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TW201944778A - 幀內預測模式決定裝置與幀內預測模式決定方法 - Google Patents

幀內預測模式決定裝置與幀內預測模式決定方法 Download PDF

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TW201944778A
TW201944778A TW107112045A TW107112045A TW201944778A TW 201944778 A TW201944778 A TW 201944778A TW 107112045 A TW107112045 A TW 107112045A TW 107112045 A TW107112045 A TW 107112045A TW 201944778 A TW201944778 A TW 201944778A
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prediction
candidate
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mode
intra prediction
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謝鎮宇
張仲宇
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晨星半導體股份有限公司
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Abstract

一種幀內預測模式決定裝置,包含一幀內預測單元,以一鄰近預測單元之一組原始像素值作為一組鄰接像素値,分別基於複數個預測模式產生一目標預測單元之複數組預測像素值;一殘量計算單元,根據該目標預測單元之一組原始像素值與該複數組預測像素值,計算複數組殘量;以及一模式選擇單元,根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為一候選模式。

Description

幀內預測模式決定裝置與幀內預測模式決定方法
本發明與幀內預測相關,尤與如何決定幀內預測模式相關。
在新一代高效率視訊編碼(High Efficiency Video Coding,HEVC)視訊壓縮標準中,幀內預測(Intra Frame Prediction)模式有35種,因此在進行幀內預測之前,需先選出合適的幀內預測模式。
第1圖為一習知幀內預測模式決定裝置之方塊圖。幀內預測模式決定裝置10包含一粗糙模式決策(Rough Mode Decision, RDM)電路110、一幀內預測電路120、一殘量計算電路130與一模式決定電路140。首先,粗糙模式決策電路110會先從35種模式中選出3種候選模式CM1~CM3給幀內預測電路120,幀內預測電路120根據一組鄰接像素値NPV(neighbor pixel values)並基於3種候選模式CM1~CM3產生一目標預測單元之產生3組候選預測像素值CPPV1~CPPV3給殘量計算電路130,殘量計算電路130再根據3組候選預測像素值CPPV1~CPPV3計算出3組殘量(residuals)R1~R3給模式決定電路140,最後模式決定電路140根據對應於3種候選模式CM1~CM3之該3組殘量R1~R3,決定實際用來進行幀內預測的一幀內預測模式IPM。
由上可知,幀內預測電路120、殘量計算電路130與模式決定電路140須等到粗糙模式決策電路110選出候選模式後才能進行後續動作,然而,由於HEVC的幀內預測(Intra Frame Prediction)模式高達35種,因此粗糙模式決策電路110的運算時間很長,使得整體壓縮速度下降。
因此,本發明之目在於提供一種提高壓縮效率的幀內預測模式決定裝置與幀內預測模式決定方法。
