专利名称：一种选择帧内预测模式的系统及方法
技术领域：
本发明涉及信号处理中的音视频编解码技术领域，尤其涉及一种选择帧内 预测模式的系统及方法。
背景技术：
近年出现的 一批数字音视频编解码标准，具有代表性的有国际标准
H.264/MPEG-4 AVC,我国自主制定的AVS标准等。AVS标准采用了一系列技 术来达到高效率的视频编码，包括帧内预测、帧间预测、DCT变换、量化和熵 编码等。帧间预测使用基于块的运动矢量来消除图像间的冗余；帧内预测使用 空间帧内预测模式来消除图像内的冗余。再通过对预测残差进行变换和量化消 除图像内的视觉冗余。最后，运动矢量、帧内预测模式、量化参数和变换系数 用熵编码进行压缩。
其中关于帧内预测模式选择，传统的技术都是在各种帧内预测模式的基础 上依次进行编码，在编码宏块后比较原始宏块和重构宏块的SAD (Sum of Absolute Difference,绝对差值和)或者SSD ( Sum of Squared Deviations,偏差 平方和)的基础上，选择SAD或者SSD值最小的模式来确定帧内预测模式，这 种全搜索算法需要花费极大的计算量。
发明内容
本发明的目的在于提供一种选择帧内预测模式的系统及方法，其可以快速 选择帧内预测模式。.
为实现上述目的，本发明提供一种选择帧内预测模式的系统，该系统包括 用于初始化宏块的宏块初始化系统，与宏块初始化系统相连的帧内宏块分析系 统以及与帧内宏块分析系统相连的帧内宏块编码系统；其中，帧内宏块分析系 统至少包括帧内预测模式确定模块、帧内宏块预测模块、绝对差值和计算模块
以及判断模块；帧内预测模式确定模块用于确定该宏块可能使用到的帧内预测 模式；帧内宏块预测模块与帧内预测模块确定模块相连，其用于获取每个帧内 预测模式的重构块信息；绝对差值和计算模块与帧内宏块预测模块相连，其根 据每个帧内预测模式的重构块信息计算相对应的绝对差值和；判断模块与绝对 差值和计算模块相连，其用于判断绝对差值和最小的帧内预测模式为最优帧内
预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发送给帧内宏块编码系统。 帧内宏块分析系统还包括优化模块，该优化模块连接在绝对差值和计算模
块与判断模块中间。
所述优化^t块用于判别编码方式，通过写入比特优化，并将优化的结果折
算成绝对差值和，并加上绝对差值和计算模块获得的绝对差值和作为优化绝对
差值和发送给判断模块，判断模块判断优化绝对差值和最小的帧内预测模式为
最优帧内预测模式。
所述的编码方式分为预测编码和直接编码。
宏块初始化系统设定系数Lamda，系数Lamda用于在优化模块中将优化的 结果折换成绝对差值和，其范围为1到168，其根据不同的量化参数进行选择。
宏块初始化系统设定该宏块编码使用的量化参数和该块的绝对差值和的初 始值。
帧内宏块预测模块按照帧内预测模式确定模块确定的帧内预测模式的种类 和总数，依次进行帧内宏块预测，获得对应的重构块信息，发送给绝对差值和 计算模块。
本发明还提供一种与选择帧内预测模式的系统相对应的选择帧内预测模式 的方法，其中，该方法包括如下步骤
a. 初始化宏块，设定该宏块编码使用的量化参数、该宏块的绝对差值和以 及系数Lamda;
b. 确定可能使用的帧内预测模式；
c. 根据确定的帧内预测模式的种类和总数，依次进行帧内宏块预测，获取 每个帧内预测模式的重构块信息，并发送给绝对差值和计算模块；
d. 计算出每一种帧内预测模式的绝对差值和；
e. 判断每个帧内预测模式对应的绝对差值和，选择最小的绝对差值和对应的帧内预测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发
送给帧内宏块编码系统；如果接收到的绝对差值和没有最小值，则返回步骤b。 该方法在步骤d和步骤e之间还包括如下步骤判别每个帧内预测模式的
编码方式，通比特优化，并将优化的结果折算成绝对差值和，并加上步骤d计
