KR101746426B1 - 4x4 INTRA PREDICTION HARDWARE LOGIC FOR HIGH EFFICIENCY VIDEO CODING - Google Patents

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Abstract

HEVC(High Efficiency Video Coding)의 4x4 블록 단위의 인트라 예측을 위해, 예측이 수행될 현재 4x4 블록의 주변 블록에 위치하는 참조 픽셀(reference pixel)을 이용하여 4x4 블록 단위의 인트라 예측에 이용될 보간된 참조 픽셀을 생성하기 위한 보간 로직(interpolation logic); 및 상기 현재 4x4 블록의 원본 픽셀(original pixel)과 상기 보간 로직으로부터 출력된 상기 보간된 참조 픽셀을 입력받아, 인트라 예측 모드 별 SAD(sum of absolute difference) 연산을 수행하는 SAD 로직(SAD logic)을 포함하는 4x4 인트라 예측 로직이 제공된다. 여기서, 상기 SAD 로직은, 인트라 예측 모드 중 보간 연산식이 동일한 복수의 앵귤러 모드(angular mode)에 대해서는 동일한 SAD 단위 로직이 할당되도록 상기 SAD 단위 로직을 공유한다.For intra-prediction in units of 4x4 blocks of HEVC (High Efficiency Video Coding), an interpolated value to be used for intra-prediction in 4x4 block units using a reference pixel located in a neighboring block of a current 4x4 block to be predicted Interpolation logic for generating a reference pixel; And an SAD logic (SAD logic) for receiving an original pixel of the current 4x4 block and the interpolated reference pixel output from the interpolation logic and performing a sum of absolute difference (SAD) operation for each intra prediction mode 4x4 intra prediction logic is provided. Here, the SAD logic shares the SAD unit logic so that the same SAD unit logic is assigned to a plurality of angular modes having the same interpolation operation expression among the intra prediction modes.

Figure 112015067556155-pat00003
Figure 112015067556155-pat00003

Description

HEVC 4x4 인트라 예측 하드웨어 장치{4x4 INTRA PREDICTION HARDWARE LOGIC FOR HIGH EFFICIENCY VIDEO CODING} HEVC 4x4 Intra Prediction Hardware Device < RTI ID = 0.0 > [0002] <

본 발명은 HEVC(High Efficiency Video Coding) 기술에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 HEVC 인트라 예측(Intra prediction)을 수행하는 4x4 인트라 예측 하드웨어 로직 구조에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a High Efficiency Video Coding (HEVC) technology, and more particularly, to a 4x4 intra prediction hardware logic structure for performing HEVC intra prediction.

고화질의 영상을 필요로 하는 시대흐름에 따라 기존에 사용되던 영상 압축 표준인 H.264에 비해 고화질 영상 압축에 유리한 영상 압축 표준인 HEVC(High-Efficiency Video Coding)가 발표되었다. H.264와 HEVC의 차이점에는 크게 3가지가 있다.High-Efficiency Video Coding (HEVC), an image compression standard that is advantageous for high-quality image compression, has been announced compared to H.264, an image compression standard that has been used in the past. There are three main differences between H.264 and HEVC.

첫째로, 압축의 기본단위인 기존의 H.264에서의 매크로 블록(MB : Macro Block)이 코딩 트리 유닛(CTU : Coding Tree Unit)으로 대체되었다. 이때, MB의 크기는 16x16크기를 가지는 것에 반해, CTU의 크기는 16x16, 32x32, 64x64중 하나를 선택할 수 있다. 그리고 하나의 CTU는 다시 하위 코딩 유닛(CU : Coding Unit)들로 나누어질 수 있고, 이러한 CU는 다시 예측 유닛(PU : Prediction Unit)와 변환 유닛(TU : Transform Unit)으로 나누어진다. 여기서, 각 CU는 64x64~8x8의 크기를 가질 수 있으며, PU는 64x64~4x4의 크기를 가질 수 있고, TU는 32x32~4x4의 크기를 가질 수 있다. 따라서 HEVC의 경우 H.264에 비해 다양한 크기의 블록 및 주파수 변환을 지원한다. 둘째로, H.264에서는 인트라 예측(intra-prediction, 화면 내 예측)에 9개의 예측 방향을 가지는 것에 반해, HEVC는 35가지의 예측 방향을 사용한다. 셋째로, 인터 예측(inter-prediction, 화면 간 예측)의 경우에도 기존 H.264의 인터 예측의 경우 최대 블록 사이즈가 16x16까지 제한되어 있는 반면, HEVC에서는 4x4에서 64x64까지 다양한 블록 사이즈를 취급할 수 있도록 확장되었다. First, the existing H.264 macroblock (MB), which is the basic unit of compression, has been replaced by a coding tree unit (CTU). At this time, the size of the MB is 16x16, whereas the size of the CTU is 16x16, 32x32, 64x64. Then, one CTU can be divided into CUs (Coding Units), which are divided into Prediction Unit (PU) and Transform Unit (TU). Here, each CU may have a size of 64x64 to 8x8, a PU may have a size of 64x64 to 4x4, and a TU may have a size of 32x32 to 4x4. Therefore, HEVC supports various sizes of block and frequency conversion compared to H.264. Second, in H.264, HEVC uses 35 prediction directions while intra prediction has 9 prediction directions. Third, even in the case of inter-prediction (inter prediction), the maximum block size is limited to 16x16 in the case of the conventional H.264 inter prediction, while in the HEVC, various block sizes from 4x4 to 64x64 can be handled .

