2　分数像素插值算法的优化选择

2.1　分数像素插值结构的实现代价比较

如果仅从上文模拟的编码性能上看，插值方法2（4阶滤波器1/2像素插值[7]+1/4像素线性内插）应该是接近H.264/AVC编解码标准推荐插值算法的优化调整插值方法了；如果再进一步从硬件实现代价上考察，就更能说明这一调整的优越性。在硬件上要实现6阶滤波的1/2像素插值，根据文献[1]，可以得到图2（a）所示的基本硬件实现结构；而对于插值方法2中的4阶滤波器，它所对应的基本硬件实现结构如图2（b）所示。

从图2可以明显看出：6阶的插值结构比4阶的插值结构多了3次数据运算（2次加法运算和1次移位运算）；对图2所示的两种插值结构进行硬件结构描述[9]，并进一步使用synplify的综合结果显示：6阶滤波器插值结构需要202个逻辑单元；4阶滤波器插值结构需要131个逻辑单元；就仅此1/2像素插值运算结构而言，4阶的插值方法会比6阶的插值方法节约34%的硬件代价；当这两种插值结构综合到芯片上时，考虑到互连线面积（6阶滤波器在运算中需要更多的数据位数）；两者占用芯片面积的差别还会进一步加大。而在整个H.264/AVC视频编码器的系统芯片设计中，由于使用了数据的并行运算结构，会用到大量的1/2分数像素插值滤波器，如果采用4阶滤波器的插值算法就可以节省更多的芯片面积[10]。

2.2　分数像素插值结构的性价比

在视频编码过程中，使用分数像素运动估计（FME）就是为了进一步提高视频编码的信噪比（PSNR）和编码数据压缩率。对于H.264/AVC视频编码软件，我们可以使用复杂的算法来获得较好的编码性能[4]；而在H.264/AVC视频编码器芯片设计中，在追求编码性能的同时还得兼顾硬件的实现代价，只有具有较高性价比的VLSI设计才是理想的。

对于H.264/AVC视频编码器系统芯片的分数像素运动估计（FME）模块，把分数像素插值方法调整为4阶滤波的1/2像素插值和线性1/4像素内插值之后，虽然损失了较小的编码性能（亮度PSNR下降0.0299%，编码压缩率下降1.6392%），但可以使1/2像素插值单元节省30%以上的芯片面积。所以从编码器的性价比上考察，简化的插值方法2应该是对H.264/AVC视频编码器系统芯片中实现分数像素插值的优化调整。

3　结论

通过以上的编码性能模拟和数据分析，就不难得出了在H.264/AVC视频编码器芯片设计中，使用4阶滤波器结构实现1/2像素插值、线性内插结构实现1/4像素插值应该是一种全面均衡的优化选择，能够较好地体现编码性能和硬件代价的折中，能够在不显著降低编码器性能的前提下有效节约硬件实现代价。

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作者：王庆春　曹喜信　陈涛　魏海静   来源：中国新通信（原《中国数据通信》4月）

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