H.264视频解码芯片中与滤波相关的存储器的设计

 　　4 SRAM 的规划与设计

　　在H.264 解码过程中，数据由熵解码经过运动补偿后再通过环路滤波最终送到存储器中，之后显示解码芯片从存储器中不断的提取数据送到显示器上，最终完成数据的解码，如图3 所示。在滤波的过程中，宏块中的数据频繁地被调用。而SRAM 的读写速度快的特点能很好地适用这一要求。因为在H.264 中最小的单元为block，运动矢量等都是以block 为单位来进行传递。因此以block 为单位来进行数据的存取会带来很大的方便。本设计中各个SRAM 每一个地址存放一个block 单元的数据（16 个像素点），即采用128bit 的SRAM。

图3 DRAM 与其它模块之间的数据交互

　　在H.264 中运动补偿结束后的数据交由环路滤波运算后写入DRAM， 我们把写入DRAM 的这一过程称为Store 过程，由Store 模块负责。由图3 可以看出MC 与Deblock 是一个串联的关系。为了提高解码的速度，我们将运动补偿与环路滤波并行执行，即当前解码的结束并不以环路滤波的结束为标志，而当前宏块的运动补偿一结束我们就可以开始下一个宏块的解码。经过大量的实验发现：MC 的时间远比block的时间大很多，当后一个模块要进行滤波时滤波模块早已准备完毕。最后对存储模块我们也同样的用并行的思想来加快解码的速度。结果当作MBx 的MC 时，做MB（x－1）的滤波，同时MB（x－2）存储。此时需要注意MB（x－1）的滤波和MB（x－2）的存储并不是同时开始。因为做MB（x－1）的滤波时也会影响到MB（x－2）中的数据。

　　因此我们要等MB（x－1）的第一条垂直边滤波结束后才开始MB（x－2）的存储。具体的时间关系如图4 所示。

图4 各个模块之间的时序关系图

　　（1）滤波前数据的存储及滤波结束后数据的存储

　　由于设计中采用此种流程，我们需要3 片SRAM来存储MC 的运算结果。这3 片SRAM 交替地进行MC、Deblock 和Store。我们称这3 片SRAM 为SRAM＿MB，滤波结束后的数据也存储在此SRAM 中，在经Store 模块将此数据存储到DRAM 中去。因为滤波结束时，恰好原来SRAM＿MB 中的数据也已经成为无效数据。这里需要注意，由于有帧场自适应的情况存在，滤波结束后的数据如果帧场情况不一样，我们还需要根据数据不同的情况进行适当的帧场转化，之后再将数据存入DRAM。

　　（2）垂直滤波后的数据的存储

　　我们都知道滤波过程是一个先垂直后水平的过程，因此我们需要有一片SRAM 来存储水平滤波的结果。这片SRAM 就叫SRAM＿BUFFER。因为水平滤波时正在从SRAM＿MB 中读取数据，同一时间不能同时向SRAM 中读取、写入数据。因此我们用SRAM＿BUFFER 来暂存垂直滤波结束后的数据。水平滤波时则从SRAM＿BUFFER 中读取数据， 滤波后存储到SRAM＿MB 中。

　　5 总结

　　本文对H.264 解码芯片中的滤波、存储模块作了深入的分析。并根据各个时间数据的特点作相应的存储器的设计， 这种设计方法经过验证能很好地处理H.264 中滤波及存储时的数据的调度。整个滤波过程约52 个周期就可以完成。在MBAFF 情况时各种数据的转化时钟周期控制在70 个以内。这种设计符合要求，并在FPGA 上验证后能够正常的运行，运行时钟达到60MHz，能实时地完成对高清图像的解码。