위와 같은 이유로, HEVC는 H.264에 비해 영상 압축률이 2배 정도 향상되었지만, 반면에 H.264에 비해 압축을 수행하는 파티션 사이즈의 종류가 많아져 연산량이 크게 늘었다. 이로 인해 고화질 영상을 실시간 압축하는데 취약하다. 따라서 HEVC 하드웨어 설계시 블록 연산의 순서를 수정하여 전체 연산 소요 시간을 줄일 필요가 있다. 특히, HEVC 인트라 예측의 연산 복잡도를 줄일 수 있는 인트라 예측 하드웨어 로직에 관한 선행기술로는 'Kalali, E., Adibelli, Y., and Hamzaoglu, I.: "A high performance and low energy intra prediction hardware for high efficiency video coding". IEEE Int. Conf. on Field Programmable Logic and Applications, Oslo, Norway, August 2012, pp. 719-722'의 논문이 있다.
For the above reasons, the HEVC has improved the image compression ratio by about twice as compared with H.264, but the volume of compression increases by the number of kinds of partition sizes compared to H.264. This makes it vulnerable to real-time compression of high-quality images. Therefore, it is necessary to reduce the total operation time by modifying the order of block operation in HEVC hardware design. Particularly, prior art related to intraprediction hardware logic that can reduce the computational complexity of HEVC intra prediction is 'Kalali, E., Adibelli, Y., and Hamzaoglu, I .:' A high performance and low energy intra prediction hardware high efficiency video coding ". IEEE Int. Conf. on Field Programmable Logic and Applications, Oslo, Norway, August 2012, pp. 719-722.

본 발명은 HEVC(High Efficiency Video Coding)의 인트라 예측에서 4x4 사이즈의 블록에 관한 인트라 예측의 전체 연산 소요 시간을 줄이기 위해 블록 연산의 순서를 수정한 하드웨어 로직 구조를 제공한다.
The present invention provides a hardware logic structure in which the order of block operations is modified in order to reduce the total time required for intra prediction in a 4x4 block in intra prediction of HEVC (High Efficiency Video Coding).

본 발명의 일 측면에 따르면, HEVC(High Efficiency Video Coding)의 4x4 블록 단위의 인트라 예측을 위한 인트라 예측 로직으로서,According to an aspect of the present invention, there is provided an intra prediction logic for intra prediction in units of 4x4 blocks of HEVC (High Efficiency Video Coding)

예측이 수행될 현재 4x4 블록의 주변 블록에 위치하는 참조 픽셀(reference pixel)을 이용하여 4x4 블록 단위의 인트라 예측에 이용될 보간된 참조 픽셀을 생성하기 위한 보간 로직(interpolation logic); 및 상기 현재 4x4 블록의 원본 픽셀(original pixel)과 상기 보간 로직으로부터 출력된 상기 보간된 참조 픽셀을 입력받아, 인트라 예측 모드 별 SAD(sum of absolute difference) 연산을 수행하는 SAD 로직(SAD logic)을 포함하되,Interpolation logic for generating an interpolated reference pixel to be used for intra prediction in 4x4 block units using a reference pixel located in a neighboring block of a current 4x4 block to be predicted; And an SAD logic (SAD logic) for receiving an original pixel of the current 4x4 block and the interpolated reference pixel output from the interpolation logic and performing a sum of absolute difference (SAD) operation for each intra prediction mode Including,

상기 SAD 로직은, 인트라 예측 모드 중 보간 연산식이 동일한 복수의 앵귤러 모드(angular mode)에 대해서는 동일한 SAD 단위 로직이 할당되도록 상기 SAD 단위 로직을 공유하는, 4x4 인트라 예측 로직이 제공된다.
The SAD logic is provided with 4x4 intra prediction logic sharing the SAD unit logic so that the same SAD unit logic is allocated for a plurality of angular modes in which the interpolation equation is the same among the intra prediction modes.

일 실시예에서, 상기 SAD 로직은, 총 9개의 SAD 단위 로직을 포함하며,In one embodiment, the SAD logic comprises a total of nine SAD unit logic,

상기 9개의 SAD 단위 로직 중 8개의 SAD 단위 로직 각각은, 상기 보간 연산식이 동일한 복수의 앵귤러 모드에 대한 SAD 연산을 담당하고,Wherein each of the eight SAD unit logic of the nine SAD unit logic is responsible for SAD operation for a plurality of angular modes in which the interpolation equation is the same,

상기 9개의 SAD 단위 로직 중 나머지 1개의 SAD 단위 로직은, 인트라 예측 모드 중 보간 연산식이 서로 다른 Planar 모드인 0번 모드, DC 모드인 1번 모드, 수평 방향(horizontal direction)의 10번 모드, 수직 방향(vertical direction)의 26번 모드에 대한 SAD 연산을 담당할 수 있다.
The remaining one SAD unit logic of the nine SAD unit logic is a mode in which the interpolation operation formula of the intra prediction mode is different from the Planar mode 0 mode, the DC mode 1 mode, the horizontal direction 10 mode, And can take charge of the SAD operation for the 26th mode in the vertical direction.

일 실시예에서, 상기 9개의 SAD 단위 로직은,In one embodiment, the nine SAD-

해당 단위 로직 별로 담당할 복수의 인트라 예측 모드 중 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 순차 수행하며, 상기 보간 로직과의 관계에서 상호 간 병렬 접속되어 상기 9개의 SAD 단위 로직에서의 상기 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 동시 수행할 수 있다.
Sequentially executing SAD operations according to a prediction mode of any one of a plurality of intra prediction modes to be handled by the unit logic, wherein the SAD operation is performed in parallel with each other in relation to the interpolation logic, The SAD calculation according to the prediction mode can be performed simultaneously.

