TW201419876A - 具有方向性的預測模式的搜尋方法及搜尋裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有方向性的預測模式的搜尋方法及搜尋裝置，可應用於視訊處理的畫面內預測中。此搜尋方法及搜尋裝置可根據方向能量值的分布狀況來快速挑選初始預測模式，並以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式，或是根據鄰近區塊的預測模式來進行微調，又計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式，故能降低計算量。

Description

具有方向性的預測模式的搜尋方法及搜尋裝置
本揭露是有關於一種視訊影像處理技術。
H.264是由視訊編碼專家群(Video Coding Expert Group,VCEG)與動態影像專家群(Moving Pictures Experts Group,MPEG)共同組成之聯合視訊小組所擬定的視訊壓縮標準。H.264使用框內(Intra Frame)及框間(Inter Frame)編碼重建的畫素來預測內部的編碼區塊，因此在空間性及時間性的預測上具有較佳的效能。其中，在使用畫面內預測(Intra Prediction)技術來進行畫素的預測時，為了增加編碼效率，H.264利用與鄰近區塊在空間域(Spatial domain)上的相關性來做預測，且在儲存資料時只記錄所使用的預測模式(Prediction Mode)及實際的誤差。由於這些誤差的值比原始的畫素值小，其編碼後的資料量也比較少，因此能夠有效降低編碼的位元率(bit rate)。
前述鄰近區塊通常是指目前編碼區塊左方、左上方、上方與右上方的區塊，這些鄰近區塊的畫素都已經被編碼並重建過，因此其記錄的資訊能再被利用。以一個4x4區塊的預測為例，圖1所繪示為傳統的H.264之4x4區塊的配置圖，其中a~p代表本區塊的畫素、而其它A~M為鄰域(neighboring)畫素。其中，A~H代表此區塊之上方與右上方區塊的鄰域畫素、I~L則是代表左方區塊的鄰域畫素，M代表此區塊之左上方區塊的鄰域畫素。H.264中畫 面內預測的預測模式就是利用這些鄰域畫素的畫素值來做預測。
圖2為傳統的H.264之4x4區塊畫面內預測模式所包括之9種預測模式的示意圖。H.264中畫面內預測的9種預測模式包括：模式0垂直(Vertical)預測模式、模式1水平(Horizontal)預測模式、模式2直流(DC)預測模式、模式3對角向下左(Diagonal Down Left)模式、模式4對角向下右(Diagonal Down Right)預測模式、模式5垂直向右(Vertical Right)預測模式、模式6水平向下(Horizontal Down)預測模式、模式7垂直向左(Vertical Left)預測模式以及模式8水平向上(Horizontal Up)預測模式。
隨著技術的日新月異，顯示設備的尺寸越做越大，而在上面播放的視訊解析度也隨之增加。然而頻寬有限，為了要能傳送並儲存這些高解析度的視訊內容，目前普及的視訊壓縮標準H.264已漸漸無法滿足需求，其中，在畫面內預測的部份，由原本H.264的9種預測模式擴增到了高效能視訊編碼(High Efficiency Video Coding,HEVC)的35種預測模式，如圖3所繪示的HEVC所使用之35種預測模式的示意圖。整體來說要從HEVC的35種預測模式中計算並找出編碼成本最低的預測模式，其計算量遠大於原本從H.264的9種預測模式中搜尋，但是，為了硬體成本等因素考慮，預測單元(Prediction Unit)的大小必須很有彈性，而不同的預測單元大小卻要做非常複雜的各種預測模式的編碼成本計算，因此，希望能有更快速的方法來尋找 最適當的預測模式，以減少運算所需要的時間，已成為當務之急。
本揭露提出一種具有方向性的預測模式的搜尋方法，此搜尋方法針對視訊中的框的區塊取得多個方向的多個方向能量值，並根據這些方向能量值的分布狀況來選取至少一初始預測模式，且以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式，又計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
本揭露並提出另一種具有方向性的預測模式的搜尋方法，此搜尋方法包括下列步驟。步驟之一為針對視訊中的框的區塊取得多個方向的多個方向能量值。步驟之另一為根據這些方向能量值來選取至少一初始預測模式。步驟之又一為以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式。步驟之再一為參考前述區塊的鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整這些第一階段預測模式。步驟之更一為計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
本揭露提出一種具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其包括：方向能量計算器、分析器、選擇器、展開器以及編碼成本計算器。方向能量計算器針對視訊中的框的區塊取得多個方向的多個方向能量值。分析器分析這些方向能量值的分布狀況並加以分類。耦接至分析器的選擇器根據分析器分類的結果來選取初始預測模式。展開器以初始預 測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式。編碼成本計算器計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
本揭露並提出另一種具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其包括：方向能量計算器、初始預測模式選擇器、展開器、調整器以及編碼成本計算器。方向能量計算器針對視訊中的框的區塊取得多個方向的多個方向能量值。初始預測模式選擇器根據這些方向能量值來選取至少一初始預測模式。展開器以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式。調整器參考前述區塊的鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整這些第一階段預測模式。編碼成本計算器計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
