CN116567231A - 一种用于hevc去方块滤波的系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于HEVC去方块滤波的系统，包括主控模块、缓存模块和滤波模块和重构RAM；所述主控模块控制缓存模块在不同阶段进行读写，控制滤波模块进行去方块滤波操作，以及给出相应存储器的地址信息；所述滤波模块包括输入缓存模块、编码参数计算模块、滤波操作模块、滤波决策模块和输出缓存模块;所述输入缓存模块用于接收和缓存重构RAM的数据；所述编码参数计算模块用于计算从重构RAM中传递的编码参数；所述滤波操作模块用于执行输入像素的滤波操作;所述滤波决策模块，根据编码参数计算模块中计算得到的边界强度和判决门限来选择滤波输出结果；所述输出缓存模块用于覆盖重构RAM的数据。本发明能够有效减少资源消耗，节省处理时间。
Description
技术领域
本发明涉及高清数字视频压缩编解码技术领域，具体涉及一种用于HEVC去方块滤波的系统。
背景技术
随着对高清晰度视频和超高清视频的多媒体娱乐需求快速增加，在视频编码技术上提出了更高的要求。视频编码专家组(VCEG，Video Coding Experts Group)和运动图像专家组(MPEG，Moving Picture Experts Group)组成的视频编码联合协作小组(JCT-VC)于2013年联合开发了视频编码标准HEVC（High Efficiency Video Coding）。与上一代的H.264/AVC相比，HEVC的目标是在相同的视觉质量下，降低50%的比特率。
HEVC基于经典的混合视频编码框架，包含帧内预测、帧间预测、变换量化、熵编码及环路滤波等模块。由于HEVC编码是以CTU为基本单位进行的，每一块即为最大编码单元（LCU），每个LCU还可以分割成64×64到8×8不等大小的编码单元（CU），而编码过程的变换和量化是相对独立的，结果使得重建图像的块边界产生了不连续性，为此，引入去方块滤波器来改善主客观视频质量。由于必须对块边界附近的所有像素进行滤波，HEVC中的去方块滤波算法仍然具有很高的计算复杂度，约占HEVC视频解码器计算复杂度的20%。因此，低复杂度的去方块滤波器的硬件设计对于行业应用是相关重要。
现有的一些技术里，例如Prayline等人所设计的去方块滤波器，是从外部存储器读取重建像素，并且重建像素是有一帧完整的像素；Po-Kai等人所设计的去方块滤波器，在输入端从帧存储器（片外DRAM）中取出一个LCU，也是得保证有一帧的重建像素。这样的设计若跟重建模块联调将会消耗更多的时间与硬件资源。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于HEVC去方块滤波的系统，能够减少资源消耗，节省处理时间，便于与重构模块相连接。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于HEVC去方块滤波的系统，包括主控模块、缓存模块和滤波模块和重构RAM；主控模块控制缓存模块在不同阶段进行读写，控制滤波模块进行去方块滤波操作，以及给出相应存储器的地址信息；滤波模块包括输入缓存模块、编码参数计算模块、滤波操作模块、滤波决策模块和输出缓存模块;所述输入缓存模块用于接收和缓存重构RAM的数据；编码参数计算模块用于计算从重构RAM中传递的编码参数；滤波操作模块用于执行输入像素的滤波操作；滤波决策模块，根据编码参数计算模块中计算得到的边界强度和判决门限来选择滤波输出结果；输出缓存模块用于覆盖重构RAM的数据。
进一步的，缓存模块包括像素缓存模块和编码参数缓存模块。
进一步的，缓存模块中自定义了4个行缓存和4个列缓存，其中，Y分量行缓存大小为：1/4帧宽的深度，128bit的位宽；编码参数行缓存大小为：1/4帧宽的深度， 32bit的位宽；U分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；V分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；Y分量列缓存大小为：128bit的深度，128bit的位宽；编码参数列缓存大小为：128bit的深度，32bit的位宽；U分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；V分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；滤波前，将自定义的缓存区初始化，然后根据地址生成模块的读地址，从重构RAM、列缓存和行缓存中每个时钟读取128位数据传输给滤波模块。