일 실시예에서, 상기 SAD 로직을 통해 수행된 총 35개의 인트라 예측 모드에 관한 SAD 연산 결과에 근거한 비교를 통해 최적 모드(best mode)의 인트라 예측 모드를 결정하는 비교 및 결정 로직(comparison & determination logic)을 포함할 수 있다.
In one embodiment, comparison and determination logic (which determines the intra prediction mode of the best mode through comparison based on SAD computation results for a total of 35 intra prediction modes performed through the SAD logic) ).

본 발명의 다른 측면에 따르면, 상술한 구조의 4x4 인트라 예측 로직; 상기 4x4 인트라 예측 로직에 의해 최적 모드(best mode)로 결정된 인트라 예측 모드에 기반하여 4x4 블록 별 부호화를 위한 변환을 수행하는 변환 로직(transform logic); 및 상기 4x4 인트라 예측 로직에서의 인트라 예측 모드 별 연산과, 상기 변환 로직의 변환을 제어하는 제어 로직(control logic)을 포함하는, HEVC 인코더가 제공된다.
According to another aspect of the present invention, a 4x4 intra prediction logic of the above-described structure; Transform logic for performing a transform for 4x4 block-based encoding based on an intra prediction mode determined as an optimal mode by the 4x4 intra prediction logic; And an HEVC encoder comprising an intra-prediction mode-specific operation in the 4x4 intra prediction logic and control logic for controlling the conversion of the transforming logic.

일 실시예에서, 상기 제어 로직은, 하기 표 1에 따라, 인트라 예측 모드 별 SAD 연산의 순서를 제어할 수 있다.In one embodiment, the control logic can control the order of SAD operations per intra prediction mode, according to Table 1 below.

[표 1][Table 1]

Figure 112015067556155-pat00001

Figure 112015067556155-pat00001

여기서, SAD0 ~ SAD8은 상기 4x4 인트라 예측 로직에서의 총 9개의 SAD 단위 로직을 나타내고, 이 중 SAD0 ~ SAD7은 보간 연산식을 공유하는 SAD 단위 로직이며, T는 연산 순서에 관련된 Phase를 나타내고, 상기 표 1 내의 0 ~ 34의 숫자는 총 35개의 인트라 예측 모드를 나타낸다.
Here, SAD0 to SAD8 represent a total of nine SAD unit logic in the 4x4 intra prediction logic, SAD0 to SAD7 of which are SAD unit logic sharing an interpolation equation, T denotes a phase related to the calculation order, The numbers 0 to 34 in Table 1 represent a total of 35 intra prediction modes.

일 실시예에서, 상기 제어 로직은, 4x4 블록 단위의 인트라 예측의 블록 연산 순서를 제어하되, In one embodiment, the control logic controls the block operation order of intra prediction in 4x4 block units,

인트라 예측에 따른 블록 변환이 완료된 4x4 블록들로부터 생성 가능한 참조 픽셀 정보에 기초하여, 인트라 예측 수행 전의 4x4 블록들 중 상기 블록 변환이 완료된 4x4 블록들로부터 참조 픽셀 생성이 바로 가능한 4x4 블록을 현재 예측 블록으로 결정하여 우선적으로 인트라 예측을 위한 블록 연산이 수행되도록 제어할 수 있다.
A 4x4 block that can be directly generated from the 4x4 blocks from among the 4x4 blocks before intra prediction is generated based on the reference pixel information that can be generated from the 4x4 blocks after block conversion according to intraprediction is completed, And control is performed such that a block operation for intraprediction is preferentially performed.

본 발명의 실시예에 의하면, HEVC(High Efficiency Video Coding)의 인트라 예측에서 4x4 사이즈의 블록의 연산 순서를 수정한 하드웨어 로직 구조를 제공함으로써 4x4 블록에 관한 인트라 예측의 전체 연산 소요 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.
According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the total time required for intra prediction in the 4x4 block by providing a hardware logic structure in which the operation order of blocks of 4x4 size is modified in intra prediction of HEVC (High Efficiency Video Coding) It is effective.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 HEVC 인트라 예측을 위한 4x4 인트라 예측 하드웨어 로직을 나타낸 도면.
도 2는 인트라 예측의 각 모드에서의 보간 연산식 공유 방식을 설명하기 위한 테이블.
도 3은 HEVC의 인트라 예측 모드를 설명하기 위한 도면.
도 4는 HEVC의 인트라 예측에서 보간 과정에 참조되는 참조 픽셀을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 구비되는 총 9개의 SAD(Sum of Absolute Difference)가 담당하는 인트라 예측 모드를 설명하기 위한 테이블.
도 6은 4x4 인트라 예측의 블록 연산 순서를 설명하기 위한 도면.
도 7은 32x32 사이즈의 블록을 가정하여 도 6의 블록 연산 순서에 따른 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면.
Figure 1 illustrates 4x4 intra prediction hardware for HEVC intra prediction according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a table for explaining an interpolation equation sharing method in each mode of intra prediction. FIG.
3 is a view for explaining an intra prediction mode of HEVC;
4 is a diagram for explaining reference pixels referred to in an interpolation process in intra prediction of HEVC;
FIG. 5 is a table for explaining an intra prediction mode in which a total of nine SADs (sum of absolute differences) provided in accordance with an embodiment of the present invention is handled. FIG.
6 is a diagram for explaining a block operation procedure of 4x4 intra prediction;
FIG. 7 is a timing diagram illustrating a block operation sequence of FIG. 6 assuming a block of 32x32 size; FIG.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서의 설명 과정에서 이용되는 숫자(예를 들어, 제1, 제2 등)는 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위한 식별기호에 불과하다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In addition, numerals (e.g., first, second, etc.) used in the description of the present invention are merely an identifier for distinguishing one component from another.

