[發明專利]一種適用于HEVC標準中幀內預測的參考像素的硬件填充方法

在審

• 申請號: 201410591005.6
• 申請日: 2014-10-29
• 公開（公告）號: CN104363459A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 范益波;黃磊磊;劉聰;白宇峰;曾曉洋
• 申請（專利權）人: 復旦大學
• 主分類號: H04N19/593
• 分類號: H04N19/593;H04N19/176
• 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

本發明屬于數字視頻技術領域，針對HEVC視頻編解碼標準，具體涉及一種適用于HEVC標準中幀內預測的參考像素的硬件填充方法。

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，即H.264/AVC標準，壓縮率提高一倍。

基于HEVC的視頻編碼器，主要由以下模塊組成：幀內預測、幀間預測、變換、量化、反量化、反變換、重建、去方塊濾波器、自適應樣點補償等。其中，幀內預測將利用同一幀圖像內相鄰像素之間的相關性，采用合適的方法進行預測，以減小空間冗余度，從而達到壓縮的效果。

在HEVC中，幀內預測是基于塊的對象執行的，每個方塊由若干個排列成正方形的像素組成。為了得到當前塊的預測值，即完成對于當前塊的幀內預測，需要該方塊右上、上方、左上、左方和左下方緊鄰的且已經存在的預測值作為參考，如圖1左上部分所示。這些預測值是通過執行在對于當前塊的預測之前的、對于相應塊的預測而得到的，并被稱為幀內預測的參考像素。另一方面，當前塊所產生的預測值亦可能成為其右上、右方、右下、下方和左下方塊的參考像素，如圖1右下部分所示。按照HEVC標準中的預測順序，對于某些塊，其右上、上方、左上、左方和左下的參考像素中的部分或者全部可能是不存在的，這時候就需要對該參考像素進行填充操作。由于該填充操作與當前處理塊的位置和大小有著緊密的關系，在硬件上很難用一種統一且簡單的方式完成，因此這一操作成為了準備幀內預測參考像素的瓶頸之一。而本發明可以有效地減少芯片處理時，對于參考像素的填充時間，從而高效地實現高清視頻的實時編碼。

為了提高預測的準確性，HEVC引入了基于四叉樹的塊結構，具體地，圖像處理塊的最大單位可以是一個64×64塊，而該64×64塊可以被劃分成4個32×32塊，每個32×32塊又可以被劃分為4個16×16塊，依次類推直到4×4塊的層次。對于不同的處理塊，其右上、上方、左上、左方和左下的參考像素需要根據當前處理塊的位置和大小做填充操作：

具體地，當某一個參考像素不存在時，如果該像素處于左下塊，應依次搜索左方、左上、上方、右上的參考像素取與其最近的像素；如果該像素處于左方塊，應依次搜索左上、上方、右上、左下的參考像素取與其最近的像素；如果該像素處于左上塊，應依次搜索上方、右上、左方、左下的參考像素取與其最近的像素；如果該像素處于上方塊，應依次搜索右上、左上、左方、左下的參考像素取與其最近的像素；如果該像素處于右上塊，應依次搜索上方、左上、左方、左下的參考像素取與其最近的像素并加以填充，如果都不存在，那么取值128作為參考像素。

由于幀內預測的過程就是選擇最佳劃分最佳模式的過程，而在這樣的過程中，參考像素將被頻繁地產生、存儲、讀取和更新。因此，對于這些參考像素的填充效率將直接影響對于資源的占用和編碼的效率。

發明內容

本發明的目的在于提出一種可以克服現有技術不足的、適用于HEVC標準中幀內預測的參考像素的硬件填充方法。

本發明提出的適用于HEVC標準中幀內預測的參考像素的硬件填充方法，在進行填充操作之前，首先需要判定參考像素的存在性。對于在同一個邊長為32的處理塊內，第0行和第0列的處理塊需要判斷該32塊左下、左方、左上、上方、右上的參考像素是否存在，對于其他參考像素的存在性只可能有三種：左方、左上、上方、右上的參考像素存在，左下不存在；左方、左上、上方的參考像素存在，左下、右上不存在；左下、左方、左上、上方、右上的參考像素都存在，如圖2所示。按照圖2中的標記方式，將一個32塊內的所有處理塊進行填色，如圖3所示。

依據該圖，本方法使用兩塊級聯的查找表作為判定方法。第一級查找表根據當前塊所在的邊長為32的處理塊的位置來確定這一32塊右上、上方、左上、左方和左下的參考像素的存在性：

其中，PB32_Position是邊長為32的處理塊在當前圖像中的位置，從0開始計數，行數和列數也從0開始計數，PB32_tl、PB32_t、PB32_l、PB32_r和PB32_d分別是該邊長為32的處理塊右上、上方、左上、左方和左下參考像素的存在性。