專利名稱：H264編碼器及編碼方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種H. 264編碼器及編碼方法。
背景技術(shù)：
H. 264標(biāo)準(zhǔn)是聯(lián)合視頻組(JVT，Joint Video Team)提出的一種高性能數(shù)字視頻編 解碼標(biāo)準(zhǔn)，它最大的優(yōu)勢(shì)是具有很高的數(shù)據(jù)壓縮率。在同等圖像質(zhì)量的條件下，H. 264壓縮比可以達(dá)到MPEG-4的2倍，之所以能有如此高的壓縮比，這是因?yàn)镠. 264包含了一系列新的特征，比如多幀參考、變塊尺寸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，還有高精度的亞像素運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、去塊效應(yīng)濾波
寸寸o根據(jù)H. 264的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，宏塊(Macroblock或簡(jiǎn)稱MB)類型主要分兩大類幀內(nèi)(Intra)編碼和幀間(Inter)編碼。幀內(nèi)編碼使用當(dāng)前宏塊的相鄰數(shù)據(jù)做預(yù)測(cè)，然后用當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)減去預(yù)測(cè)值，從而產(chǎn)生殘差數(shù)據(jù)，最后對(duì)該殘差進(jìn)行后續(xù)的編碼處理，整個(gè)過(guò)程不需要用到其他圖像的數(shù)據(jù)。而幀間編碼需要利用已經(jīng)編碼過(guò)的重建圖像去做預(yù)測(cè)，即在重建圖像中搜索出與當(dāng)前塊最匹配的數(shù)據(jù)塊，由于視頻圖像在時(shí)間上的冗余性，幀間預(yù)測(cè)往往能找到比幀內(nèi)預(yù)測(cè)更加匹配當(dāng)前塊的數(shù)據(jù)，這樣就提高了整個(gè)圖像壓縮性能。由此可見(jiàn)，使用幀間編碼能提高視頻圖像的壓縮性能，但是在做幀間預(yù)測(cè)時(shí)需要一定的存儲(chǔ)空間去存儲(chǔ)一些重建圖像，或稱為參考幀(reference frame)圖像。依照H. 264標(biāo)準(zhǔn)，參考幀至少I幀，最多可為16幀，如果所需編碼的圖像尺寸較大(例如VGA:640x480)，那么這個(gè)參考幀的存儲(chǔ)空間還是很可觀的。如圖I所示，目前公開(kāi)的H. 264編碼器包括以下子模塊Current Frame:輸入當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)；ME/MC:Motion Estimation/Motion Compensation,即實(shí)現(xiàn)巾貞間預(yù)測(cè)；Choose Intra Mode:通過(guò)比較編碼代價(jià),選擇最佳的巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模式；Intra Prediction:根據(jù)最佳的巾貞內(nèi)模式,實(shí)現(xiàn)巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)；Mode Decision:根據(jù)編碼代價(jià)的大小來(lái)選擇使用巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)還是巾貞間預(yù)測(cè)；DCT/Q:實(shí)現(xiàn)正向的DCT變換(即整數(shù)離散余弦變換)以及量化；Entropy Encoder:熵編碼模塊；IDCT/InvQ:實(shí)現(xiàn)反向DCT變換及反量化；Deblocking:為了減小塊效應(yīng)而對(duì)圖像進(jìn)行濾波；片外存儲(chǔ)器提供I 16巾貞的參考巾貞數(shù)據(jù)I 16 Reference Frames。H. 264標(biāo)準(zhǔn)采用整數(shù)離散余弦變換(即DCT變換)及量化來(lái)消除圖像信號(hào)中的相關(guān)性及減小圖像編碼的動(dòng)態(tài)范圍以達(dá)到壓縮的目的。在圖I中，由當(dāng)前幀得到的殘差數(shù)據(jù)Dn經(jīng)過(guò)正向的DCT變換以及量化處理后，一方面進(jìn)入熵編碼模塊進(jìn)行編碼，然后給出圖像壓縮后的碼流(bitstream);另一方面，進(jìn)入反向DCT變換以及反量化后，再加上預(yù)測(cè)值，就得到了重建數(shù)據(jù)Fn’，該重建數(shù)據(jù)可以作為鄰塊值參與當(dāng)前幀的幀內(nèi)預(yù)測(cè)，而且它們經(jīng)過(guò)環(huán)路Deblocking濾波后被寫(xiě)入片外存儲(chǔ)器，可以作為后續(xù)幀的幀間預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。
現(xiàn)有技術(shù)的H. 264編碼器雖然可以通過(guò)使用片外存儲(chǔ)器來(lái)實(shí)現(xiàn)幀間預(yù)測(cè)，滿足大尺寸圖像的編碼時(shí)對(duì)存儲(chǔ)器的空間以及數(shù)據(jù)吞吐率的高要求，但是另一方面會(huì)由于片外存儲(chǔ)器很高的數(shù)據(jù)吞吐率而大大增加系統(tǒng)成本以及系統(tǒng)功耗，使得該H. 264編碼器不能滿足低功耗設(shè)備的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種H. 264編碼器及編碼方法，可以在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，節(jié)約參考幀的存儲(chǔ)空間，提高數(shù)據(jù)吞吐率，降低系統(tǒng)成本以及系統(tǒng)功耗。