基于VHDL的AVS環(huán)路濾波器設計

0 引言

我國數字音頻編解碼技術(shù)標準AVS 第二部分主要是針對高清晰度數字電視廣播和高密度存儲媒體應用，采用了與H.264 類(lèi)似的技術(shù)框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、環(huán)路濾波等技術(shù)模塊，與H.264 性能相同，當技術(shù)簡(jiǎn)潔，實(shí)現復雜度低。但在低碼率的情況下，由于不同圖像塊做了不同的量化處理，有時(shí)是量化步長(cháng)不同，有時(shí)是舍入的高頻分量不一樣，這樣就造成圖像塊之間的相關(guān)性被破壞，在塊的邊界處就出現不連續或整塊的塊斑現象，稱(chēng)為塊效應。

為了減小塊效應，AVS 引入了環(huán)路濾波器。根據AVS 視頻標準可知，環(huán)路濾波的復雜度很高，包含了很多的條件跳轉運算和數學(xué)運算，對存儲數據有大量且頻繁的讀寫(xiě)操作，完成一個(gè)16×16 的宏塊濾波，對同一個(gè)子塊需要讀寫(xiě)四次。并且運動(dòng)補償、幀間插值等運算已經(jīng)占用很大部分的帶寬資源。對整個(gè)系統而言，由于總線(xiàn)本身的利用效率的因素，在一定的時(shí)鐘頻率下，系統實(shí)際可用的帶寬是很有限的。

本文正是基于降低環(huán)路濾波的計算復雜度，減少與片外存儲器的數據交換，提高濾波速率，實(shí)現實(shí)時(shí)解碼的應用需求，對AVS 解碼標準進(jìn)行了研究。依據AVS 環(huán)路濾波算法的特點(diǎn)提出以8x8 塊為單位進(jìn)行濾波，適當增加片上存儲空間的方式來(lái)提高濾波模塊的效率，以實(shí)現實(shí)時(shí)解碼。

　　1 環(huán)路濾波算法

AVS 環(huán)路濾波器放在幀間預測和運動(dòng)補償之前，用濾波后的幀做后續幀的參考幀。參考幀性能的提高能提高預測效果，從而提高編碼效率。環(huán)路濾波去除了虛假的塊邊界，使得重構圖像的主觀(guān)質(zhì)量有了明顯地提高。

AVS 視頻標準中， 變換采用了8×8 的整數DCT 變換， 運動(dòng)估計的最小塊尺寸也是8×8,因此塊效應可能會(huì )出現在每個(gè)8×8 塊的邊界上。標準中規定，除圖像邊界及條帶的邊界之外宏塊的所有邊界都應進(jìn)行濾波。這里的宏塊邊界定義為宏塊內部各個(gè)8×8 塊的邊界以及當前宏塊與與相鄰宏塊的上邊界和左邊界。

環(huán)路濾波以宏塊為單位， 按照光柵掃描順序依次處理。每個(gè)宏塊對亮度和色度分別進(jìn)行環(huán)路濾波， 首先從左到右對垂直邊界濾波， 然后從上到下對水平邊界濾波。當前宏塊的上邊或者左邊像素值可能在以前的環(huán)路濾波過(guò)程中被修改，當前宏塊的濾波處理的輸入為這些可能被修改的像素值，并且當前宏塊的環(huán)路濾波還可能進(jìn)一步修改這些像素值。

1.1 濾波算法流程

AVS 標準的去塊濾波操作大致可以分為兩個(gè)步驟：首先，進(jìn)行邊界濾波強度（Bs）的判別；然后根據不同的Bs 取值來(lái)進(jìn)行相應的強濾波（STrONg Filter）、標準濾波（Normal Filter）或者不濾波（Skip）的操作。濾波算法流程如圖1 所示。
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