為讓本揭露之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
本揭露的部份實施例接下來將會配合附圖來詳細描述，以下的描述所引用的元件符號，當不同附圖出現相同的元件符號將視為相同或相似的元件。這些實施例只是本揭露的一部份，並未揭示所有本揭露的可實施方式。更確切的說，這些實施例只是本揭露的專利申請範圍中的系統與方法的範例。
進行視訊影像處理中的畫面內預測(Intra Prediction)時，每個預測模式(Prediction Mode)都需要推估編碼大小並 計算出一個編碼成本值，而數量眾多的預測模式將造成複雜繁多的編碼成本計算量，因此，理想上希望透過有效的搜尋方法來減少計算量以降低運算所需要的時間。但是，減少計算的部份，必然或多或少會影響到編碼的效能，畢竟沒有真正對所有的預測模式完整做一次編碼成本計算，無法保證能挑出整體的最佳預測模式。本揭露所提出來的搜尋方法能在降低計算量的同時，仍然保有極近似完整計算時的編碼效能。
圖4繪示依據本揭露一實施例之一種畫面內預測單元(Intra Prediction Unit)的方塊圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露，請參照圖4。此畫面內預測單元400包括具有方向性的預測模式的搜尋裝置410以及展開計算處理單元420。具有方向性的預測模式的搜尋裝置410包括：方向能量計算器430、初始預測模式選擇器440、展開器450、調整器460以及編碼成本計算器470。雖然本實施例中具有方向性的預測模式的搜尋裝置410分成這麼多不同構件，但其中全部或部分構件可以是由單一的硬體裝置來實現，更進一步來說，整個畫面內預測單元400也可以是由單一的硬體裝置來實現。
首先簡單介紹前述各構件，詳細內容將配合畫面內預測的方法的流程圖一併揭露。方向能量計算器430針對視訊(Video)中的某一框(Frame)內待處理的一個區塊(Block)取得多個方向的多個方向能量(Direction Energy)值。初始預測模式選擇器440根據這些方向能量值來選取至少一初 始預測模式，而另一種作法，初始預測模式選擇器440可以是根據這些方向能量值的分布狀況來選取至少一初始預測模式，因此，初始預測模式選擇器440可以包括分析器480以及選擇器490。分析器480分析這些方向能量值的分布狀況並加以分類，耦接至分析器480的選擇器490根據分析器480分類的結果來選取初始預測模式。展開器450以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式。調整器460參考前述區塊的鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整這些第一階段預測模式。本實施例中包括有調整器460，但非用以限定本揭露，在另一種實施方式中，調整器460是可以省略的。編碼成本計算器470計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。展開計算處理單元420以編碼成本計算器470所挑選出的預測模式為中心，來展開挑選多個第二階段的預測模式，並計算其編碼成本以挑選編碼成本最低的預測模式，再以挑選出的預測模式來進行畫面內預測。
圖5繪示依據本揭露一實施例之一種畫面內預測的方法的流程圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露，請同時參照圖4與圖5。本實施例所提出的一種畫面內預測的方法可大致分成二個階段，分別為步驟S510以及步驟S520。第一階段的步驟S510以具有方向性(又稱為角度型)的預測模式的搜尋方法，針對具有方向性的預測模式，來搜索出這些第一階段的預測模式中編碼成本最低的預測模式，步驟S510主要是以具有方向性的預測模式的搜尋 裝置410來實現。步驟S520以第一階段所挑選出的預測模式為中心，來展開挑選多個第二階段的預測模式，例如：以第一階段所搜尋出的編碼成本最低且具有方向性的預測模式為中心，展開加入其左右相鄰的預測模式，並加入非具有方向性(又稱為非角度型)的預測模式，通常是直流(DC)模式及平面(Planar)模式，來進行第二階段的編碼成本計算。最終從第一階段中編碼成本最低的預測模式以及第二階段新增的預測模式中，挑選出編碼成本最低的預測模式，再以挑選出的預測模式來進行這個區塊的畫面內預測，以及後續的編碼等。步驟S520主要是以展開計算處理單元420來實現。
步驟S530中，方向能量計算器430針對視訊中的某一框內待處理的一個區塊取得多個方向的多個方向能量值。本實施例中所謂某個方向的方向能量值所代表的是：當方向能量值最小，則前述區塊沿著這個方向的畫素值變動最小，換句話說，以這個方向進行預測會最有效率的意思。前述非用以限定本揭露，相反地也可以用方向能量值最大來代表區塊沿著這個方向的畫素值變動最小。在本實施例中，多個方向例如是4個方向，舉例來說，計算出水平、垂直、45度、135度等4個方向的方向能量值，在這種例子下，方向能量計算器430利用方向偵測方法取得4個方向的方向能量值。
步驟S540中，初始預測模式選擇器440根據這些方向能量值來選取至少一初始預測模式，例如：挑選出方向 能量值最小的方向的預測模式做為候選的初始預測模式，或是方向能量值最小的前3個方向的預測模式做為候選的初始預測模式。前述非用以限定本揭露，在另一種作法中，初始預測模式選擇器440可以是根據這些方向能量值的分布狀況來選取至少一初始預測模式，舉例而言，步驟S540可以分解為步驟S550以及步驟S560。
