一种用于HEVC标准中帧内预测的预测单元的硬件编址寻址方法

摘要

本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，具体为一种用于HEVC标准中帧内预测的预测单元的硬件编址寻址方法。在HEVC帧内编码的过程中需要依据当前的搜索模式，对预测单元进行不同顺序的寻址；假设当前编码的最大单位为一个64×64块，那么对于当前的处理单位，其中所有4×4大小的预测单元按照Z字顺序编址；对于其他预测单元，将以其左上角的4×4块表征其地址；在此编址基础上，对于不同顺序搜索，给出不同的寻址的公式。本发明以较低的成本完成对于预测单元编址寻址的硬件实现。

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，具体涉及一种用于HEVC标准中帧内预测的预测单元的硬件编址寻址方法。

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。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（LCU）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，这些块被统一地称为预测单元（PU）。可以说，帧内预测的过程就是搜索预测单元（PU）的过程，而在这样的搜索过程中，对于当前预测单元（PU）的寻址是必不可少的，寻址的复杂直接影响了编码的效率和性能。

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、高效的、用于HEVC标准中帧内预测的预测单元的硬件编址寻址方法。

假设当前编码的最大单位（LCU）为一个64×64块，那么对于当前的处理单位，其中所有4×4大小的预测单元（PU）将按照Z字（Zig-Zag）顺序编址，如图1所示。该顺序实际上也是HEVC标准中所采用的处理顺序，如图2所示。

而对于其他预测单元（PU），将以其左上角的4×4块表征其地址，8×8的情况如图3所示，16×16的情况如图4所示。

在此编址基础上，如果帧内预测按照前序遍历的顺序搜索，如图5所示，其中，圆圈内包含的数字表征了搜索顺序，那么对于下一块预测单元（PU）的寻址可以利用公式（1）完成：

  （1）

此处，Addr_nxt是下一个PU的地址，Addr_cur是当前PU的地址，Size_nxt是下一个的PU的大小，Size_cur是当前的PU的大小，Addr_nxt和Addr_cur的单位是4×4大小的预测单元（PU），Size_nxt和Size_cur取的是预测单元（PU）的边长，单位是像素。

如果帧内预测按照后序遍历的顺序搜索，如图6所示，其中，圆圈内包含的的数字表征了搜索顺序，那么对于下一块预测单元（PU）的寻址可以利用公式（2）完成：

  （2）                          

此处，Addr_nxt是下一个PU的地址，Addr_cur是当前PU的地址，Offset是需要加上的偏移地址，Size_nxt是下一个的PU的大小，Size_cur是当前的PU的大小，Addr_nxt、Addr_cur和Offset的单位是4×4大小的预测单元（PU），Size_nxt和Size_cur取的是预测单元（PU）的边长，单位是像素。

如果帧内预测按照给定分块（Partition）的顺序搜索，那么对于下一块预测单元（PU）的寻址可以利用公式（3）完成：

      （3）  

                         

此处，Addr_nxt是下一个PU的地址，Addr_cur是当前PU的地址，Offset是需要加上的偏移地址， Size_cur是当前的PU的大小Addr_nxt、Addr_cur和Offset的单位是4×4大小的预测单元（PU），Size_cur取的是预测单元（PU）的边长，单位是像素。

