CN110418132A - 帧内预测模式决定装置与帧内预测模式决定方法 - Google Patents

帧内预测模式决定装置与帧内预测模式决定方法 Download PDF

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Abstract

一种帧内预测模式决定装置，包含一帧内预测单元，以一邻近预测单元的一组原始像素值作为一组邻接像素値，分别基于多个预测模式产生一目标预测单元的多组预测像素值；一残量计算单元，根据该目标预测单元的一组原始像素值与该多组预测像素值，计算多组残量；以及一模式选择单元，根据该多组残量自该多个预测模式择一作为一候选模式。

Description

帧内预测模式决定装置与帧内预测模式决定方法
技术领域
本发明与帧内预测相关，尤与如何决定帧内预测模式相关。
背景技术
在新一代高效率视频编码(High Efficiency Video Coding，HEVC)视频压缩标准中，帧内预测(Intra Frame Prediction)模式有35种，因此在进行帧内预测之前，需先选出合适的帧内预测模式。
图1为一习知帧内预测模式决定装置的方块图。帧内预测模式决定装置10包含一粗糙模式决策(Rough Mode Decision,RDM)电路110、一帧内预测电路120、一残量计算电路130与一模式决定电路140。首先，粗糙模式决策电路110会先从35种模式中选出3种候选模式CM1～CM3给帧内预测电路120，帧内预测电路120根据一组邻接像素値NPV(neighborpixel values)并基于3种候选模式CM1～CM3产生一目标预测单元的产生3组候选预测像素值CPPV1～CPPV3给残量计算电路130，残量计算电路130再根据3组候选预测像素值CPPV1～CPPV3计算出3组残量(residuals)R1～R3给模式决定电路140，最后模式决定电路140根据对应于3种候选模式CM1～CM3的该3组残量R1～R3，决定实际用来进行帧内预测的一帧内预测模式IPM。
由上可知，帧内预测电路120、残量计算电路130与模式决定电路140须等到粗糙模式决策电路110选出候选模式后才能进行后续动作，然而，由于HEVC的帧内预测(IntraFrame Prediction)模式高达35种，因此粗糙模式决策电路110的运算时间很长，使得整体压缩速度下降。
发明内容
因此，本发明的目在于提供一种提高压缩效率的帧内预测模式决定装置与帧内预测模式决定方法。
本发明揭露一种帧内预测模式决定装置，包含一帧内预测单元，以一邻近预测单元的一组原始像素值作为一组邻接像素値，基于多个预测模式产生一目标预测单元的多组预测像素值；一残量计算单元，根据该目标预测单元的一组原始像素值与该多组预测像素值，计算多组残量；以及一模式选择单元，根据该多组残量自该多个预测模式择一作为一候选模式。
本发明另揭露一种帧内预测模式决定方法，包含：以一邻近预测单元的一组原始像素值作为一组邻接像素値，基于多个预测模式产生一目标预测单元的多组预测像素值；根据该目标预测单元的一组原始像素值与该多组预测像素值，计算多组残量；以及根据该多组残量自该多个预测模式择一作为一候选模式。
附图说明
图1为一习知帧内预测模式决定装置的方块图。
图2为本发明实施例一帧内预测模式决定装置的方块图。
图3为本发明实施例一帧内预测模式决定方法的流程图。
图4为目标预测单元与邻近预测单元的一范例示意图。
图5为本发明实施例一候选模式选择电路的方块图。
图6为本发明实施例一帧内预测模式决定装置的方块图。
符号说明
10、20 帧内预测模式决定装置
110 粗糙模式决策电路
120、220 帧内预测电路
130、230 残量计算电路
140、240 模式决定电路
250 候选模式选择电路
252 评估单元
254 选择单元
260 数据选择器
270 数据分配器
280 控制器
NPV 邻接像素値
CM1～CM3 候选模式
CPPV1～CPPV3 候选预测像素值
R1～R3 残量
IPM 帧内预测模式
PPV 预测像素值
CPPV 候选预测像素值
PVT 目标预测单元的原始像素値
R、R’ 残量
CM 候选模式
TPU 目标预测单元
NPU1、NPU2 邻近预测单元
PVN 邻近预测单元的原始像素値
S 分数
RPVT 邻近预测单元的重建像素值
Ctrl 控制信号
Com 完成信号
具体实施方式
图2为本发明实施例一帧内预测模式决定装置20的方块图，帧内预测模式决定装置20包含一帧内预测电路220、一残量计算电路230、一模式决定电路240与一候选模式选择电路250。帧内预测模式决定装置20利用固有的帧内预测电路220、残量计算电路230与新增的候选模式选择电路250提供候选模式，来取代习知的粗糙模式决策电路110，以缩短决定候选模式所需时间而使压缩速度提升。图3为本发明实施例一帧内预测模式决定方法30的流程图。请一并参阅图2与图3。