步驟S550中，分析器480分析這些方向能量值的分布狀況並加以分類。當所有方向的方向能量值間的差值都小於第一門檻值時，將方向能量值的分布狀況分類為第一分佈，另一種說法是，當所有的方向能量值全部都小於或全部都大於某一個門檻值時分類為第一分佈。於第一分佈的情況下，全部方向的能量分布都很接近，也就是都很大或都很小，並沒有特別突出的方向能量值。當這些方向能量值的其中一個方向能量值，也就是對應於第一方向的方向能量值，與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於第二門檻值，且對應於第一方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示區塊中沿著第一方向的畫素值的變動小於區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，將方向能量值的分布狀況分類為第二分佈。當這些方向能量值的其中二個方向能量值，也就是對應於第二方向及第三方向的方向能量值，其之間的差值小於第三門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於第四門檻值，且對應於第二方向及第三方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示區塊中沿著第二方向及第三 方向的畫素值的變動小於區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，將方向能量值的分布狀況分類為第三分佈。當這些方向能量值的其中三個方向能量值，也就是對應於第四方向、第五方向及第六方向的方向能量值，其之間的差值都小於第五門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於第六門檻值，且對應於第四方向、第五方向及第六方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示區塊中沿著第四方向、第五方向及第六方向的畫素值的變動小於區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，將方向能量值的分布狀況分類為第四分佈。
步驟S560中，選擇器490根據分析器480分類的結果來選取初始預測模式。圖6繪示當方向能量值的分布狀況為第一分佈時，初始預測模式的選擇及展開的方向示意圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露，請參照圖6。當方向能量值的分布狀況分類為第一分佈時，由於所有方向的方向能量值都很接近，在這種情況下可能不容易找出適合的角度型預測模式，因此，選擇所有具有方向性的預測模式的中央方向的預測模式為初始預測模式，例如：左上45度方向610的預測模式，並且在第一階段展開時拉大間距，使其展開的範圍能盡量涵蓋到所有的角度型預測模式。當方向能量值的分布狀況分類為第二分佈時，由於第一方向的方向能量值小於其他方向且差距明顯，因此直接選擇第一方向的預測模式做為初始預測模式，並採 用一般性的展開挑選第一階段預測模式。
圖7繪示當方向能量值的分布狀況為第三分佈時，初始預測模式的選擇的方向示意圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露。當方向能量值的分布狀況分類為第三分佈時，第二方向及第三方向的方向能量值小於其他方向且差異較大，則取這兩個方向間較小的夾角正中央的方向做為初始預測方向，詳情如下所述。請參照圖7中的(a)與(b)，當第二方向及第三方向的夾角小於90度時，選擇第二方向與第三方向的中央方向710,720的預測模式為初始預測模式。當第二方向與第三方向的中央方向為原先方向能量計算器430取得多個方向能量值的這些方向之一時，因為在第三分佈的情況下，第二方向與第三方向的方向能量值代表沿著第二方向及第三方向的畫素值的變動最小，而其他剩餘方向的方向能量值代表沿著其他剩餘方向的畫素值的變動較大(不佳)，因此，此時改為採用雙初始模式。請參照圖7中的(e)(f)，如果方向能量計算器430只取4個方向的方向能量值的情況下，當第二方向及第三方向的夾角等於90度時，兩個方向的中央方向會恰巧是另外兩個方向能量值不佳的方向，這時候若選擇它們做為初始預測方向，顯然不太合理，因此，此時把兩個有較佳方向能量值的方向都當成初始預測方向，如(e)選擇第二方向730及第三方向740的預測模式為初始預測模式，(f)選擇第二方向750及第三方向760的預測模式為初始預測模式，換句話說，若第二方向及第三方向的中央方向為已知 方向能量值較不佳的方向時，採用第二方向及第三方向的預測模式為初始預測模式。不過為了要有效減少計算量，雙初始模式時，第一階段展開挑選預測模式的幅度只有一般的一半，以維持原有的計算量。請參照圖7中的(c)(d)，當第二方向及第三方向的夾角大於90度時，以第二方向及第三方向二者之一反轉180度為第七方向，且使第七方向與第二方向及第三方向二者中沒有反轉180度的方向的中央方向770,780落於預測模式的範圍內，並選擇中央方向的預測模式為初始預測模式。前述可以數學式表示如下：MX=(MA+MB)/2如果MA和MB相差大於16時：if(MA+MB)/2>18 MX=((MA+MB)/2)-16 else MX=((MA+MB)/2)+16 式中：M={2~34}為HEVC中具有方向性的預測模式的方向的編號，由左下至右上依序遞增。MA為第二方向，MB為第三方向，MX為初始預測模式的方向，式中的加減16為旋轉90度之意。
另一種以複雜的方式定義出所謂的兩方向中央的方向的作法如下所述。對每一個HEVC實際的預測模式的方向編號Mi,{Mi| i=2~34}，計算(Mi-MA)2+(Mi-MB)2並取得能得到最小值的Mi。其中，當|Mi-MA|或|Mi-MB|大於16時，改為計算(32-|Mi-MA|)2或(32-|Mi-MB|)2。令MX=Mi做為初 始預測模式的方向。而當MX為方向能量計算器430做方向偵測的方向之一時，則改為採用雙初始模式。
當方向能量值的分布狀況分類為第四分佈時，選擇第四方向、第五方向及第六方向的中央方向的預測模式為初始預測模式。可以數學式表示如下：MX=(MA+MB+MC)/3應用此式時，需要在計算前做一些校正，就是令MA、MB、MC兩兩間的差距皆不大於16，差距16為90度，視情況將M調整為M-32或M+32(轉180度)，這是確保3個方向保持為小夾角而非大夾角，之後再做加總除以3的計算。式中：M={2~34}為HEVC中具有方向性的預測模式的方向的編號，由左下至右上依序遞增，MA為第四方向，MB為第五方向，MC為第六方向，MX為初始預測模式的方向。
另一種以複雜的方式定義出所謂的第四方向、第五方向及第六方向三個方向的中央方向的作法如下所述。對每一個HEVC實際的預測模式的方向編號Mi,{Mi| i=2~34}，計算(Mi-MA)2+(Mi-MB)2+(Mi-MC)2並取得能得到最小值的Mi。其中，當|Mi-MA|或|Mi-MB|或|Mi-MC|大於16時，改為計算(32-|Mi-MA|)2或(32-|Mi-MB|)2或(32-|Mi-MC|)2。令MX=Mi做為初始預測模式的方向。而當MX為方向能量計算器430做方向偵測的方向之一時，則不做其他特別的處理。
