H.264/AVC解碼器運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)模塊設(shè)計(jì)與應(yīng)用

、C塊的參考索引RefIdxA[f/b]、RefIdxB[f/b]、RefIdxC[f/b]中大于0的最小值來預(yù)測(cè)出當(dāng)前分割的參考索引號(hào)ReFrame[f/b]，如果RefIdxA[f/b]、RefIdxB[f/b]、RefIdxC[f/b]全部小于0，則ReFrame[f/b]取-1;然后用ReFrame[f/b]與A、B、C塊的參考索引進(jìn)行對(duì)比，如果ReFrame[f/b]只是A、B、C其中的1個(gè)，現(xiàn)令其為SelectedBlk的索引號(hào)相同，則當(dāng)前分割的運(yùn)動(dòng)矢量中，(MVx，MVy)取SelectedBlk的(MVxS，MVyS);否則取A、B、C塊運(yùn)動(dòng)矢量的中值。

在空間模式及復(fù)制模式下，需要使用空間上相鄰的上邊及左邊的4×4塊的運(yùn)動(dòng)矢量信息來對(duì)空間模式、復(fù)制模式中的運(yùn)動(dòng)矢量以及ReadMV模式中的MVp進(jìn)行計(jì)算。針對(duì)非MBAFF模式和MBAFF模式所需要的block的運(yùn)動(dòng)矢量信息分析如下：

(1)在非MBAFF模式時(shí)，硬件實(shí)現(xiàn)需要維持1個(gè)4×4 block行，以及當(dāng)前待解碼宏塊的左邊4個(gè)block列的運(yùn)動(dòng)矢量信息。解碼器如果需要支持1 920×1 280分辨率視頻流的解碼，則就要存儲(chǔ)(1 920/4+4+1)=485個(gè)4×4 block的運(yùn)動(dòng)矢量信息。

(2)在MBAFF模式時(shí)，由于宏塊對(duì)的出現(xiàn)使得所需要的block信息相比非MBAFF模式的情況更加復(fù)雜。硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)需要維持2個(gè)4×4 block行，以及當(dāng)前待解碼宏塊的左邊宏塊對(duì)的8個(gè)block列的運(yùn)動(dòng)矢量信息。解碼器如果需要支持1 920×1 280分辨率視頻流的解碼，則就要存儲(chǔ)(2×(1920/4)+8+1)=969個(gè)4×4 block的運(yùn)動(dòng)矢量信息。

設(shè)計(jì)中將這部分信息存放在片內(nèi)SRAM中。此外，為了便于讀取以及節(jié)省存取時(shí)間，設(shè)計(jì)中將1個(gè)block的運(yùn)動(dòng)矢量信息存放于SRAM 1個(gè)地址單元中。1個(gè)地址單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)需要存放前向參考索引RefIdxF、后向參考索引RefIdxB、前向水平運(yùn)動(dòng)矢量MVxF、前向垂直運(yùn)動(dòng)矢量MVyF、后向水平運(yùn)動(dòng)矢量MVxB、后向垂直運(yùn)動(dòng)矢量MVyB。

通過以上分析在硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)采用如圖11所示的結(jié)構(gòu)對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)中使用1個(gè)Local Sram作為1個(gè)Line buffer來對(duì)空間模式及復(fù)制模式下需要使用到的空間上相鄰塊的運(yùn)動(dòng)矢量信息進(jìn)行存儲(chǔ)。計(jì)算完畢后得出完成信號(hào)給地址生成器以便其產(chǎn)生相應(yīng)的地址將解碼好的數(shù)據(jù)存回Local Sram中供后續(xù)解碼使用。

2.2 時(shí)間模式重建算法和硬件設(shè)計(jì)

由圖可見，時(shí)間模式運(yùn)動(dòng)矢量重建的步驟為：

(1)當(dāng)前待解的分割先在List[1][0]中找到與自己位置相對(duì)應(yīng)的分割相應(yīng)的、在List[0]中的參考圖像List[0][x]，將該參考圖像作為當(dāng)前分割的List[0]參考。

(2)找出List[1][0]圖像中與當(dāng)前分割位置相對(duì)應(yīng)的分割指向List[0][x]的運(yùn)動(dòng)矢量MVCol[2]和參考索引refIdxCol[2]。

