[发明专利]一种适用于HEVC标准中帧内预测的参考像素的硬件填充方法

说明书

技术领域

本发明属于数字视频技术领域，针对HEVC视频编解码标准，具体涉及一种适用于HEVC标准中帧内预测的参考像素的硬件填充方法。

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，即H.264/AVC标准，压缩率提高一倍。

基于HEVC的视频编码器，主要由以下模块组成：帧内预测、帧间预测、变换、量化、反量化、反变换、重建、去方块滤波器、自适应样点补偿等。其中，帧内预测将利用同一帧图像内相邻像素之间的相关性，采用合适的方法进行预测，以减小空间冗余度，从而达到压缩的效果。

在HEVC中，帧内预测是基于块的对象执行的，每个方块由若干个排列成正方形的像素组成。为了得到当前块的预测值，即完成对于当前块的帧内预测，需要该方块右上、上方、左上、左方和左下方紧邻的且已经存在的预测值作为参考，如图1左上部分所示。这些预测值是通过执行在对于当前块的预测之前的、对于相应块的预测而得到的，并被称为帧内预测的参考像素。另一方面，当前块所产生的预测值亦可能成为其右上、右方、右下、下方和左下方块的参考像素，如图1右下部分所示。按照HEVC标准中的预测顺序，对于某些块，其右上、上方、左上、左方和左下的参考像素中的部分或者全部可能是不存在的，这时候就需要对该参考像素进行填充操作。由于该填充操作与当前处理块的位置和大小有着紧密的关系，在硬件上很难用一种统一且简单的方式完成，因此这一操作成为了准备帧内预测参考像素的瓶颈之一。而本发明可以有效地减少芯片处理时，对于参考像素的填充时间，从而高效地实现高清视频的实时编码。

为了提高预测的准确性，HEVC引入了基于四叉树的块结构，具体地，图像处理块的最大单位可以是一个64×64块，而该64×64块可以被划分成4个32×32块，每个32×32块又可以被划分为4个16×16块，依次类推直到4×4块的层次。对于不同的处理块，其右上、上方、左上、左方和左下的参考像素需要根据当前处理块的位置和大小做填充操作：

具体地，当某一个参考像素不存在时，如果该像素处于左下块，应依次搜索左方、左上、上方、右上的参考像素取与其最近的像素；如果该像素处于左方块，应依次搜索左上、上方、右上、左下的参考像素取与其最近的像素；如果该像素处于左上块，应依次搜索上方、右上、左方、左下的参考像素取与其最近的像素；如果该像素处于上方块，应依次搜索右上、左上、左方、左下的参考像素取与其最近的像素；如果该像素处于右上块，应依次搜索上方、左上、左方、左下的参考像素取与其最近的像素并加以填充，如果都不存在，那么取值128作为参考像素。

由于帧内预测的过程就是选择最佳划分最佳模式的过程，而在这样的过程中，参考像素将被频繁地产生、存储、读取和更新。因此，对于这些参考像素的填充效率将直接影响对于资源的占用和编码的效率。

发明内容

本发明的目的在于提出一种可以克服现有技术不足的、适用于HEVC标准中帧内预测的参考像素的硬件填充方法。

本发明提出的适用于HEVC标准中帧内预测的参考像素的硬件填充方法，在进行填充操作之前，首先需要判定参考像素的存在性。对于在同一个边长为32的处理块内，第0行和第0列的处理块需要判断该32块左下、左方、左上、上方、右上的参考像素是否存在，对于其他参考像素的存在性只可能有三种：左方、左上、上方、右上的参考像素存在，左下不存在；左方、左上、上方的参考像素存在，左下、右上不存在；左下、左方、左上、上方、右上的参考像素都存在，如图2所示。按照图2中的标记方式，将一个32块内的所有处理块进行填色，如图3所示。

依据该图，本方法使用两块级联的查找表作为判定方法。第一级查找表根据当前块所在的边长为32的处理块的位置来确定这一32块右上、上方、左上、左方和左下的参考像素的存在性：

其中，PB32_Position是边长为32的处理块在当前图像中的位置，从0开始计数，行数和列数也从0开始计数，PB32_tl、PB32_t、PB32_l、PB32_r和PB32_d分别是该边长为32的处理块右上、上方、左上、左方和左下参考像素的存在性。