專利名稱：圖像編碼設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種圖像編碼設備。
背景技術：
在壓縮運動圖像時，通常將圖像數(shù)據(jù)劃分成亮度成分和色 差成分，并對各成分進行編碼。國際標準技術還將運動圖像劃 分成亮度成分和色調(diào)成分，并對各成分進行編碼。
首先，不參考其它圖片而單獨對給定的圖片(幀)進行編碼。 通過參考該圖片，使用運動預測和補償對隨后在一段時間輸入 的圖片進行預測編碼。將沒有參考其它圖片而進行的編碼稱為
幀內(nèi)編碼(intra-coding)。將通過參考其它圖片使用運動預測和 補償進行的編碼稱為幀間編碼(inter-coding)。
在幀內(nèi)編碼或幀間編碼時，通過進4亍DCT(Discrete Cosine Transformation,離散余弦變換)、量化和熵編碼(entropy-coding) 對任意圖像數(shù)據(jù)進行有損壓縮(有損編碼)。在幀內(nèi)編碼時，不 參考其它圖片而在圖片內(nèi)使用預測編碼(幀內(nèi)預測編碼)。
已知利用由ISO/IEC(International Organization for Standardization/International Electrotechnical Commission, 國際 標準化組織/國際電工委員會)推薦的MPEG(Motion Picture Experts Group , 運動圖4象專家組)-4和ITU陽T(International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization, 國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組)的H.263 +的運動圖像壓縮技 術。根據(jù)該技術，在幀內(nèi)編碼的幀內(nèi)預測中，設置了各自具有8 個垂直像素和8個水平像素(下文中，表示為8x8像素)的塊。通 過DCT對各塊進行變換，并對通過DCT所獲得的系數(shù)進行量化。通過對鄰近塊的DC(Direct Current, 直流)和AC(Alternation Current,交流)值進行預測編碼來預測經(jīng)量化后的DC和AC值， 由此^是高壓縮效率。
2003年3月，ISO/IEC MPEG和ITU國T VCEG (Video Coding Experts Group, 一見頻編碼專家組)合作組織了 JVT (Joint Video Team,視頻聯(lián)合工作組)并推薦了新的 一見頻編碼標準。在 ISO/IEC推薦中將該標準命名為MPEG-4 PartlO/AVC (Advanced Video Coding,高級視頻編碼)。在ITU-T中，已知為H.264。該 推薦包括4吏用幀內(nèi)預測編碼進行幀內(nèi)編碼的壓縮才支術。該技術 使用幀內(nèi)預測編碼方法和大小在亮度成分與色差成分之間變化 的塊。在每個4 x 4^f象素塊或16 x 16<象素塊中預測亮度成分。根 據(jù)4 x 4像素塊的預測方向定義了 9種預測方法，并且根據(jù)16x16 像素塊的預測方向定義了 4種預測方法(例如，"Fast Mode Decision for Intra Prediction", JVT-G013, 7-14 March 2003)。各 個塊中的預測方向——對應地與^f皮稱為預測才莫式的編號相關 聯(lián)。
圖3示出當對4 x 4像素塊進行編碼時預測模式和預測方向 之間的關系。4 x 4<象素塊的預測才莫式由編號0 8表示。預測方 向編號"2"表示平均值預測。
圖4示出4x4像素塊。 一個單元(cell)表示一個像素。大寫 字母A、 B、 C、…表示參考像素值，并且小寫字母a、 b、 c、... 表示關注塊中的編碼對象像素。設P(A)、 P(B)、 P(C)、…為參 考像素值A、B、C、…的亮度值，并設Pred(a)、Pred(b)、Pred(c)、... 為編碼對象^f象素a、 b、 c、…的預測^i,則以如下方式表示4x4
像素塊的預測才莫式和預須'J值。
注意，Pred(ALL)表示塊中的全部像素(4 x 4 = 16個像素)
的預測值，并且">〉i，，表示應當進行向右側的i位移位運算(向
5低位側的i位移位)。因此，N〉> 1表示要將值N向右側移位1位。 這等同于計算N/2、舍去小數(shù)點后面的部分)。>^〉>2等同于計算 N/22 = >1/4(舍去小數(shù)點后面的部分)。因此，例如，"(N+1)》1" 等同于計算N/2,其中其小數(shù)點后面的部分被四舍五入。
4 x 4像素塊的掃描順序是從圖像的左上角處的像素塊開 始的光柵掃描順序。眾所周知，基于設置在左上角處的原點(O, 0), ^吏用沿水平向右方向的x坐標和沿垂直向下方向的y坐標定 義圖像中的像素或像素塊的坐標。因此，圖片的第一像素塊表 示位于圖像的左上角處的像素塊。
4x4像素塊的預測斗莫式"0"
Pred(a)=Pred(e)=Pred(i)=Pred(m)=P(A)
Pred(b)=Pred(f)=Pred(j)=Pred(n)==P(B)
Pred(c)=Pred(g)=Pred(k)==Pred(o)=P(C)
Pred(d)=Pred(h)=Pred(l)=Pred(p)=P(D)
4x4像素塊的預測模式"1" Pred(a) = Pred(b) = Pred(c) = Pred(d) = P(I)
Pred(e) = Pred(f) = Pred(g) = Pred(h) = P(J)
Pred(i) = Pred①=Pred(k) = Pred(l) = P(K)
Pred(m) = Pred(n) = Pred(o) = Pred(p) = P(L)
4x4像素塊的預測模式"2"
Pred(ALIO = 128
Pred(ALL) = {P(I) + P(J) + P(K) + P(L) + 2} 〉> 2Pred(ALL) = {P(A) + P(B) + P(C) + P(D) + 2} 〉〉 2 [其它情況]
