H.264/AVC解碼器運動矢量預(yù)測模塊設(shè)計與應(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)測出當(dāng)前分割的參考索引號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塊的參考索引進行對比，如果ReFrame[f/b]只是A、B、C其中的1個，現(xiàn)令其為SelectedBlk的索引號相同，則當(dāng)前分割的運動矢量中，(MVx，MVy)取SelectedBlk的(MVxS，MVyS);否則取A、B、C塊運動矢量的中值。

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塊的運動矢量信息來對空間模式、復(fù)制模式中的運動矢量以及ReadMV模式中的MVp進行計算。針對非MBAFF模式和MBAFF模式所需要的block的運動矢量信息分析如下：

(1)在非MBAFF模式時，硬件實現(xiàn)需要維持1個4×4 block行，以及當(dāng)前待解碼宏塊的左邊4個block列的運動矢量信息。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(1 920/4+4+1)=485個4×4 block的運動矢量信息。

(2)在MBAFF模式時，由于宏塊對的出現(xiàn)使得所需要的block信息相比非MBAFF模式的情況更加復(fù)雜。硬件實現(xiàn)時需要維持2個4×4 block行，以及當(dāng)前待解碼宏塊的左邊宏塊對的8個block列的運動矢量信息。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(2×(1920/4)+8+1)=969個4×4 block的運動矢量信息。

設(shè)計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)省存取時間，設(shè)計中將1個block的運動矢量信息存放于SRAM 1個地址單元中。1個地址單元的數(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、前向水平運動矢量MVxF、前向垂直運動矢量MVyF、后向水平運動矢量MVxB、后向垂直運動矢量MVyB。

通過以上分析在硬件實現(xiàn)時采用如圖11所示的結(jié)構(gòu)對該模塊進行設(shè)計。設(shè)計中使用1個Local Sram作為1個Line buffer來對空間模式及復(fù)制模式下需要使用到的空間上相鄰塊的運動矢量信息進行存儲。計算完畢后得出完成信號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 時間模式重建算法和硬件設(shè)計

由圖可見，時間模式運動矢量重建的步驟為：

(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)前分割位置相對應(yīng)的分割指向List[0][x]的運動矢量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]圖像的運動矢量MVL0以及指向List[1][0]的運動矢量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)前圖像是幀或場圖像標(biāo)志field_pic_flag以及當(dāng)前宏塊是幀宏塊或場宏塊來計算refIdxL0：

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

refIdxL1=0

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

在MBAFF模式時，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]來計算1個宏塊地址mbAddrX，然后再根據(jù)mbAddrX是否為場宏塊以及當(dāng)前宏塊是否為場宏塊來計算出在List[1][0]中與當(dāng)前分割位置相對應(yīng)的宏塊mbAddrCol，最后得到其中相應(yīng)宏塊分割mbAddrColmbPartIdxColsubMbPartIdxCol的運動矢量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動矢量和參考索引。

因此，對于已經(jīng)解碼的圖像需要存儲每個宏塊的運動矢量、參考索引、宏塊類型(mbType、subMbType)和宏塊的幀場標(biāo)志mb_field_decoding_flag[2]，以用于當(dāng)前圖像宏塊的運動矢量預(yù)測。

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

由運算公式可見時間模式下運動矢量的重建涉及乘法、除法、加法以及減法運算，這些運算對于硬件實現(xiàn)將會帶來很大的開銷，所以設(shè)計中將差值運算拆分成流水線的形式進行運算。

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