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種H. 264編碼器，包括 編碼子系統(tǒng)，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)；碼流緩存模塊，用于緩存參考碼流，所述的參考碼流為參考幀圖像經(jīng)過(guò)編碼后的碼流；解碼子系統(tǒng)，用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得所述編碼子系統(tǒng)進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)所需要的參考數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)緩存模塊，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述編碼子系統(tǒng)包括控制單元，用于輸入當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，并給出一個(gè)宏塊啟動(dòng)信號(hào)分送到其他單元以通知其他單元啟動(dòng)宏塊相應(yīng)的計(jì)算；求殘差單元，用于進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好所需要的參考數(shù)據(jù)，該參考數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而獲得；正向DCT變換和量化單元，用于對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；熵編碼單元，用于將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流；反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；重構(gòu)單元，用于對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，為下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地,所述求殘差單元包括預(yù)測(cè)模式選擇模塊，用于根據(jù)編碼代價(jià)的大小為當(dāng)前宏塊選擇幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)模式；幀間預(yù)測(cè)模塊，用于在幀間預(yù)測(cè)模式下，為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，并從所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中選擇出所述搜索窗需要的參考數(shù)據(jù)，并依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇模塊，用于根據(jù)先前已編碼的宏塊得到的重構(gòu)數(shù)據(jù)，選擇當(dāng)前宏塊的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)所述最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及所述重構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)所述當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；多路選擇模塊，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模式選擇模塊、幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊以及幀間預(yù)測(cè)模塊輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇。進(jìn)一步地，所述解碼子系統(tǒng)包括熵解碼單元，用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼； 反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；重構(gòu)單元，用于對(duì)解碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)和幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，作為宏塊幀間預(yù)測(cè)時(shí)搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述解碼子系統(tǒng)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元與所述編碼子系統(tǒng)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊為復(fù)用的同一個(gè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)器或者兩個(gè)獨(dú)立的幀內(nèi)預(yù)測(cè)器。進(jìn)一步地，所述解碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元與所述編碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元為復(fù)用的同一個(gè)反向DCT變換/反量化器或兩個(gè)獨(dú)立的反向DCT
變換/反量化器。進(jìn)一步地，所述解碼子系統(tǒng)還包括濾波單元，用于在所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)緩存到所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊之前，對(duì)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。進(jìn)一步地，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊為循環(huán)存儲(chǔ)器，設(shè)有一定宏塊數(shù)的存儲(chǔ)空間，在緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)前獲得的參考數(shù)據(jù)覆蓋所述循環(huán)存儲(chǔ)器中進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)不會(huì)再使用到的參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊存儲(chǔ)的宏塊數(shù)S的計(jì)算公式為S=Ceil(sw_height_by_pix/16)*pic_width_by_mb-(pic_width_by_mb_Ceil(sw_width_by_pix/16)) +1其中，Ceil (x)表示大于或等于X的最小整數(shù)；sw_height_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的高度；sw_width_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的寬度；pic_width_by_mb是以宏塊為單位表示的圖像的寬度。