CN103731674A - 一种h.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，可以实现水平边界与垂直边界二维并行执行滤波运算，大大提高了滤波器的整理运算速度，提高了整个滤波系统的处理速度和数据吞吐量，使得单个16×16宏块滤波处理只需118个时钟周期，满足实时处理的要求，同时合理利用各个块之间数据相关性调整滤波顺序，加入数据暂存器对中间数据进行暂存，减少了对中间数据的存储、对外部存储器的重复读写和芯片的电路规模。

Description

一种H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法

技术领域

本发明涉及一种数字视频技术领域的H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，用来消除H.246编码视讯中块效应的后处理滤波方法，具体是一种应用于H.264标准中后处理的去块效应滤波方法及其硬件实现。

背景技术

H.264作为主流的视频压缩编码标准之一，由Joint Video Team(JVT)开发的视频编码标准。H.264标准中，都是将视频定界框内的像素分成16×16的宏，并对各宏块块中每个4×4的块进行形状编码、运动估计/运动补偿和变换编码等，由于H.264/AVC标准是基于块的压缩编码，故会产生方块效应。基于块的帧内和帧间预测的残差DCT变换，变换系数量化和反量化过程都会带有误差，会造成图像块边界的不连续；基于块的运动补偿。运动补偿预测的参考帧来自于前面不同位置或者不同类型的帧，故运动补偿块的匹配不可能绝对的准确，预测块边界会出现不连续情况。块效应已经成为块变换压缩算法中对图像质量造成影响最突出的问题之一。随着多媒体技术应用范围的不断扩大，图像通信的重要作用日益明显，对于大多数视频编码最终图像的接受者，主观质量显得格外重要。

针对这一问题标准中提出了在解码的结果图像上使用后处理去块效应滤波器消除块效应。如图1所示为后处理滤波在整个解码器中的位置。如图3所示在标准中，规定了后处理滤波的宏块边界。在滤波运算时是先取得图像块边界上的8个像素点对应的象素值p3、p2、p1、p0和q0、q1、q2、q3，如图2所示，然后将这8个象素值输入到去块效应滤波器，最后滤波输出为p3’、p2’、p1’、p0’和q0’、q1’、q2’、q3’，用输出的8个象素值对应地代替原位置的象素值并用于输出显示，至此滤波完成，平滑图像中的块边缘，消除了块效应。

H.264/AVC标准中引入了去块滤波器是基于4×4块进行滤波运算且每个块的四个边界都需要进行滤波，故数据的运算量大，其运算量大概占到了解码器计算总量的1/3；同时滤波器的基本滤波顺序如图3所示：先从上向下对块的水平边界进行垂直滤波，然后从左向右进行垂直边界的水平滤波，这种滤波顺序要频繁的对外部存储器读写像素值数据，消耗了大量的硬件资源，且滤波速度不高，在实时解码上难以满住要求，这些都是我们亟需解决的瓶颈问题。

发明内容

本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种运算中数据访问量小、硬件资源消耗小、滤波速率快的H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，以便能够达到去除视频中块效应，达到高清视频的要求。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

本发明一种H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，其特点是：根据H.264标准对每帧的视频数据以宏块为滤波单元进行滤波，每个待滤波宏块包含24个4×4的块，依次是排布成4行4列的16个亮度块Y、排布成2行2列的4个色度块Cr和排布成2行2列的4个色度块Cb；在所述24个4×4的块中，亮度块Y按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B1-B16，色度块Cr按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B17-B20，色度块Cb按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B21-B24；亮度块Y的左边边界块从上至下依次标记为L1-L4，色度块Cr的左边边界块从上至下依次标记为L5和L6，色度块Cb的左边边界块从上至下依次标记为L7和L8；亮度块Y的上边边界块从左至右依次标记为T1-T4，色度块Cr的上边边界块从左至右依次标记为T5和T6，色度块Cb的上边边界块从左至右依次标记为T7和T8；按照从左到右、从上到下的顺序，每一待滤波宏块的垂直边界依次标记为垂直边界1-垂直边界24、水平边界依次标记为水平边界4-水平边界27；左边边界块L1-L8的数据存储于左边块存储器中，上边边界块T1-T8的数据存储在上边块存储器中、B1-B24的数据存储在当前宏块存储器中；

所述去块滤波器对于待滤波宏块的滤波方法是按如下步骤进行：

步骤1，利用L1的数据和B1的数据完成垂直边界1的滤波计算，分别获得L1滤波数据和B1第一中间数据，将L1滤波数据写入外部存储器；

步骤2，利用所述B1第一中间数据和B2的数据完成垂直边界2的滤波计算，分别获得B1第二中间数据和B2第一中间数据；

步骤3，利用所述B2第一中间数据和B3的数据完成垂直边界3的滤波计算，分别获得B2第二中间数据和B3第一中间数据；

步骤4，利用所述B3第一中间数据和B4的数据完成垂直边界4的滤波计算，分别获得B3第二中间数据和B4第一中间数据；并利用T1的数据和B1第二中间数据的转置数据完成水平边界4的滤波计算，获得B1第三中间数据；

