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在TM1300上实现H.26L的4×4点整数变换

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

摘要:H.26L是下一代视频编码标准。它的编码性超越了所有现存标准,包括H.263+和MPEG-4(SP)。该文分析H.26L引入的多种新的编码特性,着重讲述4×4点整数变换,并提出一种在TM1300上实现的快速变换算法。
  关键词:H.26LUVLC4×4点整数变换TM1300
  
  引言
  
  H.26L是下一代视频编码标准。最初,H.26L由ITU-T的VCEG小组开始着手制订。2001年11月,MPEG和VCEG联合成立JVT小组共同参与制订H.26L。也正因为MPEG的加入,H.26L将被纳入MPEG-4的第十部分。由于H.26L标准还在制订过程中,本文暂时以JVT提供的测试模型TML8为参考。
  
  H.26L信源编码的基本编码框架类似于当前流行的视频编码标准,采用结合变换编码和预测编码的混合编码技术。它出色的性能主要来源于引入的新编码特性:4×4点整数变换、使用UVLC进行熵编码、1/4~1/8像素精度的运行矢量、有多种块大小进行运动估计等等。这些新的编码技术从不同侧面提高了压缩性能和容错性能。尤其是4×4点整数变换,是所有视频压缩协议中独一无二的。
  
  虽然H.26L标准还在制订中,但是在初步的测试中,它的编码性能超越了现存所有标准,包括H.263+和MPEG-4(Simpleprofile)。这些试验结果表明,在取得相同的客观视频质量下,H.26L比H.263+能够节省20%~50%的码率,比MPEG-4(SP)节省多达50%的码率。作为下一代视频编码标准,H.26L展示了其巨大的发展前景。
  
  1H.26L的4×4点整数变换
  
  1.1变换简介
  
  在H.26L编码技术中,4×4点整数变换可以看作是DCT变换的整数版本,主要完成去除图像的空间相关性,与4×4点DCT变换有着相同的性质。先考虑一维的整数变换:设a,b,c,d是4个待变换的点,A,B,C,D是对应的4个变换系数,则可以用以下公式表示a,b,c,d点的正变换:
  
  A=13a+13b+13c+13d
  
  B=17a+7b-7c-17d
  
  C=13a-13b-13c+13d
  
  D=7a-17b+17c-7d
  
  反变换公式如下:
  
  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'的关系是a'=676a。也就是说,经过反变换后,还需要进行归一化操作,使得正变换和变换尺度一致。
  
  同样二维的4×4整数变换的变换核是可分离的。分离的变换将计算复杂度从O(N4)降到O(N3)。
  
  1.2与8×8点DCT变换的比较
  
  与传统的DCT变换相比,H.26L采用4×4点整数变换为视频编码带来了以下优点:
  
  ①有助于减少块斑和环形斑,提高了图像质量。由于对变换系数进行了量化,造成了高频系数丢失,所以恢复的图像中会有块班和环形班。在H.26L中,采用了更小的4×4点变换,可以有效抑制块斑和环形斑。
  
  ②整数变换减小了积累误差。传统的积累误差来自两个方面:正变换和反变换不匹配造成的误与量化造成的误差。为了达到压缩的目的,第二种误差不可避免。但是,由于H.26L采用了精确的整数变换,所以正变换和反变换不会产生误差,这样有效地减少了积累误差。
  
  ③运算速度快。因为H.26L采用的变换公式是一个简单的整数方程,也就是说计算都是基于整数的,而不是浮点数,所以它减少了单个变换的计算量,也有利于采用定点的DSP实现。
  
  2在TM1300中的实现
  
  TM1300是一款32位超高性能的多媒体处理器。它的核心处理器采用的是VLIW超长指令字结构,可以在每一个时钟周期内同时进行5个操作;支持高度并行的定制操作,能大大加快数字信号处理和多媒体应用中常见的特殊运行的性能,而定制操作在使用上类似于C语言函数调用,方便了程序的设计。
  
  本文针对4×4点整数变换的特点和TM1300的

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