CN105430413B - 一种适用于hevc标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，具体为一种适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法。本发明首先将大小为64×64的图像处理块分割成4个16×64块，从而依次进行光栅扫描；光栅扫描过程为：按照之字形方式进行扫描，即从第1个像素以水平（或者垂直）的方向开始进行扫描，直至到达边界，这一方向被称之为光栅扫描的方向；接着，向垂直于光栅扫描的方向平移1个像素，再次按照光栅扫描的方向进行扫描，直至到达边界；重复上述过程，直至平移也到达了边界。本发明通过这样的四分块扫描，可以以较低的寄存器数量完成HEVC标准下的整数运动估计。

Description

一种适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法
技术领域
本发明属于高清数字视频压缩编解码技术领域，具体为一种适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法。
背景技术
HEVC（High Efficiency Video Coding）是由国际电信组织（ITU）和运动图像专家组（MPEG）联合成立的组织JCTVC提出的下一代视频编解码标准。目标是在相同的视觉效果的前提下，相比于上一代标准，即H.264/AVC标准，压缩率提高一倍。
基于HEVC的视频编码器，主要由以下模块组成：帧内预测、帧间预测、变换、量化、反量化、反变换、重建、去方块滤波器、自适应样点补偿等。其中，帧间预测利用相邻帧内像素之间的相关性，采取整数运动估计，分数运动估计，运动补偿等一系列方式，以减小时间冗余度，从而达到压缩的效果。由于在HEVC中，图像处理块的最大编码单位（LCU）已经达到了64×64块，因此，如果按照普通方法扫描图像块，硬件处理器中将需要非常多的寄存器。
在帧间编码的过程中，需要在邻近帧搜索与当前像素块在像素值上较为相近的像素块，并得出两者在空间位置上的相对位移。这一相对位移就是运动矢量，而搜索的过程就是运动估计。在HEVC标准下，图像处理块（LCU）的大小可以是一个64×64块，每个图像处理块（LCU）可以划分为深度至多为3的预测单元（PU），而每个预测单元根据其所采用的预测模式将拥有至少一个运动矢量。这对于如何降低片上寄存器的数量提出了非常大的挑战。为了应对这一挑战，本发明提出了将图像处理块（LCU）划分成四块的硬件扫描方法。通过这样的四分块扫描，本发明可以以较低的寄存器数量完成HEVC标准下的整数运动估计。
发明内容
本发明的目的在于提出一种可以克服现有技术不足的、能有效适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法。
本发明提出适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法，首先将大小为64×64的图像处理块（LCU）分割成4个16×64块，从而依次进行光栅扫描。
其中，长度为16的边应平行于光栅扫描的方向，长度为64的边应垂直于光栅扫描的方向。所述光栅扫描过程为：按照之字形方式进行扫描，即从第1个像素以水平（或者垂直）的方向开始进行扫描，直至到达边界，这一方向被称之为光栅扫描的方向；接着，向垂直于光栅扫描的方向平移1个像素，再次按照光栅扫描的方向进行扫描，直至到达边界；重复上述过程，直至平移也到达了边界。
值得注意的是，在每次向垂直于光栅扫描的方向平移1像素之前，总是先完成对于第一个分块的扫描，再完成对于第二个分块的扫描，直至第四个分块，整个过程如图1所示。
在扫描的过程中，参考像素和原始像素各自被存储在两个大小同为16×64的脉动阵列内
（一个阵列存储原始像素，另一个阵列存储参考像素）。在每次切换搜索分块时，原始像素所对应的脉动阵列都应读入新的分块的数据。而在对于当前分块的搜索过程中，参考像素所对应的脉动阵列都应读入新的一排垂直于扫描方向的数据，并将原来的参考像素向扫描方向的反方向平移一个像素，从而以最节省带宽的方式组成新的参考像素块，整个过程如图2所示。
两个波动阵列的数据经过运算之后，可以得到该原始像素块和参考像素块的差异。该运算可根据***对于性能的要求选择平方差的和（SSD）、绝对差的和（SAD）等。
本发明将扫描块划分成四块的扫描方式，可以大量减少脉动阵列的大小，从而减少片上寄存器的数目。
附图说明
图1：本发明提出的四分块扫描顺序。
图2：脉动阵列的数据更新。
图3：图像处理块的分块。
具体实施方式
下面通过实例，进一步具体描述本发明方法。
假设搜索范围是[-11,12]，那么参考像素块的大小应为88×88，即64+24。令参考像素块的左上角为原点，水平向右为正横轴，垂直向下为正纵轴，并假设光栅扫描方向为垂直向下。一下按照时刻来模拟搜索过程。
时刻0，两个脉动阵列分别读入原始像素和参考像素。该原始像素块位于当前图像处理块（LCU）的最上面，记作分块1，如图3所示。参考像素的左上角则位于坐标(0, 0)，其水平长度为64，垂直长度为16。此时，硬件处理器可以根据两个脉动阵列的数值以平方差的和（SSD）、绝对差的和（SAD）等方式计算两者的差异。
时刻1，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 1)，此处，0是横坐标，1是纵坐标，下同。
时刻2，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 2)。
……。
时刻24，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 24)。
时刻0-24对应图1中标记为1的线。
时刻25，更新脉动阵列中的原始像素和参考像素。更新后，该原始像素块更新为分块2；参考像素的左上角位于坐标(0, 16)。
时刻26，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 17)。
时刻27，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 18)。
……。
时刻49，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 40)。
时刻25-49对应图1中标记为2的线。
时刻50，更新脉动阵列中的原始像素和参考像素。更新后，该原始像素块更新为分块3；参考像素的左上角位于坐标(0, 32)。
时刻51，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 33)。
时刻52，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 34)。
……。
时刻74，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 56)。
时刻50-74对应图1中标记为3的线。
时刻75，更新脉动阵列中的原始像素和参考像素。更新后，该原始像素块更新为分块4；参考像素的左上角位于坐标(0, 48)。
时刻76，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 49)。
时刻77，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 50)。
……。
时刻99，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(0, 72)。
时刻75-99对应图1中标记为4的线。
时刻100，更新脉动阵列中的原始像素和参考像素。更新后，该原始像素块更新为分块1；参考像素的左上角位于坐标(1, 0)。
时刻101，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(1, 1)。
时刻102，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(1, 50)。
……。
时刻124，保持脉动阵列中的原始像素不变，更新脉动阵列中的参考像素。更新后，参考像素的左上角位于坐标(1, 72)。
时刻100-124对应图1中标记为5的线。
……。
按照上述过程扫描执行直至扫描结束，亦即执行完图1中标记为100的线。

