多標(biāo)準(zhǔn)視頻解碼芯片高效運動補償模塊設(shè)計.pdf

1、新一代視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC(High Efficiency Video Coding)整合了許多先進(jìn)的視頻編解碼技術(shù),與前一代視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC相比減少了50％的碼率。這樣的高壓縮率使得HEVC成為最適合支持超高清分辨率視頻的編解碼標(biāo)準(zhǔn)。在HEVC中,運動補償是計算量最大的模塊之一。與H264/AVC中的6抽頭濾波器不同,HEVC中使用了8抽頭濾波器和4抽頭濾波器來進(jìn)行高精度像素的插值計算。新的濾波器在提高視頻壓縮性能的

2、同時也大大增加了計算復(fù)雜度。因此,需要設(shè)計一個高效低開銷的硬件結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)新的運動補償模塊。本文圍繞HEVC運動補償模塊的設(shè)計與實現(xiàn)展開,提出了支持多標(biāo)準(zhǔn)的視頻編解碼芯片高效運動補償亮度模塊設(shè)計。
　　首先,本文通過研究HEVC視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)中的運動補償模塊濾波器的新特性,提出了一種可重構(gòu)的8抽頭濾波器設(shè)計,減少了濾波器硬件開銷。其次,在此基礎(chǔ)上提出了運動補償模塊的最優(yōu)化流水線結(jié)構(gòu),縮短了關(guān)鍵路徑從而提高系統(tǒng)的工作頻率和數(shù)據(jù)吞吐量。

3、然后,本文分析了并行插值結(jié)構(gòu)中垂直方向濾波器的使用負(fù)載問題,討論了時分復(fù)用的可能性,提出了濾波器復(fù)用方案來進(jìn)一步減少并行結(jié)構(gòu)的硬件開銷。通過利用以上設(shè)計方案,本文所設(shè)計的HEVC運動補償插值模塊有效地減少了34%的硬件開銷。在342MHz工作頻率下能夠支持QFHD(3840x2160)@60fps視頻解碼,硬件實現(xiàn)總門數(shù)為46.9k。
　　其次,本文在所設(shè)計的HEVC運動補償模塊基礎(chǔ)上,提出了多標(biāo)準(zhǔn)運動補償亮度插值模塊的設(shè)計來支持

4、 HEVC,H.264/AVC和MPEG4三種視頻編解碼協(xié)議。首先,本文提出了多標(biāo)準(zhǔn)濾波器設(shè)計,通過共享濾波器中的共同項將HEVC的3種8抽頭濾波器, H264/AVC的6抽頭濾波器和MPEG4的8抽頭濾波器整合在一起,減少了硬件開銷。其次,本文提出了可復(fù)用寄存器陣列設(shè)計,有效地解決了不同標(biāo)準(zhǔn)運動補償插值的數(shù)據(jù)傳輸和存儲問題。最后,本文提出了基于 Cache的運動補償模塊帶寬優(yōu)化方案,并提出插值順序重排算法來優(yōu)化Cache面積。