[发明专利]一种基于可重构技术的MPEG2亮度插值的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种嵌入式视频解码领域的方法，具体的说，涉及的是一种基于可重构技术的MPEG2亮度插值的实现方法。

背景技术

随着视频标准的发展，视频压缩的效果和性能越来越好，但其复杂度和计算量也大大增加。相应的，在解码端要实现实时解码，对硬件的数据并行性和计算效率提出了很高的要求。

 MPEG2是运动图像专家组于1994年发布的视频和音频压缩国际标准，经过了多年的修订与完善，现在MPEG2已经非常成熟，在数字广播电视、卫星转播，DVD产品、高清影像等领域有着广阔的应用，虽然更新的MPEG4标准已经发布，但是MPEG2的市场占有率较高，仍然有很高的研究和应用价值。

运动估计是去除视频中各帧的时间相关性，增大视频编码压缩率的重要方法。在编码端，要进行帧间预测，就是根据相邻帧的相似性，按照一定的搜索算法，找到相邻帧中相似的块，用运动矢量来标识，再将运动矢量经过熵编码压缩。在解码端，相应的需要进行运动补偿，根据解码出来的运动矢量，找到当前帧在参考帧中最相近的块，恢复出编码前的图像数据。

由于自然物体运动的连续性，采用整数像素点来进行帧间预测往往不能找到匹配的很好的图像块。因此，一般采用将整数点像素进行插值，得到分数点像素再进行帧间预测，实验证明，这可以大大提高帧间预测的准确度和编码效率。在解码端，要恢复图像，同样需要先做插值得到分数像素点的样本值。

 MPEG2中运动补偿使用的是1/2像素精度，所以有三种插值的位置，如图1所示，（图中圆形的是整数像素点，正方形的是行和列的1/2像素点，三角形的是中间的1/2像素点，箭头上的数字为插值时整数点样本值的权重），分别为：

1. 行方向1/2像素插值:对水平方向相邻的两个整数像素的值取平均值。

 2.列方向1/2像素插值：对垂直方向相邻的两个整数像素的值取平均值。

 3.中间1/2像素插值：对水平方向相邻的两个整数像素和垂直方向相邻的两个整数像素，共四个像素点的值取平均值。

 MPEG2解码时，亮度是按照8×8的块为单位进行，在插值的时候，要得到8×8块的所有三种分数像素点的亮度插值数据，需要输入9×9的块数据，如图2所示，也即多输入一行和一列的数据。

传统上，执行一个算法的方式主要有两种：通用处理器和专用集成电路(ASIC：Application Specific Integrated Circuit)。通用处理器可以通过软件编程来执行各种算法，十分灵活，但是在性能、功耗和面积上往往不能达到要求。而ASIC是针对特定算法进行设计，可以达到很高的性能，同时面积和功耗也比较小，但是不能执行别的算法，灵活性差。而且设计ASIC需要完成一系列复杂的流程，研发周期很长，经常难以满足产品上市时间的要求，同时研发费用很高，特别是随着芯片工艺尺寸的缩小，成本更是成倍增加。因此对一种新的计算技术的需求十分迫切。

可重构计算技术就是在这种背景下出现的，目的是填补两者之间的空白，在性能和灵活性上做一个折中。可重构计算的核心部分是多个功能单元组成的阵列，并且有灵活的互联连接它们。根据功能单元的粒度大小，可以分为细粒度和粗粒度阵列。FPGA是一种典型的细粒度可重构阵列，以查找表为最小粒度单元，其出现较早，比较成熟，现在有着很广泛的应用。但是随着算法的规模和复杂度增加，FPGA的单元数量和互联面积剧增，同时功耗增大。粗粒度阵列一般以字长宽度的算术逻辑单元(Arithmetic Logic Unit)为最小粒度单元，非常适合大规模计算密集型的应用，例如视频编解码、图像处理、无线通信和数据加密等。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种基于可重构技术的MPEG2亮度插值的实现方法，利用可重构阵列，加速MPEG2标准亮度插值算法的执行，更好的满足实时解码的需求。

本发明是通过以下的技术方案实现的，本发明一种基于可重构技术的MPEG2亮度插值的实现方法，包括以下步骤：

首先，进行算法分析，根据MPEG2亮度插值的定义设计出DFG（Data Flow Graph，数据流图），得到算法的数据传输需求；

其次，根据算法分析的结果和可重构阵列的架构，对数据流图进行分割和映射，设计出最优的数据传输的方案；