基于不對(duì)稱(chēng)劃分模式的高效視頻編碼加法樹(shù)并行實(shí)現(xiàn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及數(shù)字視頻編解碼技術(shù)領(lǐng)域，特別是高效視頻編碼化igh Efficiency Video Coding，簡(jiǎn)稱(chēng)肥VC)中的整像素運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻編碼和視頻處理中廣泛使用的技術(shù)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)的基本思想是由于 活動(dòng)圖像鄰近帖中的景物存在一定的相關(guān)性，因此可W將圖形中的每一帖分成互不重疊的 塊，并且認(rèn)為塊中所有像素的位移量都相同。然后設(shè)法捜出每一個(gè)塊在鄰近帖中的位置，并 且得出兩者在空間位置的相對(duì)偏移量，得到的相對(duì)偏移量就是通常所說(shuō)的運(yùn)動(dòng)矢量，得到 運(yùn)動(dòng)矢量的過(guò)程就被稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
[0003] 隨著視頻質(zhì)量不斷提高H. 264已經(jīng)不能滿(mǎn)足壓縮要求，因此2013年1月26號(hào)皿VC正 式成為國(guó)際上最新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。但是運(yùn)動(dòng)估計(jì)傳統(tǒng)的SAD運(yùn)算體系結(jié)構(gòu)通常會(huì)采用和 最大編碼塊像素相同的運(yùn)算陣列來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，例如針對(duì)H. 264的運(yùn)動(dòng)估計(jì)架構(gòu)，宏塊大小為 16 X 16像素，因此進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的SAD運(yùn)算單元陣列為256個(gè)運(yùn)算單元。而對(duì)于肥VC而言，最 大編碼塊尺寸為64 X 64像素，如若采用相同或者類(lèi)似的設(shè)計(jì)架構(gòu)，則需要4096個(gè)運(yùn)算單元， 僅在SAD運(yùn)算運(yùn)一部分，其面積是H.264的架構(gòu)的16倍，從而硬件面積大大增加。
[0004] 因此研究并設(shè)計(jì)能夠支持皿VC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的整數(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的SAD加法樹(shù)結(jié)構(gòu)， 并不是套用原有的架構(gòu)，而是要重新設(shè)計(jì)其架構(gòu)。該架構(gòu)可W滿(mǎn)足64X64塊的SAD計(jì)算，并 且沒(méi)有增加硬件面積。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于不對(duì)稱(chēng)劃分模式的高效視頻編碼加 法樹(shù)并行實(shí)現(xiàn)方法，W提升SAD值的計(jì)算效率。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方法如下：
[0007] 基于不對(duì)稱(chēng)劃分模式的高效視頻編碼加法樹(shù)并行實(shí)現(xiàn)方法，根據(jù)像素塊之間的數(shù) 據(jù)相關(guān)性，在鄰接互連的二維處理元陣列上，通過(guò)使用18*17個(gè)處理元完成64 X 64亮度塊S 十屯種分塊模式的SAD值計(jì)算的并行處理，其中處理元即PE包括：
