专利名称：：一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法
技术领域：
：本发明涉及压縮视频信号处理
技术领域：
，特别是涉及一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法。
背景技术：
：多媒体处理系统正在成为消费电子市场上一个快速增长的部分，而基于视频处理的标准如MPEG-4、H.264,AVS等，对于这一产业的成功已成为关键因素。在所有的视频处理标准中，视频编码占用很大的系统资源。而降低视频编码的资源需求对多媒体处理系统具有重大的意义。帧内预测模式选择是视频编码中的关键模块之一，帧内预测技术采用邻近块(当前块的左边和上边)中已编码重建的像素，沿一定的方向外推实现对当前块的预测。帧内预测技术充分利用了视频图像的空间相关性，降低了空域冗余，提高了视频编码的压縮效率。为了提高帧内预测的精度，视频编码标准中都提供了多种不同的帧内预测模式，比如，H,264对4x4的亮度块有9种预测模式，对16xl6的亮度宏块有4种预测模式，对8x8的色度宏块有4种预测模式；AVS对8x8的亮度块有5种预测模式，对8x8的色度宏块有4种预测模式，等等，很多方法为了降低帧内预测的复杂度，采用一些优化方法(算法)来减少帧内预测模式的计算，但是这是以牺牲预测的精度为代价的。现有技术中，为了实现帧内预测的精确度，一般都要遍历所有的预测模式，计算各种模式下的绝对误差和(SumofAbsoluteDifference,SAD)，通过遍历所有可能的编码模式，寻找绝对误差和(SAD)的那种作为最优编码模式，即选取绝对误差和(SAD)值最小的模式作为最佳预测模式，并将该模式信息化，同时传送至解码端，以供正确解码。但是，这样就需要很大的计算开销，具有较大的时间复杂度。比如对于H.264,要找出一种最佳的H.264帧内预测模式，需要计算4x(16x9+4)-592种组合模式的率失真代价，由此可见，帧内预测模式选择的计算量是视频编码的一个瓶颈。现有技术研究表明，CMOS电路的能量消耗可以由下式近似估计=+力x-cw其中r为电路的供电电压；y^为时钟频率；Cf〃为电路的有效切换电容。由上式可以看出，CMOS电路的能量消耗尸与电路电压V的平方成正比，和频率/cm成正比，因此降低电压以及时钟频率是降低线路能耗的最有效的方法之一。而且降低电压和频率对降低功耗可以起到事半功倍的作用。于是，本发明提出将帧内预测可以划分为多任务并行的方法来计算，同时，考虑到每种模式所花费的时钟周期是不同的，本发明提出对每种模式的预测可以采用动态频率调节方法来调整其运行频率，以保证每个并行任务能够同步完成，能够极大地降低系统功耗。
发明内容本发明所要解决的问题在于提供一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法，其在不降低编码器运行速度的情况下，达到降低编码器功耗的效果。为实现本发明目的而提供的一种视频编码器，包括帧内预测模块，所述帧内预测模块包括并行处理模块，时钟频率控制模块和参考像素值存储模块，其中所述并行处理模块，用于将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，所述任务之间为并行的关系；所述时钟频率控制模块，用于通过动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率；所述参考像素值存储模块，用于存储已编码重建块的像素值。所述帧内预测模块，还包括匹配计算模块和多路选择器模块，其中.-所述匹配计算模块，用于计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；所述多路选择器模块，用于比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。所述并行处理模块中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测时，每个预测模式被划分为一个任务。所述视频编码器为MPEG-4、H.264或AVS标准的视频编码器。为实现本发明目的还提供一种视频编码器帧内预测模式选择方法，包括如下步骤步骤A，在视频编码过程中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，这些任务之间为并行的关系；步骤B，利用动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率，并存储已编码重建块的像素值。所述步骤B之后还包括下列步骤歩骤C，计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；步骤D，比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。所述动态频率调节方法为设一个任务『划分为h,v^,…，KV)共A^个并行的子任务，每个子任务的执行时钟周期为(q,q,…，Q)，每个子任务的执行时钟频率为(n…,乂，…,/"，设W为所有子任务中执行周期最长的任务，所用的时钟周期为C,，那么其它子任务则以vv,为基准进行频率调节，每个任务调节后的频率为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>所述步骤A中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，包括下列歩骤每个预测模式被划分为一个任务。当所述编码器为H.264标准的编码器时，所述步骤B还包括下列步骤在色度预测时将时钟频率降低为亮度预测的四分之一。所述歩骤B还进一步包括下列步骤4X4色度预测里模式2的执行频率为其它色度预测模式的四分之一；16xl6亮度预测模式的执行频率为其它色度预测模式的十六之-。