步驟S570中，展開器450以初始預測模式為中心來 展開而獲得多個第一階段預測模式。於前面步驟S560的描述中，已經提及如何展開的一些內容，在此重新描述如下。圖8繪示以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式的方向示意圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露。請參照圖8中的(a)，當初始預測模式只有一個時，以初始預測模式的方向810為中心，向左右各以相等的預定間距來展開，並挑選N個方向的預測模式，其中N為大於1的正整數，來做為第一階段預測模式。例如：固定以相隔2個預測模式來做挑選，並各挑選4個方向的預測模式，再加上初始預測模式，一共是9個預測模式做為第一階段預測模式。請參照圖8中的(b)，當初始預測模式有二個時，也就是為雙初始模式時，以這二個初始預測模式的方向820,830為中心，向左右各以相等的預定間距來展開，並挑選N/2個方向的預測模式，例如：固定以相隔2個預測模式來做挑選，並各挑選2個方向的預測模式，來為第一階段預測模式。前述，當展開時超過所有預測模式的方向的範圍時，必須將超過的方向反轉180度來展開，例如：圖8的(a)中的方向816,818。
步驟S580中，調整器460參考前述區塊的鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整這些第一階段預測模式。由於第一階段主要是針對具有方向性預測模式來計算編碼成本並進行搜尋，因此，當鄰近區塊所搜尋出的預測模式為非具有方向性預測模式時，則不予調整，亦即，不更動第一階段預測模式。當鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向處 於以初始預測模式的方向為中心所展開的涵蓋範圍內時，則不予調整，也就是說，若是鄰近區塊的預測模式落在這些第一階段預測模式所展開挑選的範圍內時，若是此鄰近區塊的預測模式真的是最佳的預測模式，我們也可以預期它會在接下來計算及挑選中被挑中，因此我們也不更動原本第一階段預測模式。
當鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向不處於前述涵蓋範圍內時，則將此鄰近區塊的預測模式加入第一階段預測模式之中，並將成為最佳預測模式機率較低的預測模式加以剔除，也就是以鄰近區塊所搜尋出的預測模式來取代涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式。要注意的是，由於具有方向性的預測模式的方向為一環型模型而非線型模型，也就是說右上45度的預測模式(編號34)和左下45度的預測模式(編號2)我們視為相鄰的預測模式，因此判定最遠的預測模式時，要以環型模型來考量而非線型模型。
圖9繪示當鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向不處於涵蓋範圍內時，調整第一階段預測模式的方向示意圖，但此僅是為了方便說明，並不能限制本揭露。請參照圖9中的(a)，鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向910不處於第一階段預測模式所展開挑選的範圍912中，則剔除位於涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式的方向916。請參照圖9中的(b)，因為是雙初始模式，第一階段預測模式有二個展開的範圍922,924，以鄰近區塊的預測模式(方向920)取代涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式(方向 926)。
若兩個鄰近區塊的預測模式的方向都落在展開的涵蓋範圍外時，會有以下3種可能性。第1種可能性，當初始預測模式只有一個時，將涵蓋範圍的兩個邊界的預測模式置換為這兩個鄰近區塊的預測模式，請參照圖9中的(c)，以鄰近區塊的預測模式(方向930,931)取代涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式(方向936,937)。第2種可能性，當在雙初始模式的情況下，且兩個鄰近區塊的預測模式的方向都落在涵蓋範圍外的兩個區間中的同一個區間時，則將距離此區間最遠的兩個邊界的預測模式置換為這兩個鄰近區塊的預測模式，請參照圖9中的(d)，以鄰近區塊的預測模式(方向940,941)取代涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式(方向946,947)。第3種可能性，當為雙初始模式，且兩個鄰近區塊的預測模式的方向各自落在不同的涵蓋範圍外的區間時，則各自從4個邊界的預測模式中找出距離最遠的邊界加以置換，請參照圖9中的(e)，以鄰近區塊的預測模式(方向950,951)取代涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式(方向956,957)。
所謂距離最遠是基於預測模式之間距離的計算後比較而得的結果，舉例來說，如果我們要計算預測模式A和B之間的距離，最原始的方式是計算|A-B|相減的絕對值，然而因為預測模式會有折回來的效果，因此要加以校正，若|A-B|>16，則距離經過翻轉180度的校正後會成為(32-|A-B|)，因此，預測模式A和B之間距離的函數Dist(A,B) 正規的定義為：if(|A-B|>16) Dist(A,B)=(32-|A-B|) else Dist(A,B)=|A-B| 其中，預測模式A,B為2~34的數值，分別代表左下至右上的預測方向，為了方便數學計算，我們都以其編號做為計算的依據，同時計算完的數值也1對1對應的代表預測模式的方向。
若以水平和垂直的雙初始模式為例，其涵蓋範圍的4個邊界將會分別是：模式4,16,20,32，若上方或左側的鄰近區塊所搜尋出的預測模式落在涵蓋範圍外，例如模式33，則計算這4個邊界和模式33的距離為：因為|4-33|=29>16所以Dist(4,33)=32-29=3
因為|16-33|=17>16所以Dist(16,33)=32-17=15
因為|20-33|=13<16所以Dist(20,33)=13
