全搜索运动估计结构的研究与设计

摘要

运动估计是视频编码系统的重要组成部分，它能有效去除利用视频信号中存在的大量时间、空间冗余，令视频数据得以高效地压缩编码，从而帮助解决数字视频信息的存储和传输两大关键问题。 运动估计，虽然在概念上可以简单抽象为计算运动矢量MV，但是在算法、体系结构的设计与实现等方面都有许多探讨和经验，值得我们研究。 更重要的是，由于实现不受视频标准限制，运动估计电路的设计空间广阔。其中，基于全搜索块匹配(FSBM)算法的运动估计阵列结构，因为能取得最好的图像压缩效果，并且数据取用呈现高度规整性，适合硬件实现，而受到学术界的关注。但是该类结构的数据处理量大，功耗高，因而成为本课题的研究方向。 针对新一代视频编码标准H.264/AVC，对整数像素运动估计和可变块运动估计的要求，论文对当前的研究成果做了较深入、全面的调研与分析。以此为基础，论文提出一个基于脉动阵列的，高性能、低带宽全搜索运动估计结构。 在结构设计过程中，论文基于AON网络分析模型，用动态规划方法，充分利用结构中的数据计算依赖关系，对最初提出的设计方案进行了优化的结构映射，最终实现了一个全局最优的延迟寄存器压缩方案。 该设计用verilog hdl硬件描述语言对其进行RTL级建模，在modelsim平台进行仿真验证。在0.18um CMOS工艺下，用Design Compiler工具进行了逻辑综合，结果表明，该电路在220Mhz的运行频率下，整体电路开销可节省近20％—成功地优化了结构的实现。