[發明專利]一種適用于HEVC標準的編碼器幀內預測裝置及方法

在審

• 申請號: 201310321677.0
• 申請日: 2013-07-29
• 公開（公告）號: CN103414895A
• 公開（公告）日: 2013-11-27
• 發明（設計）人: 范益波;劉聰;馬天龍;尚青;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 陸飛;盛志范

技術領域

本發明屬于高清數字視頻壓縮編解碼技術領域，針對HEVC視頻編解碼標準，具體為一種符合HEVC標準的幀內預測裝置及方法。

背景技術

HEVC(High?Efficiency?Video?Coding)是由國際電信組織（ITU）和運動圖像專家組（MPEG）聯合成立的組織JCTVC提出的下一代視頻編解碼標準。目標是在相同的視覺效果的前提下，相比于上一代標準H.264/AVC，壓縮率提高一倍。

視頻壓縮編碼的基本過程可以概括如下：1.利用某種方式對當前處理圖像塊像素進行預測；2.將原始的像素值與預測出來的像素值相減得到殘差值；3.將殘差進行變換及量化處理，得到輸出的殘差系數再進過熵編碼形成最后的壓縮碼流；4.殘差系數經過反量化及反變換處理，再與之前得到的預測像素相加得到重建像素，存儲作為預測的參考像素。

類似于H.264/AVC，HEVC依然采用了基于塊的編碼方式以及預測編碼的方法：

HEVC中的處理單元塊引入了四叉樹的結構，圖像處理塊的大小最大為64×64，它還可以繼續遞歸地劃分為32×32、16×16、8×8、4×4的小塊組合，并分別進行處理。編碼端要對塊的所有劃分情況進行一次遍歷，以確定哪種劃分情況的處理為最佳。

幀內預測是一種有效的減小空間冗余度的預測編碼方式，它利用同一幅圖像的鄰近像素之間的相似性，用相鄰像素對當前塊像素進行預測，這樣能有效的提高壓縮率，預測越準，壓縮率越高。所以在編碼端，對同一個處理單元往往需要先進行多種預測模式的預測，計算率失真值，并據此從中選擇出最優的模式，即預測最準的一種模式。

圖1闡述了HEVC中的幀內預測以及Angular預測的具體過程。1預測模式增多到35種（Planar、DC和33種Angular模式），其中Planar和DC模式主要用于圖像中平坦均勻區域的預測，而Angular模式則主要是對那些圖像中紋理存在明顯方向性的區域進行預測，它的預測過程主要是根據模式表示的方向，將當前像素投影到參考像素的行或者列里，然后根據公式（1）進行1/32像素精度的插值，計算中用到具體參數由公式（2）（3）計算。

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其中A、B表示參考像素，P表示預測像素，A、B根據iIdx來選擇，x表示當前像素的橫坐標（模式2至17時公式（2）（3）中用x計算，模式18至34時x要用當前像素的縱坐標y替代）。

用到的參考像素為位于當前預測塊上方、左方、左上方、右上方和左下方的相鄰像素，HEVC中對參考像素也進行了一些特殊的處理，主要有對不存在的像素的推測填充、與模式和塊大小相關的濾波處理以及行列之間參考像素的投影。

幀內預測模塊中，正由于當前塊的預測要用到周邊塊的像素作為參考，預測過程中難以避免地存在嚴重的數據依賴性，這也成為了妨礙提高吞吐率的瓶頸。另外，模式種類的增多和塊大小的多樣化都提高了硬件計算的復雜度，也同樣對吞吐率造成不小的影響。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提出一種高吞吐率的適用于HEVC標準的編碼器幀內預測裝置及方法。

本發明提出了一種適用于HEVC標準的編碼器幀內預測裝置，其包括一個控制單元、兩個預測引擎（A和B）、一個重建回路及一些必需的緩存器。

控制單元，用以控制在編碼時，對基本處理單元塊的四叉樹劃分情況的遍歷順序以及采用標準提出的35種預測模式分別進行預測的遍歷順序，另外還用以控制一些預測過程中對重建過程的等待時間，以滿足時序要求。

上述控制單元包括一個簡單的狀態機和多個計數器；所述簡單的狀態機，用于控制4×4、8×8、16×16、32×32的預測過程，采用后序遍歷的方法掃描四叉樹結構；所述計數器，用于控制不同塊大小的預測過程中，模式掃描的順序以及在大塊中處理小塊的順序。

預測引擎A包含一個參考像素處理單元、一個通用的預測單元和一個判定選擇單元；預測引擎B包含一個參考像素處理單元、一個通用的預測單元和一個殘差計算單元，