因為|32-33|=11<16所以Dist(32,33)=1因此可以看出距離模式33最遠的邊界為距離15的模式16。
上述實施例的搜尋方法中包括有參考鄰近區塊的預測模式來調整第一階段預測模式的步驟S580，但非用以限定本揭露，在另一種實施方式中，步驟S580是可以省略的。
步驟S590中，編碼成本計算器470計算這些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模 式，此挑選出預測模式的即為具有方向性的預測模式的搜尋方法所搜尋出的預測模式。
承上所述，本揭露提出一種畫面內預測的方法與單元以及其中的具有方向性的預測模式的搜尋方法與搜尋裝置，其可基於方向能量值的分布狀況來快速挑選初始預測模式，或是根據鄰近已編碼區塊的預測模式來進行微調，並以兩階段展開預測模式的方法，藉由挑選適當的預測模式，來減少需要計算編碼成本的預測模式的數量，並維持極佳的編碼品質。
雖然本揭露已以實施例揭露如上，然其並非用來限定本揭露，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本揭露之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本揭露之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
400‧‧‧畫面內預測單元
410‧‧‧具有方向性的預測模式的搜尋裝置
420‧‧‧展開計算處理單元
430‧‧‧方向能量計算器
440‧‧‧初始預測模式選擇器
450‧‧‧展開器
460‧‧‧調整器
470‧‧‧編碼成本計算器
480‧‧‧分析器
490‧‧‧選擇器
S510~S590‧‧‧畫面內預測的方法的步驟
圖1繪示傳統的H.264之4x4區塊的配置圖。
圖2繪示傳統的H.264之4x4區塊畫面內預測模式所包括之9種預測模式的示意圖。
圖3繪示HEVC所使用之35種預測模式的示意圖。
圖4繪示依據本揭露一實施例之一種畫面內預測單元的方塊圖。
圖5繪示依據本揭露一實施例之一種畫面內預測的方法的流程圖。
圖6繪示當方向能量值的分布狀況為第一分佈時，初始預測模式的選擇及展開的方向示意圖。
圖7繪示當方向能量值的分布狀況為第三分佈時，初始預測模式的選擇的方向示意圖。
圖8繪示以初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式的方向示意圖。
圖9繪示當鄰近區塊的預測模式的方向不處於涵蓋範圍內時，調整第一階段預測模式的方向示意圖。
400‧‧‧畫面內預測單元
410‧‧‧具有方向性的預測模式的搜尋裝置
420‧‧‧展開計算處理單元
430‧‧‧方向能量計算器
440‧‧‧初始預測模式選擇器
450‧‧‧展開器
460‧‧‧調整器
470‧‧‧編碼成本計算器
480‧‧‧分析器
490‧‧‧選擇器

Claims (23)

  1. 一種具有方向性的預測模式的搜尋方法，該搜尋方法包括：針對一視訊中的一框的一區塊取得多個方向的多個方向能量值；根據該些方向能量值的分布狀況來選取至少一初始預測模式；以該初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式；以及計算該些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中根據該些方向能量值的分布狀況來選取該初始預測模式的步驟包括：分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類；以及根據分類的結果來選取該初始預測模式。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類的步驟包括：當所有該些方向能量值間的差值都小於一第一門檻值時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第一分佈；當該些方向能量值的其中一個方向能量值(對應於一第一方向)與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第二門檻值，且對應於該第一方向的方向能量值與剩餘的方 向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第一方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第二分佈；當該些方向能量值的其中二個方向能量值(對應於一第二方向及一第三方向)間的差值小於一第三門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第四門檻值，且對應於該第二方向及該第三方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第二方向及該第三方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第三分佈；以及當該些方向能量值的其中三個方向能量值(對應於一第四方向、一第五方向及一第六方向)間的差值都小於一第五門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第六門檻值，且對應於該第四方向、該第五方向及該第六方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第四方向、該第五方向及該第六方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第四分佈。