专利名称：：视频加权预测系统及其编码解码方法
技术领域：
：本发明涉及的是一种图像处理
技术领域：
的系统及其处理方法，具体是一种基于H.264标准和AVS标准的视频加权预测系统及其编码解码方法。
背景技术：
：H.264标准是由ITU-T视频编码专家组(VCEG)和IS0/IEC动态图像专家组(MPEG)联合组成的联合视频组(JVT，JointVideoTeam)提出的高度压縮数字视频编解码器标准。11.264标准最大的优势是具有很高的数据压縮比率，在同等图像质量的条件下，化264标准的压缩比是1￡&-2的2倍以上，是MPEG-4的1.52倍。更值得一提的是，^264标准在具有高压縮比的同时还拥有高质量流畅的图像。由于其良好的性能，目前它己经得到了业界的广泛支持。AVS标准是《信息技术先进音视频编码》系列标准的简称，AVS标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准和一致性测试等支撑标准。该技术的视频部分于2006年2月22日被颁布为中华人民共和国国家标准。H.264标准和AVS标准具有相似的技术特点，两个标准都在插值后采用了加权预测。加权预测是在P或B条带的宏块中修改运动补偿预测数据样点的一种方法，它可以控制运动补偿预测过程中参考帧的相对分布。11.264标准具有两种加权预测的模式explicit(显式)和implicit(隐式)。显式加权预测通过在编码器和条带头传输来确定加权因子。隐式加权预测则根据参考图像的相对时序位置来确定加权因子。如果参考图像在时序上靠近当前图像，使用较大的加权系数；如果参考图像在时序上远离当前图像，使用较小的加权系数。AVS标准只有一种加权预测的模式，类似于H.264标准中显式加权预测。加权预测分为多种模式，每种模式对每个像素都有相应的参考图像权重和参考图像偏移。如果对于B条带的宏块，则还要分为前向预测、后向预测和双向预测。因此，在计算过程中的数据量和运算量都是非常大的。因此，有必要寻找一种简单的运算电路来实现加权预测，从而达到节省资源的目的。经过对现有技术文件的检索发现，任晓慧等人在"视频解码器中插值与加权预测的硬件实现"(《现代电子技术》2006年第18期)提出了一种加权预测的架构。该架构中，通过对H.264标准和AVS标准加权预测模块的复用以及采用流水的工作方式，达到了节省硬件资源的目的。但是，该结构为了进行双向的加权预测，同时采用了两套加权预测的硬件资源，这样就大大增加了电路面积。而且，如果仅需要进行前向预测或者后向预测的情况下，电路的使用效率仅为50%左右。
发明内容本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种视频加权预测系统及其编码解码方法，可以快速完成H.264标准和AVS标准的加权预测。本发明是通过以下技术方案实现的本发明涉及视频加权预测系统包括运算模块、控制模块、参数存储模块和査找表，其中运算模块与控制模块连接以传输加权预测参数，控制模块分别与运算模块、参数存储模块和查找表连接以传输加权预测参数和控制指令，运算模块和控制模块分别与系统外部的插值模块和运动补偿模块连接，运算模块用以接收加权预测请求并输出加权预测结果，控制模块用以传递控制信号。所述的加权预测参数包括权值参数、偏移参数、码流参数。所述的运算模块包括4个基本计算单元和l个移位寄存器，可同时对宏块中同一行中的4个像素进行32bit运算，其中基本计算单元与控制模块连接以传输加权预测请求并接收加权预测参数，移位寄存器与控制模块连接以接收控制指令并传递加权预测结果。所述的基本计算单元计算对于亮度信息的加权预测运算，把8*8子块分成2个8*4的子块；对于色度信息的加权预测运算，根据4:2:0的采样格式，其像素信息是亮度的一半，因此可分为2个4*4的子块。所述的移位寄存器为8级移位寄存器，该移位寄存器在双向预测时，把前向加权预测的结果寄存8个周期后输出给基本运算单元或把前向加权预测的结果寄存4个周期后输出给基本运算单元。所述的査找表包括分别与控制模块并联的第一随机存储器和第二随机存储器，用于存储加权预测参数中的权值参数和偏移参数，或者是参考图像的相对位置差。