[发明专利]多预测模式复用的H.264帧内处理单元

说明书

技术领域

本发明属于视频解码器的集成电路设计领域，涉及一种适用于多种预测模式复用的、快速的H.264解码器帧内处理单元。

背景技术

新一代视频编码标准H.264/AVC凭借其良好的网络适应性，广泛应用于交互和非交互应用环境。它的另一个显著优点就是压缩效率高，使得H.264/AVC标准自发布以来就受到很大关注。H.264解码器包括很多处理单元，如图1所示，包括码流解析单元(BP)、反量化反变换(IQIT)单元、帧间处理单元(MC)、帧内处理单元(SC)、滤波处理单元(DF)等，其中帧内预测处理单元是必不可少的一个部分。使用帧内预测可以减少图像的空间冗余度，提高编解码的效率。在H.264标准中，帧内像素值预测是利用当前块的左方和上方已经被解码的相邻像素值作为参考像素，对当前块内部的各像素进行预测的过程。

在视频编解码的硬件设计中，被处理的图像单位元素一般是16×16像素的宏块及其子块。一个宏块可分为16×8，8×16，8×8的子块，8×8的子块又可分为8×4，4×8，4×4的子块。在H.264的帧内预测当中，仅包含16×16，8×8和4×4的块。

对于4×4的亮度块，帧内预测有9种预测模式，它们的编号及名称分别是：模式0，垂直预测；模式1，水平预测；模式2，直流预测；模式3，下左对角线预测；模式4，下右对角线预测；模式5，右垂直预测；模式6，下水平预测；模式7，左垂直预测；模式8，上水平预测。各个预测的方向如图2所示。

对于16×16的亮度块，帧内预测有4种预测模式，它们分别是：模式9，16×16_垂直预测；模式10，16×16_水平预测；模式11，16×16_直流预测；模式12，16×16_平板预测。

对于8×8的色度块，帧内预测也有4中预测模式，它们分别是：模式13，8×8_直流预测；模式14，8×8_水平预测；模式15，8×8_垂直预测；模式16，8×8_平板预测。

帧内预测时，条带(slice)类型和宏块类型决定了当前宏块是否为帧内类型的宏块。若为帧内预测，此时预测模式的获得与当前块C的上边块A以及左边块B的预测模式有关。当前块C和上边块A以及左边块B的位置如图3A所示。对于每个4×4的亮度块，从码流中解析得到一个预测受限标志(flag)，若此标志为1，那么不使用建议的预测模式值(rem_mode)，当前块C的预测模式值为块A和块B预测模式的较小值(MIN)；当标志为0，并且建议的预测值比MIN还小，则块C的预测模式值为建议的预测模式值(rem_mode)；当标志为0，并且建议的预测值不比MIN小，则块C的预测模式值为建议的预测模式值加1(rem_mode+1)。对于16×16的亮度块和8×8的色度块，当前块的预测模式都可以从码流中直接解析获得。

各个预测模式下，帧内像素值的预测都有其各自的计算方式。为了方便描述，图3B给出了平面坐标系的定义。其中每个方格表示了一个像素点，灰色的方格表示当前块的预测像素点，白色的方格表示与当前块相邻的参考像素点，水平向右为x轴正方向，竖直向下为y轴的正方向，x轴和y轴的起点坐标为-1，步长都为1。这样，参考像素的位置和当前预测像素的位置就可以由坐标[×，y]唯一确定。下面以predN×N_L(C)[x，y]来表示当前N×N块中坐标为[x，y]处的像素预测值，列出其计算公式。其中N为4，16，8中的一个，L表示亮度Luma，C表示色度Chroma，p[x，y]表示当前块左方、上方以及左上的像素点。

模式0垂直预测：pred4×4_L[x，y]＝p[x，-1]，x＝0，1，2，3，y＝0，1，2，3

模式1水平预测：pred4×4_L[x，y]＝p[-1，y]，x＝0，1，2，3，y＝0，1，2，3

模式2直流预测：(x＝0，1，2，3，y＝0，1，2，3)

当参考像素p[0，-1]～p[3，-1]和p[-1，0]～p[-1，3]都存在时

pred4×4_L[x，y]＝(p[0，-1]+p[1，-1]+p[2，-1]+p[3，-1]+p[-1，0]+p[-1，1]+p[-1，2]+p[-1，3]+4)/8；

当只有参考像素p[0，-1]～p[3，-1]存在时，

pred4×4_L[x，y]＝(p[0，-1]+p[1，-1]+p[2，-1]+p[3，-1]+2)/4；

当只有参考像素p[-1，0]～p[-1，3]存在时，