（计算机软件与理论专业论文）AVS1P7环路滤波器研究与设计.pdf

摘要 基于块的编码技术引入的块效应会影响图像的主观质量，我国具有自主知识产 权的移动视频编码标准a v s l p 7 采用环路滤波技术去除块效应。环路滤波在有效地 消除图像的块效应改善视频图像质量和压缩效率的同时也带来了运算量的提升。 a v s l 一p 7 主要针对移动视频应用，移动设备处理器处理能力有限，如何加快环路滤 波处理速度是实现实时解码的重要问题。设计高效的针对滤波的硬件加速结构是实 现编解码系统快速滤波的有效方法。本文即对符合我国具有自主知识产权的移动视 频编码标准a v s l 一p 7 的环路滤波器进行研究设计。 本文首先分析了移动视频标准a v s l - p 7 的关键技术，然后介绍、分析了标准中 采用的环路滤波算法，在此基础上，对符合移动视频标准a v s l p 7 的环路滤波器进 行了设计。在本文的设计中，在环路滤波器内部设置了片内存储器，通过片内存储 器的使用减少了环路滤波操作对系统数据总线带宽的占用，利于实时解码整体功能 的实现；为能对滤波边界( 垂直边界或水平边界) 两边的数据并行读取或写回，采 用了存储分离策略并对滤波时所需要的数据的存储位置进行了安排，实现了在对垂 直边界和水平边界滤波时都能并行存取数据，加快了环路滤波速度，利于解码速度 的加快。 用v e r i l o gh d l 硬件描述语言对设计进行了描述，并在m o d e l s i m 中进行了功 能仿真，仿真结果显示了设计的正确性。 关键词：移动视频；环路滤波；存储分离：宏块；并行存取 a b s t r a c t t h eb l o c k i n ga r t i f a c t sw h i c hb l o c k - b a s e dc o d i n gt e c h n o l o g i e sb r i n go nd e t e r i o r a t et h e v i d e os u b j e c t i v ev i s u a lq u a l i t y t h em o b i l ev i d e oc o d i n gs t a n d a r da v s1 - p 7i st h e s e v e n t hp a r to fa v ss e r i e ss t a n d a r d sa n dt h ef u l l yi n t e l l e c t u a lp r o p e r t yo fa v si so w n e d b yc h i n a l o o pf i l t e ri su s e di na v s 1 一p 7t or e d u c eb l o c k i n ga r t i f a c t s w h e nr e d u c i n g b l o c k i n ga r t i f a c t s ，l o o pf i l t e rb r i n g sal o to fc o m p u t a t i o n 。a v s l 一p 7i sas t a n d a r df o r m o b i l ea p p l i c a t i o na n dt h ep r o c e s s i n ga b i l i t yo ft h ep r o c e s s o ro ft h em o b i l ed e v i c ei s l i m i t e d i ti sa l li m p o r t a n tp r o b l e mt h a th o wt oa c c e l e r a t et h ef i l t e r i n gp r o c e s s i ti sa l l e f f e c t i v em e t h o dt h a td e s i g n i n gas p e c i a lh a r d w a r ea c c e l e r a t o rf o rf i l t e r i n gt oa c c e l e r a t e t h ef i l t e r i n gp r o c e s sa n dd e c o d i n gp r o c e s s i nt h i sp a p e r , t h el o o pf i l t e rf o rt h em o b i l e v i d e oc o d i n gs t a n d a r da v s1 - p 7 ，t h ef u l l yi n t e l l e c t u a lp r o p e r t yo fw h i c hi so w n e db y c h i n a , i sr e s e a r c h e