專利名稱：在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻圖像處理方法，特別是涉及一種在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法。
背景技術(shù)：
在計(jì)算機(jī)技術(shù)與應(yīng)用的發(fā)展歷程中，人們對計(jì)算性能的追求是無止境的。傳統(tǒng)上性能的獲得有兩種方式一是ASIC (Application SpecificIntegrated Circuit即專用集成電路)方式，針對特定的計(jì)算任務(wù)設(shè)計(jì)專用的集成電路。這種方法具有很高的執(zhí)行速度和運(yùn)算精度，但功能單一，靈活性差，要想實(shí)現(xiàn)不同的算法必須重新設(shè)計(jì)集成電路，開發(fā)成本和周期都很高；在現(xiàn)在深亞微米的工藝條件下，隨著特征尺寸縮小，設(shè)計(jì)難度加大，制造成本飛速增加。當(dāng)需要多種不同功能時(shí)，需要使用多種ASIC，給電路板級設(shè)計(jì)帶來困難。另一種是GPP(General Purpose Processor即通用指令集處理器)方式。該方法靈活高，通過編寫軟件指令就可改變系統(tǒng)的功能。但指令的串行執(zhí)行以及指令集的有限性、有限的運(yùn)算單元、存儲器帶寬等限制使得GPP的性能、功耗等并不理想。由于新一代媒體處理要求高處理能力、低功耗和高靈活性，另一方面，媒體標(biāo)準(zhǔn)的多樣化，未來標(biāo)準(zhǔn)的可擴(kuò)展性要求，通用處理器以及固定的專用芯片無法實(shí)現(xiàn)這些方面的統(tǒng)一，而可重構(gòu)的媒體處理則可以很好的實(shí)現(xiàn)要求，故可重構(gòu)處理器為媒體處理提供了新的發(fā)展方向?？芍貥?gòu)處理器主要由嵌入式處理器、PE陣列以及內(nèi)存訪問控制器、總線仲裁器等組成。其中，嵌入式處理器主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)控制和進(jìn)行小規(guī)模的，不規(guī)則的數(shù)據(jù)運(yùn)算；PE陣列主要負(fù)責(zé)進(jìn)行大規(guī)模的、高度并行的數(shù)據(jù)運(yùn)算，是可重構(gòu)處理器的核心運(yùn)算單元。在嵌入式處理器的控制下，PE陣列的功能和結(jié)構(gòu)可以進(jìn)行重新配置。經(jīng)過重新配置以后，PE陣列即轉(zhuǎn)化成為類似于硬線連接(Hardwired)的邏輯，具備硬線連接邏輯(例如ASIC)的絕大多數(shù)優(yōu)秀特征(如高性能、低功耗等)。PE陣列的這種特性，集中體現(xiàn)了“可重構(gòu)”的理念，是可重構(gòu)處理器與其他類型處理器，如依靠指令實(shí)現(xiàn)可編程(從而可以實(shí)現(xiàn)不同功能)的CPU 和DSP，的最本質(zhì)區(qū)別。視頻壓縮算法(如H. 264, MPEG2等)有兩種類型的計(jì)算一種是不可并行的計(jì)算(可由可重構(gòu)處理器中的嵌入式處理器負(fù)責(zé))，其計(jì)算中控制和數(shù)據(jù)相關(guān)性強(qiáng)，有較多的轉(zhuǎn)移分支；另一種則是可并行計(jì)算(可由可重構(gòu)處理器中的PE陣列負(fù)責(zé))，可以歸納為基于塊和宏塊的并發(fā)操作、規(guī)則的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系以及計(jì)算復(fù)雜度的高度集中三個(gè)方面。其中，具有并行計(jì)算特點(diǎn)的算法的計(jì)算量占整個(gè)編解碼中的絕大多數(shù)，以H264幀間預(yù)測的所采用的MC(Motion Compensation即運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法)最具有代表性。經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)測試碼流 (foreman)評定，H. 264 HiP(High Profile)解碼算法中MC占其比例的52%。故此，如果 MC算法的執(zhí)行效率，對于解碼H. 264Η Ρ 1080P030幀/秒的實(shí)現(xiàn)具有很高的意義。當(dāng)前的可重構(gòu)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方案中，如M. K. A. Ganesan “H. 264Decoder at HD Resolution on a Coarse Grain Dynamically ReconfigurableArchitecture，，in FieldProgrammable Logic and Applications, 2007. FPL2007. (XPP PACT 架構(gòu))，只是集中研究了 MC算法中計(jì)算密集型任務(wù)部分，而并沒有涉及MC算法的整體實(shí)現(xiàn)。