首先，帧内预测电路220以一邻近预测单元的一组原始像素值PVN作为一组邻接像素値NPV，基于多个预测模式产生一目标预测单元(target prediction unit)的多组预测像素值PPV(步骤S310)。在HEVC中，一个帧可被区分为多个预测单元(predicting unit,PU)，预测单元是为进行帧内预测的单位，其大小可为4×4、8×8、16×16或32×32，其中帧内预测电路220要进行预测的预测单元被称为一目标预测单元，目标预测单元旁的预测单元被称为一邻近预测单元。举例来说，请参阅图4，图4为目标预测单元与邻近预测单元的一范例示意图，如图4所示，在一实施例中，帧内预测电路220以位于一目标预测单元TPU左方的一邻近预测单元NPU1中最右方一行(column)的原始像素值PVN，与位于该目标预测单元TPU上方的一邻近预测单元NPU2中最下方一列(row)的原始像素值PVN，作为用来针对目标预测单元TPU进行预测的一组邻接像素値NPV，以产生目标预测单元TPU的一组预测像素值PPV。请注意，在本发明中，邻近预测单元不限于位于目标预测单元的左方与上方，在其他实施例中，邻近预测单元亦可位于目标预测单元的右方与下方，此外，本发明亦不限于根据两个邻近预测单元的原始像素值来产生目标预测单元的预测像素值，在其他实施例中，目标预测单元的预测像素值可根据两个以上的邻近预测单元的原始像素值来产生，举例来说，目标预测单元的预测像素值可根据位于目标预测单元左方的邻近预测单元中最右方一行(column)的原始像素值、位于目标预测单元上方的邻近预测单元中最下方一列(row)的原始像素值、与位于目标预测单元下方的邻近预测单元中最上方一列(row)的原始像素值来产生。
此外，即使邻接像素値相同，基于不同的预测模式所产生的预测像素值亦不同，而HEVC的预测模式有35种，帧内预测电路220可基于35种预测模式中的n种预测模式，来产生n组不同的预测像素值。为了加快整体压缩速率，帧内预测电路220基本上不会基于过多种预测模式来产生预测像素值，实作上，帧内预测电路220可基于4～10种预测模式来产生4～10组预测像素值。举例来说，帧内预测电路220可基于5种预测模式PM1～PM5，来产生5组不同的预测像素值PPV1～PPV5。由于帧内预测电路220如何根据一组邻接像素値并基于一预测模式产生一组预测像素值是为习知技术，因此在此省略相关说明。
接着，残量计算电路230根据该目标预测单元的一组原始像素值PVT与该多组预测像素值PPV，计算多组残量R’(步骤S320)。举例来说，该目标预测单元的该组原始像素值可为如图4所示的目标预测单元TPU的一组原始像素值PVT，在一实施例中，残量计算电路230可藉由将目标预测单元TPU的该组原始像素值PVT，分别与帧内预测电路220所产的一组预测像素值PPV对应地相减，来计算目标预测单元TPU对应于一预测模式的一组残量R’。以图4为例，残量计算电路230将目标预测单元TPU中对应于位置(1,1)的原始像素值PVT与对应于位置(1,1)的预测像素值PPV1相减，可获得对应于位置(1,1)的残量R1’；相似地，将目标预测单元TPU中对应于位置(1,2)的原始像素值PV与对应于位置(1,2)的预测像素值PPV1相减，可获得对应于位置(1,2)的残量R1’；以此类推，可获得目标预测单元TPU对应于预测模式PM1的一组残量R1’。相似地，残量计算电路230可根据目标预测单元TPU的该组原始像素值PVT与其余组预测像素值PPV2～PPV5，计算目标预测单元TPU分别对应于预测模式PM2～PM5的其他组残量R2’～R5’。
接着，候选模式选择电路250可根据该多组残量R’，自该多个预测模式PM择一作为一候选模式CM(步骤S330)。举例来说，请参阅图5，图5为本发明实施例一候选模式选择电路250的方块图，在一实施例中，候选模式选择电路250包含一评估单元252与一选择单元254。评估单元252用来根据该多组残量R’分别评估预测模式PM的分数S，在一实施例中，评估单元252可计算该组残量R1’的平方总和，作为对应于预测模式PM1的分数S1，在另一实施例中，评估单元252可计算该组残量R1’的绝对值总和，作为对应于预测模式PM1的分数S1；相似地，评估单元252根据其余多组残量R2’～R5’，分别计算对应于预测模式PM2～PM5的其他多个分数S2～S5。选择单元254则根据该多个分数S自该多个预测模式PM选择该候选模式CM，在一实施例中，选择单元254可选择多个分数S1-S5中最小的3个分数所对应的预测模式CM作为候选模式PM，举例来说，假设分数S1～S5分别为110、120、130、140、150，选择单元254会选择对应于分数S1～S3的预测模式PM1～PM3作为候选模式CM1～CM3。请注意，上述的分数仅为范例，并不代表实际的分数。