本发明的有益效果是本发明的一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法，对视频编码器的帧内预测进行并行多任务划分，以获得合理的并行操作，并且对各个并行处理器配置适当的电压和频率控制，以达到在不影响编码器总体性能的情况下，最大化的降低编码器的功耗。图1为本发明视频编码器的帧内预测模块结构示意图；图2为本发明视频编码器帧内预测模式选择方法流程图；具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明的一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明的一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统，每个预测模式被划分为一个任务，这些任务之间为并行的关系。同时计算各个预测模式下块的预测值，最后再计算各个模式下预测块与原始块之间的绝对误差和，获得最佳的匹配模式。如图1所示，所述帧内预测模块1包括并行处理模块11，时钟频率控制模块12，参考像素值存储模块13，匹配计算模块14和多路选择器模块15，射所述并行处理模块11，用于将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，所述任务之间为并行的关系；较佳地，每个预测模式被划分为一个任务，这些任务之间为并行的关系；所述时钟频率控制模块12，用于通过动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率；所述参考像素值存储模块13，用于存储已编码重建块的像素值；所述匹配计算模块M，用于计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；所述多路选择器模块15，用于比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。通过并行处理模块11处理，整个帧内预测模块采用高度的并行机制，同时对"4的亮度块的9种预测模式进行计算，由时钟频率控制模块12负责动态调整每个任务模块的频率。保证各个并行处理同时进行，以免当^些任务运行慢，而有一些任务运行快，造成处理线路处于空闲状态而浪费资源，所以，本发明可以降低处理快的处理任务的时钟频率，保证各个处理任务同歩进行。参考像素值存储模块13存储已编码重建块的像素值。对于"4的亮度预测一次存储一个"4亮度预测的参考值，然后，可供一个时钟周期处理-一个"4亮度预测的所有像素点的所有模式的预测值时使用。对于16"6的亮度预测一次存储一个16"6亮度预测的参考值，对于8><8的色度预测一次存储-个^8色度预测的参考值。所述编码器可以是多处理器编码器，也可以是单处理器编码器，所述多任务处理模块既可以将多个任务分到多处理器编码器的每个处理器中进行并行处理，也可以将多个任务分别在单处理器中按多任务线程并行处理。'本发明的编码器中的其他模块，包括运动估计、变换、量化以及熵编码等模块完成，其处理流程都是现有的技术，因此在本发明中不再一一详细描述。下面详细描述本发明的视频编码器帧内预测模式选择方法，如图2所示，其包括如下歩骤步骤S100，在视频编码过程中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，每个预测模式被划分为一个任务，这些任务之间为并行的关系；步骤S200,利用动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率，并存储己编码重建块的像素值；所述动态频率调节方法(算法)，具体如下设一个任务『划分为h,巧,…,Hv)共^个并行的子任务，每个子任务的执行时钟周期为(c,，C2,…，cj，每个子任务的执行时钟频率为(/i，/2,…,y;,…,/j，设w,为所有子任务中执行周期最长的任务，所用的时钟周期为c,，那么其它子任务则以W,为基准进行频率调节，每个任务调节后的频率为,《,…,乂，…,/;c,c，…，//v=/wx经过频率调节后，每个子任务都同步运行，减少整个系统的空闲时间，能够很大程度地降低功耗，而且不影响整个任务的运行速度。步骤S300，计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；歩骤S400，比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。在编码时，编码器通过计算并比较各种模式下的绝对误差和(SAD)，选取绝对误差和(SAD)值最小的模式最为最佳预测模式，并将该模式信息化，同时传送至解码器，以供正确解码。下面以H.264标准为例而对本发明的-^种视频编码器及其帧内预测模式选择方法进行说明，但是，应当理解的是，本发明同样适用于其它视频编码的帧内预测模式选择，如MPEG-4，AVS标准等。H.264标准的视频编码器的帧内预测模式中，预测块是基于已编码重建块和当前块形成的，可以划分为亮度预测和色度预测。如果串行执行这些操作，每个模式都遍历的话，则运算量将是巨大的，造成的延时也很大。所以本发明将把帧内预测划分为多任务，每个任务并行处理。鉴于每个模式是独立的，所以可以把每个预测模式被划分作为一个任务，每个预测模式并行执行。本发明提出可对亮度和色度预测的每个模式并行执行，当每个处理器可以同时并行处理的数据为2"，这样，单处理器处理一个块4x4块所花费的时钟周期为"^。，一个16xl6块所花费的时钟周期为"^"xl6，一个8x8块色度预测块所花费的时钟周期为"父><4。以个时钟周期处理个4x4的块预测为例，表l示出了各个模式所要耗费的时钟周期，。T以看出，16xl6的亮度预测和4x4亮度预测以及色度预测所需要的时钟周期各不相同，所以，可以调整他们之间的运行频率，这样可以保证他们同步运行。表1:当全并行执行时一个块所花费的时钟周期对比:(一个时钟周期处理一个"4的块预测)<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>例如，所有的模式2所需要的时钟周期最少，所以可以降低模式2的时钟频率。