一種適用于hevc標準的量化與反量化硬件復用算法及硬件結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于高清數(shù)字視頻壓縮編解碼技術(shù)領(lǐng)域，針對ffiVC視頻編解碼標準，具體 涉及一種適用于ffiVC視頻編碼標準的視頻編碼器和解碼器中量化與反量化的硬件復用算 法及硬件結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)是由國際電信組織（ITU)和運動圖像專家 組（MPEG)聯(lián)合成立的組織JCTVC提出的下一代視頻編解碼標準。目標是在相同的視覺效 果的前提下，相比于上一代標準a264/AVC，壓縮率提高一倍。壓縮率的提高以運算復雜度 的成倍增加為代價。
[0003] 量化在有損視頻壓縮系統(tǒng)中占有非常重要的地位，是造成編碼失真的根本原因， 同時它又影響著編碼比特率，量化的性能好壞在很大程度上影響著視頻的壓縮性能。量化 可分為標量量化和矢量量化，基于編碼復雜度的考慮，目前大多數(shù)編碼器都采用標量量化。 標量量化是在失真最小的準則下對系數(shù)進行量化，對于視頻幀中平坦區(qū)域標量量化具有較 好的壓縮性能，而對于非平坦區(qū)域標量量化的壓縮性能較差。
[0004] 相比H. 264/AVC中視頻的量化壓縮算法，HEVC中的量化算法更加復雜，包括一系 列的乘、除、加/減運算。
[0005] 定義參數(shù)如下： coeff為經(jīng)過二維整數(shù)離散余弦變換后的系數(shù)；QP為量化參數(shù)； B=位深；N=變換尺寸；M=log2 (N); Q=f(QP%6),其中f(X)= {26214, 23302, 20560, 18396, 16384, 14564}，x=0,…，5IQ=g(QP%6)，其中g(shù)(X)= {40, 45, 51，57, 64, 72}，x=0,…，5 QP%6為量化參數(shù)除6取模的運算； 量化可以如下過程來實現(xiàn)： 對于RDOQ=OFF的情況： level= (coeff*Q+offset)>>(21+QP/6 -M- (B~8))；offset= (21+QP/6-M- (B-8))； 對于RDOQ=ON的情況，縮放和成本函數(shù)計算會相應調(diào)整。
[0006] 反量化規(guī)定如下： coeffQ= ((level*IQ<< (QP/6)) +offset)>>(M~l+(B-8))； offset=l?(M-2+(B-8))； coeffQ=min(32767,max(-32768,coeffQ))； 裁剪確保了變換系數(shù)量化后的值coeffQ保持16bit位寬。剪裁只出現(xiàn)在極端的輸入 值和不合理的量化行為發(fā)生的情況下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的在于提出一種適用于HEVC標準下量化、反量化以及量化與反量化 復用的算法及硬件結(jié)構(gòu)，以有效降低硬件開銷，并提高性能。
[0008] 本發(fā)明提出的適用于HEVC標準下量化、反量化以及量化與反量化復用的算法，其 HEVC中量化和反量化的計算，可由統(tǒng)一的公式表示： output= (input氺q+offset)>>shift; 其中，input表示輸入系數(shù)；q表示量化或反量化的系數(shù)；offset表示補償量；shift表示移位的比特數(shù)； 量化過程中：q=f(QP%6) ;offset根據(jù)RDOQ的開關(guān)情況進行調(diào)整；shift=21+QP/6 -M- (B-8); 反量化過程中：q=g(QP%6)〈〈(QP/6);offset=l?(M-2+(B-8))； shift=l?(M-l+(B-8))； 計算過程分兩個階段：①q,offset,shift的計算；@乘，加，移位運算的計算；對于 編碼器第一階段可以在DCT變換階段進行計算。
[0009] 該單元適用于多路并行結(jié)構(gòu)，對于吞吐率為N pixels/cycle的結(jié)構(gòu)，計算N點乘， 力口，移位的硬件單元可以共享一套計算q, offset, shift的硬件。