또한, 명세서 전체에서, 일 구성요소가 다른 구성요소와 "연결된다" 거나 "접속된다" 등으로 언급된 때에는, 상기 일 구성요소가 상기 다른 구성요소와 직접 연결되거나 또는 직접 접속될 수도 있지만, 특별히 반대되는 기재가 존재하지 않는 이상, 중간에 또 다른 구성요소를 매개하여 연결되거나 또는 접속될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
Also, throughout the specification, when an element is referred to as being "connected" or "connected" with another element, the element may be directly connected or directly connected to the other element, It should be understood that, unless an opposite description is present, it may be connected or connected via another element in the middle. Also, throughout the specification, when an element is referred to as "including" an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 HEVC 인트라 예측을 위한 4x4 인트라 예측 하드웨어 로직을 나타낸 도면이다. 그리고 도 2는 인트라 예측의 각 모드에서의 보간 연산식 공유 방식을 설명하기 위한 테이블이며, 도 3은 HEVC의 인트라 예측 모드를 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 HEVC의 인트라 예측에서 보간 과정에 참조되는 참조 픽셀을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따라 구비되는 총 9개의 SAD(Sum of Absolute Difference)가 담당하는 인트라 예측 모드를 설명하기 위한 테이블이다. FIG. 1 illustrates 4x4 intra prediction hardware for HEVC intra prediction according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3 is a diagram for explaining an intra prediction mode of an HEVC. FIG. 4 is a table for explaining an interpolation operation sharing method in each mode of intraprediction, FIG. 5 is a table for explaining an intra prediction mode in which a total of nine SADs (Sum of Absolute Difference) are provided according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조할 때, HEVC 인트라 예측을 위한 본 발명의 실시예에 따른 4x4 인트라 예측 로직(100)은, 보간 로직(interpolation logic)(110), SAD 로직(sum of absolute difference logic)(130), 비교 및 결정 로직(comparison & determination logic)(150), 변환 로직(transform logic)(170)을 포함할 수 있다. 이러한 4x4 인트라 예측 로직(100)은 HEVC 인코더 내에 구성될 수 있다.Referring to FIG. 1, a 4x4 intra prediction logic 100 according to an embodiment of the present invention for HEVC intra prediction includes interpolation logic 110, sum of absolute difference logic 130, Comparison and determination logic 150, and transform logic 170. In one embodiment, This 4x4 intra prediction logic 100 may be configured in an HEVC encoder.

보간 로직(110)은, 예측이 수행될 현재 4x4 블록의 주변 블록에 위치하는 참조 픽셀(reference pixel)을 이용하여 4x4 블록 단위의 인트라 예측에 이용될 보간된 참조 픽셀을 생성한다.The interpolation logic 110 generates an interpolated reference pixel to be used for intra prediction in 4x4 block units using a reference pixel located in a neighboring block of a current 4x4 block to be predicted.

SAD 로직(130)은, 현재 4x4 블록의 원본 픽셀(original pixel)과 상기 보간 로직(110)으로부터 출력된 보간된 참조 픽셀을 입력받아, 인트라 예측 모드 별 SAD(sum of absolute difference) 연산을 수행한다. 이때, SAD 로직(130)은 도 1에 도시된 바와 같이 SAD0 ~ SAD8의 SAD 단위 로직을 포함할 수 있다. The SAD logic 130 receives the original pixel of the current 4x4 block and the interpolated reference pixel output from the interpolation logic 110 and performs a sum of absolute difference (SAD) calculation for each intra prediction mode . At this time, the SAD logic 130 may include the SAD unit logic of SAD0 to SAD8 as shown in FIG.

비교 및 결정 로직(150)은, SAD 로직(130)의 각 SAD 단위 로직(도 1 및 도 5의 SAD0 ~ SAD8 참조)을 통해 수행된 총 35개의 인트라 예측 모드에 관한 SAD 연산 결과 값의 비교를 통해 최적 모드(best mode)의 인트라 예측 모드를 결정한다.The comparison and decision logic 150 compares the SAD operation result values for a total of 35 intra prediction modes performed through each SAD unit logic (see SAD0 through SAD8 in Figures 1 and 5) of the SAD logic 130 The intra prediction mode of the best mode is determined.

그리고 변환 로직(170)은, 최적 모드로 결정된 인트라 예측 모드에 기반하여 4x4 블록 별 부호화를 위한 변환을 수행한다. 이러한 변환 로직(170)은, 4x4 블록에 관한 주파수 도메인 변환을 수행하는 DST 로직(Discrete Sine Transform logic), 양자화 로직(Quantization logic), 역 양자화 로직(Inverse quantization logic), IDST 로직(Inverse DST logic)을 포함할 수 있다.The transform logic 170 then performs transformations for 4x4 block-based encoding based on the intra-prediction mode determined to be the best mode. The transform logic 170 may include discrete sine transform logic, quantization logic, inverse quantization logic, inverse DST logic, and the like, which perform frequency domain transforms on 4x4 blocks. . ≪ / RTI >

이하, 도 1의 구성부들에 따른 본 발명의 실시예에 따른 하드웨어 로직의 기술적 특징에 관하여 도 2 내지 도 5를 함께 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 2 through FIG. 5, with reference to technical features of a hardware logic according to an embodiment of the present invention according to the components of FIG.

