CN112087634B - 一种最佳角度判定方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种最佳角度判定方法和系统，所述方法包括：获取待编码数据块的当前数据块梯度；将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器；基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度；将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度；将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。因此，采用本申请实施例，由于平衡计算量以及判断效果，从而可以快速确定出最佳候选角度，提高编码器的编码效率。

Description

一种最佳角度判定方法和系统
技术领域
本发明涉及视频编码器的软硬件实现技术领域，特别涉及一种最佳角度判定方法和系统。
背景技术
近年来，随着高清、超高清视频的普及，视频原始数据量急剧增加，给存储和传输带来巨大压力，如何进一步提高视频编码的压缩效率是一个至关重要的问题，在提高视频编码的压缩效率时，首先需要考虑的是如何高效的对视频中的像素块进行高效编码。
在目前对视频中的数据块进行高效编码时，为了提高帧内预测的准确性，编码器首先需要确定出最佳角度，在最佳角度判定时，目前在H.264标准中使用了8种不同的预测方向，在H.265和AVS2中使用了33种预测方向，而在编码器的软硬件实现中，为了得到最优角度，就要对这33种角度逐一进行判读，最终判定最优角度。由于目前这种判定方式需要对多种角度逐一判定，需要花费大量时间，从而降低了编码器的编码效率。
发明内容
本申请实施例提供了一种最佳角度判定方法和系统。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。
第一方面，本申请实施例提供了一种最佳角度判定方法，所述方法包括：
获取待编码数据块的当前数据块梯度；
将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器；
基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度；
将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度；
将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。
可选的，所述获取待编码数据块的当前数据块梯度之前，还包括：
获取原始图像的待编码数据块；
将所述待编码数据块输入梯度计算器，生成当前数据块梯度。
可选的，所述将所述待编码数据块输入梯度计算器，生成当前数据块梯度，包括：
计算所述原始图像的待编码数据块在坐标轴中对应的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，生成当前数据块梯度。
可选的，所述将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度，包括：
根据所述当前数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述当前数据块梯度的角度，生成所述当前数据块的角度；
根据所述多个临近数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述多个临近数据块的角度，生成所述多个临近数据块的角度；
将所述当前数据块的角度和多个临近数据块的角度作为多个候选角度。
可选的，所述角度的计算方式为通过计算所述梯度的反正切得到角度。
可选的，所述角度的计算公式为θ＝arctan(Gy/Gx)；其中，θ为角度，arctan为反正切，Gx为所述X轴方向梯度，Gy为所述Y轴方向梯度。
可选的，所述将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度，包括：
通过所述多个候选角度对所述待编码数据块进行计算验证，输出最佳角度。
可选的，所述通过所述多个候选角度对所述待编码数据块进行计算验证，输出最佳角度，包括：
基于所述待编码数据块和多个候选角度，生成所述多个候选角度对应的残差数据块；
根据所述多个候选角度对应的残差数据块计算所述多个候选角度的代价值；
将所述代价值最小的候选角度作为最佳角度后输出。
第二方面，本申请实施例提供了一种最佳角度判定系统，所述系统包括：
梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器；其中，所述梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器顺次连接；其中，所述梯度计算器，用于计算待编码数据块梯度；所述梯度存储器，用于存储数据块梯度；所述候选角度计算器，用于生成多个候选角度；所述角度判断选择器，用于输出最佳角度。
本申请实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