使用本方法，可以有效地结合不同的搜索方式和不同块大小的预测单元（PU），简化对于预测单元（PU）的寻址操作，降低硬件复杂度，提高编码器的性能。

附图说明

图1：4×4大小预测单元（PU）的编址。

图2：Z字（Zig-Zag）顺序示意。

图3：8×8大小预测单元（PU）的编址。

图4：16×16大小预测单元（PU）的编址。

图5：前序遍历全搜索。

图6：后序遍历全搜索。

图7：给定分块（Partition）方式搜索的一个例子。

具体实施方式

下面通过实例并结合附图，进一步具体描述本发明方法。

如对于图5所示的前序遍历的搜索顺序，帧内预测将：

1. 搜索64×64块，其地址为0；

2. 搜索该64×64块中的第1个32×32块，其地址为1；

3. 搜索该32×32块中的第1个16×16块，其地址为1；

4. 搜索该16×16块中的第1个8×8块，其地址为1；

5. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为1；

6. 搜索该8×8块中的2个4×4块，其地址为2（1+1）；

7. 搜索该8×8块中的3个4×4块，其地址为3（2+1）；

8. 搜索该8×8块中的4个4×4块，其地址为4（3+1）；

9.  搜索上一层16×16块中的第2个8×8块，其地址为5（4+1）；

10.  搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为5；

11. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为6（5+1）；

12. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为7（6+1）；

13. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为8（7+1）；

14. 搜索上一层16×16块中的第3个8×8块，其地址为9（8+1）；

15. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为9；

16. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为10（9+1）；

17. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为11（10+1）；

18. 搜索该8×8块中的1个4×4块，其地址为12（11+1）；

……

列出该顺序后，可以得到在下一个预测单元（PU）的大小小于当前预测单元（PU）的大小的情况下，预测单元（PU）的地址不变；在下一个预测单元（PU）的大小大于等于当前预测单元（PU）的大小的情况下，预测单元（PU）的地址加1。此处，地址仍以一个4×4大小的预测单元（PU）作为基本单位。

又对图6所示的后序遍历的搜索顺序，帧内预测将：

1. 搜索第1个4×4块，其地址为1；

2. 搜索第2个4×4块，其地址为2（1+1）；

3. 搜索第3个4×4块，其地址为3（2+1）；

4. 搜索第4个4×4块，其地址为4（3+1）；

5. 搜索第1个8×8块，其地址为1（4-3*1）；

6. 搜索第5个4×4块，其地址为5（1+4）；

7. 搜索第6个4×4块，其地址为6（5+1）；

8. 搜索第7个4×4块，其地址为7（6+1）；

9. 搜索第8个4×4块，其地址为8（7+1）；

10. 搜索第2个8×8块，其地址为5（8-3*1）；

11. 搜索第9个4×4块，其地址为9（5+4）；

12. 搜索第10个4×4块，其地址为10（9+1）；

13. 搜索第11个4×4块，其地址为11（10+1）；

14. 搜索第12个4×4块，其地址为12（11+1）；

15. 搜索第3个8×8块，其地址为9（12-3*1）；

16. 搜索第13个4×4块，其地址为13（9+4）；

17. 搜索第14个4×4块，其地址为14（13+1）；

18. 搜索第15个4×4块，其地址为15（13+1）；

……

列出该顺序后，可以得到在下一个预测单元（PU）的大小大于当前预测单元（PU）的大小的情况下，下一个预测单元（PU）的地址等与当前地址减去之前所述的Offset变量的3倍；在下一个预测单元（PU）的大小小于等于当前预测单元（PU）的大小的情况下，下一个预测单元（PU）的地址等于当前地址加上Offset变量。此处，地址仍以一个4×4大小的预测单元（PU）作为基本单位。

再如对图7所示的基于给定分块方式（Partition）的搜索，在这个示例下，帧内预测将：

1. 搜索第1个32×32块，其地址为1；

2. 搜索下一个8×8块，其地址为65（1+64）；

3. 搜索下一个8×8块，其地址为69（65+4）；

4. 搜索下一个8×8块，其地址为73（69+4）；

5. 搜索下一个8×8块，其地址为77（73+4）；

6. 搜索下一个16×16块，其地址为81（77+4）；

7. 搜索下一个16×16块，其地址为97（81+16）；

8. 搜索下一个16×16块，其地址为113（97+16）；

9. 搜索下一个16×16块，其地址为129（113+16）；

10. 搜索下一个16×16块，其地址为145（129+16）；

11. 搜索下一个8×8块，其地址为161（145+16）；

12. 搜索下一个8×8块，其地址为165（161+4）；

13. 搜索下一个8×8块，其地址为169（165+4）；

14. 搜索下一个8×8块，其地址为173（169+4）；

15. 搜索下一个16×16块，其地址为177（173+4）；

16. 搜索下一个16×16块，其地址为193（177+16）；

17. 搜索下一个16×16块，其地址为209（193+16）；

18. 搜索下一个16×16块，其地址为225（209+16）；

19. 搜索下一个8×8块，其地址为241（225+16）；

20. 搜索下一个8×8块，其地址为245（241+4）；

21. 搜索下一个8×8块，其地址为249（245+4）；

22. 搜索下一个8×8块，其地址为253（249+4）；

列出该顺序后，可以得到在下一个预测单元（PU）的大小大于当前预测单元（PU）的大小的情况下，下一个预测单元（PU）的地址永远等于当前地址加上之前所述的Offset变量。