本發明揭露一種幀內預測模式決定裝置,包含一幀內預測單元,以一鄰近預測單元之一組原始像素值作為一組鄰接像素値,基於複數個預測模式產生一目標預測單元之複數組預測像素值;一殘量計算單元,根據該目標預測單元之一組原始像素值與該複數組預測像素值,計算複數組殘量;以及一模式選擇單元,根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為一候選模式。
本發明另揭露一種幀內預測模式決定方法,包含:以一鄰近預測單元之一組原始像素值作為一組鄰接像素値,基於複數個預測模式產生一目標預測單元之複數組預測像素值;根據該目標預測單元之一組原始像素值與該複數組預測像素值,計算複數組殘量;以及根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為一候選模式。
第2圖為本發明實施例一幀內預測模式決定裝置20之方塊圖,幀內預測模式決定裝置20包含一幀內預測電路220、一殘量計算電路230、一模式決定電路240與一候選模式選擇電路250。幀內預測模式決定裝置20利用固有的幀內預測電路220、殘量計算電路230與新增的候選模式選擇電路250提供候選模式,來取代習知的粗糙模式決策電路110,以縮短決定候選模式所需時間而使壓縮速度提升。第3圖為本發明實施例一幀內預測模式決定方法30之流程圖。請一併參閱第2圖與第3圖。
首先,幀內預測電路220以一鄰近預測單元之一組原始像素值PVN 作為一組鄰接像素値NPV,基於複數個預測模式產生一目標預測單元(target prediction unit)之複數組預測像素值PPV(步驟S310)。在HEVC中,一個幀可被區分為多個預測單元(predicting unit, PU),預測單元係為進行幀內預測的單位,其大小可為4×4、8×8、16×16或32×32,其中幀內預測電路220要進行預測的預測單元被稱為一目標預測單元,目標預測單元旁的預測單元被稱為一鄰近預測單元。舉例來說,請參閱第4圖,第4圖為目標預測單元與鄰近預測單元之一範例示意圖,如第4圖所示,在一實施例中,幀內預測電路220以位於一目標預測單元TPU左方之一鄰近預測單元NPU1中最右方一行(column)的原始像素值PVN ,與位於該目標預測單元TPU上方之一鄰近預測單元NPU2中最下方一列(row)的原始像素值PVN ,作為用來針對目標預測單元TPU進行預測的一組鄰接像素値NPV,以產生目標預測單元TPU之一組預測像素值PPV。請注意,在本發明中,鄰近預測單元不限於位於目標預測單元之左方與上方,在其他實施例中,鄰近預測單元亦可位於目標預測單元之右方與下方,此外,本發明亦不限於根據兩個鄰近預測單元之原始像素值來產生目標預測單元之預測像素值,在其他實施例中,目標預測單元之預測像素值可根據兩個以上之鄰近預測單元之原始像素值來產生,舉例來說,目標預測單元之預測像素值可根據位於目標預測單元左方之鄰近預測單元中最右方一行(column)的原始像素值、位於目標預測單元上方之鄰近預測單元中最下方一列(row)的原始像素值、與位於目標預測單元下方之鄰近預測單元中最上方一列(row)的原始像素值來產生。
此外,即使鄰接像素値相同,基於不同的預測模式所產生的預測像素值亦不同,而HEVC之預測模式有35種,幀內預測電路220可基於35種預測模式中之n種預測模式,來產生n組不同的預測像素值。為了加快整體壓縮速率,幀內預測電路220基本上不會基於過多種預測模式來產生預測像素值,實作上,幀內預測電路220可基於4~10種預測模式來產生4~10組預測像素值。舉例來說,幀內預測電路220可基於5種預測模式PM1~PM5,來產生5組不同的預測像素值PPV1~PPV5。由於幀內預測電路220如何根據一組鄰接像素値並基於一預測模式產生一組預測像素值係為習知技術,因此在此省略相關說明。
