[发明专利]一种适用于HEVC标准的编码器帧内预测装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，针对HEVC视频编解码标准，具体为一种符合HEVC标准的帧内预测装置及方法。

背景技术

HEVC(High Efficiency Video Coding)是由国际电信组织（ITU）和运动图像专家组（MPEG）联合成立的组织JCTVC提出的下一代视频编解码标准。目标是在相同的视觉效果的前提下，相比于上一代标准H.264/AVC，压缩率提高一倍。

视频压缩编码的基本过程可以概括如下：1.利用某种方式对当前处理图像块像素进行预测；2.将原始的像素值与预测出来的像素值相减得到残差值；3.将残差进行变换及量化处理，得到输出的残差系数再进过熵编码形成最后的压缩码流；4.残差系数经过反量化及反变换处理，再与之前得到的预测像素相加得到重建像素，存储作为预测的参考像素。

类似于H.264/AVC，HEVC依然采用了基于块的编码方式以及预测编码的方法：

HEVC中的处理单元块引入了四叉树的结构，图像处理块的大小最大为64×64，它还可以继续递归地划分为32×32、16×16、8×8、4×4的小块组合，并分别进行处理。编码端要对块的所有划分情况进行一次遍历，以确定哪种划分情况的处理为最佳。

帧内预测是一种有效的减小空间冗余度的预测编码方式，它利用同一幅图像的邻近像素之间的相似性，用相邻像素对当前块像素进行预测，这样能有效的提高压缩率，预测越准，压缩率越高。所以在编码端，对同一个处理单元往往需要先进行多种预测模式的预测，计算率失真值，并据此从中选择出最优的模式，即预测最准的一种模式。

图1阐述了HEVC中的帧内预测以及Angular预测的具体过程。1预测模式增多到35种（Planar、DC和33种Angular模式），其中Planar和DC模式主要用于图像中平坦均匀区域的预测，而Angular模式则主要是对那些图像中纹理存在明显方向性的区域进行预测，它的预测过程主要是根据模式表示的方向，将当前像素投影到参考像素的行或者列里，然后根据公式（1）进行1/32像素精度的插值，计算中用到具体参数由公式（2）（3）计算。

                                                                    

                                     

                                         

其中A、B表示参考像素，P表示预测像素，A、B根据iIdx来选择，x表示当前像素的横坐标（模式2至17时公式（2）（3）中用x计算，模式18至34时x要用当前像素的纵坐标y替代）。

用到的参考像素为位于当前预测块上方、左方、左上方、右上方和左下方的相邻像素，HEVC中对参考像素也进行了一些特殊的处理，主要有对不存在的像素的推测填充、与模式和块大小相关的滤波处理以及行列之间参考像素的投影。

帧内预测模块中，正由于当前块的预测要用到周边块的像素作为参考，预测过程中难以避免地存在严重的数据依赖性，这也成为了妨碍提高吞吐率的瓶颈。另外，模式种类的增多和块大小的多样化都提高了硬件计算的复杂度，也同样对吞吐率造成不小的影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提出一种高吞吐率的适用于HEVC标准的编码器帧内预测装置及方法。

本发明提出了一种适用于HEVC标准的编码器帧内预测装置，其包括一个控制单元、两个预测引擎（A和B）、一个重建回路及一些必需的缓存器。

控制单元，用以控制在编码时，对基本处理单元块的四叉树划分情况的遍历顺序以及采用标准提出的35种预测模式分别进行预测的遍历顺序，另外还用以控制一些预测过程中对重建过程的等待时间，以满足时序要求。

上述控制单元包括一个简单的状态机和多个计数器；所述简单的状态机，用于控制4×4、8×8、16×16、32×32的预测过程，采用后序遍历的方法扫描四叉树结构；所述计数器，用于控制不同块大小的预测过程中，模式扫描的顺序以及在大块中处理小块的顺序。

预测引擎A包含一个参考像素处理单元、一个通用的预测单元和一个判定选择单元；预测引擎B包含一个参考像素处理单元、一个通用的预测单元和一个残差计算单元，