Pred(ALL) = {P(A) + P(B) + P(C) + P(D) + P(I) + P(J) + P(K) + P(L) + 4}》3
4x4像素塊的預測模式"3" Pred(a) = {P(A) + 2P(B) + P(C) + 2} 2
Pred(b) = Pred(e) = (P(B) + 2P(C) + P(D) + 2} >〉 2
Pred(c) = Pred(f) = Pred(i) = (P(C) + 2P(D) + P(E) + 2}》2
Pred(d) = Pred(g) = Pred①=Pred(m) = {P(D) + 2P(E) + P(F) + 2} 2
Pred(h) = Pred(k) = Pred(n) = (P(E) + 2P(F) + P(G) + 2} 2
Pred(l) = Pred(o) = (P(F) + 2P(G) + P(H) + 2}》2
Pred(p) = (3P(G) + P(H) + 2} 〉> 2
4x4像素塊的預測模式"4"
Pred(a) = Pred(f) = Pred(k) = Pred(p) = {P(A) + 2P(M) + P(I) + 2} 2
Pred(b) = Pred(g) = Pred(i) = (P(M) + 2P(A) + P(B) + 2} 〉〉 2
Pred(c) = Pred(h) = {P(A) + 2P(B) + P(C) + 2}》2
Pred(d) = (P(B) + 2P(C) + P(D) + 2} 2
Pred(e) = Pred①=Pred(o) = (P(M) + 2P(1) + P(J) + 2}》2
Pred(i) = Pred(n) = (P(I) + 2P(J) + P(K) + 2} 2
Pred(m) = {P(J) + 2P(K) + P(L) + 2} 2
4x4像素塊的預測模式"5" Pred(a) = Pred①=(P(M) + P(A) + 1}》1
Pred(b) = Pred(k) = (P(A) + P(B) + 1} 〉> 1
Pred(c) = Pred(l) = (P(B) + P(C) + 1} 1Pred(d) = {P(C) + P(D) + 1}》1
Pred(f) = Pred(o) = {P(M) + 2P(A) + P(B) + 2} 2
Pred(g) = Pred(p) = {P(A) + 2P(B) + P(C) + 2}》2
Pred(h)=卿)+ 2P(C) + P(D) + 2} 〉〉 2
Pred(e) = Pred(n) = (P(I) + 2P(M) + P(A) + 2} 2
Pred(i) = {P(J) + 2P(I) + P(M) + 2}》2
Pred(m) = {P(K) + 2P(J) + P(I) + 2}》2
4 x 4像素塊的預測模式"6" Pred(a) = Pred(g) = {P(M) + P(I) + 1}》1
Pred(e) = Pred(k) = {P(I) + P(J) + 1} 1
Pred(i) = Pred(o) = {P(J) + P(K) + 1}》1
Pred(m) = {P(K) + P(L) + 1}》1
Pred(f) = Pred(l) = {P(M) + 2P(I) + P(J) + 2}》2
Pred①=Pred(p) = {P(I) + 2P(J) + P(K) + 2}》2
Pred(n) = {P(J) + 2P(K) + P(L) + 2}》2
Pred(b) = Pred(h) = (P(A) + 2P(M) + P(I) + 2} 2
Pred(c) = {P(B) + 2P(A) + P(M) + 2} 2
Pred(d) = {P(C) + 2P(B) + P(A) + 2} 2
4 x 4像素塊的預測模式"7" Pred(a) = (P(A) + P(B) + 1} >〉 1
Pred(b) = Pred(i) = {P(B) + P(C) + 1}》1
Pred(c) = Pred①={P(C) + P(D) + 1}》1
Pred(d) = Pred(k) = {P(D) + P(E) + 1}》1Pred(l) = (P(E) + P(F) + 1} 1
Pred(e) = (P(A) + 2P(B) + P(C) + 2}》2
Pred(f) = Pred(m) = (P(B) + 2P(C) + P(D) + 2} 〉〉 2
Pred(g) = Pred(n) = (P(C) + 2P(D) + P(E) + 2}》2
Pred(h) = Pred(o) = (P(D) + 2P(E) + P(F) + 2} 2
Pred(p) = (P(E) + 2P(F) + P(G) + 2}》2
4x4像素塊的預測模式"8" Pred(a) = (P(I) + P(J) + 1} >〉 1
Prcd(e) = Pred(c) = (P(J) + P(IQ + 1} >〉 1
Pred(i) = Pred(g) = (P(K) + P(L) + 1}》1
Pred(b) = (P(I) + 2P(J) + P(K) + 2} 2
Pred(f) = Pred(d) = (P(J) + 2P(K) + P(L) + 2}》2
Pred①=Pred(h) = (P(J) + 3P(K) + 2} 〉> 2
Pred(k) = Pred(l) = Pred(m) = Pred(n) = Pred(o) = Pred(p) = P(L)
接著將說明16 x 16^象素塊的預測才莫式和預測方向之間的 關系。在16 x 16像素塊中，預測模式"0"是垂直預測，預測 模式"1"是水平預測，預測模式"2"是平均值預測，預測模 式"3"是平面預測。圖5示出16 x 16像素塊。設P(x， y)是像素 (x，y)的像素值，并且設Pred(x， y)是4象素(x， y)的預測值。以如 下方式表示各預測方向中的預測值。
16 x 16像素塊的預測模式"0"
Pred(x，y) = P(x,國l) (x = 0 ~ 15， y = 0 ~ 15)
