CN105828086B - 一种帧内预测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种帧内预测装置，实现架构主要由帧内预测控制模块、主控模块、亮度4x4/8x8/16x16层预测模块、色度8x8层帧内预测模块、以及数据缓存等模块组成。当接收到帧内预测的触发信号后，帧内预测控制模块根据邻接像素的有效性和不同的预测模式进行亮度4x4/8x8/16x16层预测和色度8x8层预测，直到完成一帧的预测。本发明主要集中在帧内预测的硬件实现架构，实现并行帧内预测，高效重构预测图像而且节省面积和功耗。

Description

一种帧内预测装置
技术领域
本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种帧内预测装置。
背景技术
H.264是目前最新的国际视频压缩标准。H.264拥有极高的编码效率，主要是因为采用的更精确的帧内预测(intra prediction)和帧间预测(inter prediction)。具有极高的编码效率。但是这种复杂度不利于硬件的实现，特别是对硬件面积和功耗要求比较高的移动设备。
随着可穿戴智能设备的兴起，在极小空间内集成的硬件设备要求越来越低功耗，而且能够高效处理各项事务，特别是针对视频采集等广泛性的社会需求，这也造成了视频编码系统的挑战。现在市面上已存的基于H.264视频编码系统，在性能上都有欠缺，而且占用面积大，功耗大。
发明内容
本发明要解决的技术问题，在于提供一种帧内预测装置，可用于硬件实现的设计架构，实现并行帧内预测，高效重构预测图像而且节省面积和功耗。
本发明是这样实现的：一种帧内预测装置，包括帧内预测控制模块、主控模块、亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块、以及帧内预测数据缓存模块；
所述帧内预测控制模块实现帧内预测宏块CTU邻接像素的维护；从外部的CTU级别行缓存数据读取宏块CTU上边邻接的一行像素值，分为亮度邻边像素获取过程，以及色度邻边像素获取过程；帧内预测控制模块获取后，每个宏块邻接像素的预测的开始信号由主控模块发起，
帧内预测控制模块收到开始信号后，对帧内预测宏块邻接像素有效性判断，帧内预测控制模块分别控制亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块的并行帧内预测工作，输出帧内预测像素值；其中亮度4x4层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素，亮度8x8层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，亮度16x16层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，色度8x8层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素数据；再将像素数据存入所述帧内预测数据缓存模块。
进一步的，宏块的邻边像素维护41个像素值，内部子模块需要做邻接像素维护，内部子模块包括亮度4x4层帧内预测模块和亮度8x8层帧内预测模块，亮度4x4层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护37个像素点邻边，亮度8x8层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护41个像素点邻边。
进一步的，所述亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块均能对宏块邻接像素进行整体预测，其中预测模式分为4种，分别是：垂直预测模式、水平预测模式、直流预测模式以及平面预测模式。
进一步的，色度8x8层帧内预测模块帧内预测宏块邻边重构像素维护，分为色度的u分量和色度的v分量预测块处理，各自要维护17个像素寄存重构像素，色度u和v两个分量的帧内预测方向相同，宏块邻边的像素不同，要独立维护。
本发明具有如下优点：帧内预测实现架构，满足4kx2k@30FPS，1080p@120FPS高效SOC编码和可穿戴低功耗需求。通过对宏块进行4x4,8x8,16x16层的并行帧内预测，根据不同的位置按照不同的预测模式，重用编码资源，实现编码。H.264是一种高效的编码方式，通过帧内预测和帧间预测，能够有效的压缩冗余的信息并提高编码的效率。
附图说明
图1为本发明的结构原理图。
图2为本发明4种预测模式的结构示意图。
具体实施方式
请参阅图1和图2所示，本发明的一种帧内预测装置，包括帧内预测控制模块、主控模块、亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块、以及帧内预测数据缓存模块；
所述帧内预测控制模块实现帧内预测宏块CTU邻接像素的维护；从外部的CTU级别行缓存数据读取宏块CTU上边邻接的一行像素值，分为亮度邻边像素获取过程，以及色度邻边像素获取过程；帧内预测控制模块获取后，每个宏块邻接像素的预测的开始信号由主控模块发起，一个宏块的邻边像素维护41个像素值，内部子块需要做邻接像素维护，包括intra4x4块和intra8x8块，intra4x4块按照Z字顺序执行，总共需要维护37个像素点邻边，intra8x8块按照Z字顺序执行，总共需要维护41个像素点邻边；
从外部line buf读取CTU上边邻接的一行像素值，分为亮度邻边像素获取过程，以及色度邻边像素获取过程；
帧内预测宏块邻接像素有效性，统一在主控模块处理，每个宏块的start信号由主控模块发起；对帧内预测内部邻接像素有效性判断，intra4x4和intra8x8块帧内预测需要根据子块的位置做实时调整；
需要分别控制4个帧内预测子模块工作，输出帧内预测像素值，其中intra4x4块一个cycle输出4x4块像素，intra8x8模块一个cycle输出一行8个像素的值，intra16x16模块一个cycle输出一行8个像素的值，intra8x8_ch模块一个cycle输出4x4块像素数据。
帧内预测控制模块收到开始信号后，对帧内预测宏块邻接像素有效性判断，帧内预测控制模块分别控制亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块的并行帧内预测工作，输出帧内预测像素值；其中亮度4x4层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素，亮度8x8层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，亮度16x16层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，色度8x8层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素数据；再将像素数据存入所述帧内预测数据缓存模块。
其中，宏块的邻边像素维护41个像素值，内部子模块需要做邻接像素维护，内部子模块包括亮度4x4层帧内预测模块和亮度8x8层帧内预测模块，亮度4x4层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护37个像素点邻边，亮度8x8层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护41个像素点邻边。
所述亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块均能对宏块邻接像素进行整体预测，其中预测模式分为4种，分别是：垂直预测模式、水平预测模式、直流预测模式以及平面预测模式。参见图2为本发明4种预测模式的结构示意图。
在本发明中，色度8x8层帧内预测模块帧内预测宏块邻边重构像素维护，分为色度的u分量和色度的v分量预测块处理，各自要维护17个像素寄存重构像素，色度u和v两个分量的帧内预测方向相同，宏块邻边的像素不同，要独立维护。
总之，本发明实现架构主要由帧内预测控制模块、主控模块、亮度4x4/8x8/16x16层预测模块、色度8x8层帧内预测模块、以及数据缓存等模块组成。当接收到帧内预测的触发信号后，帧内预测控制模块根据邻接像素的有效性和不同的预测模式进行亮度4x4/8x8/16x16层预测和色度8x8层预测，直到完成一帧的预测。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (4)