da n dd e s i g n e d i nt h i sp a p e r , t h ek e yt e c h n o l o g i e si na v s1 - p 7a n dt h ea l g o r i t h mo fl o o pf i l t e ra r e i n t r o d u c e da n da n a l y z e d b a s e do na b o v e ，t h el o o pf i l t e ri sd e s i g n e d i nt h ed e s i g n , s r a mi su s e di nt h el o o pf i l t e ra n dt h eu s eo fs y s t e md a t ab u si sr e d u c e db yt h eu s eo f s r a m i ti su s e f u lf o rt h ei m p l e m e n t a t i o no fr e a l t i m ed e c o d i n g i no r d e rt or e a da n d w r i t et h ed a t ao ne a c hs i d eo ft h ef i l t e r i n gb o u n d a r y ( v e r t i c a lo rh o r i z o n t a lb o u n d a r y ) a t t h es a m et i m e ，t h es r a mi sd i v i d e di n t ot w op a r t sb yt h es t r a t e g yo fs t o r a g es e p a r a t i o n a n dt h ep o s i t i o ni ns r a mo ft h ed a t an e e d i n gf i l t e r i n gi sa r r a n g e d ，b yd o i n gw h i c ht h e d a t ao ne a c hs i d eo ft h ef i l t e r i n gb o u n d a r y ( v e r t i c a lo rh o r i z o n t a lb o u n d a r y ) c o u l db e a c c e s s e da tt h es a m et i m ea n dt h ef i l t e r i n gp r o c e s si sa c c e l e r a t e da n dt h ed e c o d i n g p r o c e s sc a l lb ea c c e l e r a t e d t h ed e s i g ni sd e s c r i b e db yv e r i l o gh a r d w a r ed e s c r i b el a n g u a g ea n ds i m u l a t e di n m o d e l s i m t h es i m u l a t i o ns h o w st h a tt h ed e s i g ni sc o r r e c t k e y w o r d s ：m o b i l ev i d e o ；l o o pf i l t e r ；s t o r a g es e p a r a t i o n ；m a c r o b i o c k ；p a r a l l e l a c c e s s 学位论文独创性声明、学位论文知识产权权属声明 学位论文独创性声明 本人声明，所呈交的学位论文系本人在导师指导下独立完成的研究成果。文中 依法引用他人蚴果，均已做出明确标注或得到许可。论文内容未包含法律意义上 已属于他人的任何形式的研究成果，也不包含本人已用于其他学位申请的论文或成 果。 本人如违反上述声明，愿意承担由此引发的一切责任和后果。 论文作者签名： 互】訇强日期：a 谚年箩月胆日 学位论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的学位论文及相关的职务作品，知识产权归属学校。 学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权利。本人离校 后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为 青岛大学。 本学位论文属于： 保密口，在年解密后适用于本声明。 不保密留。 ( 请在以上方框内打“ ) 导师签名：o pr 彳p 1 | 9 日期：珈曙年扩月2 日 ( 本声明的版权归青点大学所有，未经许可，任何单位及任何个人不得擅自使用) 引言 引言 a v s ( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r d ) 标准【1 , 2 1 是信息技术先进音视频编码系 列标准的简称，是我国具有自主知识产权的第二代信源编码标准。国际上音视频编 解码标准主要两大系列：国际标准化组织国际电工委员会( i n t e r n a t i o n a lo r g a n i z a t i o n f o rs t a n d a r d i z a t i o n i n t e r n a t i o n a le l e c t r o t e c h n i c a lc o m m i s s i o n ，i s o i e c ) j t c1 制定的 m p e g 系列标准( m p e g 1 ，m p e g 一2 【3 1 ，m p e g - 4 4 】等) ；国际电信联盟( i n t e r n a t i o n a l t e l e c o m m u n i c a t i o nu n i o n ，i t u ) 针对多媒体通信制定的h 2 6 x 系列视频编码标准 ( i - i 2 6 1 t 5 1 、h 2 6 2 、h 2 6 3 1 6 , 7 、h 2 6 3 + 、h 2 6 3 + + 等) 和g 7 系列音频编码标准。1 9 9 4 年由m p e g 和i t u 合作制定的m p e g 2 是国际音视频标准领域的一个里程碑，是第 一代音视频编解码标准的代表。此后经过多年演变，音视频编码技术本身和产业应 用背景都发生了明显变化。由i s o i e cm p e g 和i t u tv c e g 成立的联合视频工作 组( j o i n tv i d e ot e a m ，t ) 开发了新的视频编码标准，在i s o i e c 中，该标准的正 式名称为m p e g 4a v c ( a d v a n c e dv i d e oc o d i n g ) 标准，作为m p e g - 4 标准的第 十部分；在i t u t 中的名称为h 2 6 4 1 s , 9 1 标准。我国于2 0 0 2 年6 月成立的“数字音 视频编解码技术标准工作组”( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r dw o r k g r o u po f c h i n a ) 联 合我国国内从事数字音视频编解码技术研发的机构和企业共同研发出第一个针对 视频产业需求制定的标准a v s 。目前音视频产业可以选择的信源编码标准有五个： m p e g 2 、m p e g 4 、m p e g 4a v c ( 简称a v c ，也称t 、h 2 6 4 ) 及我国自主制 定的a v s 和微软公司的由美国电影与电视工程师协会( s o c i e t yo f m o t i o np i c t u r ea n d t e l e v i s i o ne n g i n e e r s ，s m p t e ) 发布的v c 一1 。m p e g - 2 是第一代信源编码标准， m p e g 4 、m p e g 4a v c 、a v s 与v c 1 为第二代标准。从编码效率方面，m p e g 4 是m p e g 一2 的1 4 倍，a v s 和a v c 相当，都是m p e g 2 两倍以上。m p e g 2 标准 对每台设备进行收费，2 0 0 2 年之前，家电设备每台收费6 美元，解码设备每台收费 4 美元。2 0 0 2 年之后，家电设备每台收费2 5 美元，解码设备每台收费2 5 美元。 m p e g 2 由于技术陈旧需要更新及收费较高等原因据预测将退出历史舞台。m p e g l a 对m p e g - 4 标准制定的收费模式是每台解码设备0 2 5 美元，同时还对设备按 1 青岛大学硕士学位论文 时间收费。m p e g - 4a v c h 2 6 4 标准的制定过程中，m p e gl a 一直在筹划其收费 模式。2 0 0 3 年“月1 7 日，m p e gl a 宣布h 2 6 4 m p e g 4a v c 的必要专利权人就 联合许可条款达成了协议。根据这一政策，需要缴纳专利费的厂商有两种类型：编 解码产品制造商和视频节目运营商【1 0 】。对于终端产品制造厂商，对每台设备进行收 费。视频节目运营商提供符合h 2 6 4 m p e g - 4a v c 标准的视频节目，需要支付加盟 费( p a r t i c i p a t i o nf e e ) ，即根据节目、订户和本地发射台数等参数来对运营商收费， 对于中国的广播电视系统来说，电视台和大大小小的有线电视网需要缴纳的专利费 总额十分庞大，中国数字电视运营产业选择h 2 6 4 m p e g 4 a v c 仍将面临巨大负担。 