所述的第一随机存储器的容量为2048byte，位宽8bit，用于査询H.264标准的explicit预测模式中的Y色和Cb色、implicit预测模式的场模式或者AVS标准的场模式；所述的第二随机存储器的容量为256byte，位宽8bit，用于查询H.264标准的explicit模式的Cr色、implicit模式的帧模式或者AVS标准的帧模式。所述的参数存储模块包括一些寄存器，主要用于存储参考索引信息、码流信息以及加权预测参数中的码流参数。所述的参考索引信息包括:4个亮度参考索引信息和4个色度参考索引信息；所述的码流信息包括码流种类、宏块种类和加权预测的方向模式，其中码流种类是指H.264标准或AVS标准的码流，宏块种类是指P宏块或B宏块；加权预测的方向模式是指前向预测、后向预测或双向预测模式。所述的控制模块包括第一状态机和第二状态机，其中第一个状态机分别连接参数存数模块和査找表并负责从参数存储模块和査找表读取参数，第二个状态机与运算模块连接并负责控制运算单元工作，所述的第一状态机和第二状态机采用流水的工作方式。本发明涉及上述视频加权预测系统的编码解码方法，包括以下步骤第一步、控制模块在一个宏块内读取所需的参考索引信息和码流信息并保存在寄存器中；所述的宏块内读取是指把一个16*16的宏块分为4个8*8的子块，每个8*8的子块拥有2个参考索引信息，2个参考索引分别用于前向预测和后向预测，在一个宏块中，先读4个亮度参考索引信息，再读4个色度参考索引信息，顺序为从左往右，从上到下；所述的P宏块进行前向预测；所述的B宏块进行前向预测、后向预测或双向预测；第二步、控制模块根据码流信息判断码流种类以及预测模式，与参考索引一起组合得到査找表地址并对查找表进行査找，得到权值参数和偏移参数，或者是参考图像的相对位置差。所述的根据码流信息判断码流种类以及预测模式是指当码流种类为H.264标准时，预测模式分为explicit预测模式和implicit预测模式，其中H.264标准的explicit预测模式和AVS标准査表取得的加权预测参数为权值参数和偏移参数，H.264标准的implicit预测模式查表取得的加权预测参数为参考图像的相对位置差。所述的权值参数、偏移参数和参考图像的相对位置差均为8比特数；第三步，运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行前向预测或者后向预测或者双向预测中的前向预测的计算其中predPartO。代表8比特的前向预测的像素信息，predPartl。代表8比特的后向预测的像素信息，predPart。为8比特的加权预测的结果，操作符"〉〉"表示向右移位操作，c/^l(x)函数的表达式如下<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>所述的分类标准是指-当运算模块针对H.264标准码流进行计算时1)如果进行前向预测或者后向预测，则运算模块直接将加权预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，并跳过以下步骤，进行下一个像素信息的计算；2)如果进行双向加权预测计算，还需要进行后向加权预测，则运算模块将当前的加权预测的计算结果保存于移位寄存器中，等待后向预测的参数信息；当运算模块针对AVS标准码流进行计算时加权预测只有前向预测或者后向预测，所以运算模块直接将加权预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，并跳过以下步骤，进行下一个像素信息的计算。第四步、进行双向加权预测中的后向加权预测，控制模块重新配置w0、Wl、m、n和o的值，然后运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行计算。由此，得到双向加权预测的最终结果并输出，完成了该像素的加权预测，然后进行下一个像素信息的计算。本发明使用一套加权预测的运算电路，就可以完成多标准的双向加权预测。同时，由于采用了流水的工作方式，能够满足系统的速度要求。