來源：單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用 作者：新聞管理員

摘要：h.26l是下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。它的編碼性超越了所有現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)，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，著重講述4×4點(diǎn)整數(shù)變換，并提出一種在tm1300上實(shí)現(xiàn)的快速變換算法。

關(guān)鍵詞：h.26l uvlc 4×4點(diǎn)整數(shù)變換 tm1300

引言h.26l是下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。最初，h.26l由itu-t的vceg小組開始著手制訂。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?yàn)閙peg的加入，h.26l將被納入mpeg-4的第十部分。由于h.26l標(biāo)準(zhǔn)還在制訂過程中，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似于當(dāng)前流行的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用結(jié)合變換編碼和預(yù)測編碼的混合編碼技術(shù)。它出色的性能主要來源于引入的新編碼特性：4×4點(diǎn)整數(shù)變換、使用uvlc進(jìn)行熵編碼、1/4～1/8像素精度的運(yùn)行矢量、有多種塊大小進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)等等。這些新的編碼技術(shù)從不同側(cè)面提高了壓縮性能和容錯(cuò)性能。尤其是4×4點(diǎn)整數(shù)變換，是所有視頻壓縮協(xié)議中獨(dú)一無二的。

雖然h.26l標(biāo)準(zhǔn)還在制訂中，但是在初步的測試中，它的編碼性能超越了現(xiàn)存所有標(biāo)準(zhǔn)，包括h.263+和mpeg-4（simple profile）。這些試驗(yàn)結(jié)果表明，在取得相同的客觀視頻質(zhì)量下，h.26l比h.263+能夠節(jié)省20%～50%的碼率，比mpeg-4（sp）節(jié)省多達(dá)50%的碼率。作為下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，h.26l展示了其巨大的發(fā)展前景。

1 h.26l的4×4點(diǎn)整數(shù)變換1.1 變換簡介

在h.26l編碼技術(shù)中，4×4點(diǎn)整數(shù)變換可以看作是dct變換的整數(shù)版本，主要完成去除圖像的空間相關(guān)性，與4×4點(diǎn)dct變換有著相同的性質(zhì)。先考慮一維的整數(shù)變換：設(shè)a,b,c,d是4個(gè)待變換的點(diǎn)，a，b，c，d是對應(yīng)的4個(gè)變換系數(shù)，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，經(jīng)過反變換后，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4×4整數(shù)變換的變換核是可分離的。分離的變換將計(jì)算復(fù)雜度從o（n4）降到o（n3）。

1.2 與8×8點(diǎn)dct變換的比較

與傳統(tǒng)的dct變換相比，h.26l采用4×4點(diǎn)整數(shù)變換為視頻編碼帶來了以下優(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(shù)進(jìn)行了量化，造成了高頻系數(shù)丟失，所以恢復(fù)的圖像中會有塊班和環(huán)形班。在h.26l中，采用了更小的4×4點(diǎn)變換，可以有效抑制塊斑和環(huán)形斑。

②整數(shù)變換減小了積累誤差。傳統(tǒng)的積累誤差來自兩個(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(dá)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(shù)變換，所以正變換和反變換不會產(chǎn)生誤差，這樣有效地減少了積累誤差。

③運(yùn)算速度快。因?yàn)閔.26l采用的變換公式是一個(gè)簡單的整數(shù)方程，也就是說計(jì)算都是基于整數(shù)的，而不是浮點(diǎn)數(shù)，所以它減少了單個(gè)變換的計(jì)算量，也有利于采用定點(diǎn)的dsp實(shí)現(xiàn)。

2 在tm1300中的實(shí)現(xiàn)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超長指令字結(jié)構(gòu)，可以在每一個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)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(shù)字信號處理和多媒體應(yīng)用中常見的特殊運(yùn)行的性能，而定制操作在使用上類似于c語言函數(shù)調(diào)用，方便了程序的設(shè)計(jì)。

本文針對4×4點(diǎn)整數(shù)變換的特點(diǎn)和tm1300的定制運(yùn)算指令的特點(diǎn)，對整數(shù)變換作了以下調(diào)整：先做行變換，再做列變換。由于行變換的結(jié)果不會超過16位的表示范圍，故在作列變換之前，重新合并數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)為無符號的字節(jié)型，而tm1300是32位的處理器，以字為單位訪問內(nèi)存，能提高訪問的效率。當(dāng)前4×4數(shù)據(jù)塊（指針為p1）和參考幀4×4數(shù)據(jù)塊（指針為p2）的數(shù)據(jù)組織如下。待變換的點(diǎn)為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的值與參考幀數(shù)據(jù)塊對應(yīng)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(jī)器周期（clk）最