分数像素精度运动估计的dsp优化方法

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1、第6期宋立锋等：分数像素精度运动估计的DSP优化方法·119·分数像素精度运动估计的DSP优化方法宋立锋，戴青云(广东工业大学信息工程学院，广东广州510006)摘要：分析了分数像素精度运动估计中出现过量数据Cache缺失的原因，并且由此提出一种相对于现有技术可以显著减少Cache缺失的1/4像素精度参考图像数据存储方法，从而实现高运算效率和高数据传输效率的1/4像素精度运动估计。关键词：视频编码；数字信号处理；视频编解码的DSP优化中图分类号：TN919.81文献标识码：B文章编号：1000-

2、436X(2009)06-0114-06TechniqueofDSPoptimizationonfractional-pixel-accuracymotionestimationSONGLi-feng,DAIQing-yun(CollegeofInformationEngineering,GuangdongUniversityofTechnology,Guangzhou,510006,China)Abstract:Thereasonofexcessivedatacachemisswasanaly

3、zedduringthefractional-pixel-accuracymotionestimation,andthenanewreferencepicturedatastorageapproachwasproposedforquarter-pixel-accuracymotionestimation,whichwasabletoremarkablydecreasethedatacachemisscomparingwiththecurrenttechniques.Bythisapproach,

4、thequarter-pixel-accuracymotionestimationwasimplementedwithhighcomputationalefficiencyandhighdatatransmissionefficiency.Keywords:videocoding;DSP;DSPoptimizationonvideocodec第6期宋立锋等：分数像素精度运动估计的DSP优化方法·119·1引言随着视频编码技术的发展，运动补偿精度不断提高：H.261[1]为整像素，MPEG-1[2

5、]、MPEG-2[3]、H.263[4]和MPEG-4第一版本[5]为半像素，MPEG-4第二版本、最新H.264[6]及其国内版本AVS[7]已经达到1/4像素。分数像素精度运动补偿和运动矢量的引入且精度不断提高，一方面令图像运动突破图像平面取样网格的限制而达到更高精度，另一方面随着信号在空间域的拉伸，低通性质得到改善[8]。两方面因素均促成压缩性能的提高，代价是实现复杂度大幅提高。收稿日期：2007-12-19；修回日期：2009-04-08数字信号处理器DSP的结构决定了其适合于大数据量且

6、实时的应用。本文所用的TriMedia/Nexperia处理器包含有助于视频编解码的结构包括大容量片内高速缓存器Cache、大量寄存器、多指令并行处理的超长指令字VLIW结构及众多的运算功能单元、32bit单指令多数据SIMD处理的运算功能单元及指令集[9]。运动估计在整个视频编码中占据超过50%的CPU时钟周期，精度达1/4像素的运动估计所占比例进一步增大。利用DSP加速运动估计对提高编码速度达到实时至关重要。本文对策是根据DSP内部结构安排合适的1/4像素精度参考帧图像数据存储方法，从而实现

7、高运算效率和高数据传输效率的1/4像素精度运动估计。针对TriMedia处理器数据Cache块长64byte、寄存器读写数据最大位长32的结构第6期宋立锋等：分数像素精度运动估计的DSP优化方法·119·，本文提出一种参考帧图像数据存储方法，把每4个同分数位置的水平坐标顺序相接的图像数据合并成为一个32bit的字，存储于存储图像平面内4byte对齐的字位置，不同分数位置的字交错排列。本文方法克服了现有分数像素精度参考帧图像数据存储方法应用于DSP执行实时视频编码时所出现的读取不便、传输效率低下的

8、障碍，在基于TriMedia处理器的会议电视终端的开发过程中取得H.264编码速度的突破性提高。2分数像素运动估计及相关技术存在的问题分数像素精度运动估计可视为围绕最佳整像素块匹配位置搜索帧间位移精确化位置或最佳低通滤波位置。通常算法是图1的逐级8邻点搜索[10]：在最佳整像素位置周围8个半像素位置邻点中搜索最佳位置，接着在最佳半像素位置周围8个1/4像素位置邻点中搜索最佳位置，由此类推。运动估计的主要运算是计算过去帧参考图像块与当前帧原始图像块之差的绝对值和SAD。加速运动估计的关键之一是加速