[发明专利]一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方法

说明书

本发明涉及一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方法。该方法通过合理分配模式并行的方案，在硬件实现的过程中可以降低硬件复杂度，节省硬件资源，在流水线设计下，在5500个时钟周期内就能完成一个CTU的帧内预测。

技术领域

本发明属于视频编码解码技术领域，涉及一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方法。

背景技术

视频编码，顾名思义，就是指将视频数据在保证一定视频质量的前提下通过一定手段进行编码压缩，以减少视频的存储和收发所需要的数据量。在这个信息技术飞速发展的数字时代，视频数据呈爆发式的增长，如视频分辨率从常用的720P发展到了现在最大的8K，帧率由曾经的十几帧到现在常用的60帧乃至更高。在视频质量的高速发展下，视频编码技术也经历了很多代国际标准，其中新一代高效视频编码(high efficiency videocoding,HEVC)，具有很高的压缩率，相比于其前一代H.264，其性能提升了40％左右，然而HEVC的编码复杂度也同样有着大幅度的升高。

在HEVC编码中，一帧视频会分成若干个树形编码单元(Coding Tree Unit,CTU)，CTU的尺寸最小为16x16最大为64x64。然后在CTU中会以四叉树的方式划分成若干个编码单元(Coding Unit，CU)，CU有8x8～64x64尺寸。

帧内预测是HEVC中非常重要且复杂的部分，整个过程会占用很大的时间。帧内预测有35种预测模式，分为DC模式、Planar模式和33种角度预测模式，每一种预测模式有不同的计算公式。在预测时，每一个预测单元(Prediction Unit,PU)均需要将35个预测模式全部计算一遍，与原始像素相减得到残差，然后计算其对应的编码代价，最后选择出代价最小的一个预测模式作为该PU的最佳预测模式。

现有的HEVC帧内预测技术的目的都是提高帧内预测的速度，而提高帧内预测的速度，一个是增加计算的并行度，一个就是发明一种估计算法来减少帧内预测的运算量来提高速度。而当前绝大多数都是以减少运算量来提高速度，即舍弃一些预测模式的计算，这样虽然能够提高速度，但是精度又有很大的降低。

现有的技术方案《一种快速HEVC帧内预测模式选择方法》中，在帧内预测过程中，利用视频纹理方向与预测模式角度的相关性，以及粗选过程中的基于哈达玛变换的代价的统计特性，在不同尺寸的情况下，设定对应不同的阈值，同时又通过粗选之后的帧内预测模式的连续性来反应预测单元的纹理方向，减少粗选得到的帧内预测模式，以此减少帧内预测的计算量，提高帧内预测的速度。

可见，现有的技术方案的目的都是为了减少帧内预测在选择最佳预测模式上所花费的时间，但是若应用在硬件设计中，对于其图像纹理方向特征的计算，在硬件设计上有很大限制，即想要速度快，就要有很大的并行度，这会占用很大的硬件面积以及功耗，而想要降低面积，其速度是必然有很大的降低。对于其算法的实现，在硬件上的难度更是极大，因此这两种方案在硬件实现上需要一些改进。

本提案以提高帧内最佳预测模式选择速度的目的，提出一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方案，主要将35种帧内预测模式，根据一定规律，在最大限度降低硬件面积以及运算单元的条件下，进行合理安排，分成9路并行计算。经过分析，该方案可以在5500个时钟内完成一个64x64 CTU的帧内预测，在主频为200MHz时钟下，能够完成1080P@60FPS的全I帧实时编码。

发明内容

本发明的目的在于在帧内预测的硬件设计时，加快计算一个PU的35个预测模式的速度，通过合理分配模式并行的方案，既使得速度提高，又最大限度的减少硬件面积，因此提供一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于HEVC标准的帧内预测模式并行硬件方法，将35种帧内预测模式，在最大限度降低硬件面积以及运算单元的条件下，分成9路并行计算，实现在5500个时钟周期内就能完成一个CTU的帧内预测。