进一步的，像素缓存模块存储每个最大编码单元LCU最后一行4×4块垂直滤波后的像素与最右一列4×4块未滤波的像素，等到右边LCU到来时，将最右一列4×4块未滤波像素根据主控模块生成的地址传输给滤波模块做滤波操作，而最后一行4×4块只做了垂直滤波需等到下边LCU到来时再传输给滤波模块做水平滤波。
进一步的，编码参数缓存模块存储像素缓存模块中每个4×4块的像素的编码信息，每个4×4块的YUV分量共用一个编码参数。
进一步的，重构RAM存放的是未滤波的重建像素，与LCU同等大小。
进一步的，滤波模块的去方块滤波操作，具体如下：
首先，输入缓存模块根据主控模块生成的地址从缓存模块中每次输入一个4×4的P块或Q块与该4×4块对应的编码参数;
其次，编码参数计算模块根据获得的编码参数信息计算滤波时所需要的参数，包括边界强度BS、滤波开关的判决门限β、边界处像素值差别的判决门限tc；
再次，滤波操作模块将输入的16个像素根据计算得到的判决门限tc同时进行强滤波，弱滤波操作；然后，根据滤波决策 模块的边界强度BS和判决门限β与主控模块的是否为亮度信号来选择滤波输出结果；
最后，输出缓存模块输出用于覆盖重构RAM的数据。
进一步的，滤波操作模块进行滤波操作时，具体如下：
根据HEVC标准先做垂直滤波再做水平滤波，做垂直滤波时，滤波模块处理的像素包括当前LCU的Y分量64×60个像素，U分量32×28个像素，V分量32×28个像素和左边LCU的Y分量64×4个像素，U分量32×4个像素，V分量32×4个像素，而左边LCU的像素是在缓存模块中列缓存读取，如果当前LCU位于图像左边界，则列缓存中的像素置为0；
做水平滤波时，如果当前LCU不是位于图像右边界则滤波模块处理的像素包括了①当前LCU的Y分量60×60个像素，U分量28×28个像素，V分量28×28个像素，②左边LCU的Y分量60×4个像素，U分量28×4个像素，V分量28×4个像素，③上边LCU的Y分量4×60个像素，U分量4×28个像素，V分量4×28个像素，④左上LCU的Y分量4×4个像素，U分量4×4个像素，V分量4×4个像素，否则滤波模块处理的像素多加了当前LCU的最右一列Y分量的60×4个像素，U分量的28×4个像素，V分量的28×4个像素；而左上和上边LCU的像素在缓存模块中行缓存读取，如果当前LCU位于图像左边界，则列缓存中像素置为0，如果当前LCU位于图像上边界，则行缓存的像素置为0。
进一步的，经过滤波模块去方块滤波操作后，如果当前LCU不是位于图像右边界，则当LCU做完滤波后，将左边LCU最后一行的YUV分量各4×4个垂直滤波后的像素与当前LCU最后一行的Y分量4×60个垂直滤波后的像素，UV分量各4×28个垂直滤波后的像素存到行缓存中，如果是，则存储到行缓存的像素为左边LCU最后一行的YUV分量各4×4个与当前LCU最后一行的Y分量4×64个，UV分量各4×32个；此外，将当前LCU最右一列未做滤波的Y分量64×4个像素，UV分量各32×4个像素存储到列缓存中，提供给下一个LCU做滤波。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明通过主控模块、缓存模块、滤波模块以及重构RAM的配合进行去方块滤波，能够在处理图像时有效与外部重建模块联调，提高吞吐量，在节省时间的同时节省硬件资源消耗。
附图说明
图1是本发明实施例的系统结构框图；
图2是本发明实施例中需垂直滤波的Y分量像素示意图；
图3是本发明实施例中需垂直滤波的U分量像素示意图；
图4是本发明实施例中需垂直滤波的V分量像素示意图；
图5是本发明实施例中需水平滤波的Y分量像素示意图；
图6是本发明实施例中需水平滤波的U分量像素示意图；
图7是本发明实施例中需水平滤波的V分量像素示意图；