步骤5，利用L2的数据和B5的数据完成垂直边界5的滤波计算，获得L2滤波数据和B5第一中间数据，将L2滤波数据写入外部存储器；并利用T2的数据和B2第二中间数据的转置数据进行水平边界5的滤波计算，获得B2第三中间数据；

步骤6，利用所述B5第一中间数据和B6的数据完成垂直边界6的滤波计算，分别获得B5第二中间数据和B6第一中间数据；并利用T3的数据和B3第二中间数据的转置数据完成水平边界6的滤波计算，获得B3第三中间数据；

步骤7，利用所述B6第一中间数据和B7的数据完成垂直边界7的滤波计算，分别获得B6第二中间数据和B7第一中间数据；并利用T4的数据和B4第一中间数据的转置数据完成水平边界7的滤波计算，获得B4第二中间数据；

步骤8，利用所述B7第一中间数据和B8的数据完成垂直边界8的滤波计算，分别获得B7第二中间数据和B8第一中间数据；并利用B1第三中间数据和B5第二中间数据的转置数据完成水平边界8的滤波计算，获得B1滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B5第三中间数据；

步骤9，利用L3的数据和B9的数据完成垂直边界9的滤波计算，获得L3滤波数据和B9第一中间数据，将L3滤波数据写入外部存储器；并利用B2第三中间数据和B6第二中间数据的转置数据完成水平边界9的滤波计算，获得B2滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B6第三中间数据；

步骤10，利用所述B9第一中间数据和B10的数据完成垂直边界10的滤波计算，分别获得B9第二中间数据和B10第一中间数据；并利用B3第三中间数据和B7第二中间数据的转置数据完成水平边界10的滤波计算，获得B3滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B7第三中间数据；

步骤11，利用所述B10第一中间数据和B11的数据完成垂直边界11的滤波计算，分别获得B10第二中间数据和B11第一中间数据；并利用B4第二中间数据和B8第一中间数据的转置数据完成水平边界10的滤波计算，获得B4滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B8第二中间数据；

步骤12，利用所述B11第一中间数据和B12的数据完成垂直边界12的滤波计算，分别获得B11第二中间数据和B12第一中间数据；并利用B5第三中间数据和B9第二中间数据的转置数据完成水平边界12的滤波计算，获得B5滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B9第三中间数据；

步骤13，利用L4的数据和B13的数据完成垂直边界13的滤波计算，获得L4滤波数据和B13第一中间数据，将L4滤波数据写入外部存储器；并利用B6第三中间数据和B10第二中间数据的转置数据完成水平边界13的滤波计算，获得B6滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B10第三中间数据；

步骤14，利用所述B13第一中间数据和B14的数据完成垂直边界14的滤波计算，分别获得B13第二中间数据和B14第一中间数据；并利用B7第三中间数据和B11第二中间数据的转置数据完成水平边界14的滤波计算，获得B7滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B11第三中间数据；

步骤15，利用所述B14第一中间数据和B15的数据完成垂直边界15的滤波计算，分别获得B14第二中间数据和B15第一中间数据；并利用B8第二中间数据和B12第一中间数据的转置数据完成水平边界15的滤波计算，获得B8滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B12第二中间数据；

步骤16，利用所述B15第一中间数据和B16的数据完成垂直边界16的滤波计算，分别获得B15第二中间数据和B16第一中间数据；并利用B9第三中间数据和B13第二中间数据的转置数据完成水平边界16的滤波计算，获得B9滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B13滤波数据；

步骤17，利用L5的数据和B17的数据完成垂直边界17的滤波计算，获得L5滤波数据和B17第一中间数据，将L5滤波数据写入外部存储器；并利用B10第三中间数据和B14第二中间数据的转置数据完成水平边界17的滤波计算，获得B10滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B14滤波数据；

步骤18，利用所述B17第一中间数据和B18的数据完成垂直边界18的滤波计算，分别获得B17第二中间数据和B18第一中间数据；并利用B11第三中间数据和B15第二中间数据的转置数据完成水平边界18的滤波计算，获得B11滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B15滤波数据；

步骤19，利用L6的数据和B19的数据完成垂直边界19的滤波计算，获得L6滤波数据和B19第一中间数据，将L6滤波数据写入外部存储器；并利用B12第二中间数据和B16第一中间数据的转置数据完成水平边界19的滤波计算，获得B12滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B16滤波数据；

步骤20，利用所述B19第一中间数据和B20的数据完成垂直边界20的滤波计算，分别获得B19第二中间数据和B20第一中间数据；并利用T5的数据和B17第二中间数据的转置数据完成水平边界20的滤波计算，获得B17第三中间数据；

步骤21，利用L7的数据和B21的数据完成垂直边界21的滤波计算，分别获得L7滤波数据和B21第一中间数据，将L7滤波数据写入外部存储器；并利用T6的数据和B18第一中间数据的转置数据完成水平边界21的滤波计算，获得B18第二中间数据；