一個(gè)典型算法在可重構(gòu)類型的處理器上實(shí)現(xiàn)主要由三個(gè)子任務(wù)構(gòu)成配置可重構(gòu)陣列(66% )，數(shù)據(jù)通信 (27%)，計(jì)算(7%)。由此可見，計(jì)算只占整體運(yùn)行時(shí)間很少的一部分。另外，不論是在當(dāng)前的可重構(gòu)實(shí)現(xiàn)方案還是ASIC實(shí)現(xiàn)方案中，如S. Z.Wang，“ A new motion compensation design for H. 264/AVC decoder," in 2005 IeeeInternational Symposium on Circuits and Systems，都沒有深入挖掘算法的并行性。使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸挿浅４螅?jì)算效率不高。故在算法的實(shí)現(xiàn)的過程中，如何最大限度的挖掘程序間的并行性，動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)PE陣列和嵌入式處理器的關(guān)系(軟硬件劃分)，使之以較低的配置代價(jià)(時(shí)間代價(jià)與空間代價(jià))，最小的能耗代價(jià)，達(dá)到最優(yōu)的實(shí)現(xiàn)結(jié)果，是算法實(shí)現(xiàn)的核心問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法，能夠減少配置可重構(gòu)陣列的時(shí)間，減少數(shù)據(jù)通信代價(jià)以及提高算法的并行性。為了解決上述問題，本發(fā)明公開了一種在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法，包括以下步驟步驟101，算法的軟硬件劃分，采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行，PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行；步驟102，根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫；步驟103，根據(jù)宏塊的分割方式對PE陣列進(jìn)行劃分，嵌入式處理器提供相應(yīng)的配置組序列號，PE陣列進(jìn)行計(jì)算。進(jìn)一步地，所述采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行包括以下步驟選擇參考幀；解碼并計(jì)算運(yùn)動(dòng)向量值，并對向量值進(jìn)行編碼；控制PE陣列的配置功能。進(jìn)一步地，所述預(yù)測模式為單向預(yù)測，采用PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行包括以下步驟內(nèi)插像素計(jì)算-以1/4為精度進(jìn)行亮度的內(nèi)插操作，以1/8為精度進(jìn)行色度的內(nèi)插操作。進(jìn)一步地，所述預(yù)測模式為雙向預(yù)測，采用PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行包括以下步驟內(nèi)插像素計(jì)算-以1/4為精度進(jìn)行亮度的內(nèi)插操作，以1/8為精度進(jìn)行色度的內(nèi)插操作；加權(quán)平均運(yùn)算。進(jìn)一步地，所述根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫包括以下步驟對亮度配置信息的劃分，包括以下子步驟Cl，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，如果需要，則進(jìn)行步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟C3 ；C2，進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作；
C3，進(jìn)行6抽頭濾波的第一步操作；C4，判斷是否需要進(jìn)行四舍五入操作，如果需要，則進(jìn)行四舍五入；反之，則進(jìn)行步驟C5 ；C5，根據(jù)預(yù)測模式判斷，是否需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作，如果需要，則進(jìn)行步驟C6，反之，則返回步驟C2 ；C6，進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作；對色度配置信息的劃分，包括以下子步驟D1，根據(jù)子塊的分割方式，對子塊所有的數(shù)據(jù)，進(jìn)行乘法操作；D2，根據(jù)子塊的分割方式，對Dl步驟得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)相加；根據(jù)劃分的亮度及色度配置信息進(jìn)行編碼。