在本申请实施例中，视频编码器首先获取待编码数据块的当前数据块梯度，然后将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器，再基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度，再将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度，最后将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。由于本申请实施例中视频编码器根据当前的数据块梯度和其相邻数据块的梯度生成4个候选角度，并通过角度判断器在4个候选角度中判断出最佳角度输出，从而降低了角度判定时间，提高了编码效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
图1是本申请实施例提供的一种最佳角度判定方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种最佳角度判定过程的过程示意图；
图3是本申请实施例提供的一种角度判断选择器选择最佳角度示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种最佳角度判定方法的流程示意图；
图5是本申请实施例提供的一种最佳角度判定系统示意图；
具体实施方式
以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
目前，对视频中的数据块进行高效编码时，为了提高帧内预测的准确性，编码器首先需要确定出最佳角度，在最佳角度判定时，目前在H.264标准中使用了8种不同的预测方向，在H.265和AVS2中使用了33种预测方向，而在编码器的软硬件实现中，为了得到最优角度，就要对这33种角度逐一进行判读，最终判定最优角度。由于目前这种判定方式需要对多种角度逐一判定，需要花费大量时间，从而降低了编码器的编码效率。为此，本申请提供了一种最佳角度判定方法和系统，以解决上述相关技术问题中存在的问题。本申请提供的技术方案中，由于本申请实施例中视频编码器根据当前的数据块梯度和其相邻数据块的梯度生成4个候选角度，并通过角度判断器在4个候选角度中判断出最佳角度输出，从而降低了角度判定时间，提高了编码效率，下面采用示例性的实施例进行详细说明。
下面将结合附图1-4，对本申请实施例提供的最佳角度判定方法进行详细介绍。该方法可依赖于计算机程序实现，可运行于基于冯诺依曼体系的最佳角度判定系统上。
请参见图1，图1是本申请实施例提供的一种应用于视频编码器的最佳角度判定方法示意图，该方法包括：
S101，获取待编码数据块的当前数据块梯度；
其中，待编码数据是编码协议总原始图像中的一个数据块，这里可能是8x8、16x16或者32x32的数据块(像素块)。数据块梯度即把原始图像想象成连续函数，因为边缘部分的像素值是与旁边像素明显有区别的，所以对图片局部求极值，就可以得到整幅图片的边缘信息了。不过原始图像是二维的离散函数，导数就变成了差分，这个差分就称为原始图像中的数据块梯度。
通常，边缘是像素值发生跃迁的地方(变化率最大处，导数最大处)，是原始图像的显著特征之一。
在本申请实施例中，获取待编码数据块的当前数据块梯度，即获取待编码数据块经过梯度计算器计算得到的当前数据块梯度，然后将计算得到的当前数据块梯度保存在梯度存储器中的数据块梯度。
在一种可能的实现方式中，利用视频编码器对原始图像进行处理时，首先需要获取原始图像的待编码的数据块，然后将原始图像的待编码的数据块输入到梯度计算器中计算在坐标轴中对应的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，将计算出的X轴方向梯度和Y轴方向梯度作为当前数据块梯度，最后将当前数据块梯度保存至梯度存储器(梯度计算即是在X轴方向和Y轴方向求导)。
进一步地，当进行最佳角度判断时，获取梯度存储器中保存的待编码数据块的当前数据块梯度。
S102，将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器；
在本申请实施例中，在当前数据块梯度生成后，将生成的数据块梯度保存至梯度存储器中，将当前数据块的梯度存储起来，作为以后数据块的候选梯度。
S103，基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度；
在本申请实施例中，每次处理一个数据块，处理当前数据块时要用到临近数据块梯度，这时候不用计算，直接从梯度存储器中读取以前计算过的数据块梯度。
在一种可能的实现方式中，基于步骤S101可得到当前数据块梯度，视频编码器根据当前数据块从梯度存储器中读取出上侧数据块、左侧数据块以及左上数据块，最后计算出上侧数据块、左侧数据块以及左上数据块在坐标轴中对应的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，生成多个临近数据块梯度。
S104，将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度；
在本申请实施例中，首先根据当前数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算当前数据块梯度的角度，生成当前数据块的角度，根据临近数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算临近数据块的角度，生成临近数据块的角度，最后将当前数据块的角度和临近数据块的角度作为多个候选角度。