最后，帧内预测电路220以邻近预测单元的一组重建像素RPVN值作为该组邻接像素値NPV，基于该候选模式CM产生该目标预测单元的一组候选预测像素值CPPV(步骤S340)，残量计算电路230根据该目标预测单元的该组原始像素值PVT与该组候选预测像素值CPPV，计算一组候选残量R(步骤S350)，模式决定电路240根据该组候选残量R决定一帧内预测模式IPM(步骤S360)。举例来说，帧内预测电路220可根据邻近预测单元NPU1中最右方一行(column)的重建像素值RPVN，与邻近预测单元NPU2中最下方一列(row)的重建像素值RPVN，分别基于候选模式CM1～CM3计算3组候选预测像素值CPPV1～CPPV3，其中重建像素值RPVN是根据邻近预测单元NPU1、NPU2的残值以及帧内预测模式IPM重建而得，因此会近似邻近预测单元NPU1、NPU2的原始像素值PVN，但仍会有些许差异。请注意，目标预测单元的预测像素值PPV是根据邻近预测单元的原始像素值PVN而非重建像素值RPVN来计算，这是由于当在计算目标预测单元的预测像素值PPV时，邻近预测单元的帧内预测模式IPM可能尚未决定，因此无法根据邻近预测单元的残值以及帧内预测模式IPM来产生重建像素值RPVN。接着，残量计算电路230再根据3组候选预测像素值CPPV1～CPPV3与目标预测单元TPU的该组原始像素值PVT，计算出3组残量R1～R3给模式决定电路240，最后模式决定电路240根据对应于候选模式CM1～CM3的残量R1～R3，决定实际用来进行帧内预测的一帧内预测模式IPM。请注意，由于步骤S340～S360均是为习知技术，因此在此省略相关说明。
如前所述，当选择候选模式CM时，帧内预测电路220是根据邻近预测单元的原始像素值PVN来进行预测；当决定帧内预测模式IPM时，帧内预测电路220是根据邻近预测单元的重建像素值RPVN来进行预测，因此，在一实施例中，帧内预测电路220的输入端另耦接于一数据选择器260，如图6所示，图6为本发明实施例一帧内预测模式决定装置的方块图。数据选择器260根据一控制信号Ctrl决定输出原始像素值PVN或重建像素値RPVN至帧内预测电路220。此外，当选择候选模式CM时，残量计算电路230输出残量R’至候选模式选择电路250；当决定帧内预测模式IPM时，残量计算电路230输出残量R至模式决定电路240，因此，在一实施例中，帧内预测电路220的输入端另耦接于一数据分配器270，如图6所示，数据分配器270根据该控制信号Ctrl决定输出残量R’或R至候选模式选择电路250或模式决定电路240。
在一实施例中，数据选择器260与数据分配器270可由同一个控制器来产生，但本发明并不以此为限。举例来说，帧内预测模式决定装置20另包含一控制器280，如图6所示，控制器280根据帧内预测电路220输出的一完成信号Com来产生一控制信号Ctrl，在一实施例中，控制器280包含一缓存器，用来累计帧内预测电路220的计算完成次数。在一实施例中，首先，数据选择器260输出原始像素值PVN至帧内预测电路220，作为帧内预测电路220据以进行预测的邻近像素値NPV，数据分配器270则输出残量R’至候选模式选择电路250，作为用来选择候选模式CM的依据。其中，当帧内预测电路220完成一组预测像素值的计算后，会发送一完成信号Com至控制器280，控制器280在收到该完成信号Com后，会将缓存器内的数値加一，在一实施例中，缓存器内数値的初始値为0，当该数値达到一第一数値时，控制器280藉由控制信号Ctrl控制数据选择器260输出重建像素值RPVN至帧内预测电路220，作为帧内预测电路220据以进行预测的邻近像素値NPV，并控制数据分配器270输出残量R至模式决定电路240，作为用来帧内预测模式IPM的依据。接着，当缓存器内的数値达到一第二数値时，控制器280会将缓存器内的数値归零，并藉由控制信号Ctrl控制数据选择器260输出原始像素值PVN至帧内预测电路220，作为帧内预测电路220据以进行预测的邻近像素値NPV，并控制数据分配器270则输出残量R’至候选模式选择电路250，作为用来选择候选模式CM的依据。其中，第一数値是以用来选择候选模式CM的预测像数値的组数来决定，以利用5组预测像素值来选择3组候选模式CM为例，第一数値为5；第二数値是以用来选择候选模式CM的预测像数値的组数，与用来决定帧内预测模式IPM的预测像数値的组数来决定，以利用5组预测像素值来选择3种候选模式CM，且利用3组预测像素值来决定帧内预测模式IPM为例，第二数値为8，即两者的总和。
由上可知，本发明在帧内预测电路与残量计算电路未用来产生决定帧内预测模式的残値的空闲时间，利用帧内预测电路与残量计算电路来产生用来选择候选模式的残値，因为空闲时间并不是很长，所以无法计算太多组用来选择候选模式的残値，相较于利用粗糙模式决策电路从35种预测模式中选出例如3种候选模式，本发明的帧内预测模式决定装置仅由例如5种预测模式中选出例如3种候选模式，此可大幅缩短候选模式的决定时间，提升压缩速率，此外亦可提高帧内预测电路与残量计算电路的使用频率，进而省下复杂的粗糙模式决策电路成本。