算的绝对差值和作为每个帧内预测模式对应的优化绝对差值和。
所述步骤e中判断每个帧内预测模式对应的优化绝对差值和，选择最小的优
化绝对差值和对应的帧内预测模式为最优帧内预测模式。
与现有技术相比，本发明提供了一种基于绝对差值和、模式预测和比特优
化结合的帧内预测模式选择系统及方法，降低了帧内预测的复杂度，从而提高
帧内预测模式选择的准确性和帧内编码的压缩效率，减少帧内编码需要的时间，
能够达到实时编码图像。
本发明的选择帧内预测模式的系统及方法由以下的实施例及附图给出。
图1为本发明选择帧内预测模式的系统的架构图。
图2为本发明宏块的示意图。
图3为本发明选择帧内预测模式的方法的流程图。
具体实施例方式
以下将对本发明的选择帧内预测模式的系统及方法结合实施例作进一步的 详细描述。
视频基本处理单元是宏块，最小块大小为8x8,采用的8x8宏块帧内预测模 式有五种，本发明提供一种快速选择帧内预测模式的系统，请参阅图1,该系统 包括初始化宏块的宏块初始化系统11,与宏块初始化系统11相连的帧内宏块分 析系统以及与帧内宏块分析系统相连的帧内宏块编码系统17。
帧内宏块分析系统包括帧内预测模式确定模块12、帧内宏块预测模块13、 绝对差值和(Sum of Absolute Difference, SAD )计算模块14、用于优化比特RDO (Rate Distortion Optimisation,码率-失真/损耗最佳化)的优化模块15,以及判 断模块16。
帧内宏块分析系统至少包括帧内预测模式确定模块12、帧内宏块预测模块 13、绝对差值和计算模块14，优化模块15以及判断模块16;帧内预测模式确 定模块12用于确定该宏块五种帧内预测模式中可能使用到的帧内预测模式，帧 内宏块预测模块13与帧内预测模块确定模块12相连，其用于获取每个帧内预 测模式的重构块信息，绝对差值和计算模块14与在帧内宏块预测模块13相连， 其根据每一个帧内预测模式的重构块信息计算相对应的绝对差值和，优化模块 15连接在绝对差值和计算模块与判断模块中间，其用于判别编码方式，通过写 入一个比特或者三个比特来做优化，并将优化的结果折算成绝对差值和，并加 上绝对差值和计算模块14计算的绝对差值和作为优化绝对差值和发送给判断模 块16。判断模块16与优化模块15相连，其用于判断绝对差值和最小的帧内预 测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发送给帧内 宏块编码系统17。
宏块初始化系统11设定该宏块编码使用的量化参数QP、该块的绝对差值 和的初始值为-1以及系数Lamda。系数Lamda用于在优化模块中将优化的结果 折换成绝对差值和，其范围为1到168，其根据不同的量化参数QP进行选择。
帧内预测模式确定模块12根据该宏块周围8x8块的帧内预测模式预测该宏 块的帧内预测模式和根据该宏块的位置确定五种帧内预测模式中可能使用到的 帧内预测模式。
如图2所示，当前块E,周围的块A、 B、 C、 D。块E的帧内预测模式是 根据周围8x8块A、 B、 C、 D的帧内预测模式和该块E的位置来确定五种帧内 预测模式中可能使用到的模式。如果块E是图像中第一个16x16宏块中的块1 的位置，那么周围块A、 B、 C、 D都不存在，那么E只有一种帧内预测模式就 是Intra一8x8一DC。如过块E是图像中第一个16x16宏块中的块2的位置，那么 块E的周围块A存在就是块1，块B、 C、 D都不存在，那么有两种帧内预测模 式，其可以表征为Intra_8x8_DC和Intra—8x8—Horizontal。
帧内宏块预测模块13按照帧内预测模式确定模块12确定的帧内预测模式 的种类和总数，依次进行帧内宏块预测，获得对应的重构块信息，发送给绝对 差值和计算模块14。
帧内宏块预测模块13根据每一种帧内预测模式预测当前块的所有像素值，
获得的重构块信息就是按照这种帧内预测模式编码后得到的重建图像的块的像 素值与原始的块的像素。