進(jìn)一步地，所述對亮度配置信息的劃分在子步驟C6之后，還包括以下子步驟C7，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，若是，則返回步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟 C8 ；C8，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行加權(quán)求平均操作，若是，則根據(jù)流水操作，并發(fā)處理及最大限度減少重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)。進(jìn)一步地，所述方法還包括步驟104，判斷是否是雙向預(yù)測，如果是，則進(jìn)行步驟105，反之，則結(jié)束操作；步驟105，則采用第二次預(yù)測設(shè)定的配置信息重復(fù)步驟103得到第二次預(yù)測數(shù)據(jù)；步驟106，將兩次預(yù)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求平均，得到最終值。進(jìn)一步地，Cl步驟中，如果預(yù)測模式滿足y = 0或χ = 2中其中一個(gè)條件，則該預(yù)測模式不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作。進(jìn)一步地，Cl步驟中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作的預(yù)測模式包括(2，0)、(1,0), (3,0), (1，1)、(1,3), (3，1)、(3,3), (2，1)、(2，3)。進(jìn)一步地，C5步驟中，需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作的預(yù)測模式包括(0，2)、 (0,1) > (0,3), (2,0), (1,0), (3,0), (1，1)、(1,3), (3，1)、(3，3)。進(jìn)一步地，C7步驟中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作的預(yù)測模式包括(1，1)、(1,3), (3，1)、 (3，3)、(2，0)、(1，0)、(3，0)、(2，2)、(1，2)、(3，2) ；C8步驟中需要進(jìn)行加權(quán)平均操作的預(yù)測模式包括(1，1)、(1,3), (3，1)、(3,3), (2，1)、(2,3), (0，1)、(0,3), (1,0), (3,0), (1,2), (3，2)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法中，對于子塊大小固定，子塊的預(yù)測模式固定的情況下，具體的執(zhí)行步驟是固定的，利用數(shù)據(jù)之間的并行性及可重構(gòu)陣列，將操作步驟進(jìn)行劃分，也即是將具體的操作步驟分配到不同的配置信息上。采用并行流水操作，一套配置信息通過流水并行盡量完成一個(gè)子塊內(nèi)所有數(shù)據(jù)的一種類型的操作，如6抽頭濾波的一步操作等，這樣就可以減少一個(gè)子塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同一操作而使得配置信息的不斷切換，以減少配置信息的切換，另外采用流水操作，也可以提高執(zhí)行效率。進(jìn)一步地，由于H. 264幀間預(yù)測是利用已編碼視頻幀/場和基于塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測模式。其塊尺寸范圍很廣泛(從16X16到4X4)，每個(gè)宏塊(16X16像素)可以4種方式分割一個(gè)16X16，兩個(gè)16X8，兩個(gè)8X16，四個(gè)8X8其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償也相應(yīng)有四種。而 8X8模式的每個(gè)子宏塊還可以四種方式分割一個(gè)8X8，兩個(gè)4X8或兩個(gè)8X4及4個(gè) 4X4。更進(jìn)一步，每個(gè)子塊色度都有16種預(yù)測模式，亮度有64種預(yù)測模式。在宏塊(16x16)的不同位置，子塊大小相同，預(yù)測模式相同的情況下，其計(jì)算操作步驟相同，故不用嚴(yán)格按照塊的分割方式從左到右從上到下來進(jìn)行計(jì)算，可采用變換子塊的執(zhí)行次序，使得子塊并行，以此來減少配置信息的切換次數(shù)，已達(dá)到減少配置信息操作時(shí)間的目的