[000引步驟1加法樹(shù)模塊（2)經(jīng)由緩存區(qū)1 (2)和緩存區(qū)2 (2)從外存加載64 X 64亮度塊 (3)，并且W4X4大小的像素塊按照(5)的存儲(chǔ)方式（自上到下、從左到右)存放到PE陣列中， 每個(gè)處理元即PE存放一個(gè)4 X 4大小的亮度塊，該方法具體包括：
[0009]首先將64X64的亮度塊，分成大小為32X64的兩部分（7)，分別通過(guò)緩存區(qū)1和緩 存區(qū)巧日載到處理元陣列中。
[0010]步驟巧喊樹(shù)模塊經(jīng)由緩存區(qū)1和緩存區(qū)2從夕陸中讀取64 X 64參考?jí)K(4 )，并且W 4X4大小的像素塊按照(6)的存儲(chǔ)方式（自上到下、從左到右），存放到PE陣列中，每個(gè)處理 元(PE)存放一個(gè)4 X 4大小的參考?jí)K，該方法具體包括：
[0011]首先將64X64的參考?jí)K，分成大小為32X64的兩部分（7)，分別通過(guò)緩存區(qū)1和緩 存區(qū)巧日載到處理元陣列中。
[0012]步驟3處理元陣列（2)中的各個(gè)PE，在獲取的亮度塊和參考?jí)K的基礎(chǔ)上，根據(jù)公式 (1)同時(shí)計(jì)算4 X 4分塊模式SAD值(SAD4 X 4)，計(jì)算完成后存放到亮度塊和參考?jí)K對(duì)應(yīng)的PE 中，一共256個(gè)SAD4 X 4值，該方法具體包括：
[0014]其中fk(m，n)為當(dāng)前帖中當(dāng)前塊的亮度值，fk-i(m+i，n+j)為參考帖中偏移位置為 Q，j)參考?jí)K的亮度值。
[001引a大小為4 X 4的亮度塊和4 X 4的參考?jí)K，按照(9)存儲(chǔ)到PE中，C0-C15表示亮度塊， d0-dl5表示參考?jí)K。
[0016] b CO與do做差值并取絕對(duì)值、Cl與dl做差值并取絕對(duì)值，依次類(lèi)推直到cl5與dl5 做差值并取絕對(duì)值。
[0017] C將步驟b得到的16個(gè)值求和，得到4 X 4分塊模式的SAD值SAD4 X 4。
[0018] d 256個(gè)處理元同時(shí)執(zhí)行上述操作，得到256個(gè)SAD4X4的值，并且存儲(chǔ)到亮度塊和 參考?jí)K對(duì)應(yīng)的PE中。
[0019] 步驟4在步驟3計(jì)算得到的SAD4X4的基礎(chǔ)上進(jìn)行剩下的S十六種分塊模式的SAD 值的計(jì)算，并且選擇存儲(chǔ)該SAD值PE的位置。根據(jù)該SAD值是否后續(xù)被使用采取如圖8所示的 方式選取存儲(chǔ)PE的位置，如果該SAD值后續(xù)被使用則優(yōu)先選取PE陣列中右下方的PE來(lái)存儲(chǔ) 該值，反之則選取左上方的PE來(lái)存儲(chǔ)該值。具體執(zhí)行原則如下：如圖10所示每一個(gè)字符對(duì)應(yīng) 一個(gè)4 X 4塊的SAD值，故整體可W得到16 X 16塊的SAD值。首先求8 X 4塊的SAD值，即分塊模 式AB、CD、EF、GH、IJ、KL、MN、OP的SAD值，然后為它們分別選取存取位置，WAB、EF為例說(shuō)明， 在求8 X 8分塊模式A肥F的SAD值時(shí)，我們需要使用AB和EF的SAD值SAD8 X 4，由此判定它們的 值在后續(xù)會(huì)被使用，故將它們分別存儲(chǔ)到右邊的處理元B和F中，當(dāng)求分塊模式ABEF的SAD值 時(shí)，B中的SAD8 X 4傳遞到F中，F(xiàn)中的兩個(gè)SAD值求和得到8 X 8塊的SAD值，W此類(lèi)推其他分塊 模式的SAD值采用上述方式選擇存儲(chǔ)位置，數(shù)值往一個(gè)方向集中，有利于數(shù)值的合并。
[0020] a( 10)中每個(gè)字符代表一個(gè)存儲(chǔ)SAD4 X 4值的處理元，4 X 4個(gè)處理元表示一個(gè)簇， 處理元陣列可W被劃分成16個(gè)簇(11)，每個(gè)數(shù)字代表一個(gè)簇。