步骤22，利用所述B21第一中间数据和B22的数据完成垂直边界22的滤波计算，分别获得B21第二中间数据和B22第一中间数据；并利用B17第三中间数据和B19第二中间数据的转置数据完成水平边界22的滤波计算，获得B17滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B19滤波数据；

步骤23，利用L8的数据和B23的数据完成垂直边界23的滤波计算，分别获得L8滤波数据和B23第一中间数据，将L8滤波数据写入外部存储器；并利用B18第二中间数据和B20第一中间数据的转置数据完成水平边界23的滤波计算，获得B18滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B20滤波数据；

步骤24，利用所述B23第一中间数据和B24的数据完成垂直边界24的滤波计算，分别获得B23第二中间数据和B24第一中间数据；并利用T7的数据和B21第二中间数据的转置数据完成水平边界24的滤波计算，获得B21第三中间数据；

步骤25，利用T8的数据和B22第一中间数据的转置数据完成水平边界24的滤波计算，获得B22第二中间数据；

步骤26，利用所述B21第三中间数据和B23第二中间数据的转置数据完成水平边界26的滤波计算，获得B21滤波数据转置后写入外部寄存器，以及获得B23滤波数据；

步骤27，利用所述B22第二中间数据和B24第一中间数据的转置数据完成水平边界27的滤波计算，获得B22滤波数据转置后写入外部寄存器，以及获得B24滤波数据；

完成上述27步操作后，使用B4滤波数据、B8滤波数据、B12滤波数据及B16滤波数据分别替换左边块存储器中L1、L2、L3及L4位置处的数据；使用B13滤波数据、B14滤波数据、B15滤波数据及B16滤波数据分别替换上边块存储器中T1、T2、T3及T4位置处的数据；使用B18滤波数据、B20滤波数据、B22滤波数据及B24滤波数据分别替换左边块存储器中L5、L6、L7及L8位置处的数据；使用B19滤波数据、B20滤波数据、B23滤波数据及B24滤波数据分别替换上左边块存储器中T5、T6、T7及T8位置处的数据；以完成数据替换的L1至L8作为下一待滤波宏块的左边边界块，以完成数据替换的T1至T8作为下一待滤波宏块的上边边界块。

本发明H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，其特点也在于：所述硬件实现方法的电路结构包括左边块存储器、上边块存储器、当前宏块存储器、暂存器、转置器单元及滤波计算单元；

所述左边块存储器由单口RAM组成，用于存储左边边界块L1-L8的数据；

所述上边块存储器由单口RAM组成，用于存储上边边界块T1-T8的数据；

所述当前宏块存储器由单口RAM组成，用于存储待滤波宏块中B1-B24的数据；

所述暂存器用于暂存数据，暂存周期数为四个周期；

所述转置器用于对数据块进行转置，转置一个数据块需要四个周期；

所述滤波计算单元包括用于对水平边界进行滤波的水平边界滤波器和用于对垂直边界进行滤波的垂直边界滤波器，所述水平边界滤波器和垂直边界滤波器通过四个周期的滤波计算得到滤波结果。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明方法中采用了水平边界和垂直边界的并行滤波，滤波的运算效率高，能够满足实时处理的要求；且需要的滤波周期数较少，单个宏块的滤波总周期数为118个时钟周期；

2、本发明方法中采用暂存器作为中间数据存储器，缓存大量的中间数据计算结果，减少了外部存储器的存储，大大缓解了对外部存储器访问带宽的要求；

3、本发明方法中所采用的暂存器、转置器及水平边界滤波器和垂直边界滤波器皆采用4级流水，使得这个滤波电路能进行流水滤波计算。

附图说明

图1：标准中后处理滤波器在解码器中的位置示意图；

图2：标准中宏块数据组织形式Y分量像素值的数据组织形式示意图；

图3：标准中规定宏块的数据组织形式以及基本滤波顺序示意图；

图4：本发明中的滤波顺序示意图；

图5：本发明硬件实现方法的电路结构的示意图；

图6：本发明中滤波计算单元的结构示意图；

图7：本发明中转置器的结构示意图；

图8：本发明暂存器1的结构示意图；

图9：本发明暂存器2的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施实例作详细说明和具体操作过程的解说，但本发明保护的范围不限于下述实施实例。

本实施例H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法是：如图4所示，根据H.264标准对每帧的视频数据以宏块为滤波单元进行滤波，每个待滤波宏块包含24个4×4的块，依次是排布成4行4列的16个亮度块Y、排布成2行2列的4个色度块Cr和排布成2行2列的4个色度块Cb；在所述24个4×4的块中，亮度块Y按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B1-B16，色度块Cr按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B17-B20，色度块Cb按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B21-B24；亮度块Y的左边边界块从上至下依次标记为L1-L4，色度块Cr的左边边界块从上至下依次标记为L5和L6，色度块Cb的左边边界块从上至下依次标记为L7和L8；亮度块Y的上边边界块从左至右依次标记为T1-T4，色度块Cr的上边边界块从左至右依次标记为T5和T6，色度块Cb的上边边界块从左至右依次标记为T7和T8；按照从左到右、从上到下的顺序，每一待滤波宏块的垂直边界依次标记为垂直边界1-垂直边界24、水平边界依次标记为水平边界4-水平边界27；左边边界块L1-L8的数据存储于左边块存储器中，上边边界块T1-T8的数据存储在上边块存储器中、B1-B24的数据存储在当前宏块存储器中；（从左到右、从上到下的顺序是指对于同一行按从左到右的顺序，完成上一行后再按照从上到下的顺序进行下一行）