HEVC 표준에서 인트라 예측 모드는 도 3에 도시된 바와 같이 총 35개의 예측 모드를 포함한다. 이때, 0번 모드는 Planar 모드이며, 1번 모드는 DC 모드이고, 10번 모드는 수평 방향(horizontal direction)의 예측 모드이며, 26번 모드는 수직 방향(vertical direction)의 예측 모드이다. 위 4가지 예측 모드를 제외한 총 31개의 예측 모드는 도 3에 도시된 바와 같이 각도 방향성을 갖는 예측 모드(즉, 앵귤러 모드(angular mode))이다. 이때, HEVC 표준의 앵귤러 모드는 도 2의 테이블을 통해 확인되는 바와 같이 몇몇 모드가 동일한 보간 연산식을 공유한다.The intra prediction mode in the HEVC standard includes a total of 35 prediction modes as shown in FIG. In this case, the 0th mode is a Planar mode, the 1st mode is a DC mode, the 10th mode is a horizontal direction prediction mode, and the 26th mode is a vertical direction prediction mode. A total of 31 prediction modes except for the above four prediction modes are prediction modes having an angular direction as shown in FIG. 3 (i.e., angular mode). At this time, the angular mode of the HEVC standard shares some interpolation equations in some modes as shown in the table of FIG.

도 2를 참조하면, 2번 모드, 18번 모드, 34번 모드는 모두 동일한 보간 연산식이 적용되고, 3번 모드, 17번 모드, 19번 모드, 33번 모드도 모두 동일한 보간 연산식이 적용됨을 확인할 수 있다. 이와 같이 도 2에 의하면 보간 연산식을 공유할 수 있는 예측 모드들의 그룹이 총 8개 존재한다.Referring to FIG. 2, the same interpolation equation is applied to modes 2, 18, and 34, and the same interpolation equation is applied to modes 3, 17, 19, and 33 . 2, there are eight groups of prediction modes that can share the interpolation equation.

즉, 도 2의 테이블을 참조할 때, 보간 연산식은 일반적으로 ax+by의 형태를 갖고 있는 바, 이때 보간 계수인 a 및 b의 값이 동일한 모드들은 같이 그룹핑할 수 있다. 여기서, x 및 y 값은 현재의 4x4 블록에 관한 보간 연산에 이용될 수평 및 수직 방향의 참조 픽셀(reference pixel)을 나타낸다. 이러한 참조 픽셀(x, y)는, 예측을 수행할 현재 4x4 블록의 주변 블록의 후보 픽셀들(현재 블록으로부터 좌측으로 쉬프트된 좌측 블록 내의 픽셀과, 현재 블록의 상측으로 쉬프트된 상측 블록 및 상우측 블록 내의 픽셀. 도 4 참조) 중 각 예측 모드의 예측 방향(도 3 참조)에 맞는 픽셀들로 선택된다. 이때, 참조 픽셀의 선택은 HEVC 인코더 내의 제어 로직(control logic)(미도시)에 의해 메모리(미도시)로부터 필요한 참조 픽셀이 추출되는 방식으로 이루어질 수 있다. 따라서, 각 모드 별로 그리고 현재 예측 수행할 블록 별로 위 참조 픽셀(x, y) 값은 변동될 수 있다. 그러나 이러한 참조 픽셀의 값의 변동에도 불구하고, 보간 연산식 자체를 공통으로 하는 예측 모드들은 동일한 구조로 하드웨어 설계된 로직을 통해서 처리 가능하다. That is, referring to the table of FIG. 2, the interpolation equation has a form of ax + by. In this case, the modes having the same values of the interpolation coefficients a and b can be grouped together. Here, the x and y values represent horizontal and vertical reference pixels to be used for the interpolation operation with respect to the current 4x4 block. The reference pixel (x, y) includes candidate pixels of the current block in the current 4x4 block (pixel in the left block shifted to the left from the current block, upper block shifted to the upper side of the current block, (See FIG. 3) of each prediction mode among the pixels in the block (see FIG. 4). At this time, the selection of the reference pixel can be made in such a way that the necessary reference pixels are extracted from the memory (not shown) by the control logic (not shown) in the HEVC encoder. Therefore, the value of the reference pixel (x, y) may be varied for each mode and for each current block to be predicted. However, in spite of the fluctuation of the value of the reference pixel, the prediction modes common to the interpolation operation formula itself can be processed through the hardware designed logic with the same structure.

따라서, 본 발명의 실시예에서는, 위와 같이 보간 연산식이 공유될 수 있는 예측 모드들은 이를 그룹화하여 각각 1개의 SAD 단위 로직에 할당한다. 도 5를 참조하면, SAD0은 2번, 8번, 34번 모드에 관한 SAD 연산을 담당하며, SAD1은 3번, 17번, 19번, 33번 모드에 관한 SAD 연산을 담당하는 방식으로, SAD0 ~ SAD7까지의 총 8개의 SAD 단위 로직에 총 31개의 앵귤러 모드가 할당되고 있음을 확인할 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, the prediction modes in which the interpolation equation can be shared as described above are grouped and allocated to one SAD unit logic. Referring to FIG. 5, SAD0 is responsible for SAD operation for modes 2, 8 and 34, SAD1 is for SAD operation for modes 3, 17, 19 and 33, and SAD0 A total of 31 angular modes are assigned to a total of 8 SAD unit logic from the SAD 7 to the SAD 7.

그리고 도 5를 참조할 때, 보간 연산식이 공유될 수 없는 0번 모드, 1번 모드, 10번 모드, 26번 모드의 경우에는 별도의 하나의 SAD 단위 로직(도 1 및 도 5의 SAD 8 참조)에서 이에 관한 SAD 연산을 처리하도록 하고 있다.Referring to FIG. 5, in the case of the 0-th mode, the 1-th mode, the 10-th mode, and the 26-th mode in which the interpolation equation can not be shared, a separate SAD unit logic (see SAD 8 in FIG. 1 and FIG. 5 ) To process the SAD operation related thereto.

