用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構的製作方法
2023-06-06 10:08:31
專利名稱：用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種數字視頻編解碼技術領域，尤其涉及一種視頻壓縮技術領域使用的一種緩存結構。
背景技術：
H. 264是新一代的視頻壓縮標準，它大幅度提高了編碼效率和圖像質量，但增加了運算複雜度，運動估計、幀內預測、變換/量化等需要大量運算，尤其是運動估計模塊的運算量佔整個編碼器運算量的80%以上，成為編碼速度提高的瓶頸，因此必須在算法實現中對其優化。運動估計由整像素運動估計和分數像素運動估計兩部分組成，其中整像素部分的運算量約佔整個運動估計的90%。
在幀間編碼過程中，由於使用了可變塊運動估計、多參考幀運動補償和拉格朗日率失真優化等新的編碼技術，使得運動估計過程佔用了整個編碼器大部分的編碼運算時間。整數像素運動估計模塊主要完成粗精度的幀間匹配搜索，分數像素運動估計模塊在整數像素運動估計的基礎上，再對宏塊分割進行率失真優化控制下的1/2像素和1/4像素精度匹配搜索，最終得到宏塊的編碼模式和運動矢量。對於1080P高清視頻，一幀要處理 8160個宏塊，分數像素運動估計模塊的設計，對整個編碼器的實時編碼性能至關重要。
進行色度運動估計時，在 對當前塊進行預測時需用到周邊的左側像素塊和上側像素塊，而這些像素塊在前面的運動估計中已經被讀取並使用過，如果每次使用這些像素塊數據時，都需要到外部存儲器RAM中讀取，由於外部RAM的讀取速度相對處理器要慢很多， 多次重複讀取RAM內的數據會佔用大量的時間，使處理器處於空閒等待狀態，嚴重影響編碼效率。發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種讀取數據速度快、編碼效率高的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，包括與運動估計硬體模塊數據連接的高速緩衝存儲器，所述高速緩衝存儲器數據連接有外部數據存儲單元。
作為一種優選的技術方案，所述高速緩衝存儲器包括緩衝寄存器BUFFER和TLB模塊，所述TLB模塊內存放著要存取圖像像素的坐標數據，所述BUFFER內存放著與所述TLB 模塊內的圖像像素的坐標數據一一對應的像素塊的像素值，所述高速緩衝存儲器還包括讀寫控制單元。
作為一種優選的技術方案，所述TLB模塊由8 X 16個單元組成，每個單元存放著要存取圖像像素的坐標數據。
作為一種優選的技術方案，所述TLB模塊的8X 16個單元中每8個單元組成一個 slice。
作為一種優選的技術方案，所述BUFFER包括128個緩衝寄存單元，所述BUFFER的緩衝寄存單元數目與所述TLB模塊的單元數目相同。
作為一種優選的技術方案，所述讀寫控制單元包括查詢高速緩衝存儲器內數據的查詢控制模塊、從高速緩衝存儲器內讀取數據的讀控制模塊以及向高速緩衝存儲器內寫入數據的寫控制模塊。
由於採用了上述技術方案，用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，包括與運動估計硬體模塊數據連接的高速緩衝存儲器，所述高速緩衝存儲器數據連接有外部數據存儲單元；在進行視頻壓縮運動估計時，將當前用到的數據暫時存放在高速緩衝存儲器內，需要重複使用這些數據時，只需要從高速緩衝存儲器內讀取數據即可，而無需去外部數據存儲單元讀取數據，縮短了讀取數據的時間，加快了運算估計的速度；如果需要的數據在高速緩衝存儲器內查詢不到，則需要到外部數據存儲單元查詢讀取數據，然後將該數據存儲到高速緩衝存儲器權重最小的單元內，以便後面使用到該數據時，能夠快速讀取到數據。
圖1是本發明在運動估計電路中的結構位置；圖2是本發明高速緩衝存儲器的結構框圖；圖3是本發明TLB模塊的內部結構圖；圖4是本發明高速緩衝存儲器的工作流程圖；具體實施方式
下面結合附圖和實施例，進一步闡述本發明。在下面的詳細描述中，只通過說明的方式描述了本發明的某些示範性實施例。毋庸置疑，本領域的普通技術人員可以認識到， 在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，可以用各種不同的方式對所描述的實施例進行修正。因此，附圖和描述在本質上是說明性的，而不是用於限制權利要求的保護範圍。