接著,殘量計算電路230根據該目標預測單元之一組原始像素值PVT 與該複數組預測像素值PPV,計算複數組殘量R’(步驟S320)。舉例來說,該目標預測單元之該組原始像素值可為如第4圖所示之目標預測單元TPU之一組原始像素值PVT ,在一實施例中,殘量計算電路230可藉由將目標預測單元TPU之該組原始像素值PVT ,分別與幀內預測電路220所產之一組預測像素值PPV對應地相減,來計算目標預測單元TPU對應於一預測模式之一組殘量R’。以第4圖為例,殘量計算電路230將目標預測單元TPU中對應於位置(1,1)之原始像素值PVT 與對應於位置(1,1)之預測像素值PPV1相減,可獲得對應於位置(1,1)之殘量R1’;相似地,將目標預測單元TPU中對應於位置(1,2)之原始像素值PV與對應於位置(1,2)之預測像素值PPV1相減,可獲得對應於位置(1,2)之殘量R1’;以此類推,可獲得目標預測單元TPU對應於預測模式PM1之一組殘量R1’。相似地,殘量計算電路230可根據目標預測單元TPU之該組原始像素值PVT 與其餘組預測像素值PPV2~PPV5,計算目標預測單元TPU分別對應於預測模式PM2~PM5之其他組殘量R2’~R5’。
接著,候選模式選擇電路250可根據該複數組殘量R’,自該複數個預測模式PM擇一作為一候選模式CM(步驟S330)。舉例來說,請參閱第5圖,第5圖為本發明實施例一候選模式選擇電路250之方塊圖,在一實施例中,候選模式選擇電路250包含一評估單元252與一選擇單元254。評估單元252用來根據該複數組殘量R’分別評估預測模式PM的分數S,在一實施例中,評估單元252可計算該組殘量R1’的平方總和,作為對應於預測模式PM1之分數S1,在另一實施例中,評估單元252可計算該組殘量R1’的絕對值總和,作為對應於預測模式PM1之分數S1;相似地,評估單元252根據其餘複數組殘量R2’~R5’,分別計算對應於預測模式PM2~PM5之其他複數個分數S2~S5。選擇單元254則根據該複數個分數S自該複數個預測模式PM選擇該候選模式CM,在一實施例中,選擇單元254可選擇複數個分數S1-S5中最小的3個分數所對應的預測模式CM作為候選模式PM,舉例來說,假設分數S1~S5分別為110、120、130、140、150,選擇單元254會選擇對應於分數S1~S3的預測模式PM1~PM3作為候選模式CM1~CM3。請注意,上述的分數僅為範例,並不代表實際的分數。
最後,幀內預測電路220以鄰近預測單元之一組重建像素RPVN 值作為該組鄰接像素値NPV,基於該候選模式CM產生該目標預測單元之一組候選預測像素值CPPV(步驟S340),殘量計算電路230根據該目標預測單元之該組原始像素值PVT 與該組候選預測像素值CPPV,計算一組候選殘量R(步驟S350),模式決定電路240根據該組候選殘量R決定一幀內預測模式IPM(步驟S360)。舉例來說,幀內預測電路220可根據鄰近預測單元NPU1中最右方一行(column)的重建像素值RPVN ,與鄰近預測單元NPU2中最下方一列(row)的重建像素值RPVN ,分別基於候選模式CM1~CM3計算3組候選預測像素值CPPV1~CPPV3,其中重建像素值RPVN 係根據鄰近預測單元NPU1、NPU2的殘值以及幀內預測模式IPM重建而得,因此會近似鄰近預測單元NPU1、NPU2的原始像素值PVN ,但仍會有些許差異。請注意,目標預測單元的預測像素值PPV係根據鄰近預測單元的原始像素值PVN 而非重建像素值RPVN 來計算,這是由於當在計算目標預測單元的預測像素值PPV時,鄰近預測單元的幀內預測模式IPM可能尚未決定,因此無法根據鄰近預測單元的殘值以及幀內預測模式IPM來產生重建像素值RPVN 。接著,殘量計算電路230再根據3組候選預測像素值CPPV1~CPPV3與目標預測單元TPU之該組原始像素值PVT ,計算出3組殘量R1~R3給模式決定電路240,最後模式決定電路240根據對應於候選模式CM1~CM3之殘量R1~R3,決定實際用來進行幀內預測的一幀內預測模式IPM。請注意,由於步驟S340~S360均係為習知技術,因此在此省略相關說明。