如图5所示，硬件实现方法的电路结构包括左边块存储器、上边块存储器、当前宏块存储器、暂存器、转置器单元及滤波计算单元；

左边块存储器由单口RAM组成，用于存储左边边界块L1-L8的数据；

上边块存储器由单口RAM组成，用于存储上边边界块T1-T8的数据；

当前宏块存储器由单口RAM组成，用于存储待滤波宏块中B1-B24的数据；

暂存器用于暂存数据，暂存周期数为四个周期；暂存器包括暂存器1和暂存器2，其结构分别如图8和图9所示，暂存器1可以对数据像素值进行四个周期的暂存，由4×4个寄存器构成，每个方格存储一个8bits的像素值，在进行垂直边界滤波时使用；暂存器2调用了三个暂存器1模块，可以实现对数据像素值进行四个周期或十二个周期的暂存，在进行水平边界滤波时使用。

转置器单元的结构如图7所示，由4×4个寄存器构成，每个方格存储一个8bits的像素值，寄存器组有A_in，B_in，A_out，B_out四个端口，通过在输入和输出加入MUX单元对输入和输出端口进行选择，从而实现像素值数据的转置。

滤波计算单元包括用于对水平边界进行滤波的水平边界滤波器和用于对垂直边界进行滤波的垂直边界滤波器，水平边界滤波器和垂直边界滤波器通过四个周期的滤波计算得到滤波结果。如图6所示为水平边界滤波器和垂直边界滤波器的结构示意，可以看出它是一个四级流水实现八像素值的1-D滤波计算单元。（p0,p1,p2,p3）和（q0,q1,q2,q3）是待滤波的像素值，（p0’,p1’,p2’,p3’）和(q0’,q1’,q2’,q3’)是经滤波处理后的像素值。

去块滤波器对于待滤波宏块的滤波方法是按如下步骤进行：

步骤1，L1的数据和B1的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界1的滤波计算，完成后分别获得L1滤波数据和B1第一中间数据，将L1滤波数据写入外部存储器中，B1第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直边界滤波；

步骤2，B1第一中间数据和B2的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界2的滤波计算，完成后分别获得B1第二中间数据和B2第一中间数据；B1第二中间数据进入转置器1中，B2第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直边界滤波；

步骤3，B2第一中间数据和B3的数据分别进入垂直边界滤器的P端口和Q端口进行垂直边界3的滤波计算，完成后分别获得B2第二中间数据和B3第一中间数据；B2第二中间数据进入转置器1中，B3第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直边界滤波；

步骤4，由于水平边界滤波器开始获得有效的待滤波像素值，从这步开始垂直边界的滤波和水平边界的滤波同时进行。B3第一中间数据和B4的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界4的滤波计算，完成后分别获得B3第二中间数据和B4第一中间数据，B3第二中间数据进入转置器1中，B4是宏块的最右边块，不需要再次垂直滤波，B4第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，T1的数据和B1第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界4的滤波计算，完成后获得B1第三中间数据和T1滤波数据，其中B1第三中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波，而T1滤波数据经转置器2转置后写回外部存储器；

步骤5，L2的数据和B5的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界5的滤波计算，完成后分别获得L2滤波数据和B5第一中间数据，将L2滤波数据写入外部存储器，将B5第一中间数据写回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，T2的数据和B2第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界5滤波计算，完成后分别获得T2滤波数据和B2第三中间数据，将T2滤波数据经转置后写回到外部存储器中，将B2第三中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波。需注意的是步骤4中的B4的第一中间数据在这步中一直寄存于暂存器1中；

步骤6，B5第一中间数据和B6的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口完成垂直边界6的滤波计算，完成后分别获得B5第二中间数据和B6第一中间数据，B5第二中间数据进入转置器1中转置，将B6第一中间数据写回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，T3的数据和B3第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界6滤波计算，完成后分别或者T3滤波数据和B3第三中间数据，将T3滤波数据经转置后写回到外部存储器中，将B3第三中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波。在此步中B4的第一中间数据进入转置器1中完成转置；

步骤7，B6第一中间数据和B7的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界7滤波计算，完成后分别获得B6第二中间数据和B7第一中间数据，B6第二中间数据进入转置器1中，B7第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波。同时，T4的数据和B4第一中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界7滤波计算，完成后分别获得B4第二中间数据和T4的滤波数据，T4的滤波数据经转置后写回到外部存储器中，B4第二中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波；