進(jìn)一步地，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊緩存的所述參考數(shù)據(jù)還包括P幀的數(shù)據(jù)，所述P幀的數(shù)據(jù)是通過(guò)編碼子系統(tǒng)以一個(gè)I幀為參考數(shù)據(jù)編碼以及通過(guò)所述解碼子系統(tǒng)解碼得到的。進(jìn)一步地，所述編碼子系統(tǒng)對(duì)輸入的當(dāng)前圖像的后續(xù)P幀編碼時(shí)，以所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中的I幀數(shù)據(jù)或P幀數(shù)據(jù)為參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述解碼子系統(tǒng)包括用于提供所述P幀類型的參考數(shù)據(jù)的P幀解碼系統(tǒng)和所述I幀類型的參考數(shù)據(jù)的I幀解碼系統(tǒng)。進(jìn)一步地，所述I幀解碼系統(tǒng)包括第一熵解碼單元，用于對(duì)所述參考碼流中的I幀參考碼流進(jìn)行熵解碼；
第一反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述第一熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；第一幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述第一熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；第一重構(gòu)單元，用于對(duì)所述第一反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)和第一幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述I幀參考碼流的重構(gòu)數(shù)據(jù)，以用于P幀參考碼流的解碼或用作當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；第一濾波單元，用于對(duì)第一重構(gòu)單元的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。

進(jìn)一步地，所述P幀解碼系統(tǒng)包括第二熵解碼單元，用于對(duì)所述參考碼流中的P幀參考碼流進(jìn)行熵解碼；第二反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述第二熵解碼單元的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；第二幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述第二熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；第二幀間預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述的第一重構(gòu)單元的重構(gòu)數(shù)據(jù)和所述第二熵解碼單元輸出的運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；第二重構(gòu)單元，用于對(duì)所述第二反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)和第二幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元或第二幀間預(yù)測(cè)單元輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述P幀參考碼流的重構(gòu)數(shù)據(jù)，以用于所述當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；第二濾波單元，用于對(duì)第二重構(gòu)單元的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。相應(yīng)的，本發(fā)明還提供一種H. 264的編碼方法，包括以下步驟( I)判斷當(dāng)前宏塊是否需要進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，如果不需要幀間預(yù)測(cè)，則對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，并轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果需要幀間預(yù)測(cè)，則進(jìn)入下一步；(2)為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，判斷搜索窗內(nèi)的參考數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，如果是，則根據(jù)參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果否，則進(jìn)入下一步；(3)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼，獲得一個(gè)宏塊的參考數(shù)據(jù)，返回步驟(2)；(4)判斷是否結(jié)束編碼，如果未結(jié)束，則處理下一個(gè)宏塊并返回步驟(I)。進(jìn)一步地，所述參考數(shù)據(jù)為I幀類型的參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，所述參考數(shù)據(jù)包括P幀類型的參考數(shù)據(jù)，所述P幀類型的參考數(shù)據(jù)是以I幀類型的參考幀數(shù)據(jù)為參考來(lái)編碼、解碼得到的。