[0021 ] b每個(gè)簇計(jì)算得到十四種分塊模式的SAD值，它們分別是8 X4、4X8、8X8、16X8、8 X16、12X16L、4X16L、12X16R、4X16R、16X12U、16X4U、16X12D、16X4D、16X16,計(jì)算 完成后分別存儲(chǔ)到簇內(nèi)的對(duì)應(yīng)PE中，PE的選取規(guī)則如圖8所示，即根據(jù)后續(xù)是否被使用選取 SAD值的存儲(chǔ)位置，上述SAD值均通過(guò)4 X 4分塊模式的SAD值合并得到。
[0022] C 16個(gè)簇同時(shí)執(zhí)行b操作；
[0023] 將16個(gè)簇al)W2X2大小，劃分成4個(gè)組，第一組(00、01、04、05)，第二組(02、03、 06、07)，第^組(08、09、12、13)，第四組（10、11、14、15)。
[0024] 每個(gè)組可W計(jì)算得到U種分塊模式的SAD值，如圖12所示W(wǎng)第一組00、01、04、05為 例，通過(guò)數(shù)據(jù)交互，可W得到的SAD值分別是32 X16、16X32、24X3^、8X32L、24X32R、8X 32R、32X24U、32X8U、32X24D、32X8D、32X32，計(jì)算完成后分別存儲(chǔ)到組內(nèi)對(duì)應(yīng)的陽(yáng)中， PE的選取規(guī)則如圖8所示，即根據(jù)后續(xù)是否被使用選取SAD值的存儲(chǔ)位置，上述SAD值均通過(guò) 4 X 4-16 X 16分塊模式的SAD值合并得到。
[0025] f四個(gè)組同時(shí)執(zhí)行上述操作；
[00%] g將16個(gè)簇看做一個(gè)類(lèi)(13)。
[0027] h該類(lèi)可W計(jì)算得到11種SAD值，它們分別是64 X 32、32 X 64、48 X 6化、16 X 6化、48 X64R、16X64R、64X48U、64X16U、64X48D、64X16D、64X64,計(jì)算完成后分別存儲(chǔ)到類(lèi)內(nèi) 對(duì)應(yīng)的PE中，陽(yáng)的選取規(guī)則如圖8所示，即根據(jù)后續(xù)是否被使用選取SAD值的存儲(chǔ)位置，上述 SAD值均通過(guò)16 X 16-32 X 32分塊模式的SAD值合并得到。
[002引本發(fā)明的有益效果如下：
[0029] 采用二維處理元陣列結(jié)構(gòu)，對(duì)亮度塊分割模式的SAD值計(jì)算并行處理，有效的提升 了運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)算效率。通過(guò)采用根據(jù)該SAD值后續(xù)是否被使用選取存儲(chǔ)該SAD值的處理元的 方法，加快加法樹(shù)的計(jì)算速度，提高計(jì)算效率。
[0030] 通過(guò)采用單PE存儲(chǔ)4X4像素塊的方式，相對(duì)于傳統(tǒng)的像素塊的存儲(chǔ)方式(單PE存 儲(chǔ)單像素），處理單元使用的數(shù)量縮減至原來(lái)的1/16。
[0031] 相對(duì)于加法樹(shù)串行結(jié)構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法，該并行結(jié)構(gòu)速度提高了近92倍。
[0032] 步驟4所述的=十六種分塊模式SAD值的計(jì)算均通過(guò)4 X 4分塊模式的SAD值合并得 到的，可W減少過(guò)多的計(jì)算過(guò)程，提高計(jì)算效率。
【附圖說(shuō)明】
[0033] 附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，用來(lái)解釋本發(fā) 明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。
