讀出的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)緩存寄存器堆(3)；雙端口FIFO(2)，用于對寫入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出幀間預(yù)測數(shù)據(jù)，并進(jìn)行1/4或1/8精度預(yù)測像素生成的計算；數(shù)據(jù)緩存寄存器堆(3)，用于根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的1/4或1/8精度標(biāo)志，將幀間預(yù)測數(shù)據(jù)選擇輸出至亮度預(yù)測像素生成單元(4)或色度預(yù)測像素生成單元(5)；亮度預(yù)測像素生成單元(4)，用于對輸入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行三級流水的1/4預(yù)測像素插值運算，并將計算結(jié)果輸出至加權(quán)預(yù)測單元(6)；色度預(yù)測像素生成單元(5)，用于對輸入的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行兩級流水的1/8預(yù)測像素插值運算，并將計算結(jié)果輸出至加權(quán)預(yù)測單元(6)；加權(quán)預(yù)測單元(6)，用于對亮度預(yù)測像素生成單元(4)和色度預(yù)測像素生成單元(5)的輸出結(jié)果進(jìn)行像素加權(quán)處理，產(chǎn)生并輸出最后的預(yù)測像素結(jié)果。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述亮度預(yù)測像素生成單元(4)采用三級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行亮度1/4精度預(yù)測 像素計算，計算過程采用三級可復(fù)用的濾波單元實現(xiàn)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述亮度預(yù)測像素生成單元(4)包括第一級輸入邏輯多選器、第一級濾 波單元、第二級輸入邏輯多選器、第二級濾波單元、第三級輸入邏輯多選 器和輸出邏輯，所述幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸入到第一級輸入邏輯多選器，第一級輸入邏輯多 選器將進(jìn)行邏輯多選處理后的幀間預(yù)測數(shù)據(jù)輸出到第一級濾波單元；第一級濾波單元對幀間預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運 算結(jié)果輸出到第二級輸入邏輯多選器；第二級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸出到第二級濾波單元，第二級濾 波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果輸出到第三級輸入邏輯 多選器；第三級輸入邏輯多選器將運算結(jié)果輸出到第三級濾波單元，第三級濾 波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運算，將運算結(jié)果輸出到輸出邏輯單元， 輸出邏輯單元輸出最后結(jié)果。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述每級輸入邏輯多選器將1/4精度標(biāo)志作為輸入。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述兩級流水結(jié)構(gòu)中，對乘法器輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存作為第一級流水操作， 四個乘法器的乘法運算作為第二級流水操作。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征 在于，所述三級可復(fù)用的濾波單元，第一級濾波單元和第二級濾波單元進(jìn) 行四抽頭濾波器的濾波運算，第三級濾波單元進(jìn)行四抽頭濾波器的濾波運 算；每一級濾波單元對應(yīng)一級流水操作，根據(jù)幀間預(yù)測數(shù)據(jù)的1/4精度標(biāo) 志，采用三級濾波單元中可復(fù)用濾波器實現(xiàn)1/4預(yù)測像素計算過程。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述第一級濾波單元和第二級濾波單元進(jìn)行的四抽頭濾波器的濾波運算 為-1， 5， 5， -l四抽頭，所述第三級濾波單元進(jìn)行的四抽頭濾波器的濾波 運算為1， 7， 7， 1四抽頭。
8、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，其特征在于， 所述色度預(yù)測像素生成單元(5)采用兩級流水結(jié)構(gòu)進(jìn)行色度1/8精度預(yù)測 像素計算，計算過程采用四個并行乘法器和一個累加器實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及多媒體視頻技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種AVS幀間預(yù)測像素生成裝置，包括主狀態(tài)控制器、雙端口FIFO、數(shù)據(jù)緩存寄存器堆、亮度預(yù)測像素生成單元、色度預(yù)測像素生成單元和加權(quán)預(yù)測單元。該裝置集成了雙端口存儲器，可以對輸入預(yù)測數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲的同時讀出數(shù)據(jù)并計算1/4或1/8精度預(yù)測像素；1/4精度像素預(yù)測采用三級流水結(jié)構(gòu)，1/8精度像素預(yù)測采用兩級流水結(jié)構(gòu)；每個時鐘周期產(chǎn)生一個預(yù)測像素生成結(jié)果；采用三級流水的像素生成結(jié)構(gòu)使性能頻率提高；并采用三級復(fù)用的濾波單元計算1/4預(yù)測像素。這種幀間預(yù)測像素生成結(jié)構(gòu)和方法適用其他視頻標(biāo)準(zhǔn)中1/4精度和1/8精度幀間預(yù)測像素生成的過程，具有高效的性能和較小的面積。
文檔編號H04N7/26GK101335888SQ20071011800
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者莉 周, 杰 陳, 玄 黃 申請人:中國科學(xué)院微電子研究所