進(jìn)一步地，在步驟(I)中，在不需要幀間預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼的過(guò)程包括依據(jù)先前已編碼宏塊重構(gòu)處理后得到的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)，得到幀內(nèi)預(yù)測(cè)值，再用當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)減去該預(yù)測(cè)值，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)；對(duì)所述當(dāng)前宏塊殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流并緩存；對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述最佳預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到用于下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。進(jìn)一步地，在步驟(2)中，在搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備當(dāng)前宏塊的參考數(shù)據(jù)的過(guò)程包括對(duì)緩存的參考碼流進(jìn)行熵解碼；對(duì)通過(guò)熵解碼而得到的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；根據(jù)熵解碼輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和幀內(nèi)預(yù)測(cè)后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)需要的參考數(shù)據(jù)并緩存。進(jìn)一步地，在步驟(2)中，在搜索窗內(nèi)的參考數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，根據(jù)參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼的過(guò)程包括 依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)，通過(guò)比較幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)的編碼代價(jià)，選擇編碼代價(jià)較小的預(yù)測(cè)模式作為當(dāng)前宏塊的最佳預(yù)測(cè)模式輸出，并得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)；對(duì)所述當(dāng)前宏塊殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流并緩存；對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述最佳預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到用于下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述提供的H. 264編碼器及編碼方法，在實(shí)現(xiàn)幀間預(yù)測(cè)時(shí)，通過(guò)設(shè)定搜索窗獲得當(dāng)前宏塊所需的參考數(shù)據(jù)，涉及的存儲(chǔ)空間僅包括存儲(chǔ)的參考碼流以及部分參考數(shù)據(jù)，大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一幀圖像的大小，因而有效減少了札264編碼器所需參考幀的存儲(chǔ)空間；同時(shí)由于沒(méi)有使用片外存儲(chǔ)器，整個(gè)a 264編碼器的成本以及系統(tǒng)功耗被有效降低，而且，由于片內(nèi)存儲(chǔ)的讀寫(xiě)性能一般要遠(yuǎn)優(yōu)于片外存儲(chǔ)，所以在進(jìn)行大尺寸圖像編碼時(shí)，可以在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，大大提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)吞吐率。


圖I是現(xiàn)有技術(shù)的一種H. 264編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明的H. 264編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明的H. 264編碼器的編碼工作簡(jiǎn)易流程圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的H. 264編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的H. 264編碼器的編碼順序及參考關(guān)系示意圖；圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的H. 264編碼器的宏塊對(duì)應(yīng)搜索窗位置不意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例一的H. 264編碼器的編碼/解碼子系統(tǒng)的宏塊對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖8是本發(fā)明實(shí)施例二的H. 264編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是本發(fā)明實(shí)施例二的H. 264編碼器的編碼/解碼子系統(tǒng)的宏塊對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖；圖10是本發(fā)明實(shí)施例三的H. 264編碼器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖11是本發(fā)明實(shí)施例二的H. 264編碼器的編碼順序及參考關(guān)系不意圖12是本發(fā)明實(shí)施例三的H. 264編碼器的編碼/解碼子系統(tǒng)的宏塊對(duì)應(yīng)關(guān)系示意圖。
