[發(fā)明專利]HEVC/H.265的DCT變換和反變換的SIMD優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410608208.1
• 申請日: 2014-10-31
• 公開（公告）號: CN104320668B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張小云;黎凌宇;高志勇;陳立
• 申請（專利權(quán)）人: 上海交通大學(xué)
• 主分類號: H04N19/625
• 分類號: H04N19/625;H04N19/88;H04N19/436
• 代理公司: 上海漢聲知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司31236
• 代理人: 徐紅銀,郭國中

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種HEVC/H.265視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的DCT變換和反變換的SIMD加速優(yōu)化方法(基于Tilera平臺)，利用Tilera的SIMD指令集實現(xiàn)HEVC的DCT變換和反變換模塊，提高運行速度。

背景技術(shù)

隨著視頻內(nèi)容的增長和視頻產(chǎn)品的迅速發(fā)展，視頻內(nèi)容產(chǎn)業(yè)鏈面臨更大的壓力，目前AVC(Advanced Video Coding)視頻壓縮技術(shù)已經(jīng)不能滿足視頻傳輸?shù)囊螅咝У囊曨l壓縮技術(shù)應(yīng)運而生。不僅如此，未來視頻市場趨于更高水平的要求已經(jīng)超出了目前AVC編碼能力的范圍，比如3D TV和4K TV。對于4K TV，即使使用目前H.264方式編碼，也需要24-32M碼率，AVC已經(jīng)成為4K TV業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸。在此背景下，高效視頻編碼(High Efficiency Video Coding，HEVC)這種新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運而生。HEVC的發(fā)展最早追溯到2004年，經(jīng)過近十年的發(fā)展，HEVC于2012年2月形成完整的委員會標(biāo)準(zhǔn)草案，并于2013年1月正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。HEVC的目標(biāo)是編碼效率比AVC提高50％，復(fù)雜度比AVC復(fù)雜2到10倍。HEVC未來的業(yè)務(wù)主要面向高清、超高清、3D TV，數(shù)據(jù)量比以往視頻大得多，另外HEVC要求大大提高視頻壓縮比，而高壓縮算法是以增加算法復(fù)雜度為代價的，考慮到這兩個方面的因素，HEVC編碼器對系統(tǒng)的計算性能提出了更高的要求。

為降低HEVC編碼復(fù)雜度，通常有算法優(yōu)化、指令集優(yōu)化、并行優(yōu)化等方法，其中指令集優(yōu)化是利用計算平臺的指令集實現(xiàn)計算模塊，SIMD(single instruction multiple data)單指令多數(shù)據(jù)技術(shù)能在一個指令周期內(nèi)并行處理多個數(shù)據(jù)的計算，相比于常規(guī)的實現(xiàn)方案能大大減少指令周期，提高運行速度，同時能保證計算結(jié)果準(zhǔn)確無誤。在視頻編碼中，SIMD技術(shù)廣泛應(yīng)用于密集數(shù)據(jù)計算，如亞像素插值、SAD、DCT/IDCT、計算殘差等模塊。

在Tilera平臺上實現(xiàn)HEVC編碼器，我們移植了HEVC參考代碼HM的DCT/IDCT實現(xiàn)方法，HEVC的DCT模塊相比于H.264復(fù)雜度大大提升。H.264的變換系數(shù)為1和2，H.264的變換只需要簡單的移位和加法計算。HEVC支持4x4至32x32的變換塊，此外HEVC的DCT系數(shù)數(shù)值更大、更復(fù)雜，這意味著HEVC的DCT變化需要執(zhí)行多次乘法，而且中間變量的數(shù)值更大，需要更大的位寬。在執(zhí)行豎直方向的DCT變換時，中間變量的值超出了16bit的存儲范圍，為17-19bit，如果用32bit保存中間變量，則數(shù)據(jù)處理的并行水平大打折扣。在Intel和Arm上已有的一些HEVC的DCT和IDCT的SIMD實現(xiàn)方法，豎直方向的DCT變換的速度要低于水平方向的DCT變換。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種HEVC/H.265的DCT變換和反變換的SIMD優(yōu)化方法，所述方法針對Tilera平臺上常規(guī)的C語言實現(xiàn)的HEVC的DCT和IDCT模塊計算復(fù)雜度高、編碼速度慢的問題，利用Tilera的SIMD指令集實現(xiàn)HEVC的DCT變換和反變換模塊，提高運行速度。

為實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明提供一種HEVC/H.265的DCT變換和反變換的SIMD優(yōu)化方法，包括如下步驟：

第一步，將一維DCT輸入數(shù)據(jù)從內(nèi)存裝載進寄存器，視為矢量數(shù)據(jù)；

第二步，對矢量數(shù)據(jù)重新排列組合，執(zhí)行蝶形運算，對輸入數(shù)據(jù)逐級加減，計算出中間變量矢量；

第三步，如果該一維DCT變換是水平方向變換，直接跳到第五步；

第四步，對中間變量進行右移舍入運算，以限制其位寬；

第五步，將中間變量矢量和對應(yīng)的系數(shù)矢量進行點乘運算；

第六步，將點乘運算的結(jié)果進行重新排列組合，執(zhí)行右移舍入，輸出結(jié)果保存至目標(biāo)內(nèi)存。

優(yōu)選地，所述第二步中，對輸入數(shù)據(jù)的并行加減，完成蝶形運算，進行逐級多次的并行加減法，計算出用于點乘計算的中間變量矢量。

優(yōu)選地，所述第四步中，一維DCT變換對中間變量進行舍入預(yù)處理，為了保持并行性，達到較好的加速效果，對于豎直方向的一維DCT變換，將中間變量右移舍入使其位寬在16bit內(nèi)；具體的右移計算如式(1)：

y＝(x+(1<<(MIVO-1)))>>MIVO(1)

其中：x為需要進行右移舍入的數(shù)據(jù)，MIVO為中間變量最大階數(shù)，y是執(zhí)行完右移舍入后的結(jié)果；