同时，本发明不要求同时产生前向加权预测和后向加权预测的输入数据，可间接减少其他模块的硬件资源。因此，本发明既能在速度上满足要求，同时又节省了硬件资源。图l是加权预测装置结构图。图2是8x8块处理次序图。图3是运算单元结构图。具体实施例方式下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。如图1所示，本实施例涉及加权预测系统包括运算模块、控制模块、参数存储模块和査找表，其中运算模块与控制模块连接以传输加权预测参数，控制模块分别与运算模块、参数存储模块和查找表连接以传输加权预测参数和控制指令，运算模块和控制模块分别与系统外部的插值模块和运动补偿模块连接，运算模块用以接收加权预测请求并输出加权预测结果，控制模块用以传递控制信号。所述的运算模块包括4个基本计算单元和1个移位寄存器，可同时对宏块中同一行中的4个像素进行32bit运算，其中基本计算单元与外部输入模块和控制模块连接以传输加权预测的输入信息和参数信息，移位寄存器与外部输出模块和控制模块连接以传输加权预测的输出信息和控制信息。所述的基本计算单元计算对于亮度信息的加权预测运算，把8*8子块分成2个8*4的子块；对于色度信息的加权预测运算，根据4:2:0的采样格式，其像素信息是亮度的一半，因此可分为2个4*4的子块。所述的移位寄存器为8级移位寄存器，该移位寄存器把前向加权预测的结果寄存8个周期后输出给基本运算单元或把前向加权预测的结果寄存4个周期后输出给基本运算单元。所述的査找表包括第一随机存储器和第二随机存储器，用于存储加权预测参数中的权值参数和偏移参数，或者是参考图像的相对位置差，其中所述的第一随机存储器的容量为2048byte,位宽8bit，用于查询H.264标准的explicit预测模式中的Y色和Cb色、implicit预测模式的场模式或者AVS标准的场模式；所述的第二随机存储器的容量为256byte，位宽8bit，用于査询H.264标准的explicit模式的Cr色、implicit模式的帧模式或者AVS标准的帧模式。所述的参数存储模块包括一些寄存器，主要用于存储参考索引信息、码流信息以及加权预测参数中的码流参数。所述的参考索引信息包括:4个亮度参考索引信息和4个色度参考索引信息；所述的码流信息包括码流种类、宏块种类和加权预测的方向模式，其中码流种类是指H.264标准或AVS标准的码流，宏块种类是指P宏块或B宏块；加权预测的方向模式是指前向预测、后向预测或双向预测模式。所述的控制模块包括两个状态机，第一个状态机负责从参数存储模块和查找表读取参数，第二个状态机负责控制运算单元工作，这两个状态机之间是流水工作。如图2所示，上述预测系统将一个16*16的宏块分成4个8*8的子块，每个子块都有2个的参考索引，分别是前向参考索引和后向参考索引。对于P宏块，只进行前向预测；而对于B宏块，可能只进行前向预测或者后向预测，也可能进行双向预测。宏块中子块的出现顺序为从左往右，从上往下。第一步、控制模块在一个宏块内读取所需的参考索引信息和码流信息并保存在寄存器中；所述的宏块内读取是指把一个16*16的宏块分为4个8*8的子块，每个8*8的子块拥有2个参考索引信息，2个参考索引分别用于前向预测和后向预测，在一个宏块中，先读4个亮度参考索引信息，再读4个色度参考索引信息，顺序为从左往右，从上到下；所述的P宏块进行前向预测；所述的B宏块进行前向预测、后向预测或双向预测；第二步、控制模块根据码流信息判断码流种类以及预测模式，与参考索引一起组合得到查找表地址并对查找表进行查找，得到权值参数和偏移参数，或者是参考图像的相对位置差。所述的根据码流信息判断码流种类以及预测模式是指当码流种类为H.264标准时，预测模式分为explicit预测模式和implicit预测模式；H.264标准的explicit预测模式和AVS标准査表取得的加权预测参数为权值参数和偏移参数，H.264标准的implicit预测模式查表取得的加权预测参数为参考图像的相对位置差。