具體實(shí)施例方式由于幀間預(yù)測(cè)宏塊分為前向幀間預(yù)測(cè)宏塊和雙向幀間預(yù)測(cè)宏塊，所以在H. 264標(biāo)準(zhǔn)中存在三種主要的幀類型1幀，P幀和B幀。其中I幀的所有宏塊都是幀內(nèi)預(yù)測(cè)，P幀包含了前向幀間預(yù)測(cè)宏塊和幀內(nèi)預(yù)測(cè)宏塊，而B(niǎo)幀則包含了雙向幀間預(yù)測(cè)宏塊和幀內(nèi)預(yù)測(cè)宏塊。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)P幀和B幀編碼是需要參考幀的，而I幀則不需要。因此，本發(fā)明提出的H. 264編碼器及編碼方法，主要包括以下幾個(gè)方面存儲(chǔ)參考幀編碼后的碼流(bitstream)，即參考碼流； 巾貞間預(yù)測(cè)時(shí),設(shè)定一定大小的搜索窗(searchwindow),搜索最佳匹配塊數(shù)據(jù)都在搜索窗內(nèi)進(jìn)行；通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼，得到當(dāng)前宏塊所需的搜索窗數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)這些數(shù)據(jù)；考慮到對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼的獨(dú)立性，所以參考碼流中至少有一幀是I幀。因此，請(qǐng)參考圖2，本發(fā)明提供的H. 264編碼器，主要包括以下四部分編碼子系統(tǒng)10，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)；碼流緩存模塊20，用于緩存參考碼流，所述的參考碼流為參考幀圖像經(jīng)過(guò)編碼后的碼流，即如果當(dāng)前幀會(huì)被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前幀的所有宏塊的碼流會(huì)一直被保存，直到該幀作為參考幀的屬性被取消；如果當(dāng)前幀不被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前宏塊的碼流在被送出編碼系統(tǒng)后，比如寫(xiě)入SD卡，這些碼流可以被后續(xù)的碼流數(shù)據(jù)覆蓋；解碼子系統(tǒng)30，用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)緩存模塊40，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)參考圖3，本發(fā)明提供的H. 264編碼器的編碼/解碼過(guò)程都是以宏塊(MB)為單位進(jìn)行的，而且在對(duì)當(dāng)前MB進(jìn)行編碼的同時(shí)，解碼子系統(tǒng)也可以同時(shí)工作，提前為下一個(gè)宏塊準(zhǔn)備參考數(shù)據(jù)，可以有效提高整個(gè)系統(tǒng)的編碼速度。在當(dāng)前宏塊的實(shí)現(xiàn)幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)，若是未準(zhǔn)備參考數(shù)據(jù)，則調(diào)用解碼子系統(tǒng)30，按照宏塊的光柵掃描順序?qū)⒖即a流進(jìn)一步解碼，獲得當(dāng)前宏塊幀間預(yù)測(cè)所述的參考數(shù)據(jù)。以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的H. 264編碼器及編碼方法作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例一請(qǐng)參考圖4，本實(shí)施例提供一種H. 264編碼器，包括以下四部分編碼子系統(tǒng)10，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)；碼流緩存模塊Bitstream Buffer20,用于緩存參考碼流,所述的參考碼流為參考幀圖像經(jīng)過(guò)編碼后的碼流；解碼子系統(tǒng)30，用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)緩存模塊Reference Data40，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，本實(shí)施例中，編碼子系統(tǒng)10包括以下子單元控制單元Current FramelOl,用于輸入當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，并給出一個(gè)宏塊啟動(dòng)信號(hào)分送到其他單元以通知其他單元啟動(dòng)宏塊相應(yīng)的計(jì)算；求殘差單元，用于進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，得到所述當(dāng)前宏塊的殘 差數(shù)據(jù)，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)，該參考數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而獲得；正向DCT變換和量化單元DCT/Q103，用于對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；熵編碼單元Entropy Encoder 104，用于將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流；反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ105，用于對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；重構(gòu)單元106，用于對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，為下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，本實(shí)施例中，所述求殘差單元包括以下子模塊預(yù)測(cè)模式選擇模塊Mode Decisionl02a,用于根據(jù)編碼代價(jià)的大小為當(dāng)前宏塊選擇幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)模式；巾貞間預(yù)測(cè)模塊ME/MC (Motion Estimation/Motion Compensation) 102b,用于在幀間預(yù)測(cè)模式下，為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，并從所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中選擇出所述搜索窗需要的參考數(shù)據(jù)，并依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；幀內(nèi)預(yù)測(cè)選擇模塊Choose