图8是本发明实施例中Y分量像素存储示意图；
图9是本发明实施例中U分量像素存储示意图；
图10是本发明实施例中V分量像素存储示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
请参照图1，本发明提供一种用于HEVC去方块滤波的系统，包括主控模块A1、缓存模块A2和滤波模块A3和重构RAM；所述主控模块A1控制缓存模块A2在不同阶段进行读写，控制滤波模块A3进行去方块滤波操作，以及给出相应存储器的地址信息；所述滤波模块A3包括输入缓存模块A31、编码参数计算模块A32、滤波操作模块A33、滤波决策模块A34和输出缓存模块A35，其中输入缓存模块A31用于接收和缓存重构RAM的数据;编码参数计算模块A32用于计算从重构RAM中传递的编码参数;滤波操作模块A33用于执行输入像素的滤波操作;滤波决策模块A34，根据编码参数计算模块A32中计算得到的边界强度和判决门限用来选择滤波输出结果，输出缓存模块A35用于覆盖重构RAM的数据。
在本实施例中，缓存模块A2中自定义了4个行缓存和4个列缓存，其中，Y分量行缓存大小为：1/4帧宽的深度，128bit的位宽；编码参数行缓存大小为：1/4帧宽的深度， 32bit的位宽；U分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；V分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；Y分量列缓存大小为：128bit的深度，128bit的位宽；编码参数列缓存大小为：128bit的深度，32bit的位宽；U分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；V分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；滤波前，将自定义的缓存区初始化，然后根据地址生成模块的读地址从重构RAM、列缓存和行缓存中每个时钟读取128位数据传输给滤波模块A3。重构RAM存放的是未滤波的重建像素，与LCU同等大小。
优选的，缓存模块A2还包括像素缓存模块A21和编码参数缓存模块A22。像素缓存模块A21存储每个最大编码单元LCU最后一行4×4块垂直滤波后的像素与最右一列4×4块未滤波的像素，等到右边LCU到来时，将最右一列4×4块未滤波像素根据主控模块A1生成的地址传输给滤波模块A3做滤波操作，而最后一行4×4块只做了垂直滤波需等到下边LCU到来时再传输给滤波模块A3做水平滤波。编码参数缓存模块A22存储像素缓存模块A21中每个4×4块的像素的编码信息，每个4×4块的YUV分量共用一个编码参数。
在本实施例中，滤波模块A3的去方块滤波操作，具体如下：
首先，输入缓存模块A31根据主控模块A1生成的地址从缓存模块A2中每次输入一个4×4的P块或Q块与该4×4块对应的编码参数；
其次，编码参数计算模块A32根据获得的编码参数信息计算滤波时所需要的参数，包括边界强度BS、滤波开关的判决门限β、边界处像素值差别的判决门限tc；
再次，滤波操作模块A33将输入的16个像素根据计算得到的判决门限tc同时进行强滤波，弱滤波操作；然后，根据滤波决策模块A34的边界强度BS和判决门限β与主控模块A1的是否为亮度信号来选择滤波输出结果；
最后，输出缓存模块A35输出用于覆盖重构RAM的数据。
优选的，在本实施例中，参考图2-7，滤波操作模块A33进行滤波操作时，具体如下：
根据HEVC标准先做垂直滤波再做水平滤波，做垂直滤波时，Y分量滤波模块处理的像素如图2所示，包括了当前LCU的Y分量64×60个像素和左边LCU的Y分量64×4个像素；U分量滤波模块处理的像素如图3所示，包括了当前LCU的U分量32×28个像素和左边LCU的U分量32×4个像素；V分量滤波模块处理的像素如图4所示，包括了当前LCU的V分量32×28个像素和左边LCU的V分量32×4个像素。做水平滤波时，Y分量滤波模块处理的像素如图5所示，包括了当前LCU的Y分量60×60个像素，左边LCU的Y分量60×4个像素，上边LCU的Y分量4×60个像素和左上LCU的Y分量4×4个像素；U分量滤波模块处理的像素如图6所示，包括了当前LCU的U分量28×28个像素，左边LCU的U分量28×4个像素，上边LCU的U分量4×28个像素和左上LCU的U分量4×4个像素；V分量滤波模块处理的像素如图7所示，包括了当前LCU的V分量28×28个像素，左边LCU的V分量28×4个像素，上边LCU的V分量4×28个像素和左上LCU的V分量4×4个像素。