在一种可能的实现方式中，当前角度为一个候选角度，称为候选角度1，根据编码协议规定的当前角度的上一个角度为候选角度2，上侧数据块角度如果与角度1或者角度2相同则角度3为角度2的下一个角度，否则角度3为上侧数据块角度。左侧数据块如果与角度1或者角度2或者角度3都不相同则候选角度4为左侧数据。否则如果角度2的下一个角度不是角度3，则角度4为角度2的下一个角度，如果角度2的下一个角度是角度3，则角度4为左上侧角度。
在另一种可能的实现方式中，选取当前角度、当前角度的上一个角度、上侧块的角度、左侧块的角度，该4个角度作为候选角度，并将当前角度的下一个角度，和左上侧块的角度作为两个备用候选角度。
当4个角度有相同时依次选择两个备用候选角度进行替换。
进一步地，角度的计算方式为通过计算所述梯度的反正切得到角度，计算公式为θ＝arctan(Gy/Gx)；其中，θ为角度，arctan为反正切，Gx为所述X轴方向梯度，Gy为所述Y轴方向梯度。
例如图2所示，待编码数据块输入梯度计算器1中生成当前数据块梯度，再将当前数据块梯度保存至梯度存储器中，再根据梯度存储器2中保存的当前数据块梯度生成上侧数据块梯度、左侧数据块梯度以及左上数据块梯度，将生成的上侧数据块梯度、左侧数据块梯度以及左上数据块梯度输入到候选角度计算器3中分别生成候选角度1、候选角度2、候选角度3以及候选角度4，再将4个候选角度输入4选1角度判断选择器4中，最后输出最优角。
S105，将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。
其中，角度判断选择器是根据4个候选角度选择出最优角度。
在本申请实施例中，角度判断选择器通过4个候选角度对待编码数据块进行计算验证，最后输出最佳角度。即主要对4个角度计算代价值，选择代价值最小的角度进行输出。
在一种可能的实现方式中，首先基于待编码数据块和多个候选角度，生成多个候选角度对应的残差数据块，然后根据多个候选角度对应的残差数据块计算多个候选角度的代价值，最后将代价值最小的候选角度作为最佳角度后输出。
例如图3所示，在代价值计算中，首先将候选角、待编码数据块的上一行原始图像以及待编码数据块的左一列的原始图像输入到编码协议规定的角度预测器中，生成与待编码数据块对应的角度预测数据块，然后将角度预测数据块和待编码数据块进行残差后生成残差数据块，最后将残差数据块输入代价计算器中生成代价值。
在本申请实施例中，视频编码器首先获取待编码数据块的当前数据块梯度，再根据当前数据块梯度生成临近数据块梯度，然后将当前数据块梯度和临近数据块梯度输入候选角度计算器，生成多个候选角度，最后将待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。由于本申请实施例中视频编码器根据当前的数据块梯度和其相邻数据块的梯度生成4个候选角度，并通过角度判断器在4个候选角度中判断出最佳角度输出，从而降低了角度判定时间，提高了编码效率。
请参见图4，图4是本申请实施例提供的另一种应用于视频编码器的最佳角度判定方法示意图，该方法包括：
S201，获取原始图像的待编码数据块；
S202，计算所述原始图像的待编码数据块在坐标轴中对应的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，生成当前数据块梯度；
在本申请实施例中，梯度计算是在X方向和Y方向求导，假设被作用的原始图像的待编码数据块为I，则有水平变化的GX和垂直变化的GY。
水平变化GX：将I与一个奇数大小的内核GX进行卷积。
垂直变化GY:将I与一个奇数大小的内核GY进行卷积。
将水平变化GX作为x方向梯度，将将垂直变化GY作为Y方向梯度。
S203，获取待编码数据块的当前数据块梯度；
S204，将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器；
S205，基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度；
S206，根据所述当前数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述当前数据块梯度的角度，生成所述当前数据块的角度；
S207，根据所述多个临近数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述多个临近数据块的角度，生成所述多个临近数据块的角度；
S208，将所述当前数据块的角度和多个临近数据块的角度作为多个候选角度；
S209，通过所述多个候选角度对所述待编码数据块进行计算验证，输出最佳角度。
在一种可能的实现方式中，待编码数据块经过梯度计算器生成当前数据块梯度，并存储于梯度存储器，候选角度计算器根据当前块梯度以及过去的上侧块梯度、左侧块梯度、左上块梯度这四个梯度计算出4个候选角度，最终通过4个候选角度对待编码数据块进行计算验证，验证出最优角度进行输出。
在本申请实施例中，视频编码器首先获取待编码数据块的当前数据块梯度，再根据当前数据块梯度生成临近数据块梯度，然后将当前数据块梯度和临近数据块梯度输入候选角度计算器，生成多个候选角度，最后将待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。由于本申请实施例中视频编码器根据当前的数据块梯度和其相邻数据块的梯度生成4个候选角度，并通过角度判断器在4个候选角度中判断出最佳角度输出，从而降低了角度判定时间，提高了编码效率。
