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H.26L是下一代視頻編碼標準。它的編碼性超越了所有現存標準，包括H.263+和MPEG-4（SP）。該文分析H.26L引入的多種新的編碼特性，著(zhù)重講述4%26;#215;4點(diǎn)整數變換，并提出一種在TM1300上實(shí)現的快速變換算法。 H.26L是下一代視頻編碼標準。最初，H.26L由ITU-T的VCEG小組開(kāi)始著(zhù)手制訂。2001年11月，MPEG和VCEG聯(lián)合成立JVT小組共同參與制訂H.26L。也正因為MPEG的加入，H.26L將被納入MPEG-4的第十部分。由于H.26L標準還在制訂過(guò)程中，本文暫時(shí)以JVT提供的測試模型TML8為參考。 H.26L信源編碼的基本編碼框架類(lèi)似于當前流行的視頻編碼標準，采用結合變換編碼和預測編碼的混合編碼技術(shù)。它出色的性能主要來(lái)源于引入的新編碼特性：4%26;#215;4點(diǎn)整數變換、使用UVLC進(jìn)行熵編碼、1/4～1/8像素精度的運行矢量、有多種塊大小進(jìn)行運動(dòng)估計等等。這些新的編碼技術(shù)從不同側面提高了壓縮性能和容錯性能。尤其是4%26;#215;4點(diǎn)整數變換，是所有視頻壓縮協(xié)議中獨一無(wú)二的。 雖然H.26L標準還在制訂中，但是在初步的測試中，它的編碼性能超越了現存所有標準，包括H.263+和MPEG-4（Simple profile）。這些試驗結果表明，在取得相同的客觀(guān)視頻質(zhì)量下，H.26L比H.263+能夠節省20%～50%的碼率，比MPEG-4（SP）節省多達50%的碼率。作為下一代視頻編碼標準，H.26L展示了其巨大的發(fā)展前景。 1 H.26L的4x4點(diǎn)整數變換 1.1 變換簡(jiǎn)介 在H.26L編碼技術(shù)中，4x4點(diǎn)整數變換可以看作是DCT變換的整數版本，主要完成去除圖像的空間相關(guān)性，與4%26;#215;4點(diǎn)DCT變換有著(zhù)相同的性質(zhì)。先考慮一維的整數變換：設a,b,c,d是4個(gè)待變換的點(diǎn)，A，B，C，D是對應的4個(gè)變換系數，則可以用以下公式表示a,b,c,d點(diǎn)的正變換： A=13a+13b+13c+13d B=17a+7b-7c-17d C=13a-13b-13c+13d D=7a-17b+17c-7d 反變換公式如下： a"=13A+17B+13C+7D b"=13A+7B-13C-17D c"=13A-7B-13C+17D d"=13A-17B+13C-7D 其中a和a"的關(guān)系是a"=676a。也就是說(shuō)，經(jīng)過(guò)反變換后，還需要進(jìn)行歸一化操作，使得正變換和變換尺度一致。 同樣二維的4x4整數變換的變換核是可分離的。分離的變換將計算復雜度從O（N4）降到O（N3）。 1.2 與8x8點(diǎn)DCT變換的比較 與傳統的DCT變換相比，H.26L采用4x4點(diǎn)整數變換為視頻編碼帶來(lái)了以下優(yōu)點(diǎn)： ①有助于減少塊斑和環(huán)形斑，提高了圖像質(zhì)量。由于對變換系數進(jìn)行了量化，造成了高頻系數丟失，所以恢復的圖像中會(huì )有塊班和環(huán)形班。在H.26L中，采用了更小的4x4點(diǎn)變換，可以有效抑制塊斑和環(huán)形斑。 ②整數變換減小了積累誤差。傳統的積累誤差來(lái)自?xún)蓚�(gè)方面：正變換和反變換不匹配造成的誤與量化造成的誤差。為了達到壓縮的目的，第二種誤差不可避免。但是，由于H.26L采用了精確的整數變換，所以正變換和反變換不會(huì )產(chǎn)生誤差，這樣有效地減少了積累誤差。 ③運算速度快。因為H.26L采用的變換公式是一個(gè)簡(jiǎn)單的整數方程，也就是說(shuō)計算都是基于整數的，而不是浮點(diǎn)數，所以它減少了單個(gè)變換的計算量，也有利于采用定點(diǎn)的DSP實(shí)現。 2 在TM1300中的實(shí)現 TM1300是一款32位超高性能的多媒體處理器。它的核心處理器采用的是VLIW超長(cháng)指令字結構，可以在每一個(gè)時(shí)鐘周期內同時(shí)進(jìn)行5個(gè)操作；支持高度并行的定制操作，能大大加快數字信號處理和多媒體應用中常見(jiàn)的特殊運行的性能，而定制操作在使用上類(lèi)似于C語(yǔ)言函數調用，方便了程序的設計。 本文針對4x4點(diǎn)整數變換的特點(diǎn)和TM1300的定制運算指令的特點(diǎn)，對整數變換作了以下調整：先做行變換，再做列變換。由于行變換的結果不會(huì )超過(guò)16位的表示范圍，故在作列變換之前，重新合并數據，再作列變換，這樣作是基于以下兩點(diǎn)考慮。 第一，由于視頻輸入數據為無(wú)符號的字節型，而TM1300是32位的處理器，以字為單位訪(fǎng)問(wèn)內存，能提高訪(fǎng)問(wèn)的效率。當前4x4數據塊（指針為P1）和參考幀4%26;#215;4數據塊（指針為P2）的數據組織如下。待變換的點(diǎn)為當前數據塊的值與參考幀數據塊對應的值之差。 P1:cal,cb1,cc1,cd1 P2:ra1,rb1,rc1,rd1 ca2,cb2,cc2,cd2 ra2,rb2,rc2,rd2 ca3,cb3,cc3,cd3 ra3,rb3,rc3,rd3 ca4,cb4,cc4,cd4 ra4,rb4,rc4,rd4 第二，可以利用8位乘/累加的定制操作，一個(gè)操作能完成4個(gè)8位乘/累加，一個(gè)機器周期（CLK）最多能執行5個(gè)操作。與非定制的乘/累加相比，減少了運算的次數，提高了程序運行的并行度。 圖1為ifir8ui定制操作功能示意圖。 3 實(shí)驗結果 本文提出的基于TM1300的4x4整數變換的快速算法，使用了并行算是技術(shù)大大減少了計算量。實(shí)驗表明，進(jìn)行1個(gè)4x4點(diǎn)整數變換，直接用乘法和加法運算需要80個(gè)機器周期，改進(jìn)后的算法只需28個(gè)機器周期；而利用TM1300進(jìn)行1個(gè)8x8點(diǎn)定點(diǎn)DCT變換需要180個(gè)機器周期，也明顯大于4個(gè)4x4點(diǎn)整數變換時(shí)間。在變換方面H.264的變換編碼運算復雜度小于其它編碼方法。 |