16 x 16像素塊的預測模式"1"
Pred(x，y) = P(-l,y) (x = 0 ~ 15， y = 0 ~ 15)
916 x 16像素塊的預測模式"2" [圖片的開始]
Pred(x，y) = 128 (x = 0 ~ 15， y = 0 ~ 15) [圖片的上端]
Pred(x，y) = (SP(-l，y) + 8} 〉〉 4 (x = 0 ~ 15， y = 0 ~ 15) [圖片的左端]
Pred(x，y) = "P(x，-l) + 8} >> 4 (x = 0 ~ 15, y = 0 ~ 15) [其它情況]
Pred(x，y) = "P(x,-l) + SP(-l，y) + 16} >〉 5 (x = 0 ~ 15， y = 0 ~ 15)
16 x 16像素塊的預測模式"3" Pred(x,y) = {a + b x (x - 7) + c x (y - 7) + 16} 5
a=16x {P(-l,15) + P(15，-l)}
b = (5 x H + 32)》6
c = (5 x V + 32)》6
H = P(8，-l) - P(6，-l) + P(9,-l) - P(5，-l) + P(10，-l) - P(4,國l) + P(ll，-l)-P(3,-l) + P(12,-l) - P(2，國l) + P(13,-l) - P(l,隱l) + P(14，-l) - P(0，國1) + P(15，國l) -P(-l，-l)
V = P(-l，8) - P(國l，6) + P(-l，9) - P(-l，5) + P(畫l，lO) - P(-l，4) + P(畫l，l 1)-P(畫l，3) + P(-l,12)誦P(國l，2) + P(國l,13) - P(-l，l) + P(-l，14) - P(-l,O) + P(-l，15) 畫P(-1,-1)
針對預測更頻繁地選擇具有較小數(shù)值的預測模式。 對于色差成分，使用了四個預測方向。塊大小是8 x 8像素。 在預測模式編號和預測方向上，針對色差成分的使用8 x 8像素 塊的預測方法不同于針對亮度成分的使用16 x 16像素塊的預測方法。更具體地，在針對色差成分的8 x 8像素塊預測中，預
測模式"o"是平均值預測，預測模式"r是水平預測，預測
模式"2"是垂直預測，并且預測模式"3"是平面預測。
JVC還在開發(fā)包括靜止圖像編碼的H.264/AVC保真度范圍 擴展修正草案(H.264/AVC Fidelity Range Extensions Amendment)。該修正草案提出了針對亮度成分的使用8 x 8像素 塊的幀內(nèi)預測方法。對于針對亮度成分的使用8 x 8像素塊的預 測方法，如同4吏用4 x 4像素塊的預測方法一樣，才艮據(jù)預測方向 定義了9種預測方法。預測才莫式和預測方向與4 x 4<象素塊中的 相同。還以與在4 x 4像素塊中相同的方式計算預測值。
然而，推薦沒有定義如何選擇塊大小和預測方向以確保對 預測幀內(nèi)編碼的有效預測。實際上，可以基于全部的塊大小和 全部的預測方向的預測結果來確定用以確保最大效率的塊大小 和預測方向。然而，基于全部的塊大小和全部的預測方向的預 測結果的確定方法需要大的電路規(guī)模和巨大的計算量。因此， 該方法難以實時進4于編碼。
可選地，根據(jù)在編碼對象周圍的塊中進行預測所使用的塊 單位(下文中稱為預測單位)或編碼對象塊的圖像信息，可以預 先確定編碼對象塊的預測單位。針對所確定出的預測單位可以 在全部的預測方向中進行預測，并且可以選擇最高效的預測方 向。此時，如果提供了 4 x 4像素塊的全部預測模式的預測單元， 則可以通過重復^f吏用4 x 4<象素塊的預測單元實現(xiàn)如16 x 16^象 素塊或8 x 8像素塊等預測單位的預測單元。然而，上述方法需 要較長的處理時間用于預測。
例如，對于4 x 4像素塊的預測模式"0"中的預測幀內(nèi)編 碼，如圖6所示計算預測值。圖6中的一個單元表示一個l象素。 大寫字母A、 B、 C、...表示參考像素值，并且小寫字母a、 b、 c、...表示預測編碼對象像素。設P(A)、 P(B)、 P(C)、...為參考像素 值A、 B、 C、...的亮度值，則以如下方式獲得預測編碼對象像 素a、 b、 c、...的預測值Pred(a)、 Pred(b)、 Pred(c)、...。 Pred(a) = Pred(e) = Pred(i) = Pred(m) = P(A)
Pred(b) = Pred(f) = Pred①=Pred(n) = P(B)
Pred(c) = Pred(g) = Pred(k) = Pred(o) = P(C)
Pred(d) = Pred(h) = Pred(l) = Pred(p) = P(D)
對于16 x 16像素塊的預測模式"0"中的幀內(nèi)編碼，如圖7 所示計算預測值。將圖7所示的像素塊的左上角處的像素的坐標 定義為(O, 0)。由P(O， O)表示像素p(O, 0)的^象素值。通過Pred(x， y) =P(x, -l)獲得像素p(x， y)的預測值Pred(x， y) (x = 0 ~ 15、 y = 0 ~ 15)。
此時，使用4 x 4^f象素塊的幀內(nèi)編碼的預測值計算單元計算 16 x 16像素塊的預測值。如果P(A) = P(m, -1)、 P(B) = P(m+1， -1)、 P(C) = P(m+2，-l)且P(D) = P(m+3，-1) (m = 0、 4、 8和12), 則預測值為
P(m， n) = P(m， n+l) = P(m， n+2) = P(m， n+3) = P(A)
P(m+1， n) = P(m+1， n+l) = P(m+1， n+2) = P(m+1， n+3) = P(B)
P(m+2， n) = P(m+2， n+l) = P(m+2， n+2) = P(m+2， n+3) = P(C)
P(m+3， n) = P(m+3， n+l) = P(m+3， n+2) = P(m+3, n+3) = P(D)