Intra Model02c，用于根據(jù)先前已編碼的宏塊得到的重構(gòu)數(shù)據(jù)，通過(guò)比較各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的編碼代價(jià)來(lái)選擇編碼代價(jià)最小的預(yù)測(cè)模式作為當(dāng)前宏塊的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模塊IntraPrediction 102d,用于根據(jù)所述最佳巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及所述重構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)所述當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；多路選擇模塊MUX102e，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模式選擇模塊102a、幀間預(yù)測(cè)模塊102b以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊102d輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇；計(jì)算模塊102f，用于將當(dāng)前宏塊的輸入數(shù)據(jù)與幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相減，得到當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖4，本實(shí)施例中，所述解碼子系統(tǒng)30包括以下子單元
熵解碼單元Entropy Decoder301,用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼；反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ302，用于對(duì)所述熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)單元IntraPrediction303,用于根據(jù)所述熵解碼單元輸出的巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及先前已解碼的宏塊的重構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 重構(gòu)單元304，用于對(duì)反向DCT變換和反量化單元302輸出的殘差數(shù)據(jù)以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元303輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，該重構(gòu)數(shù)據(jù)為當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，所述解碼子系統(tǒng)30的幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元303與所述求殘差單元的幀內(nèi)預(yù) 測(cè)模塊102d為兩個(gè)獨(dú)立的幀內(nèi)預(yù)測(cè)器；所述解碼子系統(tǒng)30的反向DCT變換和反量化單元302與所述編碼子系統(tǒng)10的反向DCT變換和反量化單元105為兩個(gè)獨(dú)立的反向DCT變換/
反量化器。本實(shí)施例中，所述解碼子系統(tǒng)30還包括濾波單元DeblOcking305，用于在所述重構(gòu)單元304獲得的參考數(shù)據(jù)緩存到所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊之前，對(duì)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以減小塊效應(yīng)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以省去Deblocking305。本實(shí)施例中，BitstreamBuffer20 與 Reference Data40 優(yōu)選為 SRAM。其中，Bitstream Buffer20的大小跟編碼圖像尺寸以及選用的量化系數(shù)相關(guān)。另外,如果要實(shí)現(xiàn)B幀編碼，那么必須先緩存當(dāng)前圖像數(shù)據(jù)，等到下一幀圖像編碼完成后再進(jìn)行編碼，這增加了編碼系統(tǒng)的存儲(chǔ)空間。因此，為了減小存儲(chǔ)空間以及降低編碼系統(tǒng)成本，本實(shí)施例的H. 264編碼器更適用于I幀和P幀編碼。本實(shí)施例中，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊Reference Data40是一個(gè)循環(huán)存儲(chǔ)器(cyclic buffer)，設(shè)有一定宏塊數(shù)的存儲(chǔ)空間，在緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)前獲得的參考數(shù)據(jù)將覆蓋所述循環(huán)存儲(chǔ)器中不會(huì)再被用于幀間預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)解碼新生成的數(shù)據(jù)會(huì)覆蓋“舊”數(shù)據(jù)；當(dāng)Reference Data40存儲(chǔ)的基本數(shù)據(jù)單元是一個(gè)宏塊，那么它最少需要存儲(chǔ)的宏塊數(shù)S可以用下面的公式來(lái)表示S=Ceil(sw_height_by_pix/16)氺pic_width_by_mb-(pic_width_by_mb_Ceil(sw_width_by_pix/16)) +1其中，Ceil(x)表示大于或等于x的最小整數(shù)；sw_height_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的高度；sw_width_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的寬度；pic_width_by_mb是以宏塊為單位表示的圖像的寬度。下面舉例說(shuō)明基于圖4所示的H. 264編碼器的具體操作方法，假設(shè)需要編碼的圖像尺寸為640 X 480，圖像格式為Y Cb:Cr=4:2:0，搜索窗的大小為592 x 48。首先，根據(jù)上述宏塊數(shù)的公式可以得到Reference Data40的存儲(chǔ)空間最小為118個(gè)宏塊，但是為了讀寫(xiě)尋址的便利性，設(shè)定該存儲(chǔ)空間大小為120個(gè)宏塊，即三個(gè)完整的宏塊條(MB-line)，也就是45Kbyte ;另外，一個(gè)VGA圖像的I幀碼流大小一般可以控制在25Kbyte以內(nèi)。綜上，為了實(shí)現(xiàn)VGA圖像的P幀編碼，傳統(tǒng)的H. 264編碼器至少需要存儲(chǔ)一個(gè)參考圖像，即450Kbyte的存儲(chǔ)空間，而使用本實(shí)施例的H. 264編碼器的編碼方法，則只需要70Kbyte的存儲(chǔ)空間。具體過(guò)程見(jiàn)圖5、圖6、圖7。
