视频编码参考块的压缩方法、编码方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种视频编码参考块的压缩方法、编码方法、压缩装置和编码装置，其中，压缩方法包括如下步骤：步骤S000，参考块划分为若干像素块，每个像素块包括若干像素；步骤S100，选取一个像素块，并将该像素块的若干像素划分为第一区域、第二区域、第三区域和第四区域；步骤S200，第一区域中每个像素的原始像素值直接保存；步骤S300，第二区域中每个像素进行水平DPCM预测并计算得到预测残差，第三区域中每个像素进行垂直DPCM预测并计算得到预测残差；步骤S400，第四区域中每个像素根据若干邻域像素在水平方向和垂直方向的像素值关系得到预测值和预测残差。本发明专利技术对参考块的压缩处理能有效减少访问参考块时所需的内存带宽资源。宽资源。宽资源。

【技术实现步骤摘要】
视频编码参考块的压缩方法、编码方法和装置


[0001]本专利技术涉及视频编解码技术，特别涉及一种适用于HEVC视频编码中参考块的压缩方法、编码方法、压缩装置和编码装置。

技术介绍

[0002]随着多媒体数字视频应用的不断发展，由图像传感器采集或计算机生成的原始视频的数据量急速增长，使得现有的传输网络带宽和存储资源无法承受。目前，通常采用视频编码(也称视频压缩)技术对原始视频进行压缩，在尽量减少画质损失的同时对原始视频的数据量进行压缩，以减小视频码率，即数据传输时单位时间传送的数据位数。目前，视频编解码标准中，H.26X系列由国际电传视讯联盟(ITU)主导，其中，高效率视频编码标准(High Efficiency Video Coding，HEVC/H.265)是一种新的视频压缩标准，相比于上一代的高级视频编码标准(Advanced Video Coding，AVC/H.264)，HEVC在视频压缩方面有了显著提高，一样质量的编码视频能节省40～50％的码率，还提高了并行机制以及网络输入机制。
[0003]随着屏幕内容视频的应用增加，例如在游戏直播、在线教育以及远程会议等，以及屏幕内容与自然内容表现出的不同的统计特性，HEVC引入了屏幕内容编码(Screen Content Coding，SCC)并针对屏幕内容的特征开发出了一系列的新的编码技术，使得屏幕内容视频的编码效率进一步提高。由于屏幕内容视频通常包括文本、图形、图表和图标等由计算机生成的图像内容，以及摄像机拍摄的自然图像内容，属于自然和计算机生成图像混合形成的一类视频，屏幕内容视频一般具有物体不规则运动、场景突变、更锐利的图像边缘和更多的平坦单调区域等情况，而现有的针对自然视频内容的码率控制方法由于没有充分利用屏幕内容视频的特性，造成图像压缩效率并不高，其不适用于SCC。
[0004]为了改进像素块预测效果，基于HEVC框架的SCC引入了多个编码工具，其中帧内块复制或称帧内块拷贝(Intra Block Copy，IBC)的贡献最高。IBC类似于帧间预测，不同之处在于IBC的参考像素来自于同一帧的重建像素(环路滤波前)。IBC将帧间预测的运动估计和运动补偿的思想引入帧内预测，HEVC中的编码单元(Coding Unit)是预测编码的基本单元，在编码当前CU时，从当前帧已解码重建区域中搜索与当前CU在内容上较为接近的像素块作为参考块，即作为当前CU的预测值使用，并用一个块向量(Block Vector，BV)来指示从参考块到当前CU的位移。由于屏幕内容视频的重复图案较自然内容视频多，IBC实现了较高的编码效率。IBC可以使用完整的当前帧作为参考区域，即全帧搜索，因而IBC也带来了额外的内存带宽需求，即当前帧的重建后滤波前的图像需要被存入片外内存，以供IBC技术的运动估计和运动补偿使用。
[0005]因此，HEVC框架下的现有视频编码技术对视频压缩系统的内存带宽提出了更高的要求。编解码芯片与片外内存需要频繁地交换参考帧或参考块数据，造成大量占用内存总线带宽。例如，传统的边缘预测依靠自左向右，自上而下逐个像素遍历的预测方式，计算复杂度较大，在视频编码技术的帧间预测过程中，参考帧的访问已占用大量的内存访问带宽，尤其是当HEVC的SCC编码工具新引入的IBC技术还需要大量访问当前帧的参考块数据，这一
过程则将导致内存带宽问题变得更加严重。

