CN110662079B - 一种基于h.265hevc帧内预测的参考像素片上存储方法 - Google Patents

一种基于h.265hevc帧内预测的参考像素片上存储方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，包括：假如当前块尺寸为PB_SIZE，顺序编号为PB_NUM；每4×4块按Zig‑Zag扫描顺序进行编号，则PB_NUM二进制的奇数位表示当前块的水平轴坐标，偶数位表示当前块的垂直轴坐标；利用此坐标定位当前预测块左边和下边4×4块的坐标，以及当前块各个位置参考像素所在4×4块的坐标；在参考像素读取还是写入时，均通过坐标转换成顺序编号作为存储器读出和写入的地址。本发明具有能够减少浪费在存取参考像素上的时延、提高硬件编码性能、加快帧内预测过程等优点。

Description

一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法
技术领域
本发明主要涉及到技术领域，特指一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法。
背景技术
2013年国际电信联盟ITU-T与国际标准化组织ISO/IEC再次通力合作发布了新一代的高效视频编码标准(High Efficiency Video Coding,HEVC)。H.265/HEVC标准中很多编码技术得到了更新，与它的上一代编码标准H.264/AVC相比，H.265/HEVC可以在相同的编码质量下节省大约50％的码率。
从根本上来说，H.265/HEVC视频编码标准框架相比于以往的视频编码标准并没有革命性的改变，包括帧内预测、帧间预测、变换、量化、反变换、反量化、熵编码及环路滤波等模块。其中帧内预测通过编码后的重构图像块数据来对当前块进行预测以去除图像空间域的相关性，达到压缩图像的目的。
H.265/HEVC标准在帧内预测时对图像进行基于四叉树的划分。单帧图像被划分为多个编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)，编码树单元可以按照四叉树结构进一步划分为更小的编码单元(Coding Unit,CU)。划分过程图1所示，根据H.265/HEVC标准，同一层次的CU必须是同一尺寸的4个方块，最多可有4层分解，即64×64、32×32、16×16和8×8，分别对应着划分深度0至3。除此之外，预测单元(Prediction Unit,PU)还可以对当前CU再进行一次四叉树划分，因此，帧内预测的预测单元尺寸从64x64到4x4，共5个划分深度。
如图2所示，在H.265/HEVC标准中，帧内预测是基于块进行的，并且为了保证编码块有尽可能多的参考像素，按Zig-Zag扫描顺序对编码块进行遍历编码，通过对各个划分深度的遍历编码得到最终最优块划分结构。在此遍历过程中，参考像素将会频繁地产生、存储、读取和更新，给存储带宽和策略提出了很高的要求。因此，设计一种有效的H.265/HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法就显得尤为重要。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种能够减少浪费在存取参考像素上的时延、提高硬件编码性能、加快帧内预测过程的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，包括：
假如当前块尺寸为PB_SIZE，顺序编号为PB_NUM；每4×4块按Zig-Zag扫描顺序进行编号，则PB_NUM二进制的奇数位表示当前块的水平轴坐标，偶数位表示当前块的垂直轴坐标；
利用此坐标定位当前预测块左边和下边4×4块的坐标，以及当前块各个位置参考像素所在4×4块的坐标；在参考像素读取还是写入时，均通过坐标转换成顺序编号作为存储器读出和写入的地址。
作为本发明的进一步改进：设置1024个像素存储空间来存储行参考像素和1024个像素存储空间存储列参考像素。
作为本发明的进一步改进：坐标转换成顺序编号的过程和顺序编号转化成坐标的过程完全相反，将水平轴坐标的二进制按位插入顺序编号的奇数位，垂直轴坐标的二进制按位插入顺序编号的偶数位，从而得到最终的顺序编号，即读写地址。
作为本发明的进一步改进：4×4块按照Zig-Zag顺序编号，将4×4块的编号作为参考像素的在行列存储器中的存储地址，对于尺寸大于4×4的预测块，将其左上角的4×4块的顺序编号作为当前预测块的顺序编号。
作为本发明的进一步改进：读取参考像素时，从行存储器中读取左上角、上方和右上方的参考像素，从列存储器中读取左上角、左方和左下角的参考像素。
作为本发明的进一步改进：对应的读地址如下：
·左上角参考像素读地址：
raddr_tl_row/col＝trans(PB_NUM_ODD-1,PB_NUM_EVEN-1) (1)
·上方的参考像素读地址：
Figure BDA0002244550080000034
·左上方的参考像素度地址：
Figure BDA0002244550080000033
·左方的参考像素读地址：
Figure BDA0002244550080000032
·左下方的参考像素读地址：
Figure BDA0002244550080000031
其中，trans表示坐标转换成顺序编号的过程，PB_SIZE>>2表示将PB_SIZE的二进制值右移两位；raddr_tl_row/col表示行列存储器中当前预测块左上角参考像素的读地址；raddr_t_row表示在行存储器中当前预测块上方参考像素的读地址；raddr_tr_row表示在行存储器中当前预测块右上方参考像素的读地址；raddr_l_col表示在列存储器中当前预测块左方参考像素的读地址；raddr_ld_col表示在列存储器中当前预测块左下方参考像素的读地址。
