CN1529512A - 基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法 - Google Patents

基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及网络媒体传播技术领域，特别是一种基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法。步骤如下：将视频帧划分为的宏块(如16＊16)，再将宏块划分为子块(如4＊4)，在帧内预测模式中对每一子块分别预测编码。它能在不增加资源消耗的前提下极大地加速帧内编码速度，从而提高视频编码速度。本发明的特征是：基于流水线结构，不增加资源消耗；适用于任何基于分块的帧内预测编码，适用性强；按照流水线要求调整子块编码顺序；提高编码速度。本发明适用于视频编码设计。

Description

基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法
技术领域
本发明涉及网络媒体传播技术领域，特别是一种基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法。
技术背景
随着多媒体技术和网络技术的飞速发展和广泛应用，通过网络来传播各种视频数据得到越来越广泛的应用。由于原始视频数据所需带宽极大，同时又具有很大的冗余性，因此通常通过编码压缩再传输。在某些实时或近实时的环境下(如视频会议等)，要求编码器达到足够高的编码速度。而视频编码计算量的庞大，就要求对编码过程采用加速算法。
视频编码从80年代末开始，从MPEG-1、H.261到现在的MPEG-4、H.264已经有很长的研究历史，提出了很多国际标准，但是基本思想仍然是分块压缩和运动预测。H.264在以前标准中的帧内宏块预测方式的基础上，提出了一种新的帧内预测模式——4*4帧内预测，它将一个16*16的宏块分为16个4*4的子块，每一子块分别进行帧内预测，各自有独立的预测模式。这种模式提高了编码的效率，也带来了计算复杂度的提高和编码速度的减慢，通过采用本发明提出的基于流水线的加速方法可以极大地加速帧内编码速度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法。
发明的技术方案
将视频帧划分为宏块，
再将宏块划分为子块，
在帧内预测模式中对每一子块分别预测编码。
基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，它能在不增加资源消耗的前提下极大地加速帧内编码速度，从而提高视频编码速度。本发明包括以下特征：
1.基于流水线结构，不增加资源消耗。
2.适用于任何基于分块的帧内预测编码，适用性强。
3.按照流水线要求调整子块编码顺序；
4.提高编码速度。
附图说明：
图1是MPEG-4 AVC/H.264帧内4×4块编码顺序图。
图2是MPEG-4 AVC/H.264预测参考点图。
图3是顺序执行序列图。
图4是理想情况下流水线执行序列图。
图5是实际情况下流水线执行序列图。
发明的具体实施方式
图1中，以MPEG-4 AVC/H.264帧内预测为例：
MPEG-4 AVC/H.264将视频帧划分为16*16的宏块，再将宏块划分为4*4的子块，在帧内预测模式中对每一子块分别预测编码。图1为编码顺序。
图2是预测所需参考点。
图2中，帧内4×4块编码过程可以分为预测、DCT变换及量化、反量化及反DCT变换和重建四个过程，设四个编码过程所需时间分别为T1、T2、T3、T4，则顺序执行所需总时间
              T＝16*(T1+T2+T3+T4)
执行序列如图3所示。可以注意到，预测、DCT变换及量化、反量化及反DCT变换和重建四个过程在任何时刻都只有一个在执行，造成了资源的浪费和计算时间的延长，因此可以采用流水线技术充分利用计算资源并减少计算时间。设流水线执行所需总时间为T’，根据流水线性质，在不存在数据相关性的理想情况下：
如图4所示，在理想情况下
      T’ideal＝T1+max(T1+T2)+max((T1+T2+T3)
                +max(T1+T2+T3+T4)*13
                +max(T2+T3+T4)+max(T3+T4)+T4但是由于各块之间存在数据相关性，不能达到理想状态。由于各子块间存在数据相关性，根据数据相关性，将4×4块编码顺序进行调整以充分发挥流水线效率，对子块编码顺序调整，编码顺序调整如下：
0，1，4，2，5，3，6，8，7，9，12，10，13，11，14，15
序列图如图5所示。
执行所需总时间
              T’＝(T1+T2+T3+T4)*4
                   +(T1+T4+
                       (max(T1，T2)
                           +max(T2，T3)
                           +max(T3，T4)
                           +max(T4，T1)
                       )*2
                    )*3
                  加速比＝T/T’
在FPGA参考硬件实现中，T1＝20，T2＝T3＝16，T4＝18，可以得出加速比为1.3365，在不增加硬件资源消耗的情况下性能提高了33.65％。

Claims (9)

1、一种基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，它能在不增加资源消耗的前提下极大地加速帧内编码速度，从而提高视频编码速度，发明包括以下特征：
(1)基于流水线结构，不增加资源消耗；
(2)适用于任何基于分块的帧内预测编码，适用性强；
(3)按照流水线要求调整子块编码顺序；
(4)提高编码速度。
2、按权利要求1所述的编码加速方法，其特征在于：基于流水线结构，不增加资源消耗。
3、按权利要求1所述的编码加速加速方法，其特征在于：适用于任何基于分块的帧内预测编码，适用性强。
4、一种基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其步骤如下：
将视频帧划分为宏块，
再将宏块划分为子块，
在帧内预测模式中对每一子块分别预测编码。
5、根据权利要求4的基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其特征在于，将视频帧划分为宏块16*16，再将宏块划分为子块4*4。
6、根据权利要求5的基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其特征在于，帧内4×4块编码过程可以分为预测、DCT变换及量化、反量化及反DCT变换和重建四个过程。
7、根据权利要求6的基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其特征在于，设四个编码过程所需时间分别为T1、T2、T3、T4，则顺序执行所需总时间
T＝16*(T1+T2+T3+T4)
8、根据权利要求7的基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其特征在于，设流水线执行所需总时间为T’，根据流水线性质，在不存在数据相关性的理想情况下：
T’ideal＝T1+max(T1+T2)+max((T1+T2+T3)
          +max(T1+T2+T3+T4)*13
          +max(T2+T3+T4)+max(T3+T4)+T4
9、根据权利要求5的基于流水线的帧内预测模式块编码加速方法，其特征在于，由于各子块间存在数据相关性，对子块编码顺序调整为：
0，1，4，2，5，3，6，8，7，9，12，10，13，11，14，15实际情况下
T’actual＝(T1+T2+T3+T4)*4
             +(T1+T4+
               (max(T1，T2)
                    +max(T2，T3)
                    +max(T3，T4)
                    +max(T4，T1)
              )*2
          )*3
T’actual＜T，从而提高了编码速度。
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