步骤8，B7第一中间数据和B8的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界8滤波计算，完成后分别获得B7第二中间数据和B8第一中间数据，B7第二中间数据进入转置器1中，B8是宏块的最右边块，不需要再次进行垂直滤波，B8第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，从暂存器2中得到B1第三中间数据和B5第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界8滤波计算，完成后获得B1滤波数据和B5第三中间数据，注意到B1块的四个边界滤波全部完成，故B1滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B5第三中间数据进入暂存器2进行暂存；

步骤9，L3的数据和B9的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界9滤波计算，完成后分别获得L3滤波数据和B9第一中间数据，L3滤波数据写入外部存储器，B9第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B2第三中间数据和B6第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界9滤波计算，完成后分别或者获得B2滤波数据和B6第三中间数据，B2滤波数据经转置器1转置后写入外部存储器中，B6第三中间数据进入暂存器2中进行暂存。在此过程中B8第一中间数据一直暂存于暂存器1中；

步骤10，B9第一中间数据和B10的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界10滤波计算，完成后分别获得B9第二中间数据和B10第一中间数据，B9第二中间数据进入转置器1中，B10第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B3第三中间数据和B7第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界10滤波计算，完成后分别获得B3滤波数据B7第三中间数据，B3滤波数据经转置器1转置后写入外部存储器，B7第三中间数据进入暂存器2中进行暂存，在此过程中块B8的第一中间数据进入转置器1中完成转置；

步骤11，B10第一中间数据和B11的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界11滤波计算，完成后分别获得B10第二中间数据和B11第一中间数据，B10第二中间数据进入转置器1中，B11第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B4第二中间数据和B8第一中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界11滤波计算，完成后获得B4滤波数据和B8第二中间数据，B4滤波数据经转置器2转置后写入外部寄存器中，B8第二中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波；

步骤12，B11第一中间数据和B12的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界12的滤波计算，完成后分别获得B11第二中间数据和B12第一中间数据，B11第二中间数据进入转置器1中，B12是宏块的最右边块，不需要再次进行垂直滤波，B12第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，从暂存器2中得到的B5第三中间数据和B9第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界12的滤波计算，完成后分别获得B5滤波数据和B9第三中间数据，，注意到B5块的四个边界滤波全部完成，故B5滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B9第三中间数据进入暂存器2进行暂存；

步骤13，L4的数据和B13的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界13的滤波计算，完成后分别获得L4滤波数据和B13第一中间数据，L4滤波数据写入外部存储器，B13第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B6第三中间数据和B10第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界13的滤波计算，完成后分别获得B6滤波数据和B10第三中间数据，B6滤波数据经转置器1转置后写入外部存储器中，B10第三中间数据进入暂存器2中进行暂存，在此过程中B12第一中间数据一直暂存于暂存器1中；

步骤14，利B13第一中间数据和B14的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界14的滤波计算，完成后分别获得B13第二中间数据和B14第一中间数据，B13第二中间数据进入转置器1中，B14第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B7第三中间数据和B11第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界14的滤波计算，完成后获得B7滤波数据和B11第三中间数据，B7滤波数据经转置器1转置后写入外部存储器，B11第三中间数据入暂存器2中进行暂存，在此过程中块B12的第一中间数据进入转置器1中完成转置；

步骤15，B14第一中间数据和B15的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界15的滤波计算，完成后分别获得B14第二中间数据和B15第一中间数据，B14第二中间数据进入转置器1中，B15第一中间数据到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B8第二中间数据和B12第一中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界15的滤波计算，完成后分别获得B8滤波数据和B12第二中间数据，B8滤波数据经转置器2转置后写入外部寄存器中，B12第二中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波；

步骤16，B15第一中间数据和B16的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界16的滤波计算，完成后分别获得B15第二中间数据和B16第一中间数据，B15第二中间数据进入转置器1中，B16是宏块的最右边块，不需要再次进行垂直滤波，B16第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，从暂存器2中得到的B9第三中间数据和B13第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界16的滤波计算，完成后分别获得B9滤波数据和B13滤波数据，注意到B9块的四个边界滤波全部完成，故B9滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B13滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤17，L5的数据和B17的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界17的滤波计算，完成后分别获得L5滤波数据和B17第一中间数据，将L5滤波数据写入外部存储器中，B17第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直边界滤波；同时，B10第三中间数据和B14第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界17的滤波计算，完成后分别获得B10滤波数据和B14滤波数据，注意到B10块的四个边界滤波全部完成，故B10滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B14滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤18，B17第一中间数据和B18的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界18的滤波计算，完成后分别获得B17第二中间数据和B18第一中间数据，B17第二中间数据进入转置器1中，B18是宏块的最右边块，不需要再次垂直滤波，B18第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，B11第三中间数据和B15第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界18的滤波计算，完成后分别获得B11滤波数据和B15滤波数据，注意到B11块的四个边界滤波全部完成，故B11滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B15滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤19，L6的数据和B19的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界19的滤波计算，完成后分别获得L6滤波数据和B19第一中间数据，将L6滤波数据写入外部存储器，B19第一中间数据写回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B12第二中间数据和B16第一中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界19的滤波计算，完成后分别获得B12滤波数据和B16滤波数据，注意到B12块的四个边界滤波全部完成，故B12滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B16滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤20，B19第一中间数据和B20的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界20的滤波计算，完成后分别获得B19第二中间数据和B20第一中间数据，B15第二中间数据进入转置器1中，B20是宏块的最右边块，不需要再次进行垂直滤波，B20第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，T5的数据和B17第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界20的滤波计算，完成后分别获得B17第三中间数据和T5的滤波数据，其中B17第三中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波，T5滤波数据经转置器2转置后写回外部存储器；

