高性能運(yùn)動估計的架構(gòu)設(shè)計與優(yōu)化的研究.pdf

1、塊匹配運(yùn)動估計是去除視頻時間冗余的主要方法，已成為視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的核心模塊。對于消費(fèi)電子產(chǎn)品中的編碼實現(xiàn)，要求編碼器在限定的計算復(fù)雜度和功耗下完成視頻壓縮任務(wù)，由此，出現(xiàn)了對不同分辨率下的高速低功耗視頻壓縮硬件結(jié)構(gòu)的設(shè)計需求。運(yùn)動估計陣列占整個編碼系統(tǒng)計算復(fù)雜度的50％以上，被認(rèn)為是系統(tǒng)中計算最為繁重的模塊。因此，將運(yùn)動估計陣列集成到SOC設(shè)計中對視頻編碼應(yīng)用越來越重要。論文開展高效的（高吞吐率、低功耗、低帶寬）運(yùn)動估計硬件結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化

2、的研究。
　　 論文的主要成果和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　　 1)為了達(dá)到實時低復(fù)雜度視頻編碼的處理要求，提出一種節(jié)省面積的低比特表示全搜索運(yùn)動估計引擎。使用源像素線性陣列（SPBLA）作為系統(tǒng)級架構(gòu)，并針對系統(tǒng)瓶頸——基于ROM的脈動胞元和冗余的數(shù)據(jù)存儲器，各自給出優(yōu)化的方案。實現(xiàn)結(jié)果表明，相比傳統(tǒng)性能最好的結(jié)構(gòu)SPBLA，在保持相同吞吐率的前提下，所提設(shè)計以少量組合邏輯資源增加為代價換取大量存儲資源的節(jié)省。
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3、為了滿足便攜式實時全高清視頻的處理要求，基于SPBLA 提出一種多宏塊并行比特變換運(yùn)動估計結(jié)構(gòu)，克服以往2 維陣列消耗資源較多且延時大的不足。所提結(jié)構(gòu)易于并行擴(kuò)展且更為節(jié)約資源，進(jìn)一步還針對脈動胞元和數(shù)據(jù)存儲器這兩個系統(tǒng)瓶頸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。實現(xiàn)結(jié)果表明，與同類設(shè)計相比，所提設(shè)計在面積和速度上均有改善。
　　 3)提出一種支持動態(tài)搜索區(qū)域的可變塊大小運(yùn)動估計硬件結(jié)構(gòu)，彌補(bǔ)以往結(jié)構(gòu)使用固定大小搜索區(qū)域所帶來的不足，可同時降低外存帶寬、

4、計算復(fù)雜度和功耗。針對關(guān)鍵部件——搜索區(qū)域緩存，使用循環(huán)分布式存儲結(jié)構(gòu)來支持動態(tài)搜索區(qū)域的數(shù)據(jù)存取，地址邏輯簡單易于LUT實現(xiàn)。對耗時的SAD計算陣列進(jìn)行均衡的流水線劃分和加法邏輯優(yōu)化。實現(xiàn)結(jié)果表明，相比同類設(shè)計，所提設(shè)計以少量吞吐率損失換取面積效率和功耗效率明顯改善。
　　 4)為了達(dá)到實時視頻編碼的低功耗、低帶寬、省資源三個要求，基于改進(jìn)的歸一化部分失真搜索算法（DHS-NPDS），提出一種新穎的運(yùn)動估計硬件結(jié)構(gòu)。新結(jié)構(gòu)支持