Claims (10)

1.一种帧内预测模式决定装置，包含：
一帧内预测单元，以一邻近预测单元的一组原始像素值作为一组邻接像素値，分别基于多个预测模式产生一目标预测单元的多组预测像素值；
一残量计算单元，根据该目标预测单元的一组原始像素值与该多组预测像素值，计算多组残量；以及
一模式选择单元，根据该多组残量自该多个预测模式择一作为一候选模式。
2.如权利要求1所述的帧内预测模式决定装置，其中该模式选择单元包括：
一评估单元，根据该多组残量分别评估该多个预测模式的多个分数；以及
一选择单元，根据该多个分数自该多个预测模式选择该候选模式。
3.如权利要求2所述的帧内预测模式决定装置，其特征在于，该多个分数是为该多组残量的平方总和。
4.如权利要求3所述的帧内预测模式决定装置，其特征在于，该选择单元选择该多个分数中一最小分数所对应的预测模式作为该候选模式。
5.如权利要求1所述的帧内预测模式决定装置，其特征在于：
该帧内预测单元，以该邻近预测单元的一组重建像素值作为该组邻接像素値，基于该候选模式产生该目标预测单元的一组候选预测像素值；以及
该残量计算单元，根据该目标预测单元的该组原始像素值与该组候选预测像素值，计算一组候选残量；
其中该帧内预测模式决定装置更包括：
一模式决定单元，根据该组候选残量决定一帧内预测模式。
6.一种帧内预测模式决定方法，包含：
以一邻近预测单元的一组原始像素值作为一组邻接像素値，分别基于多个预测模式产生一目标预测单元的多组预测像素值；
根据该目标预测单元的一组原始像素值与该多组预测像素值，计算多组残量；以及
根据该多组残量自该多个预测模式择一作为一候选模式。
7.如权利要求6所述的帧内预测模式决定方法，其特征在于，根据该多组残量自该多个预测模式择一作为该候选模式的步骤包括：
根据该多组残量分别评估该多个预测模式的多个分数；以及
根据该多个分数自该多个预测模式择一作为该候选模式。
8.如权利要求7所述的帧内预测模式决定方法，其特征在于，该多个分数是为该多组残量的平方总和。
9.如权利要求8所述的帧内预测模式决定方法，其特征在于，根据该多个分数自该多个预测模式择一作为该候选模式的步骤包括：
选择该多个分数中一最小分数所对应的预测模式作为该候选模式。
10.如权利要求6所述的帧内预测模式决定方法，其特征在于，更包括：
以该邻近预测单元的一组重建像素值作为该组邻接像素値，基于该候选模式产生该目标预测单元的一组候选预测像素值；
根据该目标预测单元的该组原始像素值与该组候选预测像素值，计算一组候选残量；以及
根据该组候选残量决定一帧内预测模式。
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