(m， n) = {(0, 0)， (0， 4)， (0， 8)， (0， 12)， (4， 0)， (4， 4)， (4， 8)， (4， 12)， (8, 0)， (8, 4)， (8, 8), (8， 12), (12， 0)， (12， 4)， (12， 8), (12, 12)}
為了使用4 x 4像素塊的預測模式"0"中的預測單元來實 現(xiàn)16 x 16像素塊的預測模式"0"中的預測，必須重復使用這 些預測單元16次。

發(fā)明內(nèi)容
已經(jīng)作出了本發(fā)明以解決上述問題，并且本發(fā)明的目的在 于提供一種在防止電路規(guī)模有任何增大的同時對各個塊大小以 相應的預測模式高效地執(zhí)行預測誤差計算處理的技術。
為了解決前述問題，根據(jù)本發(fā)明的圖像編碼設備具有以下 結構。更具體地， 一種圖像編碼設備，其通過參考輸入圖片中 的像素來計算所述圖片的各預定像素塊中的預測誤差，并將所 述預測誤差提供給編碼單元，由此對所述圖片進行編碼，所述
圖像編碼設備包括存儲單元，其存儲編碼對象圖片的圖像數(shù) 據(jù)；確定單元，其確定編碼對象像素塊的大小；多個預測值計 算單元，其分別對應于所述預定像素塊的全部預測模式中的一 種預測模式；第一預測誤差計算單元，其基于來自使用一個參 考像素值作為預測值的預測模式的預測值計算單元的預測值， 計算由所述確定單元所確定的像素塊大小中預定像素的預測誤
差；第二預測誤差計算單元，其基于來自用于基于多個參考像 素值計算預測值的預測模式的預測值計算單元的預觀'J值，計算 由所述確定單元所確定的像素塊大小中各像素的預測誤差；輸 出單元，其基于由所述第一預測誤差計算單元和所述第二預測 誤差計算單元計算出的預測誤差的總和，確定使所述預測誤差 的總和最小的預測才莫式，并向所述編碼單元輸出由與所確定的 預測模式相對應的預測誤差計算單元所獲得的預測誤差；以及 控制單元，其進行控制，以使所述第二預測誤差計算單元基于 由所述確定單元所確定的像素塊大小，根據(jù)一個參考像素值計 算所述預測誤差。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種在防止電路規(guī)模有任何增大的 同時對各個塊大小以相應的預測模式高效地執(zhí)行預測誤差計算 處理的技術。通過以下參考附圖對典型實施例的說明，本發(fā)明的其它特 征將變得明顯。


圖l是根據(jù)實施例的用于進行預測幀內(nèi)編碼的圖像編碼設
備的框圖2是示出根據(jù)實施例的預測誤差計算單元的結構的框圖； 圖3是示出4 x 4像素塊中的預測模式和預測方向之間的關 系的圖4是示出4 x 4像素塊中的像素與參考像素值之間的關系 的圖5是示出16 x 16像素塊的示例的圖6是示出4 x 4像素塊的預測模式"0"中的預測方向的圖； 圖7是示出16 x 16像素塊的預測模式"0"中的預測方向的
圖8是示出4 x 4像素塊的預測模式"4"中的預測方向的圖； 圖9是示出4 x 4像素塊的預測模式"4"的預測值計算單元 和預測誤差計算單元的一部分的結構的圖；以及 圖IO是示出8 x 8像素塊的示例的圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參考附圖詳細說明本發(fā)明的實施例。 圖l是示出與由應用了本發(fā)明的圖像編碼設備進行的幀內(nèi)
編碼相關聯(lián)的結構的框圖。對幀間編碼采用已知的結構，并且
將省略對其的說明。
該設備包括塊大小確定單元101、預測誤差計算單元102、
編碼單元103和局部解碼單元104。塊大小確定單元101接收運動圖像的一個圖像數(shù)據(jù)(與運動
圖像數(shù)據(jù)的 一幀相對應的圖片)和運動圖像的屬性信息(如圖像
大小等參數(shù))。塊大小確定單元101分析所接收到的圖像數(shù)據(jù)并 將像素塊的大小確定為編碼單位。存在3種類型的像素塊大小 4x4、 8x8和16xl6像素。在實施例中，塊大小確定單元101 計算圖像數(shù)據(jù)中具有相同像素值的連續(xù)像素的數(shù)量的最大值。 從屬性信息獲得圖像數(shù)據(jù)的水平大小和垂直大小。因此，塊大 小確定單元101還計算該最大值與總的像素數(shù)量的比率R。與比 率R成比例地確定^f象素塊的大小。例如，將比率R與兩個預先i殳 置的閾值Thl和Th2進行比較(Th2 > Thl)。然后，以如下方式確 定編碼單位的像素塊大小。
Th2 < R 4編碼單位是16 x 16像素塊
Thl<R < Th2 —編碼單位是8 x 8-像素塊
R《Thl —編碼單位是4x4像素塊
即，隨著具有相同像素值的連續(xù)像素的數(shù)量的比率升高， 像素塊大小增大。結果，如果圖像包括許多具有相同像素值的 連續(xù)像素，則與小塊相比，大塊能夠降低開銷并提高編碼效率。 相反，如果具有相同像素值的連續(xù)像素的比率低，則通過使用 小塊可以明顯提高編碼效率。確定塊大小的算法不局限于此， 并且可使用任何其它方法。例如，創(chuàng)建要進行編碼的圖像數(shù)據(jù) 的像素值的直方圖(對于通常具有三種顏色成分的彩色圖像，創(chuàng) 建三維直方圖)。計算方差或標準偏差，并基于該方差(或標準 偏差)確定塊大小?？蛇x地，可以根據(jù)經(jīng)由操作單元或鍵盤(未 示出)等的用戶接口輸入的用戶指令來確定像素塊的大小。
塊大小確定單元101向預測誤差計算單元102和編碼單元 103提供用以指定所確定的像素塊大小的信息(2位就足夠了 )。注意，塊大小在對 一 個圖像(圖片)進行編碼期間是固定的。
預測誤差計算單元102將接收到的圖像數(shù)據(jù)分割成由塊大 小確定單元101所確定的塊大小的塊，并計算一個^f象素塊中所包 括的各像素與各預測模式中的預測值之間的差。預測誤差計算 單元10 2荻得各預測模式中的預測誤差的總和。預測誤差計算單 元10 2選擇使預測誤差的總和最小的預測模式，并向編碼單元 10 3輸出表示預測模式的信息和在所確定的預測模式中獲得的 預測誤差信息。