圖1是本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例一的流程圖；圖2是本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例二的流程圖；圖3是本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例中單向預(yù)測類型的宏塊的分割方式及預(yù)測模式分布圖；圖4是本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例中的預(yù)測模式配置信息的劃分流程圖；圖5是本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例中的亮度的宏塊分割方式及PE陣列劃分的示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。參照圖1，示出本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例一，包括以下步驟步驟101，算法的軟硬件劃分，采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行，PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行。其中，軟件執(zhí)行包括以下步驟Al，選擇參考幀。宏塊的不同子塊對應(yīng)于不同的參考幀位置，需要分別計(jì)算。A2，解碼并計(jì)算運(yùn)動(dòng)向量值，并對向量值進(jìn)行編碼，使之變成配置信息組的索引號。A3，控制PE16xl6陣列(Processing Element，陣列處理單元)的配置功能。通過選擇相應(yīng)的配置信息來配置PE陣列，使PE陣列完成不同功能。前述三個(gè)方面計(jì)算中數(shù)據(jù)相關(guān)性較強(qiáng)且具有較多的轉(zhuǎn)移分支，因此采用嵌入式處理器進(jìn)行操作。進(jìn)一步地，硬件執(zhí)行包括以下步驟Bi，內(nèi)插像素計(jì)算-以1/4為精度進(jìn)行亮度的內(nèi)插操作，以1/8為精度進(jìn)行色度的內(nèi)插操作。B2，加權(quán)平均運(yùn)算。
需要說明的是，對于硬件執(zhí)行方面，若單向預(yù)測只用完成步驟Bi，雙向預(yù)測需要完成步驟Bl和B2。步驟102，根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫。配置信息是由預(yù)測模式以及宏塊的分割模式所決定，計(jì)算復(fù)雜度差別很大，但是最基本的操作是相同的-6抽頭濾波(亮度)，4抽頭濾波(色度)。另外，計(jì)算步驟在同一子塊內(nèi)部是相同的，行與行之間，列與列之間是相對獨(dú)立的運(yùn)算。具體的，對配置信息進(jìn)行劃分并編寫包括以下步驟步驟1021，對亮度配置信息的劃分。亮度配置信息的劃分包括以下步驟Cl，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，如果需要，則進(jìn)行步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟C3 οC2，進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，并將數(shù)據(jù)存儲到PE8x8陣列(Processing Elemer^8x8即8x8 陣列處理單元，將PE16xl6分成4個(gè)PE8x8)內(nèi)部的存儲單元中后進(jìn)行步驟C3。C3，進(jìn)行6抽頭濾波的第一步操作，并將中間數(shù)據(jù)存儲到PE8x8陣列內(nèi)部的存儲單元中。C4，判斷是否需要進(jìn)行四舍五入操作，如果需要?jiǎng)t進(jìn)行四舍五入操作，反之，則直接進(jìn)行步驟C5。C5，根據(jù)預(yù)測模式判斷，是否需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作，若是，則進(jìn)行步驟C6，反之，則返回步驟C2。C6，進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作。此步操作需要根據(jù)預(yù)測模式選擇對應(yīng)于不同的參數(shù)配置。C7，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，若是，則返回步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟 C8。C8，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行加權(quán)求平均操作，若是，則根據(jù)流水操作，并發(fā)處理及最大限度減少重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，進(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)。其中，Cl步驟中，進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作的是為了將列數(shù)據(jù)操作通過轉(zhuǎn)置后變成行操作，行操作可以減少重復(fù)數(shù)據(jù)的傳輸以及使操作規(guī)整化，因此如果預(yù)測模式滿足y = 0或χ = 2 中其中一個(gè)條件，則該預(yù)測模式不需要進(jìn)行列方向的濾波，即不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，因此， 如果預(yù)測模式為(2，0)、(1,0), (3,0), (1，1)、(1,3), (3，1)、(3,3), (2，1)、(2,3)的其中