如前所述,當選擇候選模式CM時,幀內預測電路220係根據鄰近預測單元之原始像素值PVN 來進行預測;當決定幀內預測模式IPM時,幀內預測電路220係根據鄰近預測單元之重建像素值RPVN 來進行預測,因此,在一實施例中,幀內預測電路220之輸入端另耦接於一資料選擇器260,如第6圖所示,第6圖為本發明實施例一幀內預測模式決定裝置之方塊圖。資料選擇器260根據一控制訊號Ctrl決定輸出原始像素值PVN 或重建像素値RPVN 至幀內預測電路220。此外,當選擇候選模式CM時,殘量計算電路230輸出殘量R’至候選模式選擇電路250;當決定幀內預測模式IPM時,殘量計算電路230輸出殘量R至模式決定電路240,因此,在一實施例中,幀內預測電路220之輸入端另耦接於一資料分配器270,如第6圖所示,資料分配器270根據該控制訊號Ctrl決定輸出殘量R’或R至候選模式選擇電路250或模式決定電路240。
在一實施例中,資料選擇器260與資料分配器270可由同一個控制器來產生,但本發明並不以此為限。舉例來說,幀內預測模式決定裝置20另包含一控制器280,如第6圖所示,控制器280根據幀內預測電路220輸出之一完成訊號Com來產生一控制訊號Ctrl,在一實施例中,控制器280包含一暫存器,用來累計幀內預測電路220的計算完成次數。在一實施例中,首先,資料選擇器260輸出原始像素值PVN 至幀內預測電路220,作為幀內預測電路220據以進行預測之鄰近像素値NPV,資料分配器270則輸出殘量R’至候選模式選擇電路250,作為用來選擇候選模式CM之依據。其中,當幀內預測電路220完成一組預測像素值的計算後,會發送一完成訊號Com至控制器280,控制器280在收到該完成訊號Com後,會將暫存器內的數値加一,在一實施例中,暫存器內數値的初始値為0,當該數値達到一第一數値時,控制器280藉由控制訊號Ctrl控制資料選擇器260輸出重建像素值RPVN 至幀內預測電路220,作為幀內預測電路220據以進行預測之鄰近像素値NPV,並控制資料分配器270輸出殘量R至模式決定電路240,作為用來幀內預測模式IPM之依據。接著,當暫存器內的數値達到一第二數値時,控制器280會將暫存器內的數値歸零,並藉由控制訊號Ctrl控制資料選擇器260輸出原始像素值PVN 至幀內預測電路220,作為幀內預測電路220據以進行預測之鄰近像素値NPV,並控制資料分配器270則輸出殘量R’至候選模式選擇電路250,作為用來選擇候選模式CM之依據。其中,第一數値係以用來選擇候選模式CM的預測像數値的組數來決定,以利用5組預測像素值來選擇3組候選模式CM為例,第一數値為5;第二數値係以用來選擇候選模式CM的預測像數値的組數,與用來決定幀內預測模式IPM的預測像數値的組數來決定,以利用5組預測像素值來選擇3種候選模式CM,且利用3組預測像素值來決定幀內預測模式IPM為例,第二數値為8,即兩者之總和。
由上可知,本發明在幀內預測電路與殘量計算電路未用來產生決定幀內預測模式之殘値的閒置時間,利用幀內預測電路與殘量計算電路來產生用來選擇候選模式之殘値,因為閒置時間並不是很長,所以無法計算太多組用來選擇候選模式之殘値,相較於利用粗糙模式決策電路從35種預測模式中選出例如3種候選模式,本發明之幀內預測模式決定裝置僅由例如5種預測模式中選出例如3種候選模式,此可大幅縮短候選模式的決定時間,提升壓縮速率,此外亦可提高幀內預測電路與殘量計算電路的使用頻率,進而省下複雜的粗糙模式決策電路成本。
10、20‧‧‧幀內預測模式決定裝置
110‧‧‧粗糙模式決策電路
120、220‧‧‧幀內預測電路
130、230‧‧‧殘量計算電路
140、240‧‧‧模式決定電路
250‧‧‧候選模式選擇電路
252‧‧‧評估單元
254‧‧‧選擇單元
260‧‧‧資料選擇器
270‧‧‧資料分配器
280‧‧‧控制器
NPV‧‧‧鄰接像素値
CM1~CM3‧‧‧候選模式
CPPV1~CPPV3‧‧‧候選預測像素值
R1~R3‧‧‧殘量
IPM‧‧‧幀內預測模式
PPV‧‧‧預測像素值
CPPV‧‧‧候選預測像素值
PVT‧‧‧目標預測單元之原始像素値
R、R’‧‧‧殘量
CM‧‧‧候選模式
