H.264_AVC視頻編碼變換量化核實現(xiàn)
2003年推出新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)H.264 /MPEG-4 -10AVC,簡稱H.264/AVC。H.264/AVC采用一系列新的壓縮方法[1],可獲得更好的壓縮效果,其壓縮率達到以往標(biāo)準(zhǔn)的1.5~2倍。因此,基于這一標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)研究和硬件實現(xiàn)具有重要的意義。視頻壓縮硬件實現(xiàn)的關(guān)鍵是編解碼模塊,其中尤以編碼模塊最為核心。本文主要研究編碼模塊中的4×4整數(shù)變換量化核,提出硬件實現(xiàn)的優(yōu)化方法,并采用Verilog HDL語言進行硬件設(shè)計和綜合。
1 4×4整數(shù)變換量化核的原理
在以前的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)如MPEG-2和H.263中,對于預(yù)測的殘差數(shù)據(jù)都是采用8×8離散余弦變換(DCT)[1]作為變換的基本運算操作;而在H.264/AVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中,則采用類似DCT變換形式的基于4×4 像素塊的整數(shù)變換。由于變換塊的尺寸縮小,運動物體的劃分更精確,而且運動物體邊緣處的銜接誤差大為減小。
對于整數(shù)變換方式,4×4像素塊的變換公式[3]為:
式中,(CXCT)是二維變換核,Ef是縮放因子矩陣,符號表示CXCT矩陣里的每個元素和Ef矩陣中相同位置的元素相乘,a=1/2,b=
。為了更有效地壓縮數(shù)據(jù),需要利用量化的方法對變換后的數(shù)據(jù)進行有損壓縮。同時,由于整數(shù)變換需要利用矩陣行向量的歸一化因子進行系數(shù)縮放處理,為降低變換的運算量,在H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)中將變換的系數(shù)縮放并進行量化運算處理,避免了復(fù)雜的實數(shù)運算和除法運算,更有利于硬件的實現(xiàn)。
對于量化方式,正向量化運算可由如下公式[3]實現(xiàn):
式中, Zij為量化后的系數(shù);Wij為變換矩陣W=CXCT中的元素;MF=
·2q,PF 稱為縮放系數(shù),根據(jù)元素在陣列塊中的不同位置,其取值如表1所示,Qstep為量化步長,由0至51共52個量化參數(shù)QP決定,QP增加1, Qstep增加12.5%; q=15+QP/6,QP/6取整數(shù);對于幀內(nèi)宏塊f取2q/3,幀間宏塊f取2q/6。需要指出的是,MF的值可根據(jù)PF和QP的取值經(jīng)簡單計算得到,并可形成
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