編碼單元103將從塊大小確定單元接收到的塊大小存儲在 一幀編碼數(shù)據(jù)流的報頭(header)中并對其進行輸出。將來自預測 誤差計算單元102的用于指定預測模式的信息存儲在塊報頭中。 對預測誤差信息進行量化、變換和熵編碼，并將其作為在塊報 頭之后的編碼流而輸出。編碼單元10 3還將各塊的編碼數(shù)據(jù)輸出 至局部解碼單元104。
局部解碼單元104對從編碼單元103接收到的一個塊的編碼 數(shù)據(jù)進行解碼，并將 一 個塊的圖像數(shù)據(jù)作為解碼結果輸出至預 測誤差計算單元102。將解碼后的圖像數(shù)據(jù)輸出至預測誤差計算 單元102,這是因為預測誤差計算單元102通過參考關注塊附近 的已編碼區(qū)域中的像素值來計算該關注塊的各個像素的預測 值。
接著，將說明根據(jù)實施例的預測誤差計算單元102。圖2是 示出根據(jù)實施例的預測誤差計算單元10 2的詳細結構的框圖。以 下將說明預測誤差計算單元102中所包括的各個處理單元。
控制單元236基于從塊大小確定單元101接收到的塊大小來 控制預測誤差計算單元102中的處理單元。該控制包括從參考像 素值存儲單元201的像素值讀出、從圖片存儲單元202的塊內(nèi)像 素數(shù)據(jù)讀出和開關237 243的連接。參考像素值存儲單元201對與作為預測誤差計算對象的關 注塊相鄰的已編碼的圖像數(shù)據(jù)(來自局部解碼單元104的解碼結 果)進行存儲。圖片存儲單元202臨時存儲所接收到的圖像數(shù)據(jù)。
圖片存儲單元202存儲要進行編碼的圖像數(shù)據(jù)(一個圖片)。
色度(chroma)8 x 8模式"0"預測值計算單元231計算8 x 8 色差預測值。色度8x8模式"0"預測誤差計算單元232計算實 際的色差與預測的色差之間的差，并將結果輸出至預觀'J誤差輸 出單元235和SAD計算單元233。對于色差，與亮度的預測塊大 小無關，塊大小是8 x 8像素。
如果編碼對象圖像是單色圖像，則可以省略色度8 x 8模式 "0"預測值計算單元231、色度8 x 8模式"0"預測誤差計算 單元232、預測誤差輸出單元235和SAD計算單元233。
為了說明的方便，假定塊大小確定單元101選擇4 x 4像素 用作作為亮度的預測單位的像素塊大小。
在這種情況下，控制單元236將選擇控制信號輸出至多個開 關237 243,使得開關237 243分別選擇來自預測值計算單元 206 212的輸出。
如上所述，如果編碼單位是4 x 4像素塊，則對于亮度總共 存在9種預測模式"0" "8"。在本實施例中，由于并行進行 預測誤差計算，因此存在多個預測值計算單元和多個預測誤差 計算單元，并且將它們并行布置。
預測值計算單元2 04~ 212 (總共為9個)中的每 一 個計算與4
x 4像素塊中的關注像素的各個預測模式相對應的預測值。更具 體地，預測值計算單元204獲得預測模式"0"中的預測值，并 將其輸出至預測誤差計算單元213。預測值計算單元205獲得預 測模式"1"中的預測值，并將其輸出至預測誤差計算單元214。 預測值計算單元206計算預測模式"2"中的預測值，并經(jīng)由開關237將其輸出至預測誤差計算單元215。類似地，預測值計算 單元207 212分別計算預測模式"3" "8"中的預測值，并經(jīng) 由開關238~243將它們輸出至預測誤差計算單元216 221 。
預測值計算單元204計算預測模式"0"中的預測值。在預 測模式"0"中，當獲得圖6中的像素a、 e、 i和m的預測誤差時， 將參考像素值存儲單元201中的像素P(A)作為預測值而直接輸 出。當獲得像素b、 f、 j和n的預測誤差時，將參考像素值存儲 單元201中的像素P(B)作為預測值而直接輸出。類似地，將像素 P(C)和P(D)用作位于緊接在下面的像素的預測值。預測誤差計 算單元213計算各預測值和(由控制單元236讀出的)像素數(shù)據(jù)之 間的差作為差計算對象，并將上述差輸出至SAD計算單元222。
預測值計算單元205計算預測模式"1"中的預測值。在預 測模式"1"中，對于圖6中的像素a、 b、 c和d,將參考像素值 存儲單元201中的像素P(I)作為預測值而直接輸出。類似地，預 測值計算單元205使用像素P(J)作為預測值計算像素e、 f、 g和h 的預測誤差。對于其余的像素，將P(K)和P(L)用作沿水平方向 存在的像素值的預測誤差。
除預測值計算單元204和205以外的預測值計算單元 2 06 212通過進行上述計算獲得預測值。
將對計算預測沖莫式"4"中的預測值的預測值計算單元208
作為示例進行說明。
在預測模式"4"中，沿由圖8中的箭頭所示的方向應用預 測值，從而獲得各個像素的預測誤差。圖9是示出用于計算預測 模式"4"中的預測值的預測值計算單元208和預測誤差計算單 元217的一部分的結構的圖。在圖9中，a、 f、 k和p表示l命入圖 片的像素值，并且A、 I和M表示參考像素值(圖4)。在圖9中，"<< 1"表示向左的l位移位運算，并且">>2"表示向右的2位移位
18運算。"+"表示加法，并且"-"表示減法?？蓪⒒趨⒖枷袼?br> 值A、 I和M計算出的預測值與各個像素值a、 f、 k和p之間的差 作為預測誤差而輸出。
上面已經(jīng)說明了預測模式"4"的預測值計算單元208?？?以容易地理解，其余的預測值計算單元也可獲得相應的預測模 式中的預測值，并且與預測值計算單元相對應的預測誤差計算 單元可以以相同的方式計算預測誤差。
結果，預測誤差計算單元213 221計算4 x 4像素數(shù)據(jù)中的 預測誤差并將計算結果輸出至預測誤差輸出單元2 3 5以及連接 至預測誤差計算單元213 221的SAD計算單元222 230。
SAD計算單元222 230和233各自計算相應的預測模式中的 SAD(Sum of Absolute Difference,絕對差之和)，即，由控制單 元236所設置的數(shù)量的預測誤差的絕對值之和。對于這里要說明 的4 x 4像素塊，控制單元236設置4 x 4作為預測誤差的數(shù)量。 將計算出的SAD存儲在SAD存儲單元234中。如果預測單位是4 x4像素塊，則可以使SAD計算單元233無效。