a v s 是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，编码效率比m p e g 2 高2 3 倍，与h 2 6 4 m p e g 4 a v c 相当，而且技术方案简洁，芯片实现复杂度低，达到了 第二代标准的最高水平；而且，a v s 通过简洁的一站式许可政策，解决了 h 2 6 4 m p e g 4a v c 专利许可问题死结，是开放式制订的国家、国际标准，易于推 广：此外，h 2 6 4 m p e g 一4a v c 仅是一个视频编码标准，而a v s 是一套包含系统、 视频、音频、媒体版权管理在内的完整标准体系，为数字音视频产业提供更全面的 解决方案。a v s 对节目提供商和运营商免费，只对a v s 编解码产品收费。额度为 每台设备1 元人民币左右，为国际数字音视频市场提供了更好的选择【1 1 , 1 2 】。 a v s 可称第二代信源标准的上选，a v s 是一套适应面十分广阔的技术标准，其 优越性表现在以下几个方面： 1 a v s 是基于我国创新技术和部分公开技术的自主标准，其必要专利数量不到 相应国际标准的一半，绝大多数专利由中国会员贡献。a v s 通过简洁的一站式许可 政策，解决了h 2 6 4 m p e g - 4a v c 被专利许可问题缠身、难以产业化的死结。与一 些公司提出的标准相比，a v s 是开放式制定的国家、国际标准，因此易于推广； 2 a v s 具有先进的技术性能，其视频编码效率比第一代标准m p e g 2 提高了 2 - 3 倍，而且技术方案简洁，芯片实现复杂度低，与对应的国际标准h 2 6 4 a v c 处于同一水平，达到了第二代标准的最高水平，可节省一半以上的无线频谱和有线 信道资源； 3 a v s 为音视频产业提供完整的信源标准体系。m p e g - 4 a v c h 2 6 4 仅是一个 视频编码标准，而a v s 是一套包含系统、视频、音频、媒体版权管理在内的完整标 2 引言 准体系，为中国日渐强大的音视频产业提供了完整的信源编码技术方案。a v s 标准 正在通过与国际标准化组织合作，逐步进入国际市场。 a v s 标准包括系统、音频、视频、一致性测试、参考软件、数字媒体版权管理、 移动视频、在i p 网络上传输a v s 和a v s 文件格式等九个部分，a v s 标准中与视频 压缩编码有关的有两个独立的部分【1 3 】：a v s 第二部分【1 4 】( a v s l p 2 ) 和a v s 第七 部分【l5 1 ( a v s l 一p 7 ) ，a v s l p 2 主要针对高清晰度数字电视广播和高密度存储媒体 应用，已经由国家标准化管理委员会批准正式成为国家标准【1 6 】，并于2 0 0 6 年3 月1 日起正式实施。a v s l p 7 是a v s 系列标准中的第七部分移动视频编码标准，面向 移动应用制定，应用范围主要包括交互式存储媒体、多媒体邮件、分组网络的多媒 体业务、实时通信业务( 视频会议，可视电话等) 、远程视频监控等，这一部分在 制定初期被称为a v s 移动视频编码标准( a u d i ov i d e oc o d i n gs t a n d a r df o rm o b i l i t y 。 简称a v s m 【1 7 】) ，在a v s 工作组第1 3 次会议上被正式命名为a v s 视频第七部分 ( a v s l p 7 ) 。a v s l p 7 标准在制定过程中更多地考虑在处理能力、存储容量受限的 移动终端设备上的可实现性，其目标是保证较高编码效率的同时，尽可能地使实现 简单，该标准已经报审，有望成为我国下一代移动通信视频编码国家标准。 近几年来，国内外对视频编解码的研究主要还是集中在对h 2 6 4 等的研究上， 对于我国具有自主知识产权的编码标准a v s 国内的研究也主要集中在a v s 第二部 分数字高清编码标准a v s p 2 上，对于a v s 第七部分a v s l p 7 移动编码标准的研 究较少。由于近年来随着移动设备的快速发展，对于移动视频的研究也逐渐升温， a v s l - p 7 也逐渐凸显其重要性。目前的编码技术大多都是基于块的编码技术，如基 于块的运动估计和运动补偿，基于块的离散余弦变换( d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m d c t ) 1 8 和量化。a v s l p 7 编码框架中包括帧内预测、运动估计运动补偿、变换、 量化、反变换、反量化、熵编码、环路滤波、码率控制等模块【1 9 】。