H.264解码器中一种新颖的去块效应滤波器设计

• 　　图像的编解码技术是多媒体技术的关键，H．264／AVC是国际上最先进的视频压缩技术，其主要特点是采用小尺寸整数余弦变换、1／4像素的运动估计精度、多参考帧预测，基于上下文可变长度编码和环路内去块效应滤波器等技术。由于去块效应滤波器大约占整个解码器1／3的运算量，因此该部分的设计成为整个解码器设计的瓶颈，在此研究了一种新颖的环路内去块效应滤波器设计。设计中采用5阶流水线的去块效应模块，利用混合滤波顺序与打乱的存储更新机制的方法提高了流水线畅顺性，滤波一个16×16大小的宏块仅需要198个时钟周期。

  　　1 H．264／AVC的去块效应

  　　在基于块的视频编码方法中，各个块的编解码是互相独立的，由于预测、补偿、变化、量化等引起块与块之间的边界处会产生不连续，因此新版H．264／AVC标准采用了环路内去块滤波器来解决每个16×16宏块重建后的边界扭曲问题。去块效应滤波有两种方法：后处理去块效应滤波；环路内去块效应滤波。H．264／AVC采用环路内去块效应滤波(见图1)，即滤波后的帧作为后面预测的参考帧。与之前的H．263或MPEG的滤波器相比较，新版H．264标准采用的滤波器基于更小的4×4的基本宏块，基本宏块的边界根据片级／宏块级的特性与根据像素穿过滤波边界的渐变度，对需要滤波的宏块边界进行有条件的滤波。重建帧的每个像素都需要从外部存储器中重调出来以进行滤波处理或作为相邻像素来判断当前像素是否需要进行滤波。显然，这些操作需要消耗巨大的存储器带宽，对像素值进行修改。
  

  　　本文设计的去块效应滤波模块采用流水线技术来提高系统吞吐量。理想流水线的高效率实现基于相邻的滤波操作没有数据性。文献[3，4]采用了非流水线的架构，因此无法提高系统的吞吐量。而对于流水线架构，如若不优化滤波顺序与存储器访问次序，则所产生的数据与结构冒险也将大大降低流水线的效率。有人使用双端口的片上SRAM来减少片外存储器的带宽，增加了系统的吞吐量，但是双端口存储器面积较大且增加功耗。与流水线的滤波器相比，非流水线滤波器的操作(包括条件判断、查表、像素计算等)是顺序化的，即每个时钟仅处理一个操作类型，因此它所能达到的最大系统频率要低很多。