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中根據分類的結果來選取該初始預測模式的步驟包括： 當該些方向能量值的分布狀況分類為該第一分佈時，選擇所有具有方向性的預測模式的中央方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第二分佈時，選擇該第一方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第三分佈時：當該第二方向及該第三方向的夾角小於90度時，選擇該第二方向與該第三方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式；以及當該第二方向及該第三方向的夾角大於90度時，以該第二方向及該第三方向二者之一反轉180度為一第七方向，且使該第七方向與該第二方向及該第三方向二者中沒有反轉180度的方向的中央方向落於預測模式的範圍內，並選擇中央方向的預測模式為該初始預測模式，若該第二方向及該第三方向的中央方向為原先取得該些方向能量值的該些方向之一時，採用該第二方向及該第三方向的預測模式為初始預測模式；以及當該些方向能量值的分布狀況分類為該第四分佈時，選擇該第四方向、該第五方向及該第六方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中以該初始預測模式為中心來展開而獲得該些第一階段預測模式的步驟包括：當該初始預測模式只有一個時，以該初始預測模式的 方向為中心，向左右各以相等的一預定間距來展開並挑選N個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中N為大於1的正整數；以及當初始預測模式有二個時，以該些初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的該預定間距來展開並挑選N/2個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中，當展開時超過所有預測模式的方向的範圍時，將超過的方向反轉180度來展開。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，還包括：參考該區塊的一鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整該些第一階段預測模式。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之具有方向性的預測模式搜尋方法，其中參考該區塊的該鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整該些第一階段預測模式的步驟包括：當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式為非具有方向性預測模式時，則不予調整；當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向處於以該初始預測模式的方向為中心所展開的一涵蓋範圍內時，則不予調整；以及當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向不處於該涵蓋範圍內時，則以該鄰近區塊所搜尋出的預測模式來取代該涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式。
  8. 一種具有方向性的預測模式的搜尋方法，該搜尋方法包括： 針對一視訊中的一框的一區塊取得多個方向的多個方向能量值；根據該些方向能量值來選取至少一初始預測模式；以該初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式；參考該區塊的一鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整該些第一階段預測模式；以及計算該些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之具有方向性的預測模式搜尋方法，其中參考該區塊的該鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整該些第一階段預測模式的步驟包括：當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式為非具有方向性預測模式時，則不予調整；當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向處於以該初始預測模式的方向為中心所展開的一涵蓋範圍內時，則不予調整；以及當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向不處於該涵蓋範圍內時，則以該鄰近區塊所搜尋出的預測模式來取代該涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中根據該些方向能量值來選取該初始預測模式的步驟包括：分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類；以及 根據分類的結果來選取該初始預測模式。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類的步驟包括：當所有該些方向能量值間的差值都小於一第一門檻值時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第一分佈；當該些方向能量值的其中一個方向能量值(對應於一第一方向)與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第二門檻值，且對應於該第一方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第一方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第二分佈；當該些方向能量值的其中二個方向能量值(對應於一第二方向及一第三方向)間的差值小於一第三門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第四門檻值，且對應於該第二方向及該第三方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第二方向及該第三方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第三分佈；以及當該些方向能量值的其中三個方向能量值(對應於一第四方向、一第五方向及一第六方向)間的差值都小於一第五門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大 於一第六門檻值，且對應於該第四方向、該第五方向及該第六方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第四方向、該第五方向及該第六方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第四分佈。