이와 같이 본 발명의 실시예에서 SAD 로직(130)은 총 9개의 SAD 단위 로직을 포함하는데, 그 9개의 SAD 단위 로직(SAD0 ~ SAD8)은, 해당 단위 로직 별로 담당할 복수의 인트라 예측 모드 중 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 순차 수행한다. 또한, 9개의 SAD 단위 로직(SAD0 ~ SAD8)은, 보간 로직(110)과의 관계에서 상호 간 병렬 접속되어 그 9개의 단위 로직에서의 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 동시 수행할 수 있다. 이에 관하여 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.As described above, in the embodiment of the present invention, the SAD logic 130 includes a total of nine SAD unit logic, and the nine SAD unit logic SAD0 to SAD8 is a unit of the plurality of intra prediction modes And sequentially performs SAD operations according to one prediction mode. In addition, the nine SAD unit logic SAD0 to SAD8 are connected in parallel with each other in relation to the interpolation logic 110, so that SAD operations according to any one prediction mode in the unit logic can be performed simultaneously . This will be described with reference to FIG.

도 5를 참조하면, 인트라 예측 모드 별 SAD 연산의 순서를 도시하고 있다. 도 5에서 T는 연산 순서에 관련된 Phase를 나타내고, 도 5의 테이블 내의 0 ~ 34의 숫자는 총 35개의 인트라 예측 모드를 나타낸다. 즉, 하나의 4x4 블록에 관하여 총 35개의 인트라 예측 모드에 따른 SAD 연산을 수행함에 있어서, 첫 번째 Phase에서는 2번 ~ 10번 모드의 총 9개의 예측 모드에 관한 SAD 연산을 SAD0 ~ SAD8의 총 9개의 SAD 단위 로직에서 동시에 수행한다. 이와 같은 방식으로 네 번째 Phase까지 총 9개의 SAD 단위 로직은 각각 자신에게 할당된 특정 예측 모드에 관한 SAD 연산을 수행한다. 이때, 각 Phase 별로 그리고 SAD 단위 로직 별로의 인트라 예측 모드 별 SAD 연산의 순서의 할당은 HEVC 인코더의 상술한 제어 로직(미도시)에 의해 수행될 수 있다. Referring to FIG. 5, there is shown a sequence of SAD operations for each intra prediction mode. In FIG. 5, T represents a phase related to the calculation order, and the numbers 0 to 34 in the table of FIG. 5 represent a total of 35 intra prediction modes. That is, in performing a SAD operation according to a total of 35 intra-prediction modes with respect to one 4x4 block, in the first phase, a total of 9 SAD0 to SAD8 operations for nine prediction modes in the 2 < SAD unit logic at the same time. In this way, up to the fourth phase, a total of nine SAD unit logic performs the SAD operation on the specific prediction mode assigned to each of them. At this time, the assignment of the order of the SAD operation for each intra prediction mode for each phase and for each SAD unit logic can be performed by the control logic (not shown) of the HEVC encoder.

본 발명의 실시예에 따른 4x4 인트라 예측 로직에 의하면, 총 9개의 SAD 단위 로직 만으로도 총 35개의 예측 모드 모두에 관한 SAD 연산이 가능하므로, 기존 로직(예측모드 별로 별도의 SAD 단위 로직을 구비하는 케이스)과 대비할 때 필요한 하드웨어 사이즈를 약 1/4로 감소시킬 수 있는 이점이 있다.According to the 4x4 intra prediction logic according to the embodiment of the present invention, since SAD operation can be performed for all 35 prediction modes in total with only 9 SAD unit logic, existing logic (case having separate SAD unit logic for each prediction mode ), There is an advantage that the required hardware size can be reduced to about 1/4.

또한, 본 발명의 실시예에 의할 때, 4x4 블록 단위의 인트라 예측 과정에서의 블록 연산 순서는 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같은 순서에 의할 수 있다. 이러한 인트라 예측의 블록 연산 순서에 관한 제어는 HEVC 인코더 내의 제어 로직(미도시)에 의해 수행도리 수 있다. 이에 관하여 도 6 및 도 7을 참조하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 여기서, 도 6은 4x4 인트라 예측의 블록 연산 순서를 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 32x32 사이즈의 블록을 가정하여 도 6의 블록 연산 순서에 따른 타이밍 다이어그램을 나타낸 도면이다. In addition, according to the embodiment of the present invention, the order of block operation in the intra prediction process of 4x4 block units can be the order as shown in FIG. 6 and FIG. The control of the intra-prediction block operation order can be performed by the control logic (not shown) in the HEVC encoder. This will be described in more detail with reference to FIG. 6 and FIG. 6 is a diagram for explaining a block operation procedure of 4x4 intra prediction, and FIG. 7 is a timing diagram illustrating a block operation procedure of FIG. 6 assuming a block of 32x32 size.

일반적으로, 4x4 블록 단위의 인트라 예측에서는, 현재 블록을 예측하기 위해서 이전 블록의 변환 후의 결과가 필요하다. 따라서, HEVC 표준에 나와 있는 순서대로 블록 연산을 수행할 경우, 이전 블록의 변환이 끝날 때까지 현재 블록을 예측 하지 못하고 기다리는 경우가 발생한다. 예들 들어, HEVC 표준에서 제시하는 순서(도 6의 a의 블록 연산 순서 참조)에 따라 블록 연산을 수행하는 경우, 4번 블록의 예측 및 변환이 모두 완료 될 때까지 5번 블록의 예측을 수행할 수 없다. 따라서 그 사이에는 인트라 예측 로직이 아무런 동작을 하지 않고 낭비되게 된다.In general, in the intra prediction of 4x4 block units, the result after the conversion of the previous block is necessary to predict the current block. Therefore, when the block operation is performed in the order described in the HEVC standard, the current block may not be predicted until the conversion of the previous block ends. For example, when a block operation is performed according to the order presented in the HEVC standard (refer to the block operation procedure of FIG. 6A), the prediction of the block 5 is performed until the prediction and the conversion of the block 4 are completed I can not. Therefore, intra prediction logic is wasted without any action during that time.