通常，預測誤差越小，分配具有越長碼長度的碼字以提高 編碼效率。換言之，SAD越小，編碼效率越高。預測模式確定 單元203搜索存儲在SAD存儲單元234中的亮度的最小SAD值， 判斷預測模式"0" "8"中的哪一個預測模式使SAD值最小， 并將判斷結果作為預測模式信息輸出至預測誤差輸出單元2 3 5 。
預測誤差輸出單元235包括緩沖存儲器，該緩沖存儲器用于 存儲由預測誤差計算單元213 221和色度8 x 8模式"0"預測誤 差計算單元232計算出的預測誤差。預測誤差輸出單元235從內(nèi) 部緩沖存儲器中選擇由來自預測模式確定單元203的預測模式 信息所表示的預測模式指定的4 x 4個預測誤差(來自預測誤差 計算單元213 221其中一個的預測誤差)，并將這些預測誤差輸出至編碼單元103。預測誤差輸出單元235還在預先設置的時刻 將從色度8x8模式"0"預測誤差計算單元232接收到的8 x 8色 度預測誤差輸出至編碼單元103。
上面已經(jīng)說明了在選擇4 x 4像素塊作為預測單位時進行 的預測誤差計算單元102的才喿作。接著，將說明當確定了除4 x 4 像素塊以外的大小時要進行的操作。
首先，將說明選擇16 x 16像素塊作為預測單位的示例。
為了計算16 x 16像素塊中的預測誤差，如上所述，使用四 種預測模式"0" "3"。然而在本實施例中，使用預測模式"0" 和"1"執(zhí)行處理，而不采用預測模式"2"和"3"。注意，可 以由專用電路單獨地實現(xiàn)預測模式"2"和"3"。
與4 x 4像素塊的預測模式"0" —樣，16 x 16像素塊的預 測模式"0"是垂直預測。與4x4像素塊的預測模式"1" 一樣， 16 x 16像素塊的預測模式"1"是水平預測。
將參考圖5對此進行說明。圖5示出16 x 161"象素塊和已編碼 后的像素塊的一部分。將16 x 16像素塊的左上角的坐標定義為 (0, 0)。由P(O， O)表示該點處的像素。由Pred(x， y)表示像素P(x, y) 的預測值。在這種情況下，模式"0"中的像素的預測值為 Pred(O， 0) = Pred(O， 1) = Pred(O， 2)=…=Pred(O， 15) = P(O,國l)
Pred(l， 0) = Pred(l, 1) = Pred(l， 2)=…=Pred(l, 15) = P(l，畫l)
Pred(2, 0) = Pred(2， 1) = Pred(2， 2)=…=Pred(2, 15) = P(2， -1)
Pred(15， 0) = Pred(15， 1) = Pred(15， 2)=…=Pred(15， 15) = P(15， -1) 預測模式"1"中的預測值為
Pred(O， 0) = Pred(l, 0) = Pred(2, 0) = ... = Pred(15, 0) = P(-l, 0) Pred(O， l) = Pred(l， l) = Pred(2， 1)=…=Pred(15, 1) = P(-1, 1)Pred(O， 2) = Pred(l， 2) = Pred(2， 2)=…=Pred(15， 2) = P(-l， 2)
Pred(O, 15) = Pred(l，15) = Pred(2, 15)=…=Pred(15， 15) = P(-1, 15)
如上所述，直接采用一個像素P(m, -l)或P(-l， m)的值作為 模式"0"或"1"中的預測值。
在圖2中存在9個預測誤差計算單元213 221 。在本實施例 中，這9個預測誤差計算單元213 221中的8個有效地用于才丸行 并行處理，由此提高了處理效率。
更具體地，對于圖5中的像素P(0, m)、 P(4， m)、 P(8， m)和
P(12，m)(m = 0、 1、 2..... 15),預測誤差計算單元213計算模
式"0"中的預測誤差(計算4列的預測誤差)。即，對于像素P(n,
m)(n = 0、 4、 8、 12; m = 0、 1、 2、 3..... 15)預測誤差計算
單元213計算模式"0"中的預測誤差。
對于圖5中的4象素P(m， 0)、 P(m，4)、 P(m， 8)和P(m， 12)，預 測誤差計算單元214計算模式"1"中的預測誤差(計算4行的預 測誤差)。即，對于像素P(m，n),預測誤差計算單元214計算模 式"1"中的預測i吳差。注意，預測誤差計算單元214的n和m的 順序與預測誤差計算單元213的n和m的順序相反。
類似地，預測誤差計算單元215計算像素P(n+l， m)的預測 誤差，預測誤差計算單元217計算像素P(n+2， m)的預測誤差， 并且預測誤差計算單元219計算預測模式"0"中的像素P(n+3， m) 的預測誤差。
此外，預測誤差計算單元216計算像素P(m, n+l)的預測誤 差，預測誤差計算單元218計算像素P(m, n+2)的預測誤差，并 且預測誤差計算單元220計算預測模式"1"中的像素P(m, n+" 的預測誤差。由于預測誤差計算單元215 220計算預測模式"0"和"1" 中的預測誤差，因此不可能采用由預測值計算單元206 211計算 出的預測值。因此，控制單元236連接開關237 242(可以使開關 243有效或無效)以從參考像素值存儲單元201中直接選擇像素 值。
例如，當預測誤差計算單元213用于計算像素P(n， m)的預 測誤差時，控制單元236從參考像素值存儲單元201讀出像素P(n -l)并將其輸出至預測值計算單元204。類似地，當預測誤差計 算單元215用于計算像素P(n+l， m)的預測誤差時，控制單元236 從參考像素值存儲單元201讀出像素P(n+l， -l)并將其輸出至開 關237。當然，這同樣適用于預測誤差計算單元217和219。
另一方面，當預測誤差計算單元214用于計算像素P(m， n) 的預測誤差時，控制單元236從參考像素值存儲單元201讀出像 素P(-1， n)并將其輸出至預測值計算單元205。類似地，當預測 誤差計算單元216用于計算像素P(m， n+l)的預測誤差時，控制 單元236從參考像素值存儲單元201讀出像素P(-l, n+l)并將其 輸出至開關238。當然，這同樣適用于預測誤差計算單元218和 220。
