一种高效的h.264去块效应滤波器vlsi结构设计new

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1、万方数据Z007年10月第25卷第5期西北工业大学学报JoumalofNorthwesternPolytechniea[UniversityOct．2007VoI，25No．S一种高效的H．264去块效应滤波器VLSI结构设计席迎来1，王凤琴1’2，郝重阳1，周巍1(1．西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072}2．郑州轻工业学院计算机与通信工程学院，河南郑州450052)摘要：最新的视频压缩编码标准H．264在缟解码系统中引入丁自适应的去块效应滤波嚣。去堤效应滤波器可以有效地消除块边界的方块效应，但同时也带来了运算量的

2、增加。文中计砷H．264击浃效应滤波器的硬件原型进行了设计，所设计鳍椅可以大太降低硬件系统的她理周期。在所设计的结构中采用了以下4十关键技术：滤波边界顺序调整、存储单元分配、滤波器架构和双转置寄存器组采提高系统的并行处理能力。仿真结果表明，文中所提出的架构，仅需要288个时钟周期即可实现一个16X16宏块的滤波。滤波器模块只占用16．3k逻辑门和640byte的blockRAM．具有很高的时间一面积效率。关键词：H．264／A、化，去块效应滤波，VLSI中圈分类号：TN91文献标识码jA文章编号11000—2758(2007)

3、05—0716·06JVT新制定的视频压缩标准H．264引人了自适应的去块效应滤波器，对块的边界进行滤波。去块效应滤波器可以有效地消除图像的方块效应，在提高压缩效率的同时．亦改善了重建图像的主观质量。复杂的滤波技术带来的运算量提升却不可忽视。例如，对于视频解码，去块效应滤波器的计算量占到整个解码器的三分之一【l】．设计高效的硬件加速结构是实现编／解码系统实时滤波的有效方法。参照H．264滤波算法的原理，本文给出一种高效的去块效应滤波器硬件结构原型设计。为了设计高效的VLSI结构，根据滤波器特性和宏块象素访问规律，衙要对块边界的

4、滤波次序进行重新调整。本文设计的结构分别采用一个双端口和一个单端El片上RAM来存储当前宏块和相邻块的象素数据，RAM的存储数据宽度设为3z位，以实现一行或一列(4个)象素的并行读人读出。采用一个4X32bits的暂存器组来实现对滤波中间值的暂存。同对还设计了一对乒乓结构的转置寄存器组来实现一维列滤波与行滤波之间象索不同存取方式的转换。滤波器结构的核心部分是一维滤波单元．由它来实现对2个相邻4×4块的同一行或同一列象素数据的滤波处理。在控制单元的影响下，滤波单元采用不同强度的滤波方式来处理目标象素，以实现白适应滤波。采用本文所

5、提出的设计结构，仅需要288个时钟周期就可以实现一个15×16宏块的自适应滤波操作。滤波器整个模块只需要16．3kf-j和640byte的blockRAM即可实现。相比较已有的滤波器结构o“1具有很大的改善．本文后续部分将分为3节来讨论去块效应滤波器VLSI结构的设计思路。首先从滤波边界顺序调整、存储分配、总体架构和转置寄存器组4个方面对滤渡器结构进行了详细的设计。然后给出了VLSI结构的综合仿真结果与分析，并与已有的滤波器结构设计进行了比较。最后给出本文结论。1去块效应滤波器VLSI结构设计1．1边界滤波顺序的调整在H．26

6、4参考软件JM8．1中给出的4X4块的水平和垂直边界滤波的顺序是：先对所有4X4亮度收稿日期；2006-07—10作者简介：席迎来(1977～)．西北工业大学博士生，主要从事视额编码和多媒体通信及其ⅥsI实现的研究．万方数据第5期席迎来等t一种高教的H．264去块效应滤波器VLSI结构设计块和色度块的垂直边界按从上到下处理，处理完每条垂直边界后再按从左到右的顺序处理下一条垂直边界，然后再对所有4×4亮度块和色度块的水平边界按从左到右处理，处理完每条水平边界后再按从上到下的顺序处理下一条边界，如图1(a)所示，图中黑色粗线表示块

7、边界，序号为4×4块边界滤波顾序。采用这种处理顺序设计硬件结构的主要缺陷在于，对垂直／水平边界滤渡后得到的中间数据必须进行频繁的存储和读取，影响了滤波器处理速度并增加了硬件控制的复杂度。由于滤波算法的限制，对相邻2个4×4块滤波时，前一个4X4块滤波的结果要作为后一个4×4块的滤波输人。同时垂直边界滤波后的象素数据需要存储下来作为水平边界滤波的输入。因此滤波处理的过程，象素数据之间有一种先后的依赖。在调整滤波顺序时不可打乱数据之间的依赖性。由于数据闻依赖性的限制，对许多经过一次或多次滤波处理Il◇00@◇◇◇◇④0@◇④①@@

8、9@◇@9◇o◇@◇@(a)调整翦帕边界曩序的中间数据需要进行存储。作为后续滤波处理的输人数据。图1(a)规定的滤波顺序并没有充分利用相邻块边界滤波时象素数据的继承性．因而存储中间数据需要较大的RAM资源开销，同时也会造成对RAM单元的频繁的读写操作，限制了滤波系统的实时处理