技术实现思路

[0006]基于上述现状，本专利技术的主要目的在于提供一种视频编码参考块的压缩方法、编码方法、压缩装置及编码装置，在HEVC视频编解码框架下，利用参考块中相邻像素的相关性得到每个像素的最佳预测值，由此得到每个像素的预测残差并进行编码和输出码流，通过对参考块的压缩处理能有效减少在访问参考块时所需的内存带宽资源。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]根据本专利技术的第一方面，一种视频编码参考块的压缩方法，所述视频编码采用帧内块复制进行帧内预测，所述参考块从当前帧可用于帧内块复制的重建区域中获取，所述压缩方法包括如下步骤：
[0009]步骤S000，所述参考块划分为若干像素块，每个像素块包括若干像素；
[0010]步骤S100，选取一个像素块，并将该像素块的若干像素划分为该像素块的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，所述第一区域为该像素块最左上角的一个像素，所述第二区域为该像素块第一行所有的像素且不包括第一区域，所述第三区域为该像素块第一列所有的像素且不包括第一区域，所述第四区域为该像素块抠除所述第一区域、第二区域和第三区域后剩余的所有像素；
[0011]步骤S200，所述第一区域中像素的原始像素值直接保存；
[0012]步骤S300，所述第二区域中每个像素进行水平DPCM预测得到该像素的预测值，并计算该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；所述第三区域中每个像素进行垂直DPCM预测得到该像素的预测值，并计算得到该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；
[0013]步骤S400，所述第四区域中每个像素按照从左至右、自上而下的顺序分别选取该像素的若干邻域像素，并根据所述若干邻域像素在水平方向和垂直方向的像素值关系得到该像素的预测值，并计算该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；
[0014]重复步骤S100至步骤S400直至完成所有像素块的处理。
[0015]优选地，所述步骤S400包括：
[0016]步骤S410，选取当前待处理像素的四个邻域像素，所述邻域像素依次位于所述当前待处理像素的左侧、左上侧、上侧，右上侧，并获取所述邻域像素的像素值依次为r1、r2、r3、r4；
[0017]步骤S420，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的水平梯度和垂直梯度：
[0018]G
x
＝r3‑
r2[0019]G
y
＝r1‑
r2[0020]式中，G
x
为所述当前待处理像素的水平梯度，G
y
为所述当前待处理像素的垂直梯度；
[0021]步骤S430，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的水平分量和垂直分量：
[0022]D
x
＝G
y
[0023]D
y
＝G
x
[0024]式中，D
x
为所述当前待处理像素的水平分量，D
y
为所述当前待处理像素的垂直分
量；
[0025]步骤S440，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的预测值：
[0026][0027]式中，x为所述当前待处理像素的预测值，|D
x
|和|D
y
|分别为所述当前待处理像素的水平分量绝对值和垂直分量绝对值，(|D
x
|>>1)为对|D
x