绝对差值和计算模块14根据接收到的重构块信息计算每一种帧内预测模式 的绝对差值和。
优化模块15与绝对差值和计算模块14相连接，其用于确定每一种帧内预 测模式的编码方式，将确定的编码方式折算成绝对差值和，并将折算后的绝对 差值和加上绝对差值和计算;f莫块14获得的绝对差值和作为对应帧内预测模式的 优化绝对差值和，将该优化绝对差值和发送给判断模块16。所述的编码方式分 为预测编码和直接编码。预测编码就是通过周围块的帧内预测;f莫式来预测当前 块的帧内预测模式，只需要一个比特数据写入码流，对应折换的绝对差值和就 是Lamdaxl;如果不是预测编码，那么就是直接编码，需要三个比特数据写入 码流，对应折换的绝对差值和就是Lamda x 3。
优化模块15将每一个帧内预测模式的绝对差值和发送给判断模块16，判断 模块16选择最小的绝对差值和的帧内预测模式，最小绝对差值和的帧内预测模 式即是最优的帧内预测模式，将该最优的帧内预测模式的编码信息发送给帧内 宏块编码系统17。
请参阅图3，本发明还提供一种选择帧内预测模式的方法，该方法与选择帧 内预测模式的系统相对应，包括如下步骤
a. 初始化宏块(步骤21);设定该宏块编码使用的量化参数QP、该块的绝 对差值和初始值-1以及系数Lamda。
b. 根据周围8x8宏块的帧内预测模式预测该块的帧内预测模式和根据该 8x8块的位置确定五种帧内预测模式中可能使用到的帧内预测模式(步骤22);
c. 按照可能使用到的帧内预测模式的种类和总数，依次进行帧内宏块的预 测，以获取重构块信息，并发送给绝对差值和计算模块(步骤23 );
d. 绝对差值和计算模块14根据重构块信息计算出每一种帧内预测模式的 绝对差值和(步骤24);
e. 优化比特RDO (Rate Distortion Optimisation,码率墨失真/损耗最佳化)， 判别预测编码和直接编码，通过写入一个比特或者三个比特来俯:优化，并将优 化的结杲折算成绝对差值和，并加上绝对差值和计算才莫块14获得的绝对差值和
作为对应帧内预测模式的优化绝对差值和，将优化绝对差值和发送给判断模块
16 (步骤25);
f. 判断哪个帧内预测模式对应的优化绝对差值和最小；选择最小的优化绝 对差值和对应的帧内预测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式 的编码信息发送给帧内宏块编码系统17，执行步骤g;如果接收到的优化绝对 差值和没有最小值，则返回步骤b (步骤26);
g. 帧内宏块编码系统进行编码(步骤27 )。
本发明提供了 一种基于绝对差值和、模式预测和比特RDO优化结合的帧内 预测模式选择系统及方法，降低了帧内预测的复杂度，从而提高帧内预测模式 选择的准确性和帧内编码的压缩效率，减少帧内编码需要的时间，能够达到实 时编码图像。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本 领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改， 因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1、一种选择帧内预测模式的系统，该系统包括用于初始化宏块的宏块初始化系统，与宏块初始化系统相连的帧内宏块分析系统以及与帧内宏块分析系统相连的帧内宏块编码系统；其特征在于帧内宏块分析系统至少包括帧内预测模式确定模块、帧内宏块预测模块、绝对差值和计算模块以及判断模块；帧内预测模式确定模块用于确定该宏块可能使用到的帧内预测模式；帧内宏块预测模块与帧内预测模块确定模块相连，其用于获取每个帧内预测模式的重构块信息；绝对差值和计算模块与帧内宏块预测模块相连，其根据每个帧内预测模式的重构块信息计算相对应的绝对差值和；判断模块与绝对差值和计算模块相连，其用于判断绝对差值和最小的帧内预测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发送给帧内宏块编码系统。