一種，則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作。C2步驟中，在進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作時(shí)，還可以根據(jù)數(shù)據(jù)的不同規(guī)模對轉(zhuǎn)置操作進(jìn)行修正。C3步驟中，將6抽頭濾波分成兩個(gè)操作步驟，這是因?yàn)镻E8x8內(nèi)部計(jì)算單元的限制，同時(shí)為了實(shí)現(xiàn)最大限度流水并行操作。另外，因?yàn)樵谀承╊A(yù)測模式中，6抽頭濾波操作并不需要進(jìn)行第二步的運(yùn)算。C4步驟中增加判斷是否進(jìn)行四舍五入操作的原因是保證塊大小相同、但預(yù)測模式不同情況下，6抽頭濾波的兩步操作相同，以減少配置信息的套數(shù)來節(jié)省存儲空間。其中， 如果預(yù)測模式為(1，2)、(3，2)、0，1) (2,3),(2,2)的其中一種，則需要進(jìn)行四舍五入操作。 需要說明的是，對于某些已經(jīng)判斷是否需要進(jìn)行四舍五入操作的預(yù)測模式，若在后續(xù)步驟中需要返回C2步驟進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作后，則可以跳過C4步驟，無需進(jìn)行第二次是否需要四舍五入操作的判斷。C5步驟中，對于比較簡單的預(yù)測模式，如(y，χ) = (0，2)-以1/4為精度，只需要進(jìn)行步驟Cl到C6即可。對于較為復(fù)雜的操作如(y，χ) = (2,1)等，則需要進(jìn)行前述的所有操作。其中，如果預(yù)測模式為(0，2)、(0，1)、(0，3)、0，0)、(1，0)、(3，0)、(1，1)、(1,3), (3，1)、(3，3)的其中一種，則需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作的預(yù)測模式。C7 步驟中，如果預(yù)測模式為(1，1)、(1，3)、(3，1)、(3，3)“2，0)、(1，0)、(3，0)“2，
2)、(1，2)、(3，2)的其中一種，則需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作。C8 步驟中，如果預(yù)測模式為(1，1)、(1，3)、(3，1)、(3，3) “2，1) “2，3)、(0，1)、(0，
3)、(1，0)、(3，0)、(1，2)、(3，2)的其中一種，則需要進(jìn)行加權(quán)平均操作。步驟1022，對色度配置信息的劃分。對色度配置信息的劃分包括以下步驟D1，根據(jù)子塊的分割方式，對子塊所有的數(shù)據(jù)，按照4抽頭濾波的要求，對所有像素點(diǎn)進(jìn)行乘法操作。采用此種方式可以減少冗余數(shù)據(jù)的傳輸，并將中間數(shù)據(jù)存儲。D2，根據(jù)子塊的分割方式，對前一步驟得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)相加。其中，宏塊的色度成分為相應(yīng)亮度的一半(水平和垂直各一半)。色度塊采用和亮度塊同樣的分割模式，只是尺寸減半(水平和垂直方向都減半)。例如8x8的亮度塊相應(yīng)色度塊尺寸為4x4。步驟1023，根據(jù)劃分的亮度及色度配置信息進(jìn)行編碼。如果預(yù)測模式固定，則相應(yīng)的配置信息的操作也固定，可將最終所得到的配置信息及中間數(shù)據(jù)的存取操作固定下來，連接成配置信息組，并且進(jìn)行編碼，則嵌入式處理器只需提供給PE陣列配置組編號，PE陣列則可查到相應(yīng)的配置。進(jìn)一步地，即使有些操作是固定的，配置信息中同樣存在動(dòng)態(tài)可變因素，如有些配置參數(shù)的選取，一套配置信息的循環(huán)次數(shù)等，這些可由嵌入式處理器根據(jù)具體實(shí)例情況進(jìn)行調(diào)配。步驟103，根據(jù)宏塊的分割方式對PE陣列進(jìn)行劃分，嵌入式處理器提供相應(yīng)的配置組序列號，PE陣列進(jìn)行計(jì)算。具體操作如下E1，根據(jù)宏塊的分割方式對PE16xl6陣列進(jìn)行劃分。其中，最小劃分單元是PE8x8。E2，判斷宏塊的各個(gè)子塊，將子塊大小相同，預(yù)測模式相同的子塊合并到同一個(gè) PE8x8中，其余的子塊按照原始的宏塊分割方式和位置分配到剩下的幾個(gè)PE8x8中。E3，嵌入式處理器提供相應(yīng)的配置組序號進(jìn)行配置，PE陣列進(jìn)行計(jì)算。其中，先進(jìn)行亮度的計(jì)算，然后進(jìn)行色度的計(jì)算。本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例中，對于子塊大小固定，子塊的預(yù)測模式固定的情況下，具體的執(zhí)行步驟是固定的，利用數(shù)據(jù)之間的并行性及可重構(gòu)陣列，將操作步驟進(jìn)行劃分，也即是將具體的操作步驟分配到不同的配置信息上。采用并行流水操作，一套配置信息通過流水并行盡量完成一個(gè)子塊內(nèi)所有數(shù)據(jù)的一種類型的操作，如6-抽頭濾波的一步操作等，這樣就可以減少一個(gè)子塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行同一操作而使得配置信息的不斷切換，以減少配置信息的切換，另外采用流水操作，也可以提高執(zhí)行效率。
