HEVC編碼器中運動估計的VLSI架構(gòu)設(shè)計.pdf

1、隨著視頻技術(shù)的發(fā)展，視頻的分辨率變得越來越高。目前，高清、超高清視頻已經(jīng)成為主流，相應(yīng)每一幀視頻信息量也急劇增加，對超高清視頻的存儲和傳輸帶來極大挑戰(zhàn)。視頻編碼技術(shù)可以為視頻的壓縮和傳輸提供了很好的解決方案。最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC/H.265(High Efficiency Video Coding)，為高清和超高清視頻提供了良好的壓縮效率。在相同視頻清晰度的情況下，HEVC比上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264減少了近50％的編碼比特率。

2、在提高壓縮率的同時，HEVC編碼復(fù)雜度和編碼時間也相應(yīng)的增加，對視頻編解碼的實時性非常不利。因此，為了實現(xiàn)超高清視頻的實時傳輸，需要設(shè)計高吞吐和高性能的HEVC編解碼芯片。本文主要圍繞HEVC編碼器中幀間預(yù)測，提出了一種高吞吐的整像素運動估計和分像素運動估計的硬件架構(gòu)。具體工作如下:
　　(1)運動估計是HEVC幀間預(yù)測中最核心的模塊，為了提高視頻圖像的壓縮效率，其預(yù)測單元(PU)的尺寸和數(shù)量都急劇增加，造成運動估計的高復(fù)雜度，為

3、高清和超高清視頻的實時處理帶來巨大挑戰(zhàn)。本文針對整像素運動估計，提出了一種適合硬件實現(xiàn)的運動估計算法，并設(shè)計了硬件架構(gòu)。該算法分為粗搜索和細(xì)搜索兩個階段，對同一深度的預(yù)測單元共享了其粗搜索結(jié)果，增大了細(xì)搜索階段PU的并行度。對硬件設(shè)計部分，在粗搜索階段，設(shè)計了一種層次復(fù)用的參考像素調(diào)度策略，并為其組織了流水線結(jié)構(gòu)，保證了參考像素的完全復(fù)用和實現(xiàn)了搜索點之間有規(guī)律的流水線匹配代價計算;在細(xì)搜索階段，采用光柵掃描式搜索策略，復(fù)用了粗搜索時的

4、參考像素寄存器和SAD計算單元，大大減少了硬件資源。在90nm的工藝下，綜合結(jié)果表明最高頻率可以達(dá)到377MHz，在搜索范圍為±64時，能夠達(dá)到超高清視頻圖像3840×2160@60fps的實時處理速度。
　　(2)本文針對運動估計中分像素運動模塊進(jìn)行了硬件設(shè)計，對插值計算單元設(shè)計了共享半像素和1/4像素濾波器的插值濾波單元，并在不同插值位置間共享插值結(jié)果，減少了插值個數(shù)。通過分析搜索點的數(shù)據(jù)的處理順序，不同搜索階段，設(shè)計了插值和