CN104602014B - 一种适用于hevc标准的量化与反量化硬件复用算法及硬件结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，具体为一种适用于HEVC视频编码标准下量化与反量化的硬件复用算法及硬件结构。HEVC通过对DCT变换后频域中不同频率分量的系数进行带权值的量化，可以减小编码的码元位数，提高图像的压缩效率。本发明基于HEVC标准中量化规定，通过一定的算法改进，设计了一种可以支持量化，反量化，量化与反量化复用的硬件结构。本发明可以以较小的硬件开销实现更高的性能，从而高效的实现高清视频的实时编码。

Description

一种适用于HEVC标准的量化与反量化硬件复用算法及硬件 结构

技术领域

本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，针对HEVC视频编解码标准，具体涉及一种适用于HEVC视频编码标准的视频编码器和解码器中量化与反量化的硬件复用算法及硬件结构。

背景技术

HEVC(High Efficiency Video Coding)是由国际电信组织（ITU）和运动图像专家组（MPEG）联合成立的组织JCTVC提出的下一代视频编解码标准。目标是在相同的视觉效果的前提下，相比于上一代标准H.264/AVC，压缩率提高一倍。压缩率的提高以运算复杂度的成倍增加为代价。

量化在有损视频压缩系统中占有非常重要的地位，是造成编码失真的根本原因，同时它又影响着编码比特率，量化的性能好坏在很大程度上影响着视频的压缩性能。量化可分为标量量化和矢量量化，基于编码复杂度的考虑，目前大多数编码器都采用标量量化。标量量化是在失真最小的准则下对系数进行量化，对于视频帧中平坦区域标量量化具有较好的压缩性能，而对于非平坦区域标量量化的压缩性能较差。

相比H.264/AVC中视频的量化压缩算法，HEVC中的量化算法更加复杂，包括一系列的乘、除、加/减运算。

定义参数如下：

coeff为经过二维整数离散余弦变换后的系数；QP为量化参数；

B = 位深； N= 变换尺寸；M = log2(N)；

Q = f(QP%6), 其中f(x)={26214,23302,20560,18396,16384,14564}, x=0,…,5

IQ = g(QP%6), 其中g(x)={40,45,51,57,64,72}, x=0,…,5

QP%6为量化参数除6取模的运算；

量化可以如下过程来实现：

对于RDOQ= OFF的情况：

level = (coeff*Q + offset)>>(21+QP/6–M–(B-8))；

offset = (21+QP/6–M–(B-8))；

对于RDOQ=ON的情况，缩放和成本函数计算会相应调整。

反量化规定如下：

coeffQ= ((level*IQ << (QP/6)) + offset)>>(M-1+(B-8))；

offset = 1<<(M-2+(B-8))；

coeffQ = min(32767,max(-32768,coeffQ))；

裁剪确保了变换系数量化后的值coeffQ保持16bit位宽。 剪裁只出现在极端的输入值和不合理的量化行为发生的情况下。

发明内容

本发明的目的在于提出一种适用于HEVC标准下量化、反量化以及量化与反量化复用的算法及硬件结构，以有效降低硬件开销，并提高性能。

本发明提出的适用于HEVC标准下量化、反量化以及量化与反量化复用的算法，其HEVC中量化和反量化的计算，可由统一的公式表示：

output=(input*q+offset)>>shift；

其中，input表示输入系数；q表示量化或反量化的系数； offset表示补偿量；shift表示移位的比特数；

量化过程中： q= f(QP%6)；offset根据RDOQ的开关情况进行调整；

shift=21+QP/6–M–(B-8)；

反量化过程中：q= g(QP%6)<<(QP/6)；

offset=1<<(M-2+(B-8))；

shift=1<<(M-1+(B-8))；

计算过程分两个阶段：q, offset, shift的计算；乘，加，移位运算的计算；对于编码器第一阶段可以在DCT变换阶段进行计算。

该单元适用于多路并行结构，对于吞吐率为N pixels/cycle的结构，计算Ｎ点乘，加，移位的硬件单元可以共享一套计算q, offset, shift的硬件。

本发明可以以较小的硬件开销实现更高的性能，从而高效的实现高清视频的实时编码。

附图说明

图1：系数计算电路硬件结构。

图2：乘加移位运算电路结构。

图3：N路并行量化与反量化结构。

具体实施方式

下面结合附图，进一步具体描述本发明方法。

本发明所述的基于改进后算法的量化与反量化结构，具体如下：

图1所示为计算q, offset, shift三个基本参数的单元，输入为量化步长QP，控制信号CTRL，Ｂ为位深，QP用来确定量化和反量化操作的具体参数；CTRL用来控制运算过程：CTRL=0进行量化操作，CTRL=1进行反量化操作。进行RDOQ时，量化的 offset需要进行调整，A1和A2用来确定量化时的补偿量。

图2所示为量化与反量化的运算部分，量化与反量化可分为乘，加，移位，截位四部分。

图3所示为N路并行的量化与反量化复用的硬件结构，可以支持N路并行的量化，反量化，量化与反量化复用的操作。N路的运算单元共享一个参数计算单元的硬件。

本发明采用一种基于HEVC标准下量化与反量化复用算法的硬件架构实现。该设计可以有效降低量化和反量化的硬件实现开销并实现较高的性能。

Claims (2)

1.一种适用于HEVC标准下量化，反量化以及量化与反量化复用的算法，其特征在于：

HEVC中量化和反量化的计算由统一的公式表示：

output=(input*q+offset)>>shift;

其中，input表示输入系数；q表示量化或反量化的系数； offset表示补偿量；shift表示移位的比特数；

量化过程中： q= f(QP%6)；offset根据RDOQ的开关情况进行调整；

shift=21+QP/6–M–(B-8)；

反量化过程中：q= g(QP%6)<<(QP/6)；

offset=1<<(M-2+(B-8))；

shift=1<<(M-1+(B-8))；

B为位深，即每个像素分量的量化深度；

N为变换尺寸，即变化单元的尺寸；

M = log2(N)表示变换单元以2为底的对数；

f(QP%6)为量化系数；其中f(x)={26214,23302,20560,18396,16384,14564}, x=0,…,5

g(QP%6)为反量化系数；其中g(x)={40,45,51,57,64,72}, x=0,…,5

QP%6为量化参数除6取模的运算；

计算过程分两个阶段：q,offset, shift的计算；乘，加，移位运算的计算；对于编码器第一阶段在DCT变换阶段进行计算。

2.一种如权利要求1所述算法的硬件结构，其特征在于：

该硬件结构适用于多路并行结构，对于吞吐率为N pixels/cycle的结构，计算Ｎ点乘，加，移位的运算单元共享一套计算q, offset, shift系数的硬件。