TPU‧‧‧目標預測單元
NPU1、NPU2‧‧‧鄰近預測單元
PVN‧‧‧鄰近預測單元之原始像素値
S‧‧‧分數
RPVT‧‧‧鄰近預測單元之重建像素值
Ctrl‧‧‧控制訊號
Com‧‧‧完成訊號
第1圖為一習知幀內預測模式決定裝置之方塊圖。 第2圖為本發明實施例一幀內預測模式決定裝置之方塊圖。 第3圖為本發明實施例一幀內預測模式決定方法之流程圖。 第4圖為目標預測單元與鄰近預測單元之一範例示意圖。 第5圖為本發明實施例一候選模式選擇電路之方塊圖。 第6圖為本發明實施例一幀內預測模式決定裝置之方塊圖。

Claims (10)

  1. 一種幀內預測模式(intra prediction modes)決定裝置,包含: 一幀內預測單元,以一鄰近預測單元(neighbor prediction unit)之一組原始像素值作為一組鄰接像素値 (neighbor pixel values),分別基於複數個預測模式產生一目標預測單元 (target prediction unit)之複數組預測像素值; 一殘量計算單元,根據該目標預測單元之一組原始像素值與該複數組預測像素值,計算複數組殘量;以及 一模式選擇單元,根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為一候選模式。
  2. 如請求項1所述的幀內預測模式決定裝置,其中該模式選擇單元包括: 一評估單元,根據該複數組殘量分別評估該複數個預測模式之複數個分數;以及 一選擇單元,根據該複數個分數自該複數個預測模式選擇該候選模式。
  3. 如請求項2所述的幀內預測模式決定裝置,其中該複數個分數係為該複數組殘量之平方總和。
  4. 如請求項3所述的幀內預測模式決定裝置,其中該選擇單元選擇該複數個分數中一最小分數所對應之預測模式作為該候選模式。
  5. 如請求項1所述的幀內預測模式決定裝置,其中: 該幀內預測單元,以該鄰近預測單元之一組重建像素值作為該組鄰接像素値,基於該候選模式產生該目標預測單元之一組候選預測像素值;以及 該殘量計算單元,根據該目標預測單元之該組原始像素值與該組候選預測像素值,計算一組候選殘量; 其中該幀內預測模式決定裝置更包括: 一模式決定單元,根據該組候選殘量決定一幀內預測模式。
  6. 一種幀內預測模式(intra prediction modes)決定方法,包含: 以一鄰近預測單元(neighbor prediction unit)之一組原始像素值作為一組鄰接像素値 (neighbor pixel values),分別基於複數個預測模式產生一目標預測單元(target prediction unit)之複數組預測像素值(predicted pixel values); 根據該目標預測單元之一組原始像素值與該複數組預測像素值,計算複數組殘量;以及 根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為一候選模式。
  7. 如請求項6所述的幀內預測模式決定方法,其中根據該複數組殘量自該複數個預測模式擇一作為該候選模式之步驟包括: 根據該複數組殘量分別評估該複數個預測模式之複數個分數;以及 根據該複數個分數自該複數個預測模式擇一作為該候選模式。
  8. 如請求項7所述的幀內預測模式決定方法,其中該複數個分數係為該複數組殘量之平方總和。
  9. 如請求項8所述的幀內預測模式決定方法,其中根據該複數個分數自該複數個預測模式擇一作為該候選模式之步驟包括: 選擇該複數個分數中一最小分數所對應之預測模式作為該候選模式。
  10. 如請求項6所述的幀內預測模式決定方法,更包括: 以該鄰近預測單元之一組重建像素值作為該組鄰接像素値,基於該候選模式產生該目標預測單元之一組候選預測像素值; 根據該目標預測單元之該組原始像素值與該組候選預測像素值,計算一組候選殘量;以及 根據該組候選殘量決定一幀內預測模式。
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