请参见图5，为本申请实施例提供了一种最佳角度判定系统的流程示意图。如图5所示，本申请实施例的所述系统包括：
梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器；其中，梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器顺次连接。
其中，梯度计算器用于计算待编码数据块梯度；梯度存储器用于存储数据块梯度；候选角度计算器用于生成多个候选角度；角度判断选择器用于输出最佳角度。
在本申请实施例中，视频编码器首先获取待编码数据块的当前数据块梯度，再根据当前数据块梯度生成临近数据块梯度，然后将当前数据块梯度和临近数据块梯度输入候选角度计算器，生成多个候选角度，最后将待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。由于本申请实施例中视频编码器根据当前的数据块梯度和其相邻数据块的梯度生成4个候选角度，并通过角度判断器在4个候选角度中判断出最佳角度输出，从而降低了角度判定时间，提高了编码效率。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所揭露的仅为本申请较佳实施例而已，当然不能以此来限定本申请之权利范围，因此依本申请权利要求所作的等同变化，仍属本申请所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种最佳角度判定方法，用于视频编码器，其特征在于，所述方法包括：
获取待编码数据块的当前数据块梯度；其中，所述当前数据块梯度是对原始图像的待编码数据块在坐标轴中对应的X轴方向和Y轴方向进行求导生成的；
将所述当前数据块梯度保存至梯度存储器；
基于所述当前数据块梯度从梯度存储器中读取预先保存的多个临近数据块梯度；
将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度；
将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取待编码数据块的当前数据块梯度之前，还包括：
获取原始图像的待编码数据块；
将所述待编码数据块输入梯度计算器，生成当前数据块梯度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将所述待编码数据块输入梯度计算器，生成当前数据块梯度，包括：
计算所述原始图像的待编码数据块在坐标轴中对应的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，生成当前数据块梯度。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述将所述当前数据块梯度和多个临近数据块梯度输入候选角度计算器生成多个候选角度，包括：
根据所述当前数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述当前数据块梯度的角度，生成所述当前数据块的角度；
根据所述多个临近数据块梯度的X轴方向梯度和Y轴方向梯度，计算所述多个临近数据块的角度，生成所述多个临近数据块的角度；
将所述当前数据块的角度和多个临近数据块的角度作为多个候选角度。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述角度的计算方式为通过计算所述梯度的反正切得到角度。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述角度的计算公式为θ＝arctan(Gy/Gx)；其中，θ为角度，arctan为反正切，Gx为所述X轴方向梯度，Gy为所述Y轴方向梯度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所述待编码数据块和多个候选角度输入角度判断选择器，输出最佳角度，包括：
通过所述多个候选角度对所述待编码数据块进行计算验证，输出最佳角度。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述通过所述多个候选角度对所述待编码数据块进行计算验证，输出最佳角度，包括：
基于所述待编码数据块和多个候选角度，生成所述多个候选角度对应的残差数据块；
根据所述多个候选角度对应的残差数据块计算所述多个候选角度的代价值；
将所述代价值最小的候选角度作为最佳角度后输出。
9.一种最佳角度判定系统，其用于实现权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述系统包括：
梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器；其中，所述梯度计算器、梯度存储器、候选角度计算器以及角度判断选择器顺次连接；其中，所述梯度计算器，用于计算待编码数据块梯度；所述梯度存储器，用于存储数据块梯度；所述候选角度计算器，用于生成多个候选角度；所述角度判断选择器，用于输出最佳角度。
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