반면, 본 발명의 실시예에서는 도 6의 b에 도시된 바와 같이, 4번 블록의 예측 후 4번 블록에 관한 변환을 수행하는 동시에 8번 블록의 예측을 수행하는 방식의 블록 연산 순서에 의함으로써, 변환 로직이 동작하는 동안에 예측 로직도 동작할 수 있어 로직 낭비를 최소화할 수 있다. 위와 같이, 4번 블록의 예측 후 바로 8번 블록의 예측이 가능한 이유는, 이전의 블록 연산 순서에 따라 2번 및 3번 블록의 연산이 완료되었는 바, 8번 블록의 예측에 필요한 참조 픽셀 값이 확보될 수 있는 상황이기 때문이다.On the other hand, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 6B, by performing the block operation of the method of performing the conversion on the block 4 after the prediction of the block 4 and the prediction of the block 8 , The prediction logic can also operate while the conversion logic is operating, minimizing logic waste. As described above, the prediction of the block 8 immediately after the prediction of the block 4 is possible because the calculation of the blocks 2 and 3 is completed in accordance with the previous block operation procedure, and the reference pixel value This is a situation that can be secured.

이와 같이, 본 발명의 실시예에서는, HEVC 표준에서 정의하는 일반적인 블록 연산 순서에 의하지 않고, 인트라 예측 수행 전의 나머지 4x4 블록들 중 이전 순서에 따라 블록 연산이 완료된 4x4 블록들로부터 참조 픽셀 생성이 바로 가능한 4x4 블록을 현재 예측 블록으로 결정하여 우선적으로 인트라 예측을 위한 블록 연산이 수행되도록 제어함으로써, 인트라 예측을 위한 전체 연산 시간을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.As described above, in the embodiment of the present invention, it is possible to directly generate reference pixels from the 4x4 blocks in which the block operation is completed according to the previous order among the remaining 4x4 blocks before the intraprediction, irrespective of the general block operation procedure defined in the HEVC standard A 4x4 block is determined as a current prediction block, and a block operation for intraprediction is preferentially performed so that the total operation time for intraprediction can be reduced.

도 7에는 32x32 블록 사이즈의 CTU에 관한 본 발명의 실시예에 따른 블록 연산 순서에 관한 타이밍 다이어그램이 예시되고 있지만, 상술한 본 발명의 실시예에 따른 블록 연산 순서 제어 방식은 다른 블록 사이즈의 CTU(16x16, 64x64)에 대해서도 동일 원리로 적용될 수 있음은 물론이다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 로직 및 블록 연산 순서가 채용된 HEVC 인코더의 경우에는 연산 시간을 크게 줄일 수 있는 이점이 있는 바, 실시간 인코딩이 요구되는 감시 및 보안 분야 즉, DVR이나 블랙박스에서와 같은 응용 분야 및 제품에 활용될 수 있을 것이다.
7 shows a timing diagram of a block operation procedure according to an embodiment of the present invention with respect to a CTU of 32x32 block size. However, the block operation order control method according to the embodiment of the present invention described above is different from the CTU 16x16, 64x64) can also be applied to the same principle. Therefore, the HEVC encoder employing the logic and block operation procedure according to the embodiment of the present invention is advantageous in that the computation time can be greatly reduced. Therefore, in the surveillance and security field requiring real-time encoding, that is, And can be applied to the same application fields and products.

이상에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the following claims And changes may be made without departing from the spirit and scope of the invention.

Claims (7)

