[发明专利]HEVC/H.265的亚像素插值的SIMD快速实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频编码技术领域，具体地，涉及一种HEVC/H.265的亚像素插值的SIMD(single instruction multiple data，单指令多数据技术)快速实现方法。

背景技术

随着视频内容的增长和视频产品的迅速发展，视频内容产业链面临更大的压力，目前AVC(Advanced Video Coding)视频压缩技术已经不能满足视频传输的要求，更高效的视频压缩技术应运而生。不仅如此，未来视频市场趋于更高水平的要求已经超出了目前AVC编码能力的范围，比如3D TV和4K TV。对于4K TV，即使使用目前H.264方式编码，也需要24-32M码率，AVC已经成为4K TV业务发展的瓶颈。在此背景下，高效视频编码(High Efficiency Video Coding，HEVC)这种新的视频编码标准应运而生。HEVC的发展最早追溯到2004年，经过近十年的发展，HEVC于2012年2月形成完整的委员会标准草案，并于2013年1月正式成为国际标准。HEVC的目标是编码效率比AVC提高50％，复杂度比AVC复杂2到10倍。HEVC未来的业务主要面向高清、超高清、3D TV，数据量比以往视频大得多，另外HEVC要求大大提高视频压缩比，而高压缩算法是以增加算法复杂度为代价的，考虑到这两个方面的因素，HEVC编码器对系统的计算性能提出了更高的要求。

为降低HEVC编码复杂度，通常有算法优化、指令集优化、并行优化等方法，其中指令集优化是利用计算平台的指令集实现计算模块，SIMD(single instruction multiple data)单指令多数据技术能在一个指令周期内并行处理多个数据的计算，相比于常规的实现方案能大大减少指令周期，提高运行速度，同时能保证计算结果准确无误。在视频编码中，SIMD技术广泛应用于密集数据计算，如亚像素插值、SAD、DCT/IDCT、计算残差等模块。

在Tilera平台上实现HEVC编码器，移植了HEVC参考代码HM的亚像素插值模块。亚像素插值模块在运动搜索中被多次调用，为了得到得到更精准的运动矢量，像素残差更小，从而压缩性能越高。HEVC的亮度亚像素插值采用8阶插值，计算复杂度很高，在开发的基于Tilera平台的HEVC编码器中，亚像素插值模块占了30％-50％的编码时间，亟需一种亚像素插值模块的加速实现方法。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种HEVC/H.265的亚像素插值的SIMD快速实现方法，所述方法针对Tilera平台上常规的C语言实现的HEVC的亚像素插值模块计算复杂度高、编码速度慢的问题，利用Tilera的SIMD指令集实现HEVC的亚像素插值模块，在同样的计算结果下，减少程序运行的指令周期数，提高运行速度。提高运行速度。

为实现以上目的，本发明提供一种HEVC/H.265的亚像素插值的SIMD快速实现方法，包括如下步骤：

步骤1：将亚像素插值所需要的整像素数据从内存装载进寄存器，视为矢量数据；

步骤2：如果是水平方向亚像素插值直接跳到步骤3；

步骤3：如果是竖直方向亚像素插值，将一组矢量数据两两逐级交织，实现数据转置；

步骤4：根据当前亚像素插值点所需要的整像素，对矢量数据重新排列组合；

步骤5：将矢量数据和对应的系数执行点乘计算，完成相邻整像素和对应系数乘积求和，其中亚像素插值阶数为四阶或八阶；

步骤6：将点乘结果重新排列组合，并行执行右移舍入运算，转载进输出内存，跳至步骤2，直至完成当前像素块中所有的亚像素插值；

步骤7：对于非水平竖直方向的亚像素插值，先执行水平方向的亚像素插值，对插值中间结果执行竖直方向的亚像素插值；以上步骤1-7得到四阶亚像素插值函数或八阶亚像素插值函数；

步骤8：在运动搜索中调用四阶亚像素插值函数，在运动补偿过程中调用八阶亚像素插值函数。

优选地，所述步骤5中，点乘计算公式如下所示：

式中：dotp是点乘计算结果；n是亚像素插值阶数：4或8；A是相应的整像素值；C是相应的亚像素插值系数。

优选地，所述步骤5中，采用一条点乘指令代替多次的乘法和加法运算，有效加速整像素和对应系数相乘求和的计算。

优选地，所述步骤5中，采用一条点乘计算指令代替多次的乘法和加法运算，有效加速中间变量和相应系数的乘积求和过程。