步骤21，L7的数据和B21的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界21的滤波计算，完成后分别获得L7滤波数据和B21第一中间数据，将L7滤波数据写入外部存储器，B21第一中间数据回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直边界滤波；同时，T6的数据和B18第一中间数据的转置数据别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界21的滤波计算，完成后分别获得B18第二中间数据和T6的滤波数据，T6的滤波数据经转置后写回到外部存储器中，B18第二中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波；

步骤22，B21第一中间数据和B22的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界22的滤波计算，完成后分别获得B21第二中间数据和B22第一中间数据，B21第二中间数据进入转置器1中，B22是宏块的最右边块，不需要再次垂直滤波，B22第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，从暂存器2中得到的B17第三中间数据和B19第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界22的滤波计算，完成后获得B17滤波数据和B19滤波数据，注意到B17块的边界滤波全部完成，故B17滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B19滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤23，L8的数据和B23的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界23的滤波计算，完成后分别获得L8滤波数据和B23第一中间数据，将L8滤波数据写入外部存储器，B23第一中间数据写回到垂直边界滤波器中准备再次进行垂直滤波；同时，B18第二中间数据和B20第一中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界23的滤波计算，完成后分别获得B18滤波数据和B20滤波数据，注意到B18块的边界滤波全部完成，故B18滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B20滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤24，B23第一中间数据和B24的数据分别进入垂直边界滤波器的P端口和Q端口进行垂直边界24的滤波计算，完成后分别获得B23第二中间数据和B24第一中间数据，B23第二中间数据进入转置器1中，B24是宏块的最右边块，不需要再次进行垂直滤波，B24第一中间数据进入暂存器1中进行暂存；同时，T7的数据和B21第二中间数据的转置数据分别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界24的滤波计算，完成后分别获得B21第三中间数据和T7的滤波数据，其中B21第三中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波，T7滤波数据经转置器2转置后写回外部存储器；

步骤25，T8的数据和B22第一中间数据的转置数据别进入水平边界滤波器的P端口和Q端口进行水平边界24的滤波计算，完成后分别获得B22第二中间数据和T8的滤波数据，T8的滤波数据经转置后写回到外部存储器中，B22第二中间数据进入暂存器2中暂存准备再次进行水平滤波；

步骤26，B21第三中间数据和B23第二中间数据的转置数据分别进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界26的滤波计算，完成后分别获得B21滤波数据和B23滤波数据，注意到B21块的边界滤波全部完成，故B21滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B23滤波数据进入暂存器2进行暂存；

步骤27，B22第二中间数据和B24第一中间数据的转置数据进入水平边界的P端口和Q端口进行水平边界27的滤波计算，完成后分别获得B22滤波数据和B24滤波数据，注意到B22块的边界滤波全部完成，故B22滤波数据经转置器2后写入外部存储器中，B24滤波数据进入暂存器2进行暂存；

完成上述27步操作后，使用B4滤波数据、B8滤波数据、B12滤波数据及B16滤波数据分别替换左边块存储器中L1、L2、L3及L4位置处的数据；使用B13滤波数据、B14滤波数据、B15滤波数据及B16滤波数据分别替换上边块存储器中T1、T2、T3及T4位置处的数据；使用B18滤波数据、B20滤波数据、B22滤波数据及B24滤波数据分别替换左边块存储器中L5、L6、L7及L8位置处的数据；使用B19滤波数据、B20滤波数据、B23滤波数据及B24滤波数据分别替换上左边块存储器中T5、T6、T7及T8位置处的数据；以完成数据替换的L1至L8作为下一待滤波宏块的左边边界块，以完成数据替换的T1至T8作为下一待滤波宏块的上边边界块。

当亮度和色度分量的滤波处理完成后，就完成了本发明中的去块滤波器的作用，本发明利用后处理去块效应滤波各个4×4块的数据之间的相关性，扩展滤波边界，调整滤波顺序，并加入了暂存器和数据装置寄存器，实现了水平边界和垂直边界的滤波运算的并行执行，有效地提高了滤波器的速度和性能。

统计各个步骤的时钟周期数，单个宏块完成滤波总共需要用去27次边界滤波，每次边界滤波为4个时钟周期，同时完成滤波后的像素值写入存储器要花去8个时钟周期，滤波计算单元参数准备需要2个时钟周期，因此单个宏块完成滤波共需要27×4+8+2=118个时钟周期。

Claims (2)