由于H. 264幀間預(yù)測是利用已編碼視頻幀/場和基于塊的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)念A(yù)測模式。 其塊尺寸范圍很廣泛(從16X16到4X4)，每個(gè)宏塊(16X16像素)可以4種方式分割 一個(gè)16X16，兩個(gè)16X8，兩個(gè)8X16，四個(gè)8X8其運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償也相應(yīng)有四種。而8X8模式的每個(gè)子宏塊還可以四種方式分割一個(gè)8X8，兩個(gè)4X8或兩個(gè)8X4及4個(gè)4X4。更進(jìn)一步，每個(gè)子塊色度都有16種預(yù)測模式，亮度有64種預(yù)測模式。在宏塊(16x16)的不同位置，子塊大小相同，預(yù)測模式相同的情況下，其計(jì)算操作步驟相同，故不用嚴(yán)格按照塊的分割方式從左到右從上到下來進(jìn)行計(jì)算，可采用變換子塊的執(zhí)行次序，使得子塊并行，以此來減少配置信息的切換次數(shù)，已達(dá)到減少配置信息操作時(shí)間的目的。參照圖2，示出本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法實(shí)施例二，進(jìn)一步地，在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上還包括以下步驟步驟104，判斷是否是雙向預(yù)測，如果是，則進(jìn)行步驟105，反之，則結(jié)束操作；步驟105，采用第二次預(yù)測設(shè)定的配置信息重復(fù)步驟103得到第二次預(yù)測數(shù)據(jù)；步驟106，將兩次預(yù)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求平均，得到最終值。下面結(jié)合具體實(shí)例對本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法進(jìn)行詳細(xì)的說明。參照圖3，示出一個(gè)單向預(yù)測類型的宏塊(16x16)的分割方式及預(yù)測模式分布圖。 其中0，1)，(1,1), (0.,2), (0,1)代表不同的色度預(yù)測模式，亮度預(yù)測模式并未畫出，主要原因是色度的64個(gè)位置的預(yù)測模式，對于與相同塊大小操作均相同，只是配置的參數(shù)(64 組參數(shù))不同。在算法的軟硬件劃分時(shí)，軟件執(zhí)行方面需要進(jìn)行的操作是擇參考幀。BlockO， blockl, block3是8x8模式的子塊，其每個(gè)子塊對應(yīng)于不同的參考幀或者是同一參考幀不同位置，block2是8x8模式下的4x4子塊，每個(gè)4x4子塊對應(yīng)于同一參考幀的不同位置，故需要逐個(gè)計(jì)算。解碼并計(jì)算運(yùn)動(dòng)向量值，并對向量值進(jìn)行編碼。對預(yù)測模式0，1)的8x8子塊進(jìn)行編碼使之成為9 ；對預(yù)測模式(0，1)的8x8子塊進(jìn)行編碼使之成為1，以此類推，分別對4 個(gè)4x4子塊對應(yīng)的預(yù)測模式進(jìn)行編碼。(1，1)編碼成為5，(2，1)編碼成為9，(0,2)編碼成為2。注意4x4子塊，同8x8子塊的即使第一步編碼結(jié)果相同，由于其屬于不同的分割模式，使得對應(yīng)的配置信息組也是不同的，需要在第一步編碼完成后，增加分塊模式基數(shù) (子塊8x8基數(shù)為0，子塊4x4基數(shù)為16)。硬件執(zhí)行方面需要進(jìn)行的操作則是由配置信息決定，具體配置信息如下對應(yīng)的宏塊分割方式以及預(yù)測模式，需要對8x8模式子塊的(2，1)，(1，1)兩種預(yù)測模式進(jìn)行配置， 對4x4子塊的(1，1)，(2,1), (0,2)進(jìn)行相應(yīng)的配置信息編寫。由于模式較多，此處選擇較為復(fù)雜的8x8模式子塊(2，1)預(yù)測模式進(jìn)行說明，其他的預(yù)測模式于此相似。參照圖4，8x8模式子塊(2，1)預(yù)測模式的亮度劃分步驟如下經(jīng)過判斷得知，需要先將參考數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，轉(zhuǎn)置完后，將數(shù)據(jù)暫存。進(jìn)行6抽頭濾波第一步操作，得到數(shù)據(jù)組1，中間數(shù)據(jù)暫存。