HEVC(High Efficiency Video Coding)의 4x4 블록 단위의 인트라 예측을 위한 인트라 예측 로직을 포함하는 HEVC 인코더로서,
예측이 수행될 현재 4x4 블록의 주변 블록에 위치하는 참조 픽셀(reference pixel)을 이용하여 4x4 블록 단위의 인트라 예측에 이용될 보간된 참조 픽셀을 생성하기 위한 보간 로직(interpolation logic); 및 상기 현재 4x4 블록의 원본 픽셀(original pixel)과 상기 보간 로직으로부터 출력된 상기 보간된 참조 픽셀을 입력받아, 인트라 예측 모드 별 SAD(sum of absolute difference) 연산을 수행하는 SAD 로직(SAD logic)을 포함하되,
상기 SAD 로직은, 인트라 예측 모드 중 보간 연산식이 동일한 복수의 앵귤러 모드(angular mode)에 대해서는 동일한 SAD 단위 로직이 할당되도록 상기 SAD 단위 로직을 공유하는, 4x4 인트라 예측 로직;
상기 4x4 인트라 예측 로직에 의해 최적 모드(best mode)로 결정된 인트라 예측 모드에 기반하여 4x4 블록 별 부호화를 위한 변환을 수행하는 변환 로직(transform logic); 및
상기 4x4 인트라 예측 로직에서의 인트라 예측 모드 별 연산과, 상기 변환 로직의 변환을 제어하는 제어 로직(control logic)을 포함하고,
상기 제어 로직은,
4x4 블록 단위의 인트라 예측의 블록 연산 순서를 제어하되,
인트라 예측에 따른 블록 변환이 완료된 4x4 블록들로부터 생성 가능한 참조 픽셀 정보에 기초하여, 인트라 예측 수행 전의 4x4 블록들 중 상기 블록 변환이 완료된 4x4 블록들로부터 참조 픽셀 생성이 바로 가능한 4x4 블록을 현재 예측 블록으로 결정하여 우선적으로 인트라 예측을 위한 블록 연산이 수행되도록 제어하고,
인트라 예측 수행 전의 4X4 블록들 중 어느 하나의 4X4 블록에 대한 인트라 예측을 수행하는 동시에 인트라 예측이 완료된 다른 하나의 4X4 블록에 대해 4X4 변환을 병렬로 수행하도록 블록의 연산 순서를 수정하는, HEVC 인코더.
An HEVC encoder including intra prediction logic for intra prediction in units of 4x4 blocks of High Efficiency Video Coding (HEVC)
Interpolation logic for generating an interpolated reference pixel to be used for intra prediction in 4x4 block units using a reference pixel located in a neighboring block of a current 4x4 block to be predicted; And an SAD logic (SAD logic) for receiving an original pixel of the current 4x4 block and the interpolated reference pixel output from the interpolation logic and performing a sum of absolute difference (SAD) operation for each intra prediction mode Including,
Wherein the SAD logic shares the SAD unit logic so that the same SAD unit logic is allocated for a plurality of angular modes having the same interpolation equation of the intra prediction mode;
Transform logic for performing a transform for 4x4 block-based encoding based on an intra prediction mode determined as an optimal mode by the 4x4 intra prediction logic; And
An intra prediction mode operation in the 4x4 intra prediction logic, and control logic for controlling the conversion of the conversion logic,
The control logic comprises:
The block operation order of intra prediction in 4x4 block units is controlled,
A 4x4 block that can be directly generated from the 4x4 blocks from the block transformed 4x4 blocks before intra prediction is generated based on the reference pixel information that can be generated from the 4x4 blocks after block conversion according to intraprediction, And controls the block operation for intraprediction to be performed preferentially,
And performs the intra-prediction for any 4X4 block among the 4X4 blocks before the intra-prediction, and at the same time corrects the operation order of the block so that the 4X4 transform is performed in parallel on the other 4X4 block in which intra prediction is completed.
제1항에 있어서,
상기 SAD 로직은, 총 9개의 SAD 단위 로직을 포함하며,
상기 9개의 SAD 단위 로직 중 8개의 SAD 단위 로직 각각은, 상기 보간 연산식이 동일한 복수의 앵귤러 모드에 대한 SAD 연산을 담당하고,
상기 9개의 SAD 단위 로직 중 나머지 1개의 SAD 단위 로직은, 인트라 예측 모드 중 보간 연산식이 서로 다른 Planar 모드인 0번 모드, DC 모드인 1번 모드, 수평 방향(horizontal direction)의 10번 모드, 수직 방향(vertical direction)의 26번 모드에 대한 SAD 연산을 담당하는, HEVC 인코더.
The method according to claim 1,
The SAD logic includes a total of nine SAD unit logic,
Wherein each of the eight SAD unit logic of the nine SAD unit logic is responsible for SAD operation for a plurality of angular modes in which the interpolation equation is the same,
The remaining one SAD unit logic of the nine SAD unit logic is a mode in which the interpolation operation formula of the intra prediction mode is different from the Planar mode 0 mode, the DC mode 1 mode, the horizontal direction 10 mode, HEVC encoder responsible for SAD operation for mode 26 in the vertical direction.
제2항에 있어서,
상기 9개의 SAD 단위 로직은,
해당 단위 로직 별로 담당할 복수의 인트라 예측 모드 중 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 순차 수행하며, 상기 보간 로직과의 관계에서 상호 간 병렬 접속되어 상기 9개의 SAD 단위 로직에서의 상기 어느 하나씩의 예측 모드에 따른 SAD 연산을 동시 수행하는, HEVC 인코더.
3. The method of claim 2,
The nine SAD-
Sequentially executing SAD operations according to a prediction mode of any one of a plurality of intra prediction modes to be handled by the unit logic, wherein the SAD operation is performed in parallel with each other in relation to the interpolation logic, An HEVC encoder that simultaneously performs SAD operations according to a prediction mode.
제1항에 있어서,
상기 SAD 로직을 통해 수행된 총 35개의 인트라 예측 모드에 관한 SAD 연산 결과에 근거한 비교를 통해 최적 모드(best mode)의 인트라 예측 모드를 결정하는 비교 및 결정 로직(comparison & determination logic)을 포함하는, HEVC 인코더.
The method according to claim 1,
And comparison and determination logic for determining an intra prediction mode of a best mode through a comparison based on a result of SAD operation on a total of 35 intra prediction modes performed through the SAD logic. HEVC encoder.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제어 로직은,
하기 표 1에 따라, 인트라 예측 모드 별 SAD 연산의 순서를 제어하는, HEVC 인코더.
[표 1]
Figure 112016124152950-pat00002


여기서, SAD0 ~ SAD8은 상기 4x4 인트라 예측 로직에서의 총 9개의 SAD 단위 로직을 나타내고, 이 중 SAD0 ~ SAD7은 보간 연산식을 공유하는 SAD 단위 로직이며, T는 연산 순서에 관련된 Phase를 나타내고, 상기 표 1 내의 0 ~ 34의 숫자는 총 35개의 인트라 예측 모드를 나타냄.
The method according to claim 1,
The control logic comprises:
According to Table 1 below, controls the order of SAD operations per intra prediction mode.
[Table 1]
Figure 112016124152950-pat00002


Here, SAD0 to SAD8 represent a total of nine SAD unit logic in the 4x4 intra prediction logic, SAD0 to SAD7 of which are SAD unit logic sharing an interpolation equation, T denotes a phase related to the calculation order, The numbers 0 to 34 in Table 1 indicate a total of 35 intra prediction modes.
삭제delete
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