所述的权值参数、偏移参数和参考图像的相对位置差均为8比特数；如图3所示，第三步为运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行前向预测或者后向预测或者双向预测中的前向预测的计算-jW"ec/PaWc=c/^l(((preti尸奶0c*w0+*+附)》w)+o)，其中predPartO。代表8比特的前向预测的像素信息，predPartl。代表8比特的后向预测的像素信息，predPar仁为8比特的加权预测的结果，操作符"》"表示向右移位操作，c/^l(jc)函数的表达式如下0;x<0c/洲x)='255;x<255;jc;其他w0、wl、m、n和o为运算参数，由控制模块进行配置，在不同模式下的具体取值如下<table>tableseeoriginaldocumentpage11</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>所述的分类标准是指-当运算模块针对H.264标准码流进行计算时1)如果进行前向预测或者后向预测，则运算模块直接将加权预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，并跳过以下步骤，进行下一个像素信息的计算；2)如果进行双向加权预测计算，还需要进行后向加权预测，则运算模块将当前的加权预测的计算结果保存于移位寄存器中，等待后向预测的参数信息；当运算模块针对AVS标准码流进行计算时加权预测只有前向预测或者后向预测，所以运算模块直接将加权预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，并跳过以下步骤，进行下一个像素信息的计算。第四步、进行双向加权预测中的后向加权预测，控制模块重新配置w0、wl、o、m和n的值，然后运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行计算。由此，得到双向加权预测的最终结果并输出，完成了该像素的加权预测，然后进行下一个像素信息的计算。采用本实施例处理一个8+8块所需的最长时间为48个周期，能够满足1080P，30fps的实时加权预测的要求，且与现有设计相比，乘法器节省率可达50%。权利要求1、一种视频加权预测系统，其特征在于，包括运算模块、控制模块、参数存储模块和查找表，其中运算模块与控制模块连接以传输加权预测参数，控制模块分别与运算模块、参数存储模块和查找表连接以传输加权预测参数和控制指令，运算模块和控制模块分别与系统外部的插值模块和运动补偿模块连接，运算模块用以接收加权预测请求并输出加权预测结果，控制模块用以传递控制信号，所述的加权预测参数包括权值参数、偏移参数、码流参数。2、根据权利要求1所述的视频加权预测系统，其特征是，所述的运算模块包括4个基本计算单元和1个移位寄存器，可同时对宏块中同一行中的4个像素进行32bit运算，其中基本计算单元与控制模块连接以传输加权预测请求并接收加权预测参数，移位寄存器与控制模块连接以接收控制指令并输出加权预测结果。3、根据权利要求2所述的视频加权预测系统，其特征是，所述的基本计算单元计算对于亮度信息的加权预测运算，把8*8子块分成2个8*4的子块；对于色度信息的加权预测运算，根据4:2:0的采样格式，其像素信息是亮度的一半，因此可分为2个扭4的子块。4、根据权利要求1所述的视频加权预测系统，其特征是，所述的査找表包括分别与控制模块并联的第一随机存储器和第二随机存储器，其中第一随机存储器的容量为2048byte，位宽8bit，用于查询H.264标准的explicit预测模式中的Y色和Cb色、implicit预测模式的场模式或者AVS标准的场模式；第二随机存储器的容量为256byte，位宽8bit，用于查询H.264标准的explicit模式的Cr色、implicit模式的帧模式或者AVS标准的帧模式。5、根据权利要求1所述的视频加权预测系统，其特征是，所述的控制模块包括第一状态机和第二状态机，其中第一个状态机分别连接参数存数模块和査找表并负责从参数存储模块和査找表读取参数，第二个状态机与运算模块连接并负责控制运算单元工作，所述的第一状态机和第二状态机采用流水的工作方式。