2、 如权利要求1所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于帧内宏块 分析系统还包括优化模块，该优化模块连接在绝对差值和计算模块与判断模块 中间。
3、 如权利要求2所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于所述优化 模块用于判别编码方式，通过写入比特优化，并将优化的结果折算成绝对差值 和，并加上绝对差值和计算模块获得的绝对差值和作为优化绝对差值和发送给 判断模块，判断模块判断优化绝对差值和最小的帧内预测模式为最优帧内预测 模式。
4、 如权利要求3所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于所述的编 码方式分为预测编码和直接编码。
5、 如权利要求1或3所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于宏块 初始化系统设定系数Lamda，系数Lamda用于在优化模块中将优化的结果折换 成绝对差值和，其范围为1到168,其根据不同的量化参数进行选择。
6、 如权利要求1所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于宏块初始 化系统设定该宏块编码使用的量化参数和该块的绝对差值和的初始值。
7、 如权利要求1所述的一种选择帧内预测模式的系统，其特征在于帧内宏块 预测模块按照帧内预测模式确定模块确定的帧内预测模式的种类和总数，依次进行帧内宏块预测，获得对应的重构块信息，发送给绝对差值和计算模块。
8、 一种与权利要求1所述的系统相对应的选择帧内预测模式的方法，其特征在 于该方法包括如下步骤a. 初始化宏块，设定该宏块编码使用的量化参数、该宏块的绝对差值和以 及系数Lamda;b. 确定可能使用的帧内预测模式；c. 根据确定的帧内预测模式的种类和总数，依次进行帧内宏块预测，获取 每个帧内预测模式的重构块信息，并发送给绝对差值和计算模块；d. 计算出每一种帧内预测模式的绝对差值和；e. 判断每个帧内预测模式对应的绝对差值和，选择最小的绝对差值和对应 的帧内预测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发 送给帧内宏块编码系统；如果接收到的绝对差值和没有最小值，则返回步骤b。
9、 如权利要求8所述的一种选择帧内预测模式的方法，其特征在于该方法在 步骤d和步骤e之间还包括如下步骤判别每个帧内预测模式的编码方式，通 比特优化，并将优化的结果折算成绝对差值和，并加上步骤d计算的绝对差值 和作为每个帧内预测模式对应的优化绝对差值和。
10、 如权利要求9所述的一种选择帧内预测模式的方法，其特征在于所述步 骤e中判断每个帧内预测模式对应的优化绝对差值和，选择最小的优化绝对差 值和对应的帧内预测模式为最优帧内预测模式。
全文摘要
本发明提供一种选择帧内预测模式的系统，该系统包括宏块初始化系统，帧内宏块分析系统以及帧内宏块编码系统；帧内宏块分析系统至少包括帧内预测模式确定模块、帧内宏块预测模块、绝对差值和计算模块以及判断模块；帧内预测模式确定模块用于确定该宏块可能使用到的帧内预测模式；帧内宏块预测模块与帧内预测模块确定模块相连，其用于获取每个帧内预测模式的重构块信息；绝对差值和计算模块根据每个帧内预测模式的重构块信息计算相对应的绝对差值和；判断模块用于判断绝对差值和最小的帧内预测模式为最优帧内预测模式，并将该最优帧内预测模式的编码信息发送给帧内宏块编码系统。本发明还提供一种与选择帧内预测模式的系统相对应的方法。
文档编号H04N7/26GK101207816SQ20071017293
公开日2008年6月25日 申请日期2007年12月25日 优先权日2007年12月25日
发明者李国平, 勇 陈 申请人:上海广电(集团)有限公司中央研究院