基于块的离散余 弦变换的变换编码方法是目前视频图象编码压缩标准中的常用方法，与h 2 6 3 、 m p e g 一2 以及m p e g 一4 等视频编码标准相似，a v s l p 7 的变换算法也采用了基于块 的离散余弦变换，在这些标准的编码器中，将图像像素分割成互不重叠的小方块， 然后使用离散d c t 变换对这些小方块的数据从空间域转换到频域，然后将所得的 d c t 系数进行量化、编码。d c t 变换有效的利用了像素之间的空间相关性来进行 3 青岛大学硕士学位论文 信息的压缩，但基于块的d c t 变换忽略了块与块之间的像素相关性，量化过程中， 将d c t 变换之后的系数除以量化系数后取整，丢弃了一些通常情况下对图像质量 影响不大的高频分量，但是当压缩率较高时，会丢失块边缘的大量高频信息，造成 人眼觉察到图像中块的边界处有不连续的跳变，出现虚块的现象，此即块效应，块 效应对重建图像的质量有很大损伤【2 0 1 ，这就需要寻找相应的方法来消除块效应，环 路滤波技术就是根据一定的准则改变虚假边界两端的像素值，达到消除虚假边界的 目的，以获得更好的主观视觉效果。同运动补偿插值模块一样，环路滤波也是编解 码中耗费系统资源与复杂度非常高的模块之一，对编码和解码速度的提高有着重要 影响。作为消除块效应的手段，a v s l p 7 标准采用了环路滤波技术。环路滤波可以 有效地消除图像的方块效应，但在有效地改善视频图像质量和压缩效率的同时，滤 波操作也引入了极大的计算复杂度【2 l 】，带来的运算量提升却不可忽视，虽然同h 2 6 4 中的滤波相比，a v s l p 7 的滤波相对复杂度要低，但环路滤波时是对每一个宏块单 元对亮度、色度分别进行水平、垂直滤波，对于整个复杂度都低于h 2 6 4 的a v s l p 7 来说【2 2 1 ，其复杂度在解码中所占比例依然是相对高的。另一方面，环路滤波过程需 要反复从片外的存储器中读出待滤波的像素数据，并将滤波后的像素数据写入片外 存储器，频繁的读写操作往往成为制约滤波处理能力的瓶颈。a v s l p 7 主要针对移 动视频应用，移动设备处理器处理能力有限，解码器若采用软件解决方案，要获得 实时高质量的解码，无疑会要求性能较高的处理器，采用基于高性能数字信号处理 器的软件解决方案价格较高，若采用全硬件解决方案，则开发、测试周期较长，同 时又缺少必要的灵活性。针对这一矛盾，为加快处理速度，同时降低对处理器性能 的要求，可以采用软硬件结合的方法，在嵌入式处理器外围增加一些专用硬件加速 器，由这些专用的硬件加速器完成规整的、运算量大的操作。设计高效的针对滤波 的硬件加速结构是实现编解码系统实时滤波的有效方法【2 3 】。正是由于以上认识， 本文研究设计了一种符合我国具有自主知识产权的a v s l p 7 标准的环路滤波加速 器结构。 本文的主要内容如下： 第一章简要介绍分析了我国具有自主知识产权的针对移动视频的编码标准 a v s l p 7 中的关键技术，包括帧内预测、帧间预测、变换、量化、熵编码、环路滤 4 引言 波、抗误码机制等。 第二章介绍了a v s l p 7 标准中的环路滤波算法，包括帧内宏块滤波模式及帧间 宏块滤波模式，对滤波模式与滤波强度进行了分析。 第三章对符合a v s l p 7 标准环路滤波算法的环路滤波器进行了简要设计，给出 了环路滤波器的总体结构与各模块的功能与结构。具体内容是片内存储器的存储组 织、存储器接口模块的设计、路选模块的设计、行列转换阵列模块的结构设计、滤 波模块的设计及控制器模块的设计等。本文设计的环路滤波器结构实现了在对垂直 边界和水平边界滤波时都能并行存取数据，加快了滤波速度，利于解码速度的加快。 第四章对a y s l p 7 环路滤波器进行了具体设计，包括片内存储器模块、存储器 接口模块、路选模块、行列转换阵列模块、滤波模块与控制器模块等的具体设计。 用v e r i l o gh d l 硬件描述语言对设计进行了描述，并在m o d e l s i m 中进行了功能仿 真。仿真结果显示了设计的正确性，达到了预期效果。 最后是总结与展望。对全文进行了总结，并对未来的研究提出了一些设想。 本论文的创新点在于： 提出了一种符合a v s l p 7 标准的环路滤波器体系结构；设计中，在环路滤波器 内部设置了片内s r a m ，通过s r a m 的使用减少了滤波操作对系统数据总线带宽 的占用，利于实时解码整体功能的实现：为能对滤波边界( 垂直边界或水平边界) 两边的数据并行读取或写回采用存储分离策略将s r a m 分为两个，并对滤波时所需 要的当前宏块像素值、当前宏块左边宏块像素值及当前宏块上边宏块像素值所划分 的4 4 块或2 4 块的存储位置进行了安排，实现了在对垂直边界和水平边界滤波时 都能并行存取数据，加快了滤波速度，利于解码速度的加快。 