AVS编码器运动估计中内插的快速算法
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c的预 测过程 同口， n的预测 过程同 d。在本 组中， 整 数精 度的 样本值 均需 要放 大8倍 。
4) 1／4精度像素．厂’i ，k，q 本组像素的预测过程与上组类似，不同的是用来滤 波的低精度样本均来自于相邻的1／2精度样本的中间 值。 5) 1／ 4精 度像素 e ，g，P，r 本组像素值由112精度对角像素的中间值j 与其相 相邻 的整 数精 度样本 值得 到， 以e为 例 e=Cl i p( ( D7呵’+64) >>7) 其 中D7为 整 数精 度样 本 值D放大 64 倍得 到。 值得注意的是 ，在1／2精度对角像素和1 ／4精度像素 的预测过程中， 经滤波的样本值都是中间值 ；这一方面是 为了保证预测的精度，另一方面也保证了对角像素- 『及 e，g，P，r 两种滤波顺序结果的一致性。但是，由于中间值 具有较大的位宽( 2 byt e) ，这增大了整个内插过程的运算 复杂度。 考虑到PNXl 500运算单元和逻辑单元的结构，内插 过程中涉及到2种运算：乘累加( MAC) 和移位( SHI F- I' ) 。 这 里对 以 上5 组像 素内 插 过程 中 所涉 及 的运 算次 数 进行 分析。考查运算复杂度的另一个方面就是对内存的存取 次数。由于 像素原始值和中间 值具有不同的位宽 ，本文将 二者 区别对待 并综合 考虑。复 杂度分 析结果如 表1所示 。 表l 中针对一个8x8块内所有像素内插的平均运 算复杂度进行分析。在这里，内插过程考虑了当前块中 间值的重用。整数像素的放大均等价为倍乘运算 ( MAC) 。表中LOAD和STORE表示对内存的读取和存 储操作，其中数据M／N表示对原像素值( 1 byt e) 和中间值 (2 byt e ) 的操作次数分别为M次和Ⅳ次。BW表示原像素 值和中 间值的位宽 。PLU ACCESS列表示对运算处理单元 的访问次数，MEMACCEs s 列表示对存储单元的存取量。
算量和内存存取量；提出了利用1／2精度像素的最终值代替中间值滤波的简化算法，迸一步降低了运动估计中内插运算实现的复
杂度。在PNXl 500平台上实验表明在保证编码质量的情况下，运动估计时间得到了大幅度降低。
【关键词】AVS编码器；运动估计；内插；分数精度
【中图分类号】TN91 9．81
【文 献标识码 】A
2 AVS中分数精度像素内插
AVS支持1 ／4 像素精度的亮度运动矢量和1 ／8 像素 精度的色度运动矢量，这使得AVS能够实现精确的帧间 预测。在运 动估计过程中，若 搜索得到的运动矢 量是整数 精度 的， 则直接 利用 参考 帧的整 数精 度像素 进行 预测 ； 若运动矢量是分数精度的，则需要对参考帧的整数精度 像素进行内插得到分数精度的像素值，这是通过对整数 精度像素滤波实现的。AVS采用了四抽头滤波的两步内 插，其中l ／2精度的内插滤波器为F( 一1，5，5，一1) ，1／4 精度的内插 滤波器为疋( 1，7， 7，1) 。通过滤波 ，每个整
文章编号：1002—8692( 2008)S1- 0018—04
AVS编 码 器 运 动 估 计 中 内 插 的 快 速 算 法
·论文·
何淼，李文杰，张利 ( 清华大学电子工程系，北京100084)
【摘 要】为了降低AVS编码器在运动估计中进行像素内插的运算复杂度，通过对1，2精度像素进行整帧内插减少了总的内插运
黝 趔 !丝 竺 []
3)1／4精度像素f i ，c，d，n 1／4精度水平像素口由与其水平方向上相邻的4个 低精度样本经E滤波得到其中间值为∥=( ee’+7D’+76+
E) ，其最终预测值为o#Cl i pl (( 口’+64)>>7)。 1／4 精度竖直像素d 由与其竖直方向上相邻的4个
低精度样本经疋滤波得到其中间值为d=( 矿+7D’+7h’+ 日7) ，其最终预测值为d=Cl i pl ( (d’+64) >>7)。
FF) ，其最终预测值为b=Cl i pl ( ( 6’+4)>>3) 。 1／ 2精度 竖直像 素h的 预测过 程和 b类似 。 2) 1／ 2精 度像素 _『 1／ 2精度 对角 像素 _『由 与其 水平 方向上 相邻 的4 个
1，2精度 样本的中间值 经一滤波得到 其中间值为． 『=( 一
bb’+5h’+5m’叫c’) ，其最终预测值为j =Cl i pl (U’+32)>>6)
1 引言
混合视频编码标准AVSt l - 21采用了基于运动估计与 运动补偿相结合的帧间预测编码技术，充分利用了视频 序列的时间相关性，将在参考帧中搜索到的最佳匹配块 作为 当前块 的预测 块，并 对预测 残差进 行变换 编码。 AVS 中共有4种帧间预测块模式：16x16，16x8，8 x16和8x 8。 为了做到更精确的帧间预测和进一步降低码率，AVS中 采用了分数精度像素的内插技术。由搜索算法的特性所 决定，运动估计中的内插复杂度要 pol at i on Al gor i t hm f or Mot i on Es t i mat i on i n AVS Encode r