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中根據分類的結果來選取該初始預測模式的步驟包括：當該些方向能量值的分布狀況分類為該第一分佈時，選擇所有具有方向性的預測模式的中央方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第二分佈時，選擇該第一方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第三分佈時：當該第二方向及該第三方向的夾角小於90度時，選擇該第二方向與該第三方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式；以及當該第二方向及該第三方向的夾角大於90度時，以該第二方向及該第三方向二者之一反轉180度為一第七方向，且使該第七方向與該第二方向及該第三方向二者中沒有反轉180度的方向的中央方向落於預測模式的範圍內，並選擇中央方向的預測模式為該初始預測模式，若該第二方向及該第三方向的中央方向為原先取 得該些方向能量值的該些方向之一時，採用該第二方向及該第三方向的預測模式為初始預測模式；以及當該些方向能量值的分布狀況分類為該第四分佈時，選擇該第四方向、該第五方向及該第六方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之具有方向性的預測模式的搜尋方法，其中以該初始預測模式為中心來展開而獲得該些第一階段預測模式的步驟包括：當該初始預測模式只有一個時，以該初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的一預定間距來展開並挑選N個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中N為大於1的正整數；以及當初始預測模式有二個時，以該些初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的該預定間距來展開並挑選N/2個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中，當展開時超過所有預測模式的方向的範圍時，將超過的方向反轉180度來展開。
  14. 一種具有方向性的預測模式的搜尋裝置，包括：一方向能量計算器，其針對一視訊中的一框的一區塊取得多個方向的多個方向能量值；一分析器，其分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類；一選擇器，耦接至該分析器，該選擇器根據該分析器分類的結果來選取一初始預測模式； 一展開器，其以該初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式；以及一編碼成本計算器，計算該些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該分析器判斷該些方向能量值的分布狀況：當所有該些方向能量值間的差值都小於一第一門檻值時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第一分佈；當該些方向能量值的其中一個方向能量值(對應於一第一方向)與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第二門檻值，且對應於該第一方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第一方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第二分佈；當該些方向能量值的其中二個方向能量值(對應於一第二方向及一第三方向)間的差值小於一第三門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第四門檻值時，且對應於該第二方向及該第三方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第二方向及該第三方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第三分佈；以及 當該些方向能量值的其中三個方向能量值(對應於一第四方向、一第五方向及一第六方向)間的差值都小於一第五門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第六門檻值，且對應於該第四方向、該第五方向及該第六方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第四方向、該第五方向及該第六方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第四分佈。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該選擇器判斷該分析器的分類的結果：當該些方向能量值的分布狀況分類為該第一分佈時，選擇所有具有方向性的預測模式的中央方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第二分佈時，選擇該第一方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第三分佈時：當該第二方向及該第三方向的夾角小於90度時，選擇該第二方向與該第三方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式；以及當該第二方向及該第三方向的夾角大於90度時，以該第二方向及該第三方向二者之一反轉180度為一第七方向，且使該第七方向與該第二方向及該第三方向二 者中沒有反轉180度的方向的中央方向落於預測模式的範圍內，並選擇中央方向的預測模式為該初始預測模式，若該第二方向及該第三方向的中央方向為原先取得該些方向能量值的該些方向之一時，採用該第二方向及該第三方向的預測模式為初始預測模式；以及當該些方向能量值的分布狀況分類為該第四分佈時，選擇該第四方向、該第五方向及該第六方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該展開器判斷該初始預測模式：當該初始預測模式只有一個時，以該初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的一預定間距來展開並挑選N個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中N為大於1的正整數；以及當初始預測模式有二個時，以該些初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的該預定間距來展開並挑選N/2個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中，當展開時超過所有預測模式的方向的範圍時，將超過的方向反轉180度來展開。