6、一种根据权利要求1所述的视频加权预测系统的编码解码方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、控制模块在一个宏块内读取所需的参考索引信息和码流信息并保存在寄存器中；第二步、控制模块根据码流信息判断码流种类以及预测模式，与参考索引一起组合得到査找表地址并对査找表进行查找，得到权值参数和偏移参数，或者是参考图像的相对位置差；第三步、运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行前向预测或者后向预测或者双向预测中的前向预测的计算/^etiPar^=c/j^>l(((/^<iPaW0c*w0+/r^PaWlc*w+附)>>")+o)，其中predPart(U戈表8比特的前向预测的像素信息，predPartl。代表8比特的后向预测的像素信息，predPart。为8比特的加权预测的结果，w0、wl、m、n和o为运算参数，操作符"》"表示向右移位操作，c/z》l(x)函数的表达式如下<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>第四步、进行双向加权预测中的后向加权预测，控制模块重新配置wO、wl、o、m和n的值，然后运算模块中的基本计算单元根据分类标准和加权预测通用公式进行计算。由此，得到双向加权预测的最终结果并输出，完成了该像素的加权预测，然后进行下一个像素信息的计算。7、根据权利要求6所述的视频加权预测系统的编码解码方法，其特征是，所述的宏块内读取是指把一个16*16的宏块分为4个8*8的子块，每个8*8的子块拥有2个参考索引信息，2个参考索引分别用于前向预测和后向预测，在一个宏块中，先读4个亮度参考索引信息，再读4个色度参考索引信息，顺序为从左往右，从上到下。8、根据权利要求6所述的视频加权预测系统的编码解码方法，其特征是，所述的根据码流信息判断码流种类以及预测模式是指当码流种类为H.264标准时，预测模式分为explicit预测模式和implicit预测模式，其中H.264标准的explicit预测模式和AVS标准査表取得的加权预测参数为权值参数和偏移参数，H.264标准的implicit预测模式査表取得的加权预测参数为参考图像的相对位置差。9、根据权利要求6所述的视频加权预测系统的编码解码方法，其特征是，所述的运算参数w0、wl、m、n和o在不同模式下的具体取值如下<table>tableseeoriginaldocumentpage4</column></row><table>10、根据权利要求6所述的视频加权预测系统的编码解码方法，其特征是，所述的分类标准是指在第三步时，当运算模块针对H.264标准码流进行计算时1)如果进行前向预测或者后向预测，则运算模块直接将预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，跳过后面的步骤，进行下一个像素信息的计算；2)如果进行双向预测计算，还需要进行双向预测的后向加权预测，则运算模块将当前的加权预测的计算结果保存于移位寄存器中，等待后向预测的参数信息；当运算模块针对AVS标准码流进行计算时加权预测只有前向预测或者后向预测，所以运算模块直接将加权预测的计算结果输出，完成了该像素的加权预测，并跳过后面步骤，进行下一个像素信息的计算。全文摘要一种图像处理
技术领域：
基于H.264标准和AVS标准的视频加权预测系统及其编码解码方法包括运算模块、控制模块、参数存储模块和查找表，其中运算模块与控制模块连接以传输加权预测参数，控制模块分别与运算模块、参数存储模块和查找表连接以传输加权预测参数和控制指令，运算模块接收加权预测请求并输出加权预测结果。本发明使用一套加权预测的运算电路，不要求同时产生前向加权预测和后向加权预测的输入数据，既能在速度上满足要求，同时又节省了硬件资源，可以高效的完成H.264标准和AVS标准的加权预测。文档编号H04N7/26GK101631242SQ20091005560公开日2010年1月20日申请日期2009年7月30日优先权日2009年7月30日发明者刘佩林,潘星光,陈先民申请人:上海交通大学