作为本发明的进一步改进：参考像素写入时，写入到行列参考像素存储器的参考像素来自于当前重建块右边和下边的像素。
作为本发明的进一步改进：写入地址如下：
·重建块右边的像素写地址：
Figure BDA0002244550080000041
·重建块下边的像素写地址：
Figure BDA0002244550080000042
其中；trans表示坐标转换成顺序编号的过程，PB_SIZE>>2表示将PB_SIZE的二进制值右移两位；waddr_r_col表示在列存储器中当前预测块右边的重建像素作为参考像素的写地址；waddr_d_row表示在行存储器中当前预测块下边的重建像素作为参考像素的写地址。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，针对H.265/HEVC帧内预测过程密集的参考像素存储和读取操作，提出一种有效的H.265/HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，以便改善参考像素存取过程中的存储墙问题，减少浪费在存取参考像素上的时延，提高硬件编码性能，加快帧内预测过程。
附图说明
图1是H.265/HEVC的CU四叉树划分结构图。
图2是一个64×64块内部的4×4块Zig-Zag扫描顺序图。
图3是本发明方法在具体应用中进行存储的原理示意图。
图4是本发明在一个具体应用实例中读写参考像素位置示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
如图3所示，在H.265/HEVC标准中，帧内预测是基于块进行的，最大的CTB由一个尺寸为64×64的亮度块和两个尺寸为32×32的色差块组成。一个64×64块中有256个4×4块，每个4×4块的右边和下边上的像素需要作为参考像素使用。
为了增加参考像素存储器存取带宽，本发明的一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，包括：
假如当前块尺寸为PB_SIZE，顺序编号为PB_NUM；每4×4块按Zig-Zag扫描顺序进行编号，则PB_NUM二进制的奇数位(PB_NUM_ODD)可以表示当前块的水平轴坐标，偶数位(PB_NUM_EVEN)表示当前块的垂直轴坐标；
利用此坐标定位当前预测块左边和下边4×4块的坐标，以及当前块各个位置参考像素所在4×4块的坐标；从而不管是参考像素读取还是写入，都能通过坐标转换成顺序编号作为存储器读出和写入的地址。
在具体应用实例中，本发明设置1024个像素存储空间来存储行参考像素和1024个像素存储空间存储列参考像素。
在具体应用实例中，坐标转换成顺序编号的过程和顺序编号转化成坐标的过程完全相反，将水平轴坐标的二进制按位插入顺序编号的奇数位，垂直轴坐标的二进制按位插入顺序编号的偶数位，从而得到最终的顺序编号，即读写地址。
如图4所示，在具体应用时，4×4块按照Zig-Zag顺序编号，将4×4块的编号作为参考像素的在行列存储器中的存储地址，对于尺寸大于4×4的预测块，将其左上角的4×4块的顺序编号作为当前预测块的顺序编号。
以第四个8×8块为例，其顺序编号为12，则其下边的8个像素作为参考像素在行存储器中的写地址分别为14和15，右边的8个像素作为参考像素在列存储器中的写地址分别为13和15；当前8×8预测块的帧内预测参考像素在行存储器其中的读地址为3、6、7、18和19，在列存储器中的读地址为3、9、11、33和35。
如图4所示，读取参考像素时，从行存储器中读取左上角(REF_TL)、上方(REF_T)和右上方(REF_TR)的参考像素，从列存储器中读取左上角(REF_TL)、左方(REF_L)和左下角(REF_LD)的参考像素。
对应的读地址如下：
·左上角参考像素读地址
raddr_tl_row/col＝trans(PB_NUM_ODD-1,PB_NUM_EVEN-1) (1)
·上方的参考像素读地址
Figure BDA0002244550080000061
·左上方的参考像素度地址
Figure BDA0002244550080000062
·左方的参考像素读地址
Figure BDA0002244550080000063
·左下方的参考像素读地址
Figure BDA0002244550080000064
如图4所示，参考像素写入时，需要写入到行列参考像素存储器的参考像素来自于当前重建块右边(REC_R)和下边(REC_D)的像素。
写入地址如下：
·重建块右边的像素写地址
Figure BDA0002244550080000071
·重建块下边的像素写地址
Figure BDA0002244550080000072
以上，trans表示坐标转换成顺序编号的过程，比如坐标(2,3)，二进制形式为(10,11)，转换成顺序编号时，将横坐标的二进制位置于顺序编号的奇数位，纵坐标的二进制位置于顺序编号的偶数位，最后得到的顺序编号为1110，即14。PB_SIZE>>2表示将PB_SIZE的二进制值右移两位。raddr_tl_row/col表示行列存储器中当前预测块左上角参考像素的读地址；raddr_t_row表示在行存储器中当前预测块上方参考像素的读地址；raddr_tr_row表示在行存储器中当前预测块右上方参考像素的读地址；raddr_l_col表示在列存储器中当前预测块左方参考像素的读地址；raddr_ld_col表示在列存储器中当前预测块左下方参考像素的读地址；waddr_r_col表示在列存储器中当前预测块右边的重建像素作为参考像素的写地址；waddr_d_row表示在行存储器中当前预测块下边的重建像素作为参考像素的写地址。