[0034] 在附圖中：
[0035] 圖1為本發(fā)明提供的PE鄰接互連示意圖；
[0036] 圖2為本發(fā)明提供的加法樹(shù)陣列和緩存區(qū)分布示意圖；
[0037] 圖3為本發(fā)明提供的亮度塊像素分布圖；
[0038] 圖4為本發(fā)明提供的參考?jí)K像素分布圖；
[0039] 圖5為本發(fā)明提供的亮度塊在PE陣列中的存儲(chǔ)分布圖；
[0040] 圖6為本發(fā)明提供的參考?jí)K在PE陣列中的存儲(chǔ)分布圖；
[0041] 圖7為本發(fā)明提供的利用雙緩存區(qū)將圖像數(shù)據(jù)從外存讀入PE陣列的示意圖
[0042] 圖8為本發(fā)明提供的SAD值數(shù)據(jù)流向圖
[0043] 圖9為本發(fā)明提供的亮度塊和參考?jí)K在單個(gè)PE中的存儲(chǔ)分布圖
[0044] 圖10為本發(fā)明提供的SAD4 X 4在單個(gè)簇中的存儲(chǔ)分布圖
[0045] 圖11為本發(fā)明提供的PE組在PE陣列中的分布圖；
[0046] 圖12為本發(fā)明提供的單個(gè)PE組在PE陣列具體分布圖；
[0047] 圖13為本發(fā)明提供的PE類(lèi)在PE陣列中的分布圖；
【具體實(shí)施方式】
[0048] W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本發(fā)明，并 非用于限定本發(fā)明的范圍。
[0049] W下實(shí)施例提供了一種基于二維陣列處理元的全新高效的包含非對(duì)稱(chēng)分割模式 的加法樹(shù)實(shí)現(xiàn)方法，
[0050] 圖I是PE鄰接互連示意圖，加法樹(shù)是在該二維鄰接互連PE陣列上實(shí)現(xiàn)的；
[0051] 圖2是加法樹(shù)陣列和緩存區(qū)分布示意圖，灰色部分是緩存區(qū)模塊(最左邊一列是緩 存區(qū)1，最右邊一列是緩存區(qū)2，最下邊一行是緩存區(qū)3)，中間16 X 16個(gè)PE是加法樹(shù)模塊，一 共采用了18X17個(gè)陽(yáng)；
[0052] 步驟一將64X64亮度塊通過(guò)緩存區(qū)1和緩存區(qū)2讀入加法樹(shù)模塊，【具體實(shí)施方式】如 下：
[0053] 圖3是亮度塊像素分布圖，將亮度塊像素劃分成兩個(gè)32X64的像素塊，如圖7所示， 緩存區(qū)1根據(jù)地址讀取左側(cè)的像素塊，緩存區(qū)2根據(jù)地址讀取右側(cè)的像素塊，兩個(gè)緩存區(qū)并 行執(zhí)行，從而提高了傳遞效率。
[0054] 通過(guò)緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)，像素塊按照?qǐng)D5所示的方式存儲(chǔ)到PE陣列，每個(gè)PE存儲(chǔ)4X4 大小的像素塊，按照從左到右、從上到下的順序依次存儲(chǔ)。
[0055] 步驟二將64 X 64參考?jí)K通過(guò)緩存區(qū)1和緩存區(qū)2讀入加法樹(shù)模塊，【具體實(shí)施方式】如 下：
[0056] 圖4是參考?jí)K像素分布圖，將參考?jí)K數(shù)據(jù)劃分成兩個(gè)32X64的像素塊，如圖7所示， 緩存區(qū)1根據(jù)地址讀取左側(cè)的像素塊，緩存區(qū)2根據(jù)地址讀取右側(cè)的像素塊，兩個(gè)緩存區(qū)并 行執(zhí)行，從而提高了傳遞效率。
[0057] 通過(guò)緩存區(qū)傳遞數(shù)據(jù)，像素塊按照?qǐng)D6所示的方式存儲(chǔ)到PE陣列，每個(gè)PE存儲(chǔ)4X4 大小的像素塊，按照從左到右、從上到下的順序依次存儲(chǔ)。
[0058] 步驟S處理元陣列（2)中的各個(gè)PE，在獲取的亮度塊和參考?jí)K的基礎(chǔ)上，根據(jù)公式 (1)