結果，預測誤差計算單元213 220(忽略預測誤差計算單元 221的計算結果)各自計算16 x 4個預測誤差。
SAD計算單元222 229(忽略SAD計算單元230的計算結果) 各自計算預測誤差計算單元213 220的相應 一 個的預測誤差的 總和，并將計算結果存儲在SAD存儲單元234中。
SAD計算單元222、 224、 226和228的計算結果的總和對應 于預測模式"0"中的16 x 16像素的預測誤差的絕對值的總和。 SAD計算單元223、 225、 227和229的計算結果的總和顯然對應 于預測模式"1"中的16x 16像素的預測誤差的絕對值的總和。預測模式確定單元203將預測模式"0"中的預測誤差的總 和與預測模式"1"中的預測誤差的總和相比較，并將使值變小 的預測模式作為預測模式信息輸出至預測誤差輸出單元2 3 5 。
在從預測模式確定單元203接收到表示預測模式"0"的預 測模式信息時，預測誤差輸出單元2 3 5輸出表示預觀'J模式的信 息。然后，預測誤差輸出單元235按預先設置的順序重新排列由 預測誤差計算單元213、 215、 217和219計算出的并存儲在內(nèi)部 緩沖器中的預測誤差，并將它們輸出。預測誤差輸出單元235 在預先設置的時刻還輸出由色度8 x 8模式"0"預測誤差計算 單元232所獲得的預測誤差。
在從預測模式確定單元203接收到表示預測模式"1"的預 測模式信息時，預測誤差輸出單元2 3 5輸出表示預須'J模式的信 息。然后，預測誤差輸出單元235適當?shù)刂匦屡帕杏深A測誤差計 算單元214、 216、 218和220計算出的并存儲在內(nèi)部緩沖器中的 預測誤差，并將它們輸出。預測誤差輸出單元235在適當?shù)臅r刻 還輸出由色度8x8模式"0"預測誤差計算單元232所獲得的預 測i吳差。
上面已經(jīng)-說明了當塊大小確定單元101選擇16 x 16像素塊 作為預測單位時進^f亍的處理。如乂人以上"i兌明明顯可見，可以有 效地使用4 x 4像素塊的模式"0" ~ "8"的9個預測誤差計算單 元。更具體地，8個預測誤差計算單元可以并行計算模式"0" 和"1"中的16 x 16像素塊的預測誤差。
接著，將i兌明在塊大小確定單元101選擇8 x 8像素塊作為 預測單位時要進行的處理。對于8 x 8〗象素塊(圖10)，使用4種預 測模式"0" "3"。然而，由8 x 8像素塊的各預測模式的編號 所表示的預測值計算方法不同于4 x 4或16 x 16像素塊的各預 測模式的編號所表示的預測值計算方法。更具體地，8x8像素塊的預測模式"0"表示平均值預測。在8 x 8像素塊中，預測 模式"1"是垂直預測，預測模式"2"是水平預測，并且預測 模式"3"是平面預測。
因此，在8x8像素塊的預測模式"1"和"2"中，可以通 過進行與在16 x 16像素塊的預測模式"0"和"1"中相同的處 理實現(xiàn)并行處理。在本實施例中，不使用預測模式"0"和"3" 而使用預測模式"1"和"2"進行8x8像素塊的處理。注意， 可以由專用電3各單獨地實現(xiàn)預測沖莫式"0"和"3"。
在8x8像素塊的預測模式"1"和"2"中，如上所述，僅 使用一個參考像素值獲得預測值。因此，與16xl6像素塊的預 測誤差計算一樣，控制單元236連接開關237 242以直接輸入來 自參考像素值存儲單元201的像素值。
對于圖IO中的^f象素P(0, m)和P(4, m) (m = 0、 1、 2..... 7),
預測誤差計算單元213計算模式"1"中的預測誤差。即，對于
像素P(n, m) (n = 0、 4; m = 0、 1、 2、 3..... 7),預測誤差計
算單元213計算模式"1"中的預測誤差。
對于圖10中的像素P(m， O)和P(m, 4),預測誤差計算單元 214計算模式"2"中的預測誤差。即，對于像素P(m, n),預測 誤差計算單元214計算模式"2"中的預測誤差。注意，預測誤 差計算單元214的n和m的順序與預測誤差計算單元213的n和m 的順序相反。
類似地，預測誤差計算單元215計算^f象素P(n+l， m)的預測 誤差，預測誤差計算單元217計算像素P(n+2， m)的預測誤差， 并且預測誤差計算單元219計算預測模式"1"中的像素P(n+3， m)
的預測誤差。
此外，預測誤差計算單元216計算像素P(m, n+l)的預測誤 差，預測誤差計算單元218計算像素P(m， n+2)的預測誤差，并
24且預測誤差計算單元220計算預測模式"2"中的像素P(m，n+3) 的預測誤差。
例如，當預測誤差計算單元213用于計算像素P(n， m)的預 測誤差時，控制單元236從參考像素值存儲單元201讀出像素P(n -l)并將其輸出至預測值計算單元204。類似地，當預測誤差計 算單元215用于計算像素P(n+l， m)的預測誤差時，控制單元236 從參考像素值存儲單元201讀出像素P(n+l， -l)并將其輸出至開 關237。當然，這同樣適用于預測誤差計算單元217和219。
另一方面，當預測誤差計算單元214用于計算像素P(m, n) 的預測誤差時，控制單元236從參考像素值存儲單元201讀出像 素P(-1， n)并將其輸出至預測值計算單元205。類似地，當預測 誤差計算單元216用于計算像素P(m, n+l)的預測誤差時，控制 單元236從參考像素值存儲單元201讀出像素P(-l, n+l)并將其 輸出至開關238。當然，這同樣適用于預測誤差計算單元218和 220。
結果，預測誤差計算單元213 220(忽略預測誤差計算單元 221的計算結果)各自計算8 x 2個預測誤差。
SAD計算單元222 229(忽略SAD計算單元230的計算結果) 各自計算預測誤差計算單元213 220的相應 一個的預測誤差的 總和，并將計算結果存儲在SAD存儲單元234中。
SAD計算單元222、 224、 226和228的計算結果的總和對應 于預測模式"1"中的8 x 8像素的預測誤差的絕對值的總和。 如明顯可見，SAD計算單元223、 225、 227和229的計算結果的 總和對應于預測才莫式"2"中的8 x W象素的預測誤差的絕對值 的總和。