本发明在一个具体应用实例中，对于图3中顺序编号为12的8×8块而言，PB_NUM为12，PB_SIZE为8。由于PB_NUM的二进制形式为1100，从而得到PB_NUM_ODD为2，PB_NUM_EVEN为2。根据公式(6)，右边的两个4×4块坐标为(3,2)和(3,3)，转换成编号分别为13和15，同理根据公式(7)下边两个4×4块坐标为(2,3)和(3,3)，转换成编号分写为14和15，编号即对应参考像素写入存储器的地址,。根据公式(1)，此8×8帧内预测块左上角参考像素所在4×4的坐标为(1,1)，得到顺序编号为3；根据公式(2)，上方参考像素所在4×4块的坐标为(2,1)和(3,1)，对应顺序编号为6和7；根据公式(3)，右上方参考像素所在4×4块坐标为(4,1)和(5,1)，对应编号为18和19；根据公式(4)，左方参考像素所在4×4块坐标为(1,2)和(1,3)，对应编号为9和11；根据公式(5)，左下方参考像素所在4×4块坐标为(1,4)和(1,5)，对应编号为33和35。以上，编号即对应行列存储器的参考像素读地址。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，包括：
假如当前块尺寸为PB_SIZE，顺序编号为PB_NUM；每4×4块按Zig-Zag扫描顺序进行编号，则PB_NUM二进制的奇数位表示当前块的水平轴坐标，偶数位表示当前块的垂直轴坐标；
利用此坐标定位当前预测块左边和下边4×4块的坐标，以及当前块各个位置参考像素所在4×4块的坐标；在参考像素读取还是写入时，均通过坐标转换成顺序编号作为存储器读出和写入的地址；
坐标转换成顺序编号的过程和顺序编号转化成坐标的过程完全相反，将水平轴坐标的二进制按位插入顺序编号的奇数位，垂直轴坐标的二进制按位插入顺序编号的偶数位，从而得到最终的顺序编号，即读写地址。
2.根据权利要求1所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，设置1024个像素存储空间来存储行参考像素和1024个像素存储空间存储列参考像素。
3.根据权利要求1-2中任意一项所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，4×4块按照Zig-Zag顺序编号，将4×4块的编号作为参考像素的在行列存储器中的存储地址，对于尺寸大于4×4的预测块，将其左上角的4×4块的顺序编号作为当前预测块的顺序编号。
4.根据权利要求1-2中任意一项所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，读取参考像素时，从行存储器中读取左上角、上方和右上方的参考像素，从列存储器中读取左上角、左方和左下角的参考像素。
5.根据权利要求4所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，对应的读地址如下：
•左上角参考像素读地址：
raddr_tl_row/col＝trans(PB_NUM_ODD-1,PB_NUM_EVEN-1) (1)
•上方的参考像素读地址：
Figure FDA0003537095170000021
·左上方的参考像素度地址：
Figure FDA0003537095170000022
·左方的参考像素读地址：
Figure FDA0003537095170000023
·左下方的参考像素读地址：
Figure FDA0003537095170000024
其中，trans表示坐标转换成顺序编号的过程，PB_SIZE>>2表示将PB_SIZE的二进制值右移两位；raddr_tl_row/col表示行列存储器中当前预测块左上角参考像素的读地址；raddr_t_row表示在行存储器中当前预测块上方参考像素的读地址；raddr_tr_row表示在行存储器中当前预测块右上方参考像素的读地址；raddr_l_col表示在列存储器中当前预测块左方参考像素的读地址；raddr_ld_col表示在列存储器中当前预测块左下方参考像素的读地址；PB_NUM_ODD表示当前块的水平轴坐标；PB_NUM_EVEN表示当前块的垂直轴坐标。
6.根据权利要求1-2中任意一项所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，参考像素写入时，写入到行列参考像素存储器的参考像素来自于当前重建块右边和下边的像素。
7.根据权利要求6所述的基于H.265HEVC帧内预测的参考像素片上存储方法，其特征在于，
写入地址如下：
·重建块右边的像素写地址：
Figure FDA0003537095170000031
•重建块下边的像素写地址：
Figure FDA0003537095170000032
其中；trans表示坐标转换成顺序编号的过程，PB_SIZE>>2表示将PB_SIZE的二进制值右移两位；waddr_r_col表示在列存储器中当前预测块右边的重建像素作为参考像素的写地址；waddr_d_row表示在行存储器中当前预测块下边的重建像素作为参考像素的写地址；PB_NUM_ODD表示当前块的水平轴坐标；PB_NUM_EVEN表示当前块的垂直轴坐标。
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