H.264中去块效应滤波器的算法研究和硬件实现

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H.264是ITU-T的VCEG(视频编码专家组)和ISO/IEC的MPEG(活动图像编码专家组)的联合视频组(JVT:joint video team)制定和发布的目前国际上最新的数字视频编码标准,是目前视频图像研究领域的热点问题之一。H.264视频编码标准可满足多种应用需求,其在数字视频通信和存储领域得到越来越广泛的应用。在H.264视频流编解码系统中,子块的预测、补偿、变换、量化,反变换,反量化等都会带来块效应。因此,引入去块效应滤波系统可以很好消除块效应的影响,平滑运动补偿、变换及量化产生的虚假边界,从而提高主观的视觉效果。并且滤波后的帧用于后续帧的运动补偿预测,避免了由于虚假边界积累误差而导致的图像质量进一步降低。本文从算法研究和硬件实现两方面入手,首先简要介绍了视频压缩基本原理,常用视频压缩标准及其特性以及国内外的研究动态,并对H.264标准基本档次所涉及的核心技术进行了详细介绍。然后详细描述了去块效应滤波的原理,能适应片级、图像块边界级和图像样点级不同水平的边界判断的方法,分析了不同边界强度下滤波的过程,最后对去方块滤波算法做了软件研究测试,可看出在低码率的情况下,使用去块滤波对方块效应的改善效果十分明显,滤波后图像的虚假边界变得平滑,主观质量有明显的提高。并针对滤波强度和滤波顺序提出优化了的滤波算法,便于硬件的实现。在硬件实现方面,根据优化的算法和滤波顺序设计了去块效应滤波器的硬件实现电路,去块效应滤波器按照功能主要分为五个模块,分别为顶层控制模块、参数及数据缓存模块、参数计算模块、滤波模块和缓存输出模块。完成了对各个模块的Verilog描述以及大部分模块在QuartusⅡ环境下的设计、仿真和验证。然后对整个去块滤波系统进行综合,分析了整个系统的面积和功耗。本文应用的去块效应滤波器的电路,把需要滤波和滤波的中间过程全部存储在缓存中,达到减少访问外部存储器的目的,减少对外部存储器带宽的依赖;采用一种改进的滤波顺序,减小了电路的规模。最后,对全文的工作进行了总结和对未来研究工作做了展望。
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