5 青岛大学硕士学位论文 第一章a v s l - p 7 标准技术框架与关键技术 a v s l p 7 是a v s 系列标准中的第七部分移动视频编码标准，面向移动应用制 定，a v s l p 7 标准在制定过程中更多地考虑在处理能力、存储容量受限的移动终端 设备上的可实现性，其目标是保证较高编码效率的同时，尽可能地使实现简单，该 标准已经报审，有望成为我国下一代移动通信视频编码国家标准。 本章简要介绍了a v s l p 7 标准技术框架，对a v s l p 7 标准的帧内预测、帧间 预测、变换量化、熵编码及环路滤波等技术进行了简要介绍与分析。 1 1a v s l - p 7 标准技术框架 在视频压缩编码技术发展过程中，逐渐形成了变换编码、预测编码、熵编码三 类经典技术，分别用于去除视频信号的空间冗余、时间冗余及统计冗余，在这些经 典技术基础上逐渐形成了以块为单位的预测加变换的混合编码框架2 1 ，a v s i p 7 即 采用了基于块的混合视频编码框架。 图1 1a v s l 一p 7 技术框架 6 第一章 a v s l p 7 标准技术框架与关键技术 a v s l p 7 编码器的结构如图1 1 所示【1 8 , 2 4 1 。a v s l p 7 编码框架中主要包括变换 量化、帧内预测、运动估计运动补偿、反量化反变换、熵编码、码率控制、环路 滤波等模块，采用了帧内预测、帧间预测，变换、量化和熵编码等一系列技术实现 高效率的视频编码。 1 2a v s l - p 7 关键技术 1 2 1 帧内预测 帧内预测【2 5 - 2 6 】利用图像中相邻块间的信息相关性降低视频图像内的数据冗余。 不同与m p e g 2 的直流系数( d c ) 差分预测、m p e g 4 的直流系数及高频系数( a c ) 预测等在频域内进行帧内预测，a v s l p 7 是在空域内的预测，基于空域的帧内预测 技术，充分利用了图像的空间相关性，根据已解码的相邻块的信息来预测当前块的 信息，对提高编码的性能具有重要作用。 a v s l p 7 标准支持两种宏块帧内预测模式：普通帧内预测模式( im o d e 模式) 和直接帧内预测模式( id i r e c t 模式) 。im o d e 模式基于4 x 4 块进行独立预测， 能很好地反应图像的细节特征。id i i 也c t 模式宏块中所有1 6 个4 x 4 块都按最可能 模式( m o s t p r o b a b l e m o d e ，m p m ) 编码，可有效减少图像平坦区域的编码开销。 a v s l p 7 帧内预测亮度有9 种预测模式( 8 种不同方向上的预测模式及d c 预 测模式) ，色度有3 种预测模式( d c 模式、水平模式和垂直模式) ，如图1 2 1 1 5 ，1 7 】 所示。在h 2 6 4 a v c 中用来预测4 4 块像素值的临近像素点有1 7 个( a - - 一q ) ，在 a v s l p 7 中4 x 4 块边界外像素点( e ，f ，g h 和m ，n ，o ，p ) 由边界上像素点( d 与l ) 外推得到，这样临近像素点减为9 个。与h 2 6 4 a v c 在低码率下相比，a v s l p 7 采 用像素扩展减少临近参考像素点的预测方法，在维持视频质量相当的同时降低了实 现复杂度；a v s l p 7 色度帧内预测有3 种预测模式，u 和v 分量每一个8 8 色度块 中所有4 x 4 块均采用相同的帧内预测模式，也有利于降低复杂度。 编码过程中，首先根据相邻块的预测模式计算当前块的最可能预测模式，对于 im o d e 模式，考察9 种模式中存在的模式并从中选择最优预测模式，若最优预测 模式为最可能预测模式，则采用1 比特编码；如果是其他8 种预测模式中的一种， 7 青岛大学硕士学位论文 则采用3 比特编码。计算i m o d e 模式与i d i r e c t 的代价，选择代价小的作为 编码模式，若选择的是i d i r e c t ，则只需一个比特标记模式，而不必对每个4 x 4 块的预测模式进行编码，这样有利于减少编码开销。 r ( d ) ( d ) ( d ) ( d ) r ( d ) ( d ) ( d ) ( d ) ： qa bcdefgl a i r j k 。 l n _ ：l ) m r 。 ； 3 ：l ) n ：乙) o ：l ) p 1 o q ab cdefgi hl i r j k l ，l ) m r ：l)n ，乙)o ：l)p 1 r 1 r 2 ( a ) 4 x 4 亮度块帧内预测模式( b ) 4 4 色度块帧内预测模式 图1 2 帧内预测模式 1 2 2 帧间预测 帧间预测【2 7 2 8 】利用相邻图像之间的时间信息相关性降低图像的数据冗余。 每个宏块的亮度块可以被划分成不同大小的块进行运动估计 2 9 - 3 1 1 ，可以划分成 一个1 6 x 1 6 块，两个1 6 x 8 块，两个8 x 1 6 块或者四个8 x 8 块，当为8 8 块划分时， 每个8 8 块又可进一步划分成一个8 x 8 块，两个8 x 4 块，两个4 x 8 块或者四个4 x 4 块。