預測模式確定單元203將預測模式"1"中的預測誤差的總 和與預測模式"2"中的預測誤差的總和進行比較，并將使值變小的預測模式作為預測模式信息輸出至預測誤差輸出單元2 3 5 。 在從預測模式確定單元203接收到表示預測模式"1"的預 測模式信息時，預測誤差輸出單元2 3 5輸出表示預測模式的信 息。然后，預測誤差輸出單元235適當?shù)刂匦屡帕杏深A測誤差計 算單元213、 215、 217和219計算出的并存儲在內(nèi)部緩沖器中的 預測誤差，并將它們輸出。預測誤差輸出單元235在適當?shù)臅r刻 還輸出由色度8x8模式"0"預測誤差計算單元232所獲得的預 測誤差。
在從預測模式確定單元203接收到表示預測模式"2"的預 測模式信息時，預測誤差輸出單元2 3 5輸出表示預測模式的信 息。然后，預測誤差輸出單元235適當?shù)刂匦屡帕杏深A測誤差計 算單元214、 216、 218和220計算出的并存儲在內(nèi)部緩沖器中的 預測誤差，并將它們輸出。預測誤差輸出單元235在適當?shù)臅r刻 還輸出由色度8x8模式"0"預測誤差計算單元232所獲得的預 測誤差。
上面已經(jīng)說明了在塊大小確定單元101選擇8 x 8像素塊作 為預測單位時進4于的處理。
如上所述，才艮據(jù)本實施例，設備包括^皮分割成4 x 4像素塊 的圖像數(shù)據(jù)在全部預測模式中的預測值計算單元和預測誤差計 算單元。對該結構的有效使用使得能夠在8 x 8像素塊的預測模 式"0"和"1"中以及16 x 16像素塊的預測模式"1"和"2" 中進行并行處理。這防止了電路規(guī)模有任何增大并且還防止了 對8 x 8像素塊或16 x 16像素塊的處理時間有任何增加。
在本實施例中，在不使用預測模式"0" ~ "3"的情況下 對8 x 8像素塊進行處理，并且在不使用預測模式"2" "3" 的情況下對16 x 16像素塊進行處理。然而，即使在增加了與這 些塊大小和模式相對應的電路時，盡管電路規(guī)模增大了，但與相關技術相比較，仍可獲得充分的效果。
例如，特別在8 x 8像素塊的模式"0"中，可以可選地使 用色度8x8模式"0"預測值計算單元231、色度8x8模式"0" 預測誤差計算單元232和色度8 x 8模式"0" SAD計算單元。這 是因為色度8x8模式"0"中的預測值計算方法和8 x 8像素塊 的模式"0"中的預測值計算方法二者均為平均值預測，并且使 得能夠在差別僅在于參考像素值是亮度還是色差的情況下進行 等同處理。
4艮明顯，上述實施例還可應用于H.264。
盡管已經(jīng)參考典型實施例說明了本發(fā)明，但是應該理解， 本發(fā)明不局限于所公開的典型實施例。所附權利要求書的范圍 符合最寬的解釋，以包含所有這類修改、等同結構和功能。
權利要求
1.一種圖像編碼設備，其通過參考輸入圖片中的像素來計算所述圖片的各預定像素塊中的預測誤差，并將所述預測誤差提供給編碼單元，由此對所述圖片進行編碼，所述圖像編碼設備包括存儲單元，其存儲編碼對象圖片的圖像數(shù)據(jù)；確定單元，其確定編碼對象像素塊的大小；多個預測值計算單元，其分別對應于所述預定像素塊的全部預測模式中的一種預測模式；第一預測誤差計算單元，其基于來自使用一個參考像素值作為預測值的預測模式的預測值計算單元的預測值，計算由所述確定單元所確定的像素塊大小中預定像素的預測誤差；第二預測誤差計算單元，其基于來自用于基于多個參考像素值計算預測值的預測模式的預測值計算單元的預測值，計算由所述確定單元所確定的像素塊大小中各像素的預測誤差；輸出單元，其基于由所述第一預測誤差計算單元和所述第二預測誤差計算單元計算出的預測誤差的總和，確定使所述預測誤差的總和最小的預測模式，并向所述編碼單元輸出由與所確定的預測模式相對應的預測誤差計算單元所獲得的預測誤差；以及控制單元，其進行控制，以使所述第二預測誤差計算單元基于由所述確定單元所確定的像素塊大小，根據(jù)一個參考像素值計算所述預測誤差。
2. 根據(jù)權利要求l所述的圖像編碼設備，其特征在于，所 述像素塊是4 x 4像素塊、8 x 8像素塊和16 x 16像素塊的其中一 個，所述4 x 4像素塊的全部預測模式包括預測模式"0" "8"， 所述8 x 8像素塊的使用一個參考像素值作為預測值的全部預 測模式包括預測模式"1"和"2",并且所述16 x 16像素塊的使用 一 個參考像素值作為預測值的全部預測模式包括預測模式"0"和T。
3. 根據(jù)權利要求l所述的圖像編碼設備，其特征在于，所 述確定單元包括如下單元所述單元計算所輸入的編碼對象圖 像數(shù)據(jù)中具有相同像素值的連續(xù)像素的比率，并與所述比率成 比例地確定所述編碼對象^f象素塊的大小。
4. 根據(jù)權利要求l所述的圖像編碼設備，其特征在于，還 包括色度8 x 8像素塊預測值計算單元；以及 色度8 x 8像素塊預測誤差計算單元。
5. 根據(jù)權利要求4所述的圖像編碼設備，其特征在于，如 果由所述確定單元所確定的像素塊大小是8 x 8像素塊，則所述 色度8 x 8像素塊預測值計算單元和所述色度8 x 8像素塊預測 誤差計算單元交替用于計算預測模式"0 ，，中的預測值和預測誤差。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種圖像編碼設備。目的在于提供一種在防止電路規(guī)模有任何增大的同時高效地執(zhí)行預測誤差計算處理的技術。根據(jù)本發(fā)明的編碼設備包括確定單元，其確定編碼對象像素塊的大小；多個預測值計算單元；第一誤差計算單元，其基于在使用一個參考像素值的預測模式中的來自預測值計算單元的預測值，計算所確定的像素塊大小中的預測誤差；第二誤差計算單元，其基于在用于基于多個參考像素值計算預測值的預測模式中的來自預測值計算單元的預測值，計算所確定的像素塊大小中的預測誤差；以及基于來自第一誤差計算單元和第二誤差計算單元的預測誤差的總和確定預測模式的單元。
文檔編號H04N7/50GK101527848SQ200910008769
公開日2009年9月9日 申請日期2009年3月6日 優(yōu)先權日2008年3月7日
發(fā)明者大森勇司 申請人:佳能株式會社