對數(shù)據(jù)組1的數(shù)據(jù)進(jìn)行四舍五入操作得到數(shù)組2。經(jīng)判斷，數(shù)據(jù)組1和數(shù)據(jù)組2都需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，轉(zhuǎn)置后，得到數(shù)據(jù)組3和數(shù)據(jù)組4，將數(shù)據(jù)組暫存。對轉(zhuǎn)置后的數(shù)據(jù)組4進(jìn)行6抽頭濾波的第一步操作，得到的數(shù)據(jù)組5暫存，并且此處得到的數(shù)據(jù)不需要轉(zhuǎn)置處理。進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作，此處將數(shù)據(jù)組3與數(shù)據(jù)組5的數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行操作， 得到數(shù)據(jù)組6和數(shù)據(jù)組7，都是8x8數(shù)據(jù)組。經(jīng)過判斷可知此處不需要轉(zhuǎn)置運(yùn)算，需要進(jìn)行加權(quán)求平均操作。對得到的兩套8x8的數(shù)據(jù)組6和7進(jìn)行加權(quán)求平均操作得到最終值。8x8模式子塊(2，1)預(yù)測模式的色度劃分步驟如下首先對4x4色度塊(對應(yīng)于8x8亮度塊)，進(jìn)行4抽頭濾波的第一步操作，并將中間數(shù)據(jù)暫存。采用不同的參數(shù)，對前一步得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求平均操作。對2x2色度塊亦采用同樣的操作，但因?yàn)閿?shù)據(jù)規(guī)模較小，可以將兩步合并成一步操作，以減少配置信息的套數(shù)，及中間數(shù)據(jù)的傳輸。參照圖5，然后將PE陣列(16x16)進(jìn)行劃分，分成4個(gè)PE8x8。針對于亮度，由于8x8模式子塊其blockO與block3預(yù)測模式相同，可將其合并， 對并且通過嵌入式處理器對配置信息的動(dòng)態(tài)可變部分進(jìn)行調(diào)控。其具體實(shí)現(xiàn)分到PE16xl6 陣列左上角PE8x8。Blockl 分到 PE16xl6 陣列右上角 PE8x8。將4x4子塊中預(yù)測模式相同的兩個(gè)子塊進(jìn)行合并，具體實(shí)現(xiàn)分到PE16xl6陣列 (左下角PE8x8)4x4子塊的剩余兩個(gè)子塊分配到PE16xl6陣列右下角PE8x8。針對于色度，則按照子塊的分割模式，以8x8分割方式為基本單位，分配到對應(yīng)的 4 個(gè) PE8x8 上。因?yàn)榇耸纠菃蜗蝾A(yù)測，所以可以直接跳到結(jié)束位置。以上對本發(fā)明所提供的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式
及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法，其特征在于，包括以下步驟步驟101，算法的軟硬件劃分，采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行，PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行；步驟102，根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫； 步驟103，根據(jù)宏塊的分割方式對PE陣列進(jìn)行劃分，嵌入式處理器提供相應(yīng)的配置組序列號，PE陣列進(jìn)行計(jì)算。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行包括以下步驟選擇參考幀；解碼并計(jì)算運(yùn)動(dòng)向量值，并對向量值進(jìn)行編碼； 控制PE陣列的配置功能。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)測模式為單向預(yù)測，采用PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行包括以下步驟內(nèi)插像素計(jì)算-以1/4為精度進(jìn)行亮度的內(nèi)插操作，以1/8為精度進(jìn)行色度的內(nèi)插操作。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述預(yù)測模式為雙向預(yù)測，采用PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行包括以下步驟內(nèi)插像素計(jì)算-以1/4為精度進(jìn)行亮度的內(nèi)插操作，以1/8為精度進(jìn)行色度的內(nèi)插操作；加權(quán)平均運(yùn)算。