总的来说，大的块划分( 大于等于8 x 8 块) 适合于图像帧中变化平缓的区域， 尺寸较大的块划分意味着运动矢量和分块尺寸需要较少的编码开销，对于变化平缓 的区域运动补偿残差数据的编码开销不至于太大；小的块划分( 小于8 x 8 块) 对细 节区域比较有效，小的块划分可以减小运动补偿残差数据包含的信息。 a v s l p 7 标准制定时充分考虑到移动通信设备处理能力和存储容量的限制，在 帧间预测采取了比较简洁有效的技术方案。帧间预测帧只有p 帧，没有b 帧；不支 8 第一章a v s i p 7 标准技术框架与关键技术 持加权预测，帧间预测的参考帧的个数限制为最多2 个。参考帧及其标记如图1 3 所示【1 5 】。在运动估计过程中，对于每个块划分；编码器在最多两个参考帧中相应位 置范围内搜索最匹配的预测块。 图1 3 参考索引标记方法 通过多参考帧预测，当前块可以从几帧图像中寻找更好的匹配，能够提高编码 效率，但一般2 3 个参考帧基本上能达到最高的性能，更多的参考图像对性能提升 影响甚微，复杂度却会成倍增加，a v s l p 7 采用较少的参考帧能够在性能降低很小 的情况下实现简单的视频编解码，可降低对移动终端设备的资源需求。 为提高编码效率，a v s l p 7 对选定的块划分的每个子块对应的运动矢量进行预 测，根据相邻块( 如果存在且可用) 的运动矢量来得到当前块的预测运动矢量，然 后对经过运动搜索得到的实际运动矢量与预测运动矢量之差进行编码。 a v s l p 7 中，运动矢量的位移精度亮度分量为1 4 像素精度，色度分量为1 8 像素精度。a v s l p 71 2 像素插值时，水平和垂直分别采用8 抽头滤波器( 1 ，4 ， - 1 2 ，4 l ，4 l ，1 2 ，4 ，1 ) 和4 抽头滤波器( 1 ，5 ，5 ，1 ) ，并采用线性滤波器进 行1 4 像素插值。对于色度分量1 8 像素样本，使用双向线性插值方法获得。a v s l p 7 与h 2 6 4 a v c 采用了不同的插值方法，a v s l p 7 采用的新的插值算法在获得同样编 码效率的同时有效地避开了专利问题。 1 2 3 变换和量化 a v s l p 7 采用变换和量化对预测残差进行处理。 a v s l p 7 进行的变换如下： 9 青岛大学硕士学位论文 y = ( q 弼) 0 0 = 22 2 2 3l - 1 3 2 2 22 l- 33 1 23 21 2 l - 2 3 2 - 1 - 23 2 - 32 - 1 a 2a ba 2a b a bb 2a bb 2 a 2a ba 2a b a bb 2 a b b 2 其中，c 1 索引i n d e x a 计算方法为： i n d e x a = c l i p 3 ( o ，6 3 ，c u r r e n t q p a v + a l p h a c i o f f s e t ) 再根据查表索引i n d e x a 与块边界阈值仪间的对应关系，查表2 1 【1 5 】得q 值。口的 取值取决于量化值的大小。当量化值大时，量化误差大，块效应明显，因此门限值 大，反之量化值小时门限值也小。 表2 1 块边界阈值伍与i n d e x a 的关系 索引 a 索引 a 索引 a索引0 【 001 643 22 24 84 6 1o1 743 32 44 94 8 20 1 853 4 2 6 5 05 0 301 953 52 85 15 2 4o2 063 63 05 25 3 5 0 2 1 7 3 73 35 35 4 612 283 83 35 45 5 712 393 93 55 55 6 812 41 04 03 55 65 7 912 51 14 13 65 75 8 1 012 61 24 23 75 85 9 1 1 2 2 71 34 33 75 96 0 1 2 2 2 8 1 5 4 4 3 96 06 l 1 322 91 64 53 96 16 2 1 433 01 84 64 26 26 3 1 533 l2 04 74 46 36 4 2 2 帧内宏块滤波模式的滤波过程 当采用帧内滤波模式时，首先根据边界两边滤波块的平均量化参数，r r p ，7 芒识， 得到帧内宏块滤波裁剪系数索引i n d e x c i ，而后根据索引表得到帧内宏块滤波裁剪 1 5 青岛大学硕士学位论文 系数c i ，由c i 和边界样本p o 、p l 、q o 和q l 得到滤波因子d e l t a ，最后使用d e l t a 对边界两 边原始样本进行滤波操作。 对亮度块或色度块边界两边的样本p o 、p l 、q o 矛l q l 进行滤波，滤波过程【1 5 j