  18. 一種具有方向性的預測模式的搜尋裝置，包括：一方向能量計算器，其針對一視訊中的一框的一區塊取得多個方向的多個方向能量值；一初始預測模式選擇器，其根據該些方向能量值來選取至少一初始預測模式； 一展開器，其以該初始預測模式為中心來展開而獲得多個第一階段預測模式；一調整器，其參考該區塊的一鄰近區塊所搜尋出的預測模式來調整該些第一階段預測模式；以及一編碼成本計算器，計算該些第一階段預測模式的編碼成本，並挑選出編碼成本最低的預測模式。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之具有方向性的預測模式搜尋裝置，其中該調整器判斷該鄰近區塊所搜尋出的預測模式：當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式為非具有方向性預測模式時，則不予調整；當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向處於以該初始預測模式的方向為中心所展開的一涵蓋範圍內時，則不予調整；以及當該鄰近區塊所搜尋出的預測模式的方向不處於該涵蓋範圍內時，則以該鄰近區塊所搜尋出的預測模式來取代該涵蓋範圍的邊界且距離最遠的預測模式。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該初始預測模式選擇器包括：一分析器，其分析該些方向能量值的分布狀況並加以分類；以及一選擇器，耦接至該分析器，該選擇器根據該分析器分類的結果來選取該初始預測模式。
  21. 如申請專利範圍第20項所述之具有方向性的預 測模式的搜尋裝置，其中該分析器判斷該些方向能量值的分布狀況：當所有該些方向能量值間的差值都小於一第一門檻值時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第一分佈；當該些方向能量值的其中一個方向能量值(對應於一第一方向)與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第二門檻值，且對應於該第一方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第一方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第二分佈；當該些方向能量值的其中二個方向能量值(對應於一第二方向及一第三方向)間的差值小於一第三門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第四門檻值，且對應於該第二方向及該第三方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示該區塊中沿著該第二方向及該第三方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第三分佈；以及當該些方向能量值的其中三個方向能量值(對應於一第四方向、一第五方向及一第六方向)間的差值都小於一第五門檻值，且各自與其他剩餘的方向能量值間的差值都大於一第六門檻值，且對應於該第四方向、該第五方向及該第六方向的方向能量值與剩餘的方向能量值間的關係表示 該區塊中沿著該第四方向、該第五方向及該第六方向的畫素值的變動小於該區塊中沿著剩餘的方向能量值所對應方向的畫素值的變動時，該些方向能量值的分布狀況分類為一第四分佈。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該選擇器判斷該分析器的分類的結果：當該些方向能量值的分布狀況分類為該第一分佈時，選擇所有具有方向性的預測模式的中央方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第二分佈時，選擇該第一方向的預測模式為該初始預測模式；當該些方向能量值的分布狀況分類為該第三分佈時：當該第二方向及該第三方向的夾角小於90度時，選擇該第二方向與該第三方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式；以及當該第二方向及該第三方向的夾角大於90度時，以該第二方向及該第三方向二者之一反轉180度為一第七方向，且使該第七方向與該第二方向及該第三方向二者中沒有反轉180度的方向的中央方向落於預測模式的範圍內，並選擇中央方向的預測模式為該初始預測模式，若該第二方向及該第三方向的中央方向為原先取得該些方向能量值的該些方向之一時，採用該第二方向及該第三方向的預測模式為初始預測模式；以及 當該些方向能量值的分布狀況分類為該第四分佈時，選擇該第四方向、該第五方向及該第六方向的中央方向的預測模式為該初始預測模式。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之具有方向性的預測模式的搜尋裝置，其中該展開器判斷該初始預測模式：當該初始預測模式只有一個時，以該初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的一預定間距來展開並挑選N個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中N為大於1的正整數；以及當初始預測模式有二個時，以該些初始預測模式的方向為中心，向左右各以相等的該預定間距來展開並挑選N/2個方向的預測模式來為該些第一階段預測模式，其中，當展開時超過所有預測模式的方向的範圍時，將超過的方向反轉180度來展開。
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