[发明专利]一种基于AVS的帧间预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及信源编码技术领域，具体地说，本发明涉及一种帧间预测方法。

背景技术

先进音视频编码标准(英文为Audio Video Coding Standard，本文中简称为AVS标准)是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。“信源”是信息的“源头”，信源编码技术解决的重点问题是数字音视频海量数据(即初始数据、信源)的编码压缩问题，故也称数字音视频编解码技术。显而易见，它是其后数字信息传输、存储、播放等环节的前提，因此信源编码标准是数字音视频产业的共性基础标准。

在AVS标准中，帧(frame)是视频信号空间信息的表示，由一个亮度样本矩阵(Y)和两个色度样本矩阵(Cb和Cr)构成。帧间预测(inter prediction)是使用先前解码图像(或场)生成当前图像(或场)样本预测值的过程。

典型的AVS解码结构采用了时间及空间的运动预测补偿、反变换、反量化和熵解码。在待解码的视频码流中包含有下述三种编码图像：

帧内编码图像(I图像)：仅使用图像本身信息进行编码，在解码时不参照其他图像；

前向预测编码图像(P图像)：P图像是向前预测一个或多个I图像或者P图像，因此若前面的某个参考I图像或者P图像不存在，则该P图像不能解码；

双向预测编码图像(B图像)：可以同时向前和后向预测一帧或多帧已解码I图像或者P图像；因此在解码B图像时，需要先解码获得在显示顺序上其后的I图像或者P图像数据，这样会导致解码顺序与显示顺序的不一致。

可以看出，P图像和B图像的编解码过程都需要经过帧间预测处理。在编码过程中，如果当前图像是P图像或B图像，需要根据相应的参考图像进行帧间预测，计算并存储当前图像相对于参考图像的运动矢量(运动矢量是由当前图像指向参考图像，其值为当前块和参考块在图像中坐标的偏移)。这样在解码时，只需要根据所述运动矢量和参考图像，就可恢复出所述当前图像。帧间预测技术可以有效的降低时间冗余，而在AVS标准中，还针对运动补偿进一步引入了变块尺寸、多参考帧、直接和对称预测模式、无限制运动矢量、像素插值等新的技术手段，从而获得了更高的编码效率。然而上述新的技术手段在提高编码效率的同时也增加了计算量和存储带宽。

目前，高性能的AVS解码器一般使用硬件实现，已解码的帧会被存入外存作为解码其它帧的参考数据，在帧间预测时就从外存中读取这些参考数据。

在AVS标准中，解码器将一帧图像分为若干个宏块，依次对每个宏块进行帧间预测。每个宏块有四种划分模式。如图1所示，四种划分模式分别是：1个16×16亮度块和相应的色度块，2个16×8亮度块和相应的色度块，2个8×16亮度块和相应的色度块，4个8×8亮度块和相应的色度块。每个亮度块和色度块均对应各自的运动矢量，以便用于运动补偿。AVS标准采用四种宏块划分模式，能够提高编码效率。但由于不同的模式的宏块，进行帧间预测时所需读取的参考图像的像素位置和数目各不相同，因此，这种变块尺寸也给帧间预测带来能更多挑战。

在现有技术中，不论当前宏块是什么格式，解码器均固定按照4个8×8块的模式读取参考图像，即统一成8×8块进行运动补偿。这种方式易于实现，但存在访问外存次数多，从外存中读取的数据总量大等缺陷。其原因是：当运动矢量是1/2像素或1/4像素时，需要对亮度(色度)进行二分之一样本和四分之一样本的插值，而二分之一样本和四分之一样本的插值所需的参考图像较多，在某些插值位置，需要的读取12×12的个参考像素，因此，在双向预测时，对一个宏块进行帧间预测需要读取12×12×4×2＝1152个像素，即1152bytes的数据。也就是说，对一个宏块进行帧间预测，就需要从外存中读取1152bytes的数据，而这1152bytes的数据中实际上存在一些冗余数据，导致访存带宽的浪费，硬件开销增大。另一方面，由于每次都案4个8×8块的模式读取数据，使得解码器访问外存的次数增多，这会导致访存总延时的增加。目前，帧间预测的访存量占到解码器总访存量的50％，而其中亚像素插值运算的处理时间则占到总解码时间的25％。可以看出，帧间预测已成为AVS编解码器中数据量最密集的部分之一，同时也是整个系统的瓶颈所在。

综上所述，当前迫切需要一种在保证AVS标准的编码效率的前提下，能够避免读取冗余数据、减少访问外存次数的基于AVS的帧间预测方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种在保证AVS标准的编码效率的前提下，能够避免读取冗余数据、减少访问外存次数的基于AVS的帧间预测方法。