|进行二进制右移运算的结果，(|D...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视频编码参考块的压缩方法，所述视频编码采用帧内块复制进行帧内预测，所述参考块从当前帧可用于帧内块复制的重建区域中获取，其特征在于，所述压缩方法包括如下步骤：步骤S000，所述参考块划分为若干像素块，每个像素块包括若干像素；步骤S100，选取一个像素块，并将该像素块的若干像素划分为该像素块的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域，所述第一区域为该像素块最左上角的一个像素，所述第二区域为该像素块第一行所有的像素且不包括第一区域，所述第三区域为该像素块第一列所有的像素且不包括第一区域，所述第四区域为该像素块抠除所述第一区域、第二区域和第三区域后剩余的所有像素；步骤S200，所述第一区域中像素的原始像素值直接保存；步骤S300，所述第二区域中每个像素进行水平DPCM预测得到该像素的预测值，并计算该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；所述第三区域中每个像素进行垂直DPCM预测得到该像素的预测值，并计算得到该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；步骤S400，所述第四区域中每个像素按照从左至右、自上而下的顺序分别选取该像素的若干邻域像素，并根据所述若干邻域像素在水平方向和垂直方向的像素值关系得到该像素的预测值，并计算该像素的原始像素值和预测值的差值得到该像素的预测残差；重复步骤S100至步骤S400直至完成所有像素块的处理。2.如权利要求1所述的视频编码参考块的压缩方法，其特征在于，所述步骤S400包括：步骤S410，选取当前待处理像素的四个邻域像素，所述邻域像素依次位于所述当前待处理像素的左侧、左上侧、上侧，右上侧，并获取所述邻域像素的像素值依次为r1、r2、r3、r4；步骤S420，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的水平梯度和垂直梯度：G
x
＝r3‑
r2G
y
＝r1‑
r2式中，G
x
为所述当前待处理像素的水平梯度，G
y
为所述当前待处理像素的垂直梯度；步骤S430，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的水平分量和垂直分量：D
x
＝G
y
D
y
＝G
x
式中，D
x
为所述当前待处理像素的水平分量，D
y
为所述当前待处理像素的垂直分量；步骤S440，根据如下关系式得到所述当前待处理像素的预测值：式中，x为所述当前待处理像素的预测值，|D
x
|和|D
y
|分别为所述当前待处理像素的水平分量绝对值和垂直分量绝对值，(|D
x
|＞＞1)为对|D
x
|进行二进制右移运算的结果，(|D
x
|＜＜1)为对|D
x
|进行二进制左移运算的结果，为对D
x
和D
y
的正负进行异或运算，s为异或运算的结果。
3.如权利要求2所述的视频编码参考块的压缩方法，其特征在于，所述步骤S440中，当所述当前待处理像素位于所述第四区域最右侧一列时，则r4＝r3。4.如权利要求2所述的视频编码参考块的压缩方法，其特征在于，所述步骤S420中，所述当前待处理像素和其左侧、左上侧、上侧的像素构成矩阵，采用第一修正罗伯茨算子对所述矩阵进行卷积得到所述当前待处理像素的水平梯度，采用第二修正罗伯茨算子对所述矩阵进行卷积得到所述当前待处理像素的垂直梯度；所述第一修正罗伯茨算子为：所述第二修正罗伯茨算子为：5.如权利要求1至4任一项所述的视频编码参考块的压缩方法，其特征在于，所述步骤S100中，所述像素块包括M*N个像素；所述步骤S300中，所述水平DPCM预测为所述第二区域中第1个至第M
‑
1个像素的预测值分别为其左侧像素的像素值；所述垂直DPCM预测为所述第三区域的第1个至第N
‑
1个像素的重建像素值分别为其上侧像素的像素值。6.一种视频编码方法，采用帧内块复制进行帧内预测，并从当前帧可用于帧内块复制的重建区域中获取参考块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：采用如权利要求1至5任一项所述的压缩方法得到每个像素块的第二区域中、第三区域中、第四区域中每个像素的预测残差，然后对每个像素块的第一区域中像素的原始像素值和第二区域中、第三区域中、第四区域中每个像素的预测残差进行编码后输出码流并存放至片外内存；当需要访问所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王军，杨建新，罗聪，梁凡，黄凯，
申请(专利权)人：珠海市杰理科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：