用于運(yùn)動估計的高效三步法的硬件設(shè)計與仿真.pdf

1、在視頻壓縮中，使用基于塊匹配技術(shù)的運(yùn)動估計能夠有效去除視頻序列之間存在的大量時間冗余，對于提高壓縮的效率是至關(guān)重要的。采用全搜索算法可以得到最優(yōu)解，但是它的實(shí)現(xiàn)需要大量的運(yùn)算。于是人們提出了許多快速搜索算法，包括三步法、新三步法和四步法等，這些算法在滿足一定精度的條件下可以大大減少運(yùn)算量。這些快速搜索算法大多基于塊失真度量隨著搜索點(diǎn)偏離最佳匹配點(diǎn)而單調(diào)增加的假定，但是這種假定往往只在局部范圍成立，對于塊失真度量是多極值分布的情況，搜索過

2、程就可能陷入局部最優(yōu)。本文介紹了一種高效三步法，該算法在三步法的基礎(chǔ)上增加了偏置中心的小菱形搜索模板和非確定性搜索步數(shù)來加強(qiáng)中心區(qū)域的搜索。模擬實(shí)驗(yàn)證明該算法在不同的搜索范圍以及運(yùn)動大小的情況下，在均方差方面都優(yōu)于新三步法，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，且該算法相對新三步法平均計算量減少了15％。本文的研究內(nèi)容就是針對高效三步法完成硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計與仿真。 高效三步法中使用了兩種搜索模板：正方形模板和小菱形模板。本文提出了一種基于移位寄存器陣列

3、的硬件結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)能夠同時適應(yīng)對這兩種模板的搜索。該結(jié)構(gòu)的設(shè)計靈感來自于一種用于菱形模板類搜索算法的VLSI結(jié)構(gòu)。其基本思想是利用搜索點(diǎn)之間的參考數(shù)據(jù)重疊的特征，把需要用于多個搜索點(diǎn)計算的參考數(shù)據(jù)存儲在移位寄存器陣列中，通過移位操作來滿足不同搜索點(diǎn)的計算需要，大大降低了數(shù)據(jù)存儲器訪問次數(shù)，從而減少了運(yùn)動估計中功率消耗最大部分的操作。 本文對所設(shè)計的結(jié)構(gòu)用Verilog硬件描述語言完成了寄存器傳輸級設(shè)計，并使用ModelSim完成

4、了功能仿真。本文用四個標(biāo)準(zhǔn)測試序列對所設(shè)計結(jié)構(gòu)進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，統(tǒng)計了該結(jié)構(gòu)平均完成一次塊匹配的時鐘周期和平均處理一幀需對參考塊數(shù)據(jù)存儲器的訪問次數(shù)。統(tǒng)計結(jié)果表明，對于不同的測試序列，該結(jié)構(gòu)平均完成一次塊匹配的時鐘周期為256，比實(shí)現(xiàn)菱形法的結(jié)構(gòu)要小，且在70MHz的時鐘頻率下，其吞吐率符合MPEG-2和HDTV的性能要求。針對不同的測試序列，該結(jié)構(gòu)均比實(shí)現(xiàn)菱形法的結(jié)構(gòu)所需的參考塊數(shù)據(jù)存儲器訪問次數(shù)要小，與按照搜索點(diǎn)單獨(dú)處理的情況相比，平