基于FPGA的運(yùn)動(dòng)估計(jì)設(shè)計(jì)
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時(shí)間：2012-07-02
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2．3 減法器模塊
減法器模塊主要是完成當(dāng)前塊像素點(diǎn)值和參考?jí)K像素點(diǎn)值之間的作差，并將做差結(jié)果進(jìn)行取絕對(duì)值運(yùn)算。本減法器是采用9個(gè)LPM(參數(shù)化模塊庫(kù))元件庫(kù)中的減法器合成的。而LPM中的減法器將被減數(shù)和減數(shù)明確地分開(kāi)了。因此，在將當(dāng)前塊和參考?jí)K像素點(diǎn)值輸入到減法器之前先對(duì)二者進(jìn)行比較，再分別輸入到減法器的被減數(shù)和減數(shù)端口。這樣當(dāng)減法器設(shè)置為無(wú)符號(hào)數(shù)運(yùn)算時(shí)，輸出結(jié)果就相當(dāng)于取了絕對(duì)值的差
值。從時(shí)鐘周期的角度發(fā)現(xiàn)，整個(gè)減法器在256x9個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)是都在運(yùn)行的，但是所要采集的有用信號(hào)僅僅是9個(gè)獨(dú)立的256個(gè)時(shí)鐘周期，即每個(gè)減法器僅僅使用256個(gè)時(shí)鐘周期的有用信號(hào)，其他時(shí)鐘周期內(nèi)的信號(hào)對(duì)于其他減法器是有用信號(hào)，但是對(duì)于本減法器卻是干擾信號(hào)，必須要消除。這就是在參考?jí)K分頻器里面引入當(dāng)前塊信息的原因。
2．4 累加比較器模塊
累加比較器主要是完成對(duì)每個(gè)減法器輸出的取過(guò)絕對(duì)值的差值信號(hào)的累加，并將累加結(jié)果進(jìn)行比較輸出最佳運(yùn)動(dòng)矢量。累加比較器的設(shè)計(jì)和減法器的設(shè)計(jì)有很大關(guān)系，除了在上述的取絕對(duì)值方面二者相互要求比較嚴(yán)格之外，在時(shí)序方面，二者也有很大關(guān)聯(lián)。9個(gè)減法器在參考?jí)K分頻器模塊的作用下，工作于所有的時(shí)鐘周期里面，而累加比較器則是以減法器輸出的信號(hào)作為累加原材料的，這就使得累加比較器也必須從時(shí)鐘的起始點(diǎn)就開(kāi)始工作。確定運(yùn)動(dòng)矢量的標(biāo)準(zhǔn)是SAD最小值。也就是要通過(guò)比較9個(gè)累加結(jié)果，確定出最小值，并由地址計(jì)數(shù)器模塊找到這個(gè)最小值所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)矢量。
2．5 整體方案
整體方案主要是將三步搜索法中的三步分開(kāi)進(jìn)行。在外部輸入信號(hào)的控制下，先輸入第一步搜索的地址計(jì)算控制因子，使得尋址范圍是在步長(zhǎng)為4的9個(gè)數(shù)據(jù)塊群里面，第一步搜索完成時(shí)將第一步搜索到的最佳運(yùn)動(dòng)矢量輸入到第二步的搜索中，完成機(jī)制和第一步唯一的區(qū)別就是地址計(jì)算和產(chǎn)生的尋址范圍不同，這樣一直到完成第三步搜索時(shí)，將第三步搜索得到的最佳運(yùn)動(dòng)矢量作為當(dāng)前塊在這個(gè)搜索窗口里面的最佳運(yùn)動(dòng)矢量。
3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析
本設(shè)計(jì)采用Stratix II系列的EP2S15F484C3器件進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖6所示。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/190177.htm
由仿真結(jié)果可知整個(gè)搜索過(guò)程完全符合時(shí)序要求，總的邏輯資源占用率是27％。組合查找表使用了2 169個(gè)，占總數(shù)量12 480的17％。專(zhuān)用邏輯寄存器使用了2 855個(gè)，占總數(shù)量12 480的23％。而用的總的寄存器數(shù)也就是2 855。使用了180個(gè)片上引腳，占總個(gè)數(shù)的52％。使用了86 088比特的塊存儲(chǔ)器單元，占總的快存儲(chǔ)器數(shù)量的21％。搜索到的最佳運(yùn)動(dòng)矢量(0，-7)，由前兩步的搜索結(jié)果可知其完全正確。
4 結(jié)束語(yǔ)
本文中采用FPGA設(shè)計(jì)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方案無(wú)論在搜索速度，資源利用還是時(shí)序控制上都具有一定的優(yōu)越性，可以大大提高視頻編碼器設(shè)計(jì)的性?xún)r(jià)比。另外，隨著半導(dǎo)體工藝的不斷進(jìn)步，FPGA的性?xún)r(jià)比將不斷提高，將使得運(yùn)動(dòng)估計(jì)乃至視頻編碼的技術(shù)不斷提高。
評(píng)論