[0010] 本發(fā)明可以以較小的硬件開銷實現(xiàn)更高的性能，從而高效的實現(xiàn)高清視頻的實時 編碼。
【附圖說明】
[0011] 圖1:系數(shù)計算電路硬件結(jié)構(gòu)。
[0012] 圖2 :乘加移位運算電路結(jié)構(gòu)。
[0013] 圖3 :N路并行量化與反量化結(jié)構(gòu)。
【具體實施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖，進一步具體描述本發(fā)明方法。
[0015] 本發(fā)明所述的基于改進后算法的量化與反量化結(jié)構(gòu)，具體如下： 圖1所示為計算q，offset,shift三個基本參數(shù)的單元，輸入為量化步長QP，控制信 號CTRL，B為位深，QP用來確定量化和反量化操作的具體參數(shù)；CTRL用來控制運算過程： CTRL=O進行量化操作，CTRL=I進行反量化操作。進行RDOQ時，量化的offset需要進行調(diào) 整，Al和A2用來確定量化時的補償量。
[0016]圖2所示為量化與反量化的運算部分，量化與反量化可分為乘，加，移位，截位四 部分。
[0017]圖3所示為N路并行的量化與反量化復用的硬件結(jié)構(gòu)，可以支持N路并行的量化， 反量化，量化與反量化復用的操作。N路的運算單元共享一個參數(shù)計算單元的硬件。
[0018]本發(fā)明采用一種基于HEVC標準下量化與反量化復用算法的硬件架構(gòu)實現(xiàn)。該設 計可以有效降低量化和反量化的硬件實現(xiàn)開銷并實現(xiàn)較高的性能。
【主權(quán)項】
1. 一種適用于HEVC標準下量化，反量化W及量化與反量化復用的算法，其特征在于： 肥VC中量化和反量化的計算由統(tǒng)一的公式表示： output= (input*q+off set) ?shift; 其中，input表示輸入系數(shù)；q表示量化或反量化的系數(shù)；offset表示補償量；shift 表示移位的比特數(shù)； 量化過程中：q= f (QP%6) ;offset根據(jù)畑0Q的開關(guān)情況進行調(diào)整； shift=21+QP/6 - M-炬-8); 反量化過程中；q= g(QP%6)?(QP/6); offset=l?(M-化炬-8)); shift=l?(M-l+炬-8)); 計算過程分兩個階段;mq，offset, shift的計算；③乘，加，移位運算的計算；對于 編碼器第一階段在DCT變換階段進行計算。
2. -種如權(quán)利要求1所述算法的硬件結(jié)構(gòu)，其特征在于： 該單元適用于多路并行結(jié)構(gòu)，對于吞吐率為N pixels/cycle的結(jié)構(gòu)，計算N點乘，加， 移位的硬件單元共享一套計算q, offset, shift的硬件。
【專利摘要】本發(fā)明屬于高清數(shù)字視頻壓縮編解碼技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種適用于HEVC視頻編碼標準下量化與反量化的硬件復用算法及硬件結(jié)構(gòu)。HEVC通過對DCT變換后頻域中不同頻率分量的系數(shù)進行帶權(quán)值的量化，可以減小編碼的碼元位數(shù)，提高圖像的壓縮效率。本發(fā)明基于HEVC標準中量化規(guī)定，通過一定的算法改進，設計了一種可以支持量化，反量化，量化與反量化復用的硬件結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以以較小的硬件開銷實現(xiàn)更高的性能，從而高效的實現(xiàn)高清視頻的實時編碼。
【IPC分類】H04N19-124, H04N19-42
【公開號】CN104602014
【申請?zhí)枴緾N201510032238
【發(fā)明人】范益波, 謝崢, 黃磊磊, 王利鳴, 陸彥珩, 曾曉洋
【申請人】復旦大學
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月22日