如圖1、圖2和圖3所示，用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，包括與運動估計硬體模塊數據連接的高速緩衝存儲器，所述高速緩衝存儲器包括緩衝寄存器BUFFER和 TLB模塊，所述TLB模塊內存放著要存取圖像像素的坐標數據，所述BUFFER內存放著與所述TLB模塊內的圖像像素的坐標數據--對應的像素塊的像素值；所述TLB模塊由8X 16個單元組成，每個單元存放著要存取圖像像素的坐標數據，所述TLB模塊的8 X 16個單元中每 8個單元組成一個slice ;所述BUFFER包括128個緩衝寄存單元，所述BUFFER的緩衝寄存單元數目與所述TLB模塊的單元數目相同；所述高速緩衝存儲器還包括讀寫控制單元，所述讀寫控制單元包括查詢高速緩衝存儲器內數據的查詢控制模塊、從高速緩衝存儲器內讀取數據的讀控制模塊以及向高速緩衝存儲器內寫入數據的寫控制模塊；所述查詢控制模塊實現搜索高速緩衝存儲器中的坐標的功能；所述讀控制模塊實現從高速緩衝存儲器中直接讀取 數據給色度運動估計電路的功能; 所述寫控制模塊實現將外部對應的數據塊讀入存進高速緩衝存儲器中的功能。
所述高速緩衝存儲器數據連接有外部數據存儲單元，所述外部數據存儲單元為可讀寫數據存儲器RAM。
如圖1所示是本發明在運動估計電路中的結構位置，在運動估計過程中，需要使用的數據首先在高速緩衝存儲器中查找，高速緩衝存儲器與外部數據存儲器RAM連接，高速緩衝存儲器中有的數據直接讀取，沒有的數據從RAM中讀取並存儲，以供後面的計算使用。
圖2是本發明高速緩衝存儲器的結構框圖，本高速緩衝存儲器由TLB模塊和一個深度為128的BUFFER組成，TLB模塊中存儲的是存取圖像像素的坐標位置，BUFFER中是對應位置的像素值。
圖3是本發明TLB模塊的內部結構圖，TLB模塊由8X 16個單元組成，每8個單元組成一個slice。
圖4是本發明高速緩衝存儲器的工作流程圖。當外部色度運動估計電路需要讀取數據時，將色度4X4像素塊在圖像中的坐標值發送給高速緩衝存儲器，高速緩衝存儲器搜索高速緩衝存儲器中的坐標，如果命中，將從高速緩衝存儲器中直接讀取數據給色度運動估計電路，並且將該數據的權重增加一。若未命中，則首先提示未命中，然後在高速緩衝存儲器中搜索到權重最低的數據塊，將外部對應的數據塊讀入存進高速緩衝存儲器中，並將該數據塊權重增一，再將該數據塊從高速緩衝存儲器中輸出到色度運動估計電路。
以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實 施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求
1.用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，其特徵在於包括與運動估計硬體模塊數據連接的高速緩衝存儲器，所述高速緩衝存儲器數據連接有外部數據存儲單元。
2.如權利要求1所述的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，其特徵在於所述高速緩衝存儲器包括緩衝寄存器BUFFER和TLB模塊，所述TLB模塊內存放著要存取圖像像素的坐標數據，所述BUFFER內存放著與所述TLB模塊內的圖像像素的坐標數據--對應的像素塊的像素值，所述高速緩衝存儲器還包括讀寫控制單元。
3.如權利要求2所述的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，其特徵在於所述 TLB模塊由8X 16個單元組成，每個單元存放著要存取圖像像素的坐標數據。
4.如權利要求3所述的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，其特徵在於所述 TLB模塊的8X 16個單元中每8個單元組成一個slice。
5.如權利要求2所述的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，其特徵在於所述 BUFFER包括128個緩衝寄存單元，所述BUFFER的緩衝寄存單元數目與所述TLB模塊的單元數目相同。
6.如權利要求2至5任一權利要求所述的用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構， 其特徵在於所述讀寫控制單元包括查詢高速緩衝存儲器內數據的查詢控制模塊、從高速緩衝存儲器內讀取數據的讀控制模塊以及向高速緩衝存儲器內寫入數據的寫控制模塊。
全文摘要
本發明公開了一種用於視頻壓縮運動估計中的高速緩存結構，包括與運動估計硬體模塊數據連接的高速緩衝存儲器，所述高速緩衝存儲器數據連接有外部數據存儲單元；在進行視頻壓縮運動估計時，將當前用到的數據暫時存放在高速緩衝存儲器內，需要重複使用這些數據時，只需要從高速緩衝存儲器內讀取數據即可，而無需去外部數據存儲單元讀取數據，縮短了讀取數據的時間，加快了運算估計的速度；如果需要的數據在高速緩衝存儲器內查詢不到，則需要到外部數據存儲單元查詢讀取數據，然後將該數據存儲到高速緩衝存儲器權重最小的單元內，以便後面使用到該數據時，能夠快速讀取到數據。
文檔編號H04N7/26GK103067709SQ20121057653
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月25日 優先權日2011年12月30日
發明者車秀玉 申請人:諸城市新東方汽車儀表有限責任公司