1.一种H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，其特征是：根据H.264标准对每帧的视频数据以宏块为滤波单元进行滤波，每个待滤波宏块包含24个4×4的块，依次是排布成4行4列的16个亮度块Y、排布成2行2列的4个色度块Cr和排布成2行2列的4个色度块Cb；在所述24个4×4的块中，亮度块Y按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B1-B16，色度块Cr按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B17-B20，色度块Cb按从左至右、从上至下的顺序依次标记为B21-B24；亮度块Y的左边边界块从上至下依次标记为L1-L4，色度块Cr的左边边界块从上至下依次标记为L5和L6，色度块Cb的左边边界块从上至下依次标记为L7和L8；亮度块Y的上边边界块从左至右依次标记为T1-T4，色度块Cr的上边边界块从左至右依次标记为T5和T6，色度块Cb的上边边界块从左至右依次标记为T7和T8；按照从左到右、从上到下的顺序，每一待滤波宏块的垂直边界依次标记为垂直边界1-垂直边界24、水平边界依次标记为水平边界4-水平边界27；左边边界块L1-L8的数据存储于左边块存储器中，上边边界块T1-T8的数据存储在上边块存储器中、B1-B24的数据存储在当前宏块存储器中；

所述去块滤波器对于待滤波宏块的滤波方法是按如下步骤进行：

步骤1，利用L1的数据和B1的数据完成垂直边界1的滤波计算，分别获得L1滤波数据和B1第一中间数据，将L1滤波数据写入外部存储器；

步骤2，利用所述B1第一中间数据和B2的数据完成垂直边界2的滤波计算，分别获得B1第二中间数据和B2第一中间数据；

步骤3，利用所述B2第一中间数据和B3的数据完成垂直边界3的滤波计算，分别获得B2第二中间数据和B3第一中间数据；

步骤4，利用所述B3第一中间数据和B4的数据完成垂直边界4的滤波计算，分别获得B3第二中间数据和B4第一中间数据；并利用T1的数据和B1第二中间数据的转置数据完成水平边界4的滤波计算，获得B1第三中间数据；

步骤5，利用L2的数据和B5的数据完成垂直边界5的滤波计算，获得L2滤波数据和B5第一中间数据，将L2滤波数据写入外部存储器；并利用T2的数据和B2第二中间数据的转置数据进行水平边界5的滤波计算，获得B2第三中间数据；

步骤6，利用所述B5第一中间数据和B6的数据完成垂直边界6的滤波计算，分别获得B5第二中间数据和B6第一中间数据；并利用T3的数据和B3第二中间数据的转置数据完成水平边界6的滤波计算，获得B3第三中间数据；

步骤7，利用所述B6第一中间数据和B7的数据完成垂直边界7的滤波计算，分别获得B6第二中间数据和B7第一中间数据；并利用T4的数据和B4第一中间数据的转置数据完成水平边界7的滤波计算，获得B4第二中间数据；

步骤8，利用所述B7第一中间数据和B8的数据完成垂直边界8的滤波计算，分别获得B7第二中间数据和B8第一中间数据；并利用B1第三中间数据和B5第二中间数据的转置数据完成水平边界8的滤波计算，获得B1滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B5第三中间数据；

步骤9，利用L3的数据和B9的数据完成垂直边界9的滤波计算，获得L3滤波数据和B9第一中间数据，将L3滤波数据写入外部存储器；并利用B2第三中间数据和B6第二中间数据的转置数据完成水平边界9的滤波计算，获得B2滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B6第三中间数据；

步骤10，利用所述B9第一中间数据和B10的数据完成垂直边界10的滤波计算，分别获得B9第二中间数据和B10第一中间数据；并利用B3第三中间数据和B7第二中间数据的转置数据完成水平边界10的滤波计算，获得B3滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B7第三中间数据；

步骤11，利用所述B10第一中间数据和B11的数据完成垂直边界11的滤波计算，分别获得B10第二中间数据和B11第一中间数据；并利用B4第二中间数据和B8第一中间数据的转置数据完成水平边界11的滤波计算，获得B4滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B8第二中间数据；

步骤12，利用所述B11第一中间数据和B12的数据完成垂直边界12的滤波计算，分别获得B11第二中间数据和B12第一中间数据；并利用B5第三中间数据和B9第二中间数据的转置数据完成水平边界12的滤波计算，获得B5滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B9第三中间数据；

步骤13，利用L4的数据和B13的数据完成垂直边界13的滤波计算，获得L4滤波数据和B13第一中间数据，将L4滤波数据写入外部存储器；并利用B6第三中间数据和B10第二中间数据的转置数据完成水平边界13的滤波计算，获得B6滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B10第三中间数据；

步骤14，利用所述B13第一中间数据和B14的数据完成垂直边界14的滤波计算，分别获得B13第二中间数据和B14第一中间数据；并利用B7第三中间数据和B11第二中间数据的转置数据完成水平边界14的滤波计算，获得B7滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B11第三中间数据；

步骤15，利用所述B14第一中间数据和B15的数据完成垂直边界15的滤波计算，分别获得B14第二中间数据和B15第一中间数据；并利用B8第二中间数据和B12第一中间数据的转置数据完成水平边界15的滤波计算，获得B8滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B12第二中间数据；

