[发明专利]一种用于视频编码的混合流水线装置

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频编解码技术领域，特别地，涉及一种可以满足硬件视频编码器等高清晰度实时应用的用于视频编码的混合流水线装置。

背景技术

数字图像、视频信号处理和编码技术的研究开始于20世纪50年代，最初采用的编码方法是空间域上差分脉冲编码调制(简称DPCM)。到20世纪70年代，变换编码技术和运动补偿预测技术开始出现。在1974年，Ahmed等引入基于块的二维离散余弦变换(简称DCT)，成为现代先进视频编码框架中的一项核心技术。这些技术逐渐成熟，在20世纪80年代发展为实用的编码技术，确立了基于块的混合编码框架，集预测编码、变换编码和熵编码于一体的传统混合编码框架，即Hybrid Coding框架。基于这个框架，在后面20多年中，出现了一系列的国际视频编码标准，如ITU制定的H.26 1，H.263，H.26L标准和ISO的MPEG组织制定的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等。到了21世纪，随着技术的发展，人们对多媒体通信的进一步需求要求视频编码能够提供更高效的压缩技术和异质网络的适应技术，新一代视频编码标准H.264/MPEG-AVC(简称H.264)就是在这样的背景下开始制定，并在2003年颁布的。与此同时，中国自主知识产权的视频编码标准AVS第二部分也于2003年底制定完成，并于2006年2月获颁为正式的国家标准(GB/T 20090.2)。AVS、H.264的压缩效率大约是MPEG-2的两倍，同时复杂度也提高不少。同样，AVS和H.264都是基于传统混合编码框架的视频编码标准。

传统混合编码框架是综合考虑预测编码、变换编码以及熵编码方法的编码框架，编码方法如下：首先，将编码帧分成编码单元；对编码单元进行预测编码(可以是空域预测或时域预测或时空域结合的预测)，预测值和待编码值的差为残差数据，然后对残差数据进行二维变换编码；然后在变换域中对变换系数进行量化；然后经过扫描将二维信号转换成一维信号；最后进行熵编码。

传统视频混合编码框架有以下主要特点：

1)利用预测编码降低时间冗余信息和空间冗余信息；

2)利用变换编码进一步降低空间冗余信息；

3)利用熵编码降低数据冗余信息；

传统视频混合编码框架中的预测编码包括帧内预测编码和帧间预测编码，见H.264/AVC标准和AVS标准。其中帧内预测编码又称空域预测，帧间预测编码又称时域预测；

使用帧内预测编码技术压缩的视频帧，称为帧内编码帧(I帧)。帧内预测支持不同块大小及不同模式。帧内预测中采用的是方向预测方法时，在H.264标准中表现为如在I4MB模式中，使用8方向的角度预测模式和DC预测模式；如在I16MB模式中，使用两方向的角度预测模式、DC预测模式和PLANE预测模式，在AVS-P2标准中表现为4方向的角度预测模式和DC预测模式；此时使用的参考点位置可以是当前待处理单元左方一列和上方一行的相邻位置，也可以是当前待处理单元周围的某几行或多行或某几列或多列位置；参考值可以是当前待处理单元左方一列和上方一行的相邻位置点的像素值或变换后的系数，也可以是当前待处理单元周围的某几行或多行或某几列或多列位置点的像素值或变换后的系数；预测值由参考值的计算或组合或拷贝生成。帧内预测也可以采用双方向预测方法。帧内预测也可以采用模板匹配的预测方法；此时使用的此可以是当前帧内由模板匹配矢量所指向位置，参考值是当前帧内由模板匹配矢量所指向位置点的像素值，预测值由参考值的拷贝生成。帧内预测单元的模式信息包括当前单元的预测分块大小、预测方向和预测模式等相关信息。

帧间预测(时域预测)编码技术压缩的视频帧，称为帧间编码帧，帧间编码包括前向、后向和双向的预测(P帧、B帧)，支持不同块大小。帧间编码帧的编码方法如下：首先，将编码帧分成编码单元；对编码单元采用运动搜索和运动预测的运动估计技术得到运动矢量和参考单元；然后采用运动补偿技术，得到帧间预测(时域预测)后的残差数据。帧间预测单元的模式信息包括当前元的预测分块大小、参考方向(前向、后向或双向的预测)及使用的参考个数、参考索引、运动矢量等。帧间预测模式信息如宏块级别的P16X16、P16X8、P8X16、P8X8、B16X16等，亚宏块级别的如P8X4、P4X8、P4X4等。运动估计的搜索算法有全搜索和快速搜索两种。全搜索遍历搜索窗内的每个点。快速搜索包括三步搜索法、菱形搜索法、分级搜索法和混合搜索算法等。模式判决从帧内预测模式和帧间预测模式中选择最佳的宏块模式，常用的判决准则均方差最小准则、平均绝对值误差最小准则等。