1.一种帧内预测装置，其特征在于：包括帧内预测控制模块、主控模块、亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块、以及帧内预测数据缓存模块；
所述帧内预测控制模块实现帧内预测宏块CTU邻接像素的维护；从外部的CTU级别行缓存数据读取宏块CTU上边邻接的一行像素值，分为亮度邻边像素获取过程，以及色度邻边像素获取过程；帧内预测控制模块获取后，每个宏块邻接像素的预测的开始信号由主控模块发起，
帧内预测控制模块收到开始信号后，对帧内预测宏块邻接像素有效性判断，帧内预测控制模块分别控制亮度4x4层帧内预测模块、亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块、色度8x8层帧内预测模块的并行帧内预测工作，输出帧内预测像素值；其中亮度4x4层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素，亮度8x8层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，亮度16x16层帧内预测模块一个周期输出一行8个像素的值，色度8x8层帧内预测模块一个周期输出4x4块像素数据；再将像素数据存入所述帧内预测数据缓存模块。
2.根据权利要求1所述的一种帧内预测装置，其特征在于：宏块的邻边像素维护41个像素值，内部子模块需要做邻接像素维护，内部子模块包括亮度4x4层帧内预测模块和亮度8x8层帧内预测模块，亮度4x4层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护37个像素点邻边，亮度8x8层帧内预测模块按照Z字顺序执行，总共要维护41个像素点邻边。
3.根据权利要求1所述的一种帧内预测装置，其特征在于：所述亮度8x8层帧内预测模块、亮度16x16层帧内预测模块均能对宏块邻接像素进行整体预测，其中预测模式分为4种，分别是：垂直预测模式、水平预测模式、直流预测模式以及平面预测模式。
4.根据权利要求1所述的一种帧内预测装置，其特征在于：色度8x8层帧内预测模块帧内预测宏块邻边重构像素维护，分为色度的u分量和色度的v分量预测块处理，各自要维护17个像素寄存重构像素，色度u和v两个分量的帧内预测方向相同，宏块邻边的像素不同，要独立维护。
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