(3)根據(jù)當(dāng)前分割所在圖像與List[0][x]圖像的播放順序POC的差值tb[2]、List[0][x]與List[1][0]的POC的差值td[2]，通過如下公式量化出當(dāng)前分割指向List[0][x]圖像的運(yùn)動(dòng)矢量MVL0以及指向List[1][0]的運(yùn)動(dòng)矢量MVL1。

tb=Clip3(-128，127，DiffPicOrderCnt(currPicOrField， pic0))

td=Clip3(-128，127，DiffPicOrderCnt(pic1，pic0))

tx=(16 384+Abs(td/2))/td

DistScaleFactor=Clip3(-1024，1023，(tb*tx+32)》6)

MVL0=(DistScaleFactor*mvCol+128)》8

MVL1=MVL0-MVCol

(4) 根據(jù)refIdxCol和當(dāng)前圖像是幀或場(chǎng)圖像標(biāo)志field_pic_flag以及當(dāng)前宏塊是幀宏塊或場(chǎng)宏塊來計(jì)算refIdxL0：

refIdxL0=((refIdxCol<0)?0:MapColToList0(refIdxCol))

refIdxL1=0

在非MBAFF模式時(shí)，圖像類型可以是FRM和FLD表示當(dāng)前是幀或場(chǎng);在MBAFF模式時(shí)，圖像類型以AFRM表示當(dāng)前圖像是宏塊級(jí)幀場(chǎng)自適應(yīng)。

在MBAFF模式時(shí)，首先根據(jù)當(dāng)前圖像類型PicCodingStruct(CurrPic)[2]和參考圖像類型PicCodingStruct(colPic)[2]來計(jì)算1個(gè)宏塊地址mbAddrX，然后再根據(jù)mbAddrX是否為場(chǎng)宏塊以及當(dāng)前宏塊是否為場(chǎng)宏塊來計(jì)算出在List[1][0]中與當(dāng)前分割位置相對(duì)應(yīng)的宏塊mbAddrCol，最后得到其中相應(yīng)宏塊分割mbAddrColmbPartIdxColsubMbPartIdxCol的運(yùn)動(dòng)矢量MVCol和參考索引refIdxCol，MVCol和refIdxCol取值為mbAddrCol相應(yīng)分割的前向或者后向運(yùn)動(dòng)矢量和參考索引。

因此，對(duì)于已經(jīng)解碼的圖像需要存儲(chǔ)每個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量、參考索引、宏塊類型(mbType、subMbType)和宏塊的幀場(chǎng)標(biāo)志mb_field_decoding_flag[2]，以用于當(dāng)前圖像宏塊的運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)。

時(shí)間模式下運(yùn)動(dòng)矢量重建的硬件實(shí)現(xiàn)框圖如圖13所示。設(shè)計(jì)中采用了空間模式以及復(fù)制模式硬件實(shí)現(xiàn)所用的Local Sram。這里還在Local Sram中開辟了一段新的存儲(chǔ)空間，用于存放所需要的圖像層信息。與空間及復(fù)制模式一樣，重建后的運(yùn)動(dòng)矢量信息寫回到Local Sram中供后續(xù)解碼使用。

由運(yùn)算公式可見時(shí)間模式下運(yùn)動(dòng)矢量的重建涉及乘法、除法、加法以及減法運(yùn)算，這些運(yùn)算對(duì)于硬件實(shí)現(xiàn)將會(huì)帶來很大的開銷，所以設(shè)計(jì)中將差值運(yùn)算拆分成流水線的形式進(jìn)行運(yùn)算。

本文介紹了H.264/AVC的宏塊自適應(yīng)幀場(chǎng)模式在P幀和B幀的幀間預(yù)測(cè)算法，H.264支持1/4或1/8像素精度的運(yùn)動(dòng)矢量。在1/4像素精度時(shí)可使用6抽頭濾波器來減少高頻噪聲，對(duì)于1/8像素精度的運(yùn)動(dòng)矢量，可使用更為復(fù)雜的8抽頭的濾波器。在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)，編碼器還可選擇"增強(qiáng)"內(nèi)插濾波器來提高預(yù)測(cè)的效果。分析了運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)模塊的硬件實(shí)現(xiàn)，提出了可行的數(shù)據(jù)組織結(jié)構(gòu)和硬件實(shí)現(xiàn)方法。