Claims (3)

1.一种适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法，其特征在于，首先将大小为64×64的图像处理块分割成4个16×64块，从而依次进行光栅扫描；
其中，长度为16的边应平行于光栅扫描的方向，长度为64的边应垂直于光栅扫描的方向；所述光栅扫描按照之字形方式进行扫描，即从第1个像素以水平或者垂直的方向开始进行扫描，直至到达扫描范围的边界，这一方向被称之为光栅扫描的方向；接着，向垂直于光栅扫描的方向平移1个像素，再次按照光栅扫描的方向进行扫描，直至到达扫描范围的边界；重复上述过程，直至平移也到达了扫描范围的边界；
在扫描的过程中，参考像素和原始像素各自被存储在两个大小同为16×64的脉动阵列内；在每次切换搜索分块时，原始像素所对应的脉动阵列都读入新的分块的数据；而在对于当前分块的搜索过程中，参考像素所对应的脉动阵列都读入新的一排垂直于扫描方向的数据，并将原来的参考像素向扫描方向的反方向平移一个像素，从而以最节省带宽的方式组成新的参考像素。
2.根据权利要求1所述的适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法，其特征在于，在每次向垂直于光栅扫描的方向平移1像素之前，总是先完成对于第一个分块的扫描，再完成对于第二个分块的扫描，直至第四个分块。
3.根据权利要求1所述的适用于HEVC标准中整数运动估计的四分块硬件扫描方法，其特征在于，两个波动阵列的数据经过运算之后，得到原始像素和参考像素的差异，该差异为平方差的和，或绝对差的和。
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