摘要：計(jì)算機(jī)發(fā)明者約翰·馮·諾依曼。H.26L是下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。它的編碼性超越了所有現(xiàn)存標(biāo)準(zhǔn)，包括H.263+和MPEG-4(SP)。該文分析H.26L引入的多種新的編碼特性，著重講述4×4點(diǎn)整數(shù)變換，并提出一種在TM1300上實(shí)現(xiàn)的快速變換算法。文章發(fā)表在《計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制》上，是核心電子期刊發(fā)表范文，供同行參考。

　　關(guān)鍵詞：H.26L,UVLC 4×4點(diǎn)整數(shù)變換,TM1300

　　計(jì)算機(jī)是20世紀(jì)最先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)發(fā)明之一，對(duì)人類的生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)活動(dòng)產(chǎn)生了極其重要的影響，并以強(qiáng)大的生命力飛速發(fā)展。最初，H.26L由ITU-T的VCEG小組開始著手制訂。2001年11月，MPEG和VCEG聯(lián)合成立JVT小組共同參與制訂H.26L。也正因?yàn)镸PEG的加入，H.26L將被納入MPEG-4的第十部分。由于H.26L標(biāo)準(zhǔn)還在制訂過程中，本文暫時(shí)以JVT提供的測(cè)試模型TML8為參考。

　　H.26L信源編碼的基本編碼框架類似于當(dāng)前流行的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，采用結(jié)合變換編碼和預(yù)測(cè)編碼的混合編碼技術(shù)。它出色的性能主要來源于引入的新編碼特性：4×4點(diǎn)整數(shù)變換、使用UVLC進(jìn)行熵編碼、1/4～1/8像素精度的運(yùn)行矢量、有多種塊大小進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)等等。

　　這些新的編碼技術(shù)從不同側(cè)面提高了壓縮性能和容錯(cuò)性能。尤其是4×4點(diǎn)整數(shù)變換，是所有視頻壓縮協(xié)議中獨(dú)一無二的。雖然H.26L標(biāo)準(zhǔn)還在制訂中，但是在初步的測(cè)試中，它的編碼性能超越了現(xiàn)存所有標(biāo)準(zhǔn)，包括H.263+和MPEG-4(Simple profile)。

　　則可以用以下公式表示a,b,c,d點(diǎn)的正變換：A=13a+13b+13c+13dB=17a+7b-7c-17dC=13a-13b-13c+13dD=7a-17b+17c-7d反變換公式如下：a'=13A+17B+13C+7Db'=13A+7B-13C-17Dc'=13A-7B-13C+17Dd'=13A-17B+13C-7D其中a和a'的關(guān)系是a'=676a。也就是說，經(jīng)過反變換后，還需要進(jìn)行歸一化操作，使得正變換和變換尺度一致。同樣二維的4×4整數(shù)變換的變換核是可分離的。分離的變換將計(jì)算復(fù)雜度從O(N4)降到O(N3)。1.2 與8×8點(diǎn)DCT變換的比較與傳統(tǒng)的DCT變換相比，H.26L采用4×4點(diǎn)整數(shù)變換為視頻編碼帶來了以下優(yōu)點(diǎn)：

　　①有助于減少塊斑和環(huán)形斑，提高了圖像質(zhì)量。由于對(duì)變換系數(shù)進(jìn)行了量化，造成了高頻系數(shù)丟失，所以恢復(fù)的圖像中會(huì)有塊班和環(huán)形班。在H.26L中，采用了更小的4×4點(diǎn)變換，可以有效抑制塊斑和環(huán)形斑。

　　②整數(shù)變換減小了積累誤差。傳統(tǒng)的積累誤差 兩個(gè)方面：正變換和反變換不匹配造成的誤與量化造成的誤差。為了達(dá)到壓縮的目的，第二種誤差不可避免。但是，由于H.26L采用了精確的整數(shù)變換，所以正變換和反變換不會(huì)產(chǎn)生誤差，這樣有效地減少了積累誤差。

　　本文針對(duì)4×4點(diǎn)整數(shù)變換的特點(diǎn)和TM1300的定制運(yùn)算指令的特點(diǎn)，對(duì)整數(shù)變換作了以下調(diào)整：先做行變換，再做列變換。由于行變換的結(jié)果不會(huì)超過16位的表示范圍，故在作列變換之前，重新合并數(shù)據(jù)，再作列變換，這樣作是基于以下兩點(diǎn)考慮。

　　第一，由于視頻輸入數(shù)據(jù)為無符號(hào)的字節(jié)型，而TM1300是32位的處理器，以字為單位訪問內(nèi)存，能提高訪問的效率。當(dāng)前4×4數(shù)據(jù)塊(指針為P1)和參考幀4×4數(shù)據(jù)塊(指針為P2)的數(shù)據(jù)組織如下。待變換的點(diǎn)為當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的值與參考幀數(shù)據(jù)塊對(duì)應(yīng)的值之差。P1:cal,cb1,cc1,cd1 P2:ra1,rb1,rc1,rd1ca2,cb2,cc2,cd2 ra2,rb2,rc2,rd2ca3,cb3,cc3,cd3 ra3,rb3,rc3,rd3ca4,cb4,cc4,cd4 ra4,rb4,rc4,rd4第二，可以利用8位乘/累加的定制操作，一個(gè)操作能完成4個(gè)8位乘/累加，一個(gè)機(jī)器周期(CLK)最多能執(zhí)行5個(gè)操作。與非定制的乘/累加相比，減少了運(yùn)算的次數(shù)，提高了程序運(yùn)行的并行度。

　　3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果本文提出的基于TM1300的4×4整數(shù)變換的快速算法，使用了并行算是技術(shù)大大減少了計(jì)算量。實(shí)驗(yàn)表明，進(jìn)行1個(gè)4×4點(diǎn)整數(shù)變換，直接用乘法和加法運(yùn)算需要80個(gè)機(jī)器周期，改進(jìn)后的算法只需28個(gè)機(jī)器周期;而利用TM1300進(jìn)行1個(gè)8×8點(diǎn)定點(diǎn)DCT變換需要180個(gè)機(jī)器周期，也明顯大于4個(gè)4×4點(diǎn)整數(shù)變換時(shí)間。在變換方面H.264的變換編碼運(yùn)算復(fù)雜度小于其它編碼方法。

　　計(jì)算機(jī)的應(yīng)用在我國(guó)越來越普遍，改革開放以后，我國(guó)計(jì)算機(jī)用戶的數(shù)量不斷攀升，應(yīng)用水平不斷提高，特別是互聯(lián)網(wǎng)、通信、多媒體等領(lǐng)域的應(yīng)用取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

　　雙核心期刊投稿須知：《計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制》是由中國(guó)計(jì)算機(jī)自動(dòng)測(cè)量與控制技術(shù)協(xié)會(huì)主辦、中國(guó)航天科工集團(tuán)公司主管的向國(guó)內(nèi)、外公開發(fā)行的科技期刊，于1993年創(chuàng)刊。