HE Mi ao， LI Wen—Ji e，ZHANG Li ( Dept．of El e ct r i cal En∥ neen ng，Tsi ngh na UnweⅡ i @，Bei j i ng 100 084， Chi n a)
精度的像素将具有3个l ，2精度的像素和12个1／4精 度的像素，如图1所示。根 具体滤波 式的复杂度不
同，上述 分数精度像素 可以分为以下 5组：
O ④⑧④
O
⑦⑧
⑥④
⑦
⑧⑧
O
⑥
⑦
o
④④④
O
图1 AVS分数精度像素内插
1) 1／2精度 像素b，h 1／2 精度水平像素b由与其水平方向上相邻的4个 整数样本值经E滤波得到其中间值为6’=( 一C+5D+5E—
【Abst r act 】To decr eas e t he comput at i onal compl exi t y i nt r o duced by f r act i onal pi xel i nt erpol at i on i n mot i on es t i ma t i on，t he t ot a l co mpu t at i on a nd memor y acce s s i s r e du ced by i nt erpol at i ng t he ent ir e f r ame f or 1／2 ac cur ac y pi xel ．A s i mpli f i ed me t hod us i n g t he f ina l val u e f or i nt erpol at i on i s a ls o pr opos ed，wi t h t he compl exi t y f or i nt erpol at i on i n mot i on es t i mat i on f ur t her r e du ced ．Exp er i me nt on PNX1 500 demonst r at e r esul t s t ha t t he enti r e en cod i n g t i me i s l ar gel y r educ ed wi t h co mp ar a bl e qu al i t y． 【Key wor ds 】AVSe nc oder ；mot i on es t i mat i on； i nt er pol at i on；f r act i on al ac cur ac y
4) 1／4精度像素．厂’i ，k，q 本组像素的预测过程与上组类似，不同的是用来滤 波的低精度样本均来自于相邻的1／2精度样本的中间 值。 5) 1／ 4精 度像素 e ，g，P，r 本组像素值由112精度对角像素的中间值j 与其相 相邻 的整 数精 度样本 值得 到， 以e为 例 e=Cl i p( ( D7呵’+64) >>7) 其 中D7为 整 数精 度样 本 值D放大 64 倍得 到。 值得注意的是 ，在1／2精度对角像素和1 ／4精度像素 的预测过程中， 经滤波的样本值都是中间值 ；这一方面是 为了保证预测的精度，另一方面也保证了对角像素- 『及 e，g，P，r 两种滤波顺序结果的一致性。但是，由于中间值 具有较大的位宽( 2 byt e) ，这增大了整个内插过程的运算 复杂度。 考虑到PNXl 500运算单元和逻辑单元的结构，内插 过程中涉及到2种运算：乘累加( MAC) 和移位( SHI F- I' ) 。 这 里对 以 上5 组像 素内 插 过程 中 所涉 及 的运 算次 数 进行 分析。考查运算复杂度的另一个方面就是对内存的存取 次数。由于 像素原始值和中间 值具有不同的位宽 ，本文将 二者 区别对待 并综合 考虑。复 杂度分 析结果如 表1所示 。 表l 中针对一个8x8块内所有像素内插的平均运 算复杂度进行分析。在这里，内插过程考虑了当前块中 间值的重用。整数像素的放大均等价为倍乘运算 ( MAC) 。表中LOAD和STORE表示对内存的读取和存 储操作，其中数据M／N表示对原像素值( 1 byt e) 和中间值 (2 byt e ) 的操作次数分别为M次和Ⅳ次。BW表示原像素 值和中 间值的位宽 。PLU ACCESS列表示对运算处理单元 的访问次数，MEMACCEs s 列表示对存储单元的存取量。
算量和内存存取量；提出了利用1／2精度像素的最终值代替中间值滤波的简化算法，迸一步降低了运动估计中内插运算实现的复
杂度。在PNXl 500平台上实验表明在保证编码质量的情况下，运动估计时间得到了大幅度降低。
【关键词】AVS编码器；运动估计；内插；分数精度
【中图分类号】TN91 9．81
【文 献标识码 】A
2 AVS中分数精度像素内插