在本实施例中，经过A3滤波模块后的Y分量像素存储如图8 所示，如果当前LCU不是位于图像右边界，则当LCU做完滤波后，①将图中16个方块像素（每个方块代表4×4个像素）存储到行缓存中，②将图中16个方块像素存储到列缓存中，如果是，则①将图中16个方块像素和右下角一个方块像素存储到行缓存中，②将图中16个方块像素存储到列缓存中。去方块滤波后的U分量像素存储如图9 所示，如果当前LCU不是位于图像右边界，则当LCU做完滤波后，①将图中8个方块像素（每个方块代表4×4个像素）存储到行缓存中，②将图中8个方块像素存储到列缓存中，如果是，则①将图中8个方块像素和右下角一个方块像素存储到行缓存中，②将图中8个方块像素存储到列缓存中。去方块滤波后的V分量像素存储如图10所示，如果当前LCU不是位于图像右边界，则当LCU做完滤波后，①将图中8个方块像素（每个方块代表4×4个像素）存储到行缓存中，②将图中8个方块像素存储到列缓存中，如果是，则①将图中8个方块像素和右下角一个方块像素存储到行缓存中，②将图中8个方块像素存储到列缓存中。
最后，重构RAM接收下一个LCU的重建像素，并重复上述步骤，这样处理一帧的图像就能与外部重建模块联调起来，相比现有技术，无需等待重建一帧像素后再开始去方块滤波，在节省时间的同时节省了硬件资源。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (9)
1.一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，包括主控模块、缓存模块和滤波模块和重构RAM；所述主控模块控制缓存模块在不同阶段进行读写，控制滤波模块进行去方块滤波操作，以及给出相应存储器的地址信息；所述滤波模块包括输入缓存模块、编码参数计算模块、滤波操作模块、滤波决策模块和输出缓存模块；所述输入缓存模块用于接收和缓存重构RAM的数据；所述编码参数计算模块用于计算从重构RAM中传递的编码参数；所述滤波操作模块用于执行输入像素的滤波操作；所述滤波决策模块，根据编码参数计算模块中计算得到的边界强度和判决门限来选择滤波输出结果；所述输出缓存模块用于覆盖重构RAM的数据。
2.根据权利要求1所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述缓存模块包括像素缓存模块和编码参数缓存模块。
3.根据权利要求2所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述缓存模块中自定义了4个行缓存和4个列缓存，其中，Y分量行缓存大小为：1/4帧宽的深度，128bit的位宽；编码参数行缓存大小为：1/4帧宽的深度， 32bit的位宽；U分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；V分量行缓存大小为：1/8帧宽的深度， 128bit的位宽；Y分量列缓存大小为：128bit的深度，128bit的位宽；编码参数列缓存大小为：128bit的深度，32bit的位宽；U分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；V分量列缓存大小为：64bit的深度，128bit的位宽；滤波前，将自定义的缓存区初始化，然后根据地址生成模块的读地址，从重构RAM、列缓存和行缓存中每个时钟读取128位数据传输给滤波模块。
4.根据权利要求3所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述像素缓存模块存储每个最大编码单元LCU最后一行4×4块垂直滤波后的像素与最右一列4×4块未滤波的像素，等到右边LCU到来时，将最右一列4×4块未滤波像素根据主控模块生成的地址传输给滤波模块做滤波操作，而最后一行4×4块只做了垂直滤波需等到下边LCU到来时再传输给滤波模块做水平滤波。