5.如權(quán)利要求1至4所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫包括以下步驟對亮度配置信息的劃分，包括以下子步驟Cl，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，如果需要，則進(jìn)行步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟C3 ；C2，進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作；C3，進(jìn)行6抽頭濾波的第一步操作；C4，判斷是否需要進(jìn)行四舍五入操作，如果需要，則進(jìn)行四舍五入；反之，則進(jìn)行步驟C5 ；C5，根據(jù)預(yù)測模式判斷，是否需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作，如果需要，則進(jìn)行步驟C6，反之，則返回步驟C2;C6，進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作；對色度配置信息的劃分，包括以下子步驟Dl，根據(jù)子塊的分割方式，對子塊所有的數(shù)據(jù)，進(jìn)行乘法操作；D2，根據(jù)子塊的分割方式，對Dl步驟得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)相加；根據(jù)劃分的亮度及色度配置信息進(jìn)行編碼。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述對亮度配置信息的劃分在子步驟C6之后，還包括以下子步驟C7，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，若是，則返回步驟C2，反之，則進(jìn)行步驟C8 ；C8，根據(jù)預(yù)測模式判斷是否進(jìn)行加權(quán)求平均操作，若是，則根據(jù)流水操作，并發(fā)處理及最大限度減少重復(fù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊螅M(jìn)行配置實(shí)現(xiàn)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括步驟104，判斷是否是雙向預(yù)測，如果是，則進(jìn)行步驟105，反之，則結(jié)束操作；步驟105，則采用第二次預(yù)測設(shè)定的配置信息重復(fù)步驟103得到第二次預(yù)測數(shù)據(jù)；步驟106，將兩次預(yù)測得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行加權(quán)求平均，得到最終值。
8.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，Cl步驟中，如果預(yù)測模式滿足y= 0或χ = 2中其中一個(gè)條件，則該預(yù)測模式不需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作。
9.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，Cl步驟中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作的預(yù)測模式包括(2，0)、(1,0), (3,0), (1，1)、(1,3), (3，1)、(3,3), (2，1)、(2，3)。
10.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，C5步驟中，需要進(jìn)行6抽頭濾波的第二步操作的預(yù)測模式包括(0，2)、(0，1)、(0，3)、(2，0)、(1，0)、(3，0)、(1，1)、(1，3)、(3，1)、(3， 3)。
11.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，C7步驟中需要進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作的預(yù)測模式包 :(1,1) > (1,3), (3，1)、(3,3), (2,0), (1,0), (3,0), (2,2), (1,2), (3,2) ； C8 步驟中需要進(jìn)行加權(quán)平均操作的預(yù)測模式包括(1，1)、(1，3)、(3，1)、(3,3)、(2，1)、(2,3)、(0，1)、(0， 3)、(1,0), (3,0), (1,2), (3,2)
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法，包括步驟101，算法的軟硬件劃分，采用嵌入式處理器進(jìn)行軟件執(zhí)行，PE陣列進(jìn)行硬件執(zhí)行；步驟102，根據(jù)預(yù)測模式及宏塊的分割模式對配置信息進(jìn)行劃分并編寫；步驟103，根據(jù)宏塊的分割方式對PE陣列進(jìn)行劃分，嵌入式處理器提供相應(yīng)的配置組序列號，PE陣列進(jìn)行計(jì)算。本發(fā)明的在可重構(gòu)處理器上映射和實(shí)現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的方法，能夠減少配置可重構(gòu)陣列的時(shí)間，減少數(shù)據(jù)通信代價(jià)以及提高算法的并行性。
文檔編號H04N7/32GK102572415SQ20101059380
公開日2012年7月11日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月17日
發(fā)明者劉雷波, 尹首一, 耿同生, 魏少軍 申請人:清華大學(xué)