基于VHDL的AVS環路濾波器設計

0 引言

我國數字音頻編解碼技術標準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 類似的技術框架，包括變換、量化、熵編碼、幀內預測、幀間預測、環路濾波等技術模塊，與H.264 性能相同，當技術簡潔，實現復雜度低。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，有時是量化步長不同，有時是舍入的高頻分量不一樣，這樣就造成圖像塊之間的相關性被破壞，在塊的邊界處就出現不連續或整塊的塊斑現象，稱為塊效應。

為了減小塊效應，AVS 引入了環路濾波器。根據AVS 視頻標準可知，環路濾波的復雜度很高，包含了很多的條件跳轉運算和數學運算，對存儲數據有大量且頻繁的讀寫操作，完成一個16×16 的宏塊濾波，對同一個子塊需要讀寫四次。并且運動補償、幀間插值等運算已經占用很大部分的帶寬資源。對整個系統而言，由于總線本身的利用效率的因素，在一定的時鐘頻率下，系統實際可用的帶寬是很有限的。

本文正是基于降低環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，實現實時解碼的應用需求，對AVS 解碼標準進行了研究。依據AVS 環路濾波算法的特點提出以8x8 塊為單位進行濾波，適當增加片上存儲空間的方式來提高濾波模塊的效率，以實現實時解碼。

　　1 環路濾波算法

AVS 環路濾波器放在幀間預測和運動補償之前，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。環路濾波去除了虛假的塊邊界，使得重構圖像的主觀質量有了明顯地提高。

AVS 視頻標準中， 變換采用了8×8 的整數DCT 變換， 運動估計的最小塊尺寸也是8×8,因此塊效應可能會出現在每個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行濾波。這里的宏塊邊界定義為宏塊內部各個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。

環路濾波以宏塊為單位， 按照光柵掃描順序依次處理。每個宏塊對亮度和色度分別進行環路濾波， 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路濾波過程中被修改，當前宏塊的濾波處理的輸入為這些可能被修改的像素值，并且當前宏塊的環路濾波還可能進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步驟：首先，進行邊界濾波強度（Bs）的判別；然后根據不同的Bs 取值來進行相應的強濾波（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。
基于FPGA的AVS的環路濾波器的實現+.pdf