5.根据权利要求3所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述编码参数缓存模块存储像素缓存模块中每个4×4块的像素的编码信息，每个4×4块的YUV分量共用一个编码参数。
6.根据权利要求1所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述重构RAM存放的是未滤波的重建像素，与LCU同等大小。
7.根据权利要求1所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述滤波模块的去方块滤波操作，具体如下：
首先，输入缓存模块根据主控模块生成的地址从缓存模块中每次输入一个4×4的P块或Q块与该4×4块对应的编码参数；
其次，编码参数计算模块根据获得的编码参数信息计算滤波时所需要的参数，包括边界强度BS、滤波开关的判决门限β、边界处像素值差别的判决门限tc；
再次，滤波操作模块将输入的16个像素根据计算得到的判决门限tc同时进行强滤波，弱滤波操作；然后，根据滤波决策模块的边界强度BS和判决门限β与主控模块的是否为亮度信号来选择滤波输出结果；
最后，输出缓存模块输出用于覆盖重构RAM的数据。
8.根据权利要求3所述的一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，所述滤波操作模块进行滤波操作时，具体如下：
根据HEVC标准先做垂直滤波再做水平滤波，做垂直滤波时，滤波模块处理的像素包括当前LCU的Y分量64×60个像素，U分量32×28个像素，V分量32×28个像素和左边LCU的Y分量64×4个像素，U分量32×4个像素，V分量32×4个像素，而左边LCU的像素是在缓存模块中列缓存读取，如果当前LCU位于图像左边界，则列缓存中的像素置为0；
做水平滤波时，如果当前LCU不是位于图像右边界则滤波模块处理的像素包括了①当前LCU的Y分量60×60个像素，U分量28×28个像素，V分量28×28个像素，②左边LCU的Y分量60×4个像素，U分量28×4个像素，V分量28×4个像素，③上边LCU的Y分量4×60个像素，U分量4×28个像素，V分量4×28个像素，④左上LCU的Y分量4×4个像素，U分量4×4个像素，V分量4×4个像素，否则滤波模块处理的像素多加了当前LCU的最右一列Y分量的60×4个像素，U分量的28×4个像素，V分量的28×4个像素；而左上和上边LCU的像素在缓存模块中行缓存读取，如果当前LCU位于图像左边界，则列缓存中像素置为0，如果当前LCU位于图像上边界，则行缓存的像素置为0。
9.根据权利要求3所述一种用于HEVC去方块滤波的系统，其特征在于，经过滤波模块去方块滤波操作后，如果当前LCU不是位于图像右边界，则当LCU做完滤波后，将左边LCU最后一行的YUV分量各4×4个垂直滤波后的像素与当前LCU最后一行的Y分量4×60个垂直滤波后的像素，UV分量各4×28个垂直滤波后的像素存到行缓存中，如果是，则存储到行缓存的像素为左边LCU最后一行的YUV分量各4×4个与当前LCU最后一行的Y分量4×64个，UV分量各4×32个；此外，将当前LCU最右一列未做滤波的Y分量64×4个像素，UV分量各32×4个像素存储到列缓存中，提供给下一个LCU做滤波。
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
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| 陈焯淼等: ""基于FPGA的HEVC去方块滤波硬件设计"", 《电视技术》, vol. 47, no. 1, pages 48 - 51 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116567231B (zh) | 2023-12-08 |
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