步骤16，利用所述B15第一中间数据和B16的数据完成垂直边界16的滤波计算，分别获得B15第二中间数据和B16第一中间数据；并利用B9第三中间数据和B13第二中间数据的转置数据完成水平边界16的滤波计算，获得B9滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B13滤波数据；

步骤17，利用L5的数据和B17的数据完成垂直边界17的滤波计算，获得L5滤波数据和B17第一中间数据，将L5滤波数据写入外部存储器；并利用B10第三中间数据和B14第二中间数据的转置数据完成水平边界17的滤波计算，获得B10滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B14滤波数据；

步骤18，利用所述B17第一中间数据和B18的数据完成垂直边界18的滤波计算，分别获得B17第二中间数据和B18第一中间数据；并利用B11第三中间数据和B15第二中间数据的转置数据完成水平边界18的滤波计算，获得B11滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B15滤波数据；

步骤19，利用L6的数据和B19的数据完成垂直边界19的滤波计算，获得L6滤波数据和B19第一中间数据，将L6滤波数据写入外部存储器；并利用B12第二中间数据和B16第一中间数据的转置数据完成水平边界19的滤波计算，获得B12滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B16滤波数据；

步骤20，利用所述B19第一中间数据和B20的数据完成垂直边界20的滤波计算，分别获得B19第二中间数据和B20第一中间数据；并利用T5的数据和B17第二中间数据的转置数据完成水平边界20的滤波计算，获得B17第三中间数据；

步骤21，利用L7的数据和B21的数据完成垂直边界21的滤波计算，分别获得L7滤波数据和B21第一中间数据，将L7滤波数据写入外部存储器；并利用T6的数据和B18第一中间数据的转置数据完成水平边界21的滤波计算，获得B18第二中间数据；

步骤22，利用所述B21第一中间数据和B22的数据完成垂直边界22的滤波计算，分别获得B21第二中间数据和B22第一中间数据；并利用B17第三中间数据和B19第二中间数据的转置数据完成水平边界22的滤波计算，获得B17滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B19滤波数据；

步骤23，利用L8的数据和B23的数据完成垂直边界23的滤波计算，分别获得L8滤波数据和B23第一中间数据，将L8滤波数据写入外部存储器；并利用B18第二中间数据和B20第一中间数据的转置数据完成水平边界23的滤波计算，获得B18滤波数据转置后写入外部存储器，以及获得B20滤波数据；

步骤24，利用所述B23第一中间数据和B24的数据完成垂直边界24的滤波计算，分别获得B23第二中间数据和B24第一中间数据；并利用T7的数据和B21第二中间数据的转置数据完成水平边界24的滤波计算，获得B21第三中间数据；

步骤25，利用T8的数据和B22第一中间数据的转置数据完成水平边界24的滤波计算，获得B22第二中间数据；

步骤26，利用所述B21第三中间数据和B23第二中间数据的转置数据完成水平边界26的滤波计算，获得B21滤波数据转置后写入外部寄存器，以及获得B23滤波数据；

步骤27，利用所述B22第二中间数据和B24第一中间数据的转置数据完成水平边界27的滤波计算，获得B22滤波数据转置后写入外部寄存器，以及获得B24滤波数据；

完成上述27步操作后，使用B4滤波数据、B8滤波数据、B12滤波数据及B16滤波数据分别替换左边块存储器中L1、L2、L3及L4位置处的数据；使用B13滤波数据、B14滤波数据、B15滤波数据及B16滤波数据分别替换上边块存储器中T1、T2、T3及T4位置处的数据；使用B18滤波数据、B20滤波数据、B22滤波数据及B24滤波数据分别替换左边块存储器中L5、L6、L7及L8位置处的数据；使用B19滤波数据、B20滤波数据、B23滤波数据及B24滤波数据分别替换上左边块存储器中T5、T6、T7及T8位置处的数据；以完成数据替换的L1至L8作为下一待滤波宏块的左边边界块，以完成数据替换的T1至T8作为下一待滤波宏块的上边边界块。

2.根据权利要求1所述的H.264二维并行后处理去块滤波器硬件实现方法，其特征是：所述硬件实现方法的电路结构包括左边块存储器、上边块存储器、当前宏块存储器、暂存器、转置器单元及滤波计算单元；

所述左边块存储器由单口RAM组成，用于存储左边边界块L1-L8的数据；

所述上边块存储器由单口RAM组成，用于存储上边边界块T1-T8的数据；

所述当前宏块存储器由单口RAM组成，用于存储待滤波宏块中B1-B24的数据；

所述暂存器用于暂存数据，暂存周期数为四个周期；

所述转置器用于对数据块进行转置，转置一个数据块需要四个周期；

所述滤波计算单元包括用于对水平边界进行滤波的水平边界滤波器和用于对垂直边界进行滤波的垂直边界滤波器，所述水平边界滤波器和垂直边界滤波器通过四个周期的滤波计算得到滤波结果。

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