保证各个并行任务同步完成，减少空闲时间。同时，4X4色度预测里模式2需要的时钟周期最短，只需要1个时钟周期，为其它色度预测模式的四分之一，这样可以动态调整，该模式的执行频率为其它色度预测模式的四分之一，16xl6亮度预测模式也同样，预测模式2的时钟周期最短，只需要1个时钟周期，为其它色度预测模式的十六分之一，这样可以动态调整，该模式的执行频率为其它色度预测模式的十六之一。所以较佳地，本发明在色度预测时将时钟频率降低为亮度预测的四分之-一，这样不影响整个图像的编码速度，但是可以降低色度模块的功耗。例如-幅288x352的CIF图像，可以划分为15x22个16xl6的亮度块，则16xl6的亮度块预测，需要15x22xl6个时钟周期，每个16xl6的亮度块划分为16个4x4的子块，贝1」"4的亮度块预测需要15><22><16><1个时钟周期。而色度预测则需要15x22x4个时钟周期，由此可见，色度预测所花费的时钟周期要只是亮度预测的四分之一。本发明的一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法，根据不同的预测模式进行并行化，将预测模式分配到不同的处理器中进行并行处理，而各个并行处理器的处理速度不同，有的比较快，而有的就比较慢，如果都采用同样的时钟频率进行处理，势必造成当处理快的线路很早的处理完，而处理慢的还没有处理完，这时，处理快的线路就会处于空闲状态，造成资源浪费。本发明实施对各个并行路线合理配置其频率，在处理时，根据每个任务的处理时间，动态调整每个任务的时钟频率，以保证每个任务能够同步运行，这样，能够极大降低编码器功耗。通过以上结合附图对本发明具体实施例的描述，本发明的其它方面及特征对本领域的技术人员而言是显而易见的。以上对本发明的具体实施例进行了描述和说明，这些实施例应被认为其只是示例性的，并不用于对本发明进行限制，本发明应根据所附的权利要求进行解释。权利要求1、一种视频编码器，包括帧内预测模块，其特征在于，所述帧内预测模块包括并行处理模块，时钟频率控制模块和参考像素值存储模块，其中所述并行处理模块，用于将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，所述任务之间为并行的关系；所述时钟频率控制模块，用于通过动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率；所述参考像素值存储模块，用于存储已编码重建块的像素值。2、根据权利要求1所述的视频编码器，其特征在于，所述帧内预测模块，还包括匹配计算模块和多路选择器模块，其中所述匹配计算模块，用于计算各个预测模式F的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和;多路选择器模块，用于比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。3、根据权利要求1或2所述的视频编码器，其特征在于，所述并行处理模块中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测时，每个预测模式被划分为一个任务。4、根据权利要求1或2所述的视频编码器，其特征在于，所述视频编码器为MPEG-4、R264或AVS标准的视频编码器。5、一种视频编码器帧内预测模式选择方法，其特征在于，包括如下步骤步骤A，在视频编码过程中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，这些任务之间为并行的关系；步骤B，利用动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率，并存储已编码重建块的像素值。6、根据权利要求5所述的视频编码器帧内预测模式选择方法，其特征在于，所述歩骤B之后还包括下列步骤步骤C，计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；骤D，比较当前块所有预测模式下的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。7、根据权利要求5或6所述的视频编码器帧内预测模式选择方法，其特征在于，所述动态频率调节方法为设一个任务『划分为卜,，^,…,Mv)共W个并行的子任务，每个子任务的执行时钟周期为(C,，C2，…,C^，每个子任务的执行时钟频率为(/i，《,…,/,…,^)，设w,为所有子任务中执行周期最长的任务，所用的时钟周期为C,，那么其它子任务则以w,为基准进行频率调节，每个任务调节后的频率为<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>8、根据权利要求7所述的视频编码器帧内预测模式选择方法，其特征在于，所述步骤A中，将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，包括下列歩骤每个预测模式被划分为一个任务。全文摘要本发明公开了一种视频编码器及其帧内预测模式选择方法。该编码器的帧内预测模块包括并行处理模块，用于将帧内预测根据预测模式划分为多任务系统进行预测，任务之间为并行的关系；时钟频率控制模块，用于通过动态频率调节方法，动态调整多任务处理器并行处理的帧内预测模式的每个任务的时钟频率；参考像素值存储模块，用于存储已编码重建块的像素值；匹配计算模块，用于计算各个预测模式下的预测值与原始块的像素值之间的绝对误差和；多路选择器模块，用于比较所有的绝对误差和，选择具有最小绝对误差和的那种预测模式作为该块的预测模式输出。其在不降低编码器运行速度的情况下，达到降低编码器功耗的效果。文档编号H04N7/26GK101252695SQ20081010410公开日2008年8月27日申请日期2008年4月15日优先权日2008年4月15日发明者雯纪,陈益强申请人:中国科学院计算技术研究所