[发明专利]一种用于超高清视频处理系统的片外缓存压缩方法

摘要

本发明提供了一种用于超高清视频处理系统的片外缓存压缩方法，步骤为：压缩：将来自原始视频输入端的视频帧数据和来自处理内核的完成视频处理功能的视频帧数据进行分组，以形成待压缩块，并对每个待压缩块进行块内像素分组、预测、量化、反量化和像素重建、熵编码、码流打包、简化压缩处理以及压缩码流输出控制操作，得到压缩码流，并将压缩码流写到片外缓存中；解压缩：从片外缓存读取压缩码流，经过码流解析、熵解码、反量化、像素形成、简化压缩处理解码以及像素块复原处理后实时解码，形成解压后像素块，并将解压后像素块输出给处理内核和输出显示模块。本发明能大幅降低片外访存带宽，提升系统的数据吞吐率。

主权项

1.一种用于超高清视频处理系统的片外缓存压缩方法，其特征在于：包括：第一步、压缩：将来自原始视频输入端的视频帧数据和来自处理内核的完成视频处理功能的视频帧数据进行分组，以形成待压缩块，并对每个待压缩块进行块内像素分组、预测、量化、反量化和像素重建、熵编码、码流打包、简化压缩处理以及压缩码流输出控制操作，得到压缩码流，并将压缩码流写到片外缓存中；第二步、解压缩：从片外缓存请求并接收压缩码流，将压缩码流经过码流解析、熵解码、反量化、像素形成、简化压缩处理解码及像素块复原处理后实时解码，形成解压后像素块，并将解压后像素块输出给处理内核和输出显示模块；所述第一步，具体实现如下：S11、压缩块形成将来自原始视频输入端及处理内核的待压缩视频帧数据拆分为若干小的子块，形成多个独立的待压缩块；S12、预测将S11每个待压缩块中的像素进行分组，然后以组为单位进行预测与残差处理，获得待压缩块中每个像素的残差；所述的S12中：将128个待压缩像素分成group_6x1、group_4x2、group_8x2、group_16x2、group_before和group_after六组，后续处理也以组为单位进行，当前分组可以使用已处理分组的信息，这样每个待压缩块可不依赖周围压缩块的信息，独立处理；128个待压缩像素按照2行64个分布，其中：group_6x1中6个像素：分别是位于第1行的第1个、第16个、第32个、第33个、第48个和第64个的像素；group_4x2中14个像素：分别是位于第1行的第8个、第24个、第40个、第56个以及第2行的第1个、第8个、第16个、第24个、第32个、第33个、第40个、第48个、第56个以及第64个的像素；group_8x2中16个像素：分别是位于第1行和第2行的第4个、第12个、第20个、第28个、第36个、第44个、第52个、第60个的像素；group_16x2中32个像素：分别是位于第1行和第2行的第2个、第6个、第10个、第14个、第18个、第22个、第26个、第30个、第34个、第38个、第42个、第46个、第50个、第54个、第58个、第62个的像素；group_before中28个像素：分别是位于第1行和第2行的第5个、第9个、第13个、第17个、第21个、第25个、第29个、第37个、第41个、第45个、第49个、第53个、第57个、第61个的像素；group_after中32个像素：分别是位于第1行和第2行的第3个、第7个、第11个、第15个、第19个、第23个、第27个、第31个、第35个、第39个、第43个、第47个、第51个、第55个、第59个、第63个的像素；所述预测与残差处理按照像素分组顺序进行，即先处理group_6x1，然后依次处理group_4x2、group_8x2、group_16x2、group_before，最后处理group_after，在每个像素分组内部，首先根据前面已处理像素分组的像素重建值对当前像素分组内的每个像素进行预测，获得当前像素分组每个像素预测值；再由像素值和对应的像素预测值相减，得到像素残差值；每个像素均为10bit像素，具体处理过程为：group_6x1中的6个像素不进行预测过程，直接截取原始像素的高8位，作为其像素残差值；将所得的像素残差值直接乘以四，得到重建值；group_4x2中的14个像素的预测值由group_6x1像素的重建值获得；像素残差值为原始像素值与预测值的差值；像素重建值为经过量化和反量化之后的残差值与预测值的相加和；group_8x2中的16个像素的预测值由group_6x1和group_4x2像素的重建值获得；像素的残差值与重建值的处理过程与group_4x2相同；group_16x2、group_before和group_after的预测值、残差值和重建值的处理过程和group_8x2的一样；S13、量化将S12待压缩块中像素的残差经过量化处理，获得待压缩块中像素的量化后残差；S14、反量化和像素重建将S13待压缩块中像素的量化后残差进行反量化处理和像素重建过程，获得像素的重建值，供S12预测时使用；S15、熵编码将S13待压缩块中像素的量化后残差进行熵编码，得到熵编码后像素残差；编码过程中编码阶数按组划分，每组内所有像素的编码阶数相同；S16、码流打包按照S15熵编码后像素残差按组依次进行打包处理，每组熵编码后像素残差值打包成一个打包后子码流；S17、简化压缩处理在满足压缩率要求的约束下，对待压缩块进行简化压缩处理；所述的简化压缩处理：待压缩块中，采用棋盘格的方式取一半的像素传输高6位信息；对于未传输的像素，使用未传输的像素周围的三个传输的像素进行预测，未传输的像素预测值就作为重建值；预测模式分为四种：用未传输的像素左侧像素作为预测值；用未传输的像素右侧像素作为预测值，用未传输的像素垂直方向的像素作为预测值；使用周围三个像素的平均值作为预测值；S18、压缩码流输出控制根据S16打包后子码流及S17简化压缩处理形成的压缩码流，在压缩率要求下，形成待压缩块的压缩码流，并将此压缩码流输出；所述的S18中，所述的压缩码流输出控制，具体过程如下：S181：检测每个打包后子码流的长度；S182：若某组打包后子码流的长度大于传输像素原始值的长度，则在形成压缩码流时舍弃打包后子码流，转而使用该组像素的原始像素值的高8位；否则，使用打包后子码流；S183：在完成S181、S182之后，得到候选压缩码流的长度；若候选压缩码流的长度不满足压缩率要求，则舍弃该候选压缩码流，选择S17简化压缩处理的结果形成压缩码流；否则使用此候选码流作为压缩码流；所述第二步，具体实现如下：S21、码流解析将来自片外缓存的压缩码流解析成各个独立的经过熵编码的像素残差值；S22、熵解码将S21经过熵编码的像素残差值进行解码处理，获得解码后的像素残差值；S23、反量化将S22解码后的像素残差值进行反量化处理，获得反量化后的像素残差值；S24、像素形成将S23反量化后的像素残差值加上预测值，得到重建像素值；S25、简化压缩处理解码若来自片外缓存的压缩码流是第一步中简化压缩处理形成的码流，则进行简化压缩处理解码将此码流解码，得到解码后的重建像素值；S26、像素块复原将S24得到的重建像素值进行组装，得到候选解压后像素块；若来自片外缓存的压缩码流是第一步中简化压缩处理形成的码流，则舍弃此候选解压后像素块，使用S25解码后得到的重建像素值，组装形成最终的解压后像素块；否则使用候选解压后像素块作为最终的解压后像素块。