H．264解碼器中一種新穎的去塊效應(yīng)濾波器設(shè)計(jì)

4 階流水線每個(gè)階段的任務(wù)
階流水線每個(gè)階段的任務(wù)為：獲取像素與濾波強(qiáng)度；閾值判斷；預(yù)濾波；二次濾波；回寫。操作類型轉(zhuǎn)換與可重新配置路徑設(shè)計(jì)：首先進(jìn)行操作類型的變換，使用加法與移位操作硬件替換了原來(lái)所有的乘法與除法硬件。當(dāng)Bs=4時(shí)，濾波被3，4，5抽頭的濾波器執(zhí)行，盡管應(yīng)用不同抽頭數(shù)目的濾波器，仍考慮硬件復(fù)用以及輸入數(shù)據(jù)路徑重新配置。由于設(shè)計(jì)中的表達(dá)式采用兩輸入加法，因而可以公用加法的中間結(jié)果。此外，通過(guò)重新配置在不同濾波抽頭系數(shù)時(shí)的加法器的輸入，達(dá)到共享資源的目的。同理，當(dāng)Bs=1，2，3時(shí)，通過(guò)輸入路徑的重新配置，同樣達(dá)到共享加法與減法器，達(dá)到共享資源的目的，資源使用前后對(duì)比見(jiàn)表1。

5 流水線競(jìng)爭(zhēng)與混合濾波順序
5．1 流水線競(jìng)爭(zhēng)的原因
(1)數(shù)據(jù)競(jìng)爭(zhēng)：當(dāng)目的結(jié)果需要用作源操作數(shù)時(shí)；
(2)結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)：由于有限的存儲(chǔ)器帶寬，大量而頻繁的像素訪問(wèn)需要以及存儲(chǔ)器的低效率管理而引起；
(3)控制競(jìng)爭(zhēng)：相鄰邊界的濾波是相對(duì)獨(dú)立的，當(dāng)一條邊界進(jìn)入它的流水線階段時(shí)，它不能夠停止，直到它的第5階段新像素值回寫存儲(chǔ)器操作結(jié)束?？刂聘?jìng)爭(zhēng)，由于分支語(yǔ)句或延遲等待引起的。
5．2 一種新穎的混合濾波順序
傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)按照H．264／AVC標(biāo)準(zhǔn)使用了基本的順序?yàn)V波，沒(méi)有考慮到相鄰濾波邊界的數(shù)據(jù)重用與數(shù)據(jù)相互依賴性以及存儲(chǔ)器的讀與寫訪問(wèn)延時(shí)，因此這里提出了新穎的濾波方法。新穎的濾波順序仍然遵守先左后右，先上后下的原則，但是考慮了相鄰邊界的數(shù)據(jù)依賴性與重用性，解決了數(shù)據(jù)冒險(xiǎn)與結(jié)構(gòu)冒險(xiǎn)問(wèn)題，避免了流水線的延遲。濾波包括亮度部分與色度部分，共48條邊界，濾波順序按照如圖4所示的從小到大的數(shù)字進(jìn)行。

5．3 新穎的存儲(chǔ)更新策略
考慮到外部存儲(chǔ)器的帶寬是32位的，為了配合這里提出的邊界濾波順序，避免由于存儲(chǔ)器的帶寬限制而引起的結(jié)構(gòu)競(jìng)爭(zhēng)從而導(dǎo)致流水線出現(xiàn)延遲，這里提出了新穎的存儲(chǔ)器更新機(jī)制，即給不同的4×4宏塊分配不同的時(shí)隙進(jìn)行像素回寫。
去塊效應(yīng)模塊被分配在整個(gè)解碼模塊的最后一步實(shí)現(xiàn)，而其它的重建步驟、像幀內(nèi)濾波模塊、幀間濾波模塊均以4×4宏塊為基本單位來(lái)進(jìn)行流水線處理，但是由于去塊效應(yīng)濾波模塊中不同邊界之間的數(shù)據(jù)依賴關(guān)系，因而它是以整個(gè)16×16宏塊為基本單位進(jìn)行濾波的。此外，只有整個(gè)16×16宏塊的像素重建完畢之后．才可以進(jìn)行該宏塊的濾波，因而使用了2個(gè)SRAM，一個(gè)為像素重建提供像素；另一個(gè)為像素濾波提供像素，當(dāng)一個(gè)宏塊被處理完畢，兩個(gè)SRAM交換角色，這樣避免在兩個(gè)SRAM之間傳遞數(shù)據(jù)導(dǎo)致的時(shí)間與功耗開銷。使用仿真工具對(duì)整個(gè)去塊效應(yīng)頂層模塊DF_top進(jìn)行了仿真，仿真部分結(jié)果如圖5所示。

6 結(jié) 語(yǔ)
使用硬件描述語(yǔ)言完成了設(shè)計(jì)，并在FPGA平臺(tái)上得到驗(yàn)證。設(shè)計(jì)采用流水線技術(shù)，混合濾波方法，配合新穎的存儲(chǔ)器更新機(jī)制等方案，實(shí)時(shí)濾波頻率上限約為200 MHz，吞吐量為濾波每個(gè)16×16宏塊需要198個(gè)時(shí)鐘周期。使用HJTC，CMOS工藝，使用Syn-opsys Co．的DC工具進(jìn)行綜合，時(shí)序分析以及功耗分析，結(jié)論是時(shí)序滿足收斂要求，并且完成單個(gè)宏塊的濾波消耗的能量大約為2μW，功耗得到了很大的降低。