AVS支持1 ／4 像素精度的亮度运动矢量和1 ／8 像素 精度的色度运动矢量，这使得AVS能够实现精确的帧间 预测。在运 动估计过程中，若 搜索得到的运动矢 量是整数 精度 的， 则直接 利用 参考 帧的整 数精 度像素 进行 预测 ； 若运动矢量是分数精度的，则需要对参考帧的整数精度 像素进行内插得到分数精度的像素值，这是通过对整数 精度像素滤波实现的。AVS采用了四抽头滤波的两步内 插，其中l ／2精度的内插滤波器为F( 一1，5，5，一1) ，1／4 精度的内插 滤波器为疋( 1，7， 7，1) 。通过滤波 ，每个整
文章编号：1002—8692( 2008)S1- 0018—04
AVS编 码 器 运 动 估 计 中 内 插 的 快 速 算 法
·论文·
何淼，李文杰，张利 ( 清华大学电子工程系，北京100084)
【摘 要】为了降低AVS编码器在运动估计中进行像素内插的运算复杂度，通过对1，2精度像素进行整帧内插减少了总的内插运
黝 趔 !丝 竺 []
3)1／4精度像素f i ，c，d，n 1／4精度水平像素口由与其水平方向上相邻的4个 低精度样本经E滤波得到其中间值为∥=( ee’+7D’+76+
E) ，其最终预测值为o#Cl i pl (( 口’+64)>>7)。 1／4 精度竖直像素d 由与其竖直方向上相邻的4个
低精度样本经疋滤波得到其中间值为d=( 矿+7D’+7h’+ 日7) ，其最终预测值为d=Cl i pl ( (d’+64) >>7)。
FF) ，其最终预测值为b=Cl i pl ( ( 6’+4)>>3) 。 1／ 2精度 竖直像 素h的 预测过 程和 b类似 。 2) 1／ 2精 度像素 _『 1／ 2精度 对角 像素 _『由 与其 水平 方向上 相邻 的4 个
1，2精度 样本的中间值 经一滤波得到 其中间值为． 『=( 一
bb’+5h’+5m’叫c’) ，其最终预测值为j =Cl i pl (U’+32)>>6)
1 引言
混合视频编码标准AVSt l - 21采用了基于运动估计与 运动补偿相结合的帧间预测编码技术，充分利用了视频 序列的时间相关性，将在参考帧中搜索到的最佳匹配块 作为 当前块 的预测 块，并 对预测 残差进 行变换 编码。 AVS 中共有4种帧间预测块模式：16x16，16x8，8 x16和8x 8。 为了做到更精确的帧间预测和进一步降低码率，AVS中 采用了分数精度像素的内插技术。由搜索算法的特性所 决定，运动估计中的内插复杂度要 pol at i on Al gor i t hm f or Mot i on Es t i mat i on i n AVS Encode r
HE Mi ao， LI Wen—Ji e，ZHANG Li ( Dept．of El e ct r i cal En∥ neen ng，Tsi ngh na UnweⅡ i @，Bei j i ng 100 084， Chi n a)
精度的像素将具有3个l ，2精度的像素和12个1／4精 度的像素，如图1所示。根 具体滤波 式的复杂度不
同，上述 分数精度像素 可以分为以下 5组：
O ④⑧④
O
⑦⑧
⑥④
⑦
⑧⑧
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⑥
⑦
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④④④
O
图1 AVS分数精度像素内插
1) 1／2精度 像素b，h 1／2 精度水平像素b由与其水平方向上相邻的4个 整数样本值经E滤波得到其中间值为6’=( 一C+5D+5E—
【Abst r act 】To decr eas e t he comput at i onal compl exi t y i nt r o duced by f r act i onal pi xel i nt erpol at i on i n mot i on es t i ma t i on，t he t ot a l co mpu t at i on a nd memor y acce s s i s r e du ced by i nt erpol at i ng t he ent ir e f r ame f or 1／2 ac cur ac y pi xel ．A s i mpli f i ed me t hod us i n g t he f ina l val u e f or i nt erpol at i on i s a ls o pr opos ed，wi t h t he compl exi t y f or i nt erpol at i on i n mot i on es t i mat i on f ur t her r e du ced ．Exp er i me nt on PNX1 500 demonst r at e r esul t s t ha t t he enti r e en cod i n g t i me i s l ar gel y r educ ed wi t h co mp ar a bl e qu al i t y． 【Key wor ds 】AVSe nc oder ；mot i on es t i mat i on； i nt er pol at i on；f r act i on al ac cur ac y
