[發明專利]一種適用于HEVC標準的去方塊效應濾波器的硬件片上存儲方法

有效

• 申請號: 201410494794.1
• 申請日: 2014-09-25
• 公開（公告）號: CN104253998B
• 公開（公告）日: 2017-05-10
• 發明（設計）人: 范益波;程魏;謝崢;陸彥珩;黃磊磊;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04N19/86
• 分類號: H04N19/86;H04N19/13;H04N19/122
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司31200
• 代理人: 陸飛,盛志范

技術領域

本發明屬于數字高清視頻壓縮編解碼技術領域，針對HEVC視頻編解碼標準，具體涉及一種適用于HEVC視頻編碼標準的、去方塊濾波器的硬件片上存儲方法。

背景技術

作為下一代視頻編解碼標準，HEVC（High Efficiency Video Coding）是于2013年由國際電信組織（ITU）和運動圖像專家組（MPEG）聯合成立的組織JCTVC所提出。其目標是，與上一代標準H.264/AVC相比，在相同的視覺效果的前提下，比特率減少50%。

在HEVC中，一幀圖像會劃分成一個個最大編碼單元（LCU），其大小可以為64x64，然后LCU會劃分成更小的編碼單元（CU），其大小從8x8到32x32。與H.264/AVC類似，HEVC使用基于塊的預測變換編碼方式。這種方式會導致塊的邊界像素值的不連續性，即塊效應，從而影響視頻的圖像質量，并且會增大碼流。統計數據表明，塊效應將會使碼流增大1.3~3.3%，在某些情況會增大6%。為了消除這種塊效應，HEVC使用了去塊效應濾波器。

去方塊濾波器模塊如圖1中所示。 首先判斷一個8x8塊邊界是否是預測單元（PU）或變換單元（TU）的邊界；如果是，則取該邊界兩邊的4x4塊像素進行進一步的判斷和濾波。在去塊效應濾波器中一共有兩種濾波器：（1）正常濾波器（normal filter）：4x4塊的每行上只有1個或2個像素值會發生改變；（2）強濾波器（strong filter）：4x4塊的每行上多大三個像素值會發生改變。對每個邊界具體使用哪種濾波器取決于該邊界兩邊的4x4塊像素的值的大小。

在去方塊濾波器中，每個8x8塊邊界兩邊都有8x8塊或4x4塊。因此對每個LCU來說，其第一列4x4塊需要用到右邊LCU的最左邊一列的4x4塊，其第一行4x4塊需要用到上邊LCU的最下邊一行的4x4塊；并且由于其特殊的處理順序，對每個LCU還需用到左上LCU的右下角的4x4塊。

在標準參考軟件HM10.0中，去塊效應濾波器先處理每個LCU的8x8塊垂直邊界，再處理水平邊界。但是在硬件實現時，由于像素值是存儲在存儲器中的。如果是存儲在片外存儲器將會增大整個系統的功耗，并對片外存儲器的帶寬帶來極大的壓力，如果存儲在片上存儲器則要合理規劃組織LCU的存儲方式和位置，以提高系統的吞吐率。

發明內容

本發明的目的在于提出一種處理時間短、吞吐率高的適用于HEVC標準的去方塊濾波器的硬件片上存儲方法。

本發明提出去方塊濾波器的硬件片上存儲方法，具體步驟為：

（1）在原始視頻流中，將一幀圖像劃分為一個個64x64大小的LCU；每個LCU有：一個64x64大小的亮度分量Y，兩個32x32大小的色度分量Cb和Cr；將64x64大小的亮度分量Y分成兩個部分：左邊亮度部分（LLUMA）和右邊亮度部分（RLUMA），分時進行數據輸入、濾波處理和數據輸出；將兩個32x32大小的色度分量Cb和Cr合成一個部分色度總量（CCBC），連續進行數據輸入、濾波處理和數據輸出；

（2）去方塊效應濾波器針對每個8x8大小的CU邊界進行濾波處理；硬件片上存儲器深度為128位，即每個地址存儲一個4x4塊大小像素值。

其中，數據輸入、濾波處理和數據輸出采用采用乒乓處理模式，即將LLUMA和RLUAM中任何一個8x8塊的邊界兩個相鄰4x4塊存儲在不同的存儲器中，使用第零到第五共6塊雙端口存儲器：SRAM0、SRAM1、SRAM2、SRAM3、SRAM4、SRAM5；這6塊雙端口存儲器采用乒乓處理模式：首先，第零存儲器SRAM0和第一存儲器SRAM1讀入LLUMA像素；然后，第零存儲器SRAM0和第一存儲器SRAM1中的像素進行去方塊效應濾波處理，同時第二存儲器SRAM2和第三存儲器SRAM3讀入RLUMA像素；最后，將第零存儲器SRAM0和第一存儲器SRAM1中的像素值輸出，同時第二存儲器SRAM2和第三存儲器SRAM3讀入RLUMA像素進行去方塊效應濾波處理，第四存儲器SRAM4和第五存儲器SRAM5讀入CCBC像素；依次循環直到所有LCU都處理完。

本發明的去方塊濾波器的硬件片上存儲方法，其架構如圖2所示。該架構使用6雙端口塊存儲器，形成兩級映射和三個階段并進行乒乓處理。兩級映射分為邏輯映射和物理映射：

（1）邏輯映射：將64x64大小的亮度分量Y分為左右兩個部分：LLUMA和RLUAM；將兩個32x32大小的色度分量Cb和Cr合成為一個CCBC；