圖5為本實(shí)施例的H. 264編碼器圖像編碼順序以及它們之間的參考關(guān)系。值得說(shuō)明的是，P幀不會(huì)被限制只參考前面最近的I幀，例如圖中P-24幀如果要用I-O幀做參考，那么必須保證I-O巾貞的碼流還存儲(chǔ)在Bitstream Buffer20內(nèi)，而沒(méi)有被1_22巾貞的碼流所覆蓋，當(dāng)然付出的代價(jià)就是增加了存儲(chǔ)空間；另外，兩個(gè)I幀之間的P幀個(gè)數(shù)也是可以任意的。圖6描述了搜索窗位置的移動(dòng)過(guò)程。圖中一個(gè)虛線框?yàn)镻幀第一個(gè)宏塊(即MB0)的搜索窗，隨著編碼宏塊按照光柵掃描(raster scan)的順序遞增，那么搜索窗的位置也相應(yīng)改變，圖中另一個(gè)虛線框即為P幀中MB59的搜索窗。雖然搜索窗的大小是可以自由設(shè)定的，但是在實(shí)際應(yīng)用中，一個(gè)編碼系統(tǒng)所擁有的片內(nèi)存儲(chǔ)空間是固定的，所以可根據(jù)上述Reference Data40存儲(chǔ)的宏塊數(shù)的公式倒推出搜索窗的最大值。圖7為編碼/解碼子系統(tǒng)各自的啟動(dòng)時(shí)間以及它們的相對(duì)關(guān)系。解碼子系統(tǒng)會(huì)提前開(kāi)始工作，按照光柵掃描(raster scan)的順序?qū)⒖紟暮陦K進(jìn)行解碼，為當(dāng)前P幀準(zhǔn)備參考數(shù)據(jù)。當(dāng)P幀第一個(gè)宏塊的搜索窗所需的參考數(shù)據(jù)都準(zhǔn)備好后，編碼子系統(tǒng)開(kāi)始工 作，接下來(lái)編碼/解碼同時(shí)進(jìn)行。當(dāng)解碼子系統(tǒng)進(jìn)行到MB120時(shí)，Reference Data40中參考數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間已經(jīng)存滿了，這時(shí)候就要把MB120的解碼數(shù)據(jù)覆蓋到原先存MBO數(shù)據(jù)的空間，因?yàn)镸BO的數(shù)據(jù)再也不會(huì)被用作參考數(shù)據(jù)了，即所謂的循環(huán)存儲(chǔ)。最后，解碼子系統(tǒng)會(huì)提前結(jié)束，如果后續(xù)幀仍然是個(gè)P幀，那么解碼子系統(tǒng)會(huì)重新對(duì)參考幀進(jìn)行解碼。需要說(shuō)明的是，如果要提升本實(shí)施例的H. 264編碼器的編碼性能，一方面可以加大搜索窗；另一方面可以多存儲(chǔ)幾幀參考碼流，形成多幀參考。這兩點(diǎn)都是為了能找到更加匹配當(dāng)前宏塊的參考數(shù)據(jù)，當(dāng)然代價(jià)就是增加了片內(nèi)存儲(chǔ)空間，只要所用的存儲(chǔ)空間小于傳統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，那么這樣做就是有意義的。實(shí)施例二對(duì)于H. 264編碼器的硬件實(shí)現(xiàn)，通常需要從以下四個(gè)方面考慮1).硬件實(shí)現(xiàn)的面積；2).工作時(shí)鐘的最高頻率；3).編碼速度，即處理每個(gè)宏塊所需的時(shí)鐘周期(cycles);4).編碼性能，即在相同的圖像質(zhì)量下生成的碼流越小越好。而這幾個(gè)方面又是相互影響的，例如要減小所用面積，就要共享一部分邏輯單元或者減小存儲(chǔ)空間，那么就會(huì)降低編碼速度或是編碼性能；如果要提高最大工作時(shí)鐘頻率，那么一般情況下就會(huì)增大面積；如果要提升編碼性能，一般會(huì)加大計(jì)算復(fù)雜度以及存儲(chǔ)空間，以便預(yù)測(cè)值能更加匹配當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，這樣又增加了面積?；谏鲜龅腍. 264編碼器的硬件實(shí)現(xiàn)的四個(gè)因素考量，本實(shí)施例提供一種能夠可以相對(duì)節(jié)省面積的H. 264編碼器，其中的編碼子系統(tǒng)和解碼子系統(tǒng)可以復(fù)用部分相同邏輯塊，例如復(fù)用反向DCT /反量化以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)的功能模塊，請(qǐng)參考圖8，具體結(jié)構(gòu)包括編碼子系統(tǒng)10，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)；碼流緩存模塊Bitstream Buffer20,用于緩存參考碼流,所述的參考碼流為參考幀圖像編碼后的碼流，即如果當(dāng)前幀會(huì)被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前幀的所有宏塊的碼流會(huì)一直被保存，直到該幀作為參考幀的屬性被取消；如果當(dāng)前幀不被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前宏塊的碼流在被送出編碼系統(tǒng)后，比如寫(xiě)入SD卡，這些碼流可以被后續(xù)的碼流數(shù)據(jù)覆蓋；解碼子系統(tǒng)30，用于對(duì)參考碼流進(jìn)行熵解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)緩存模塊Reference Data40，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖8，本實(shí)施例中，編碼子系統(tǒng)10包括以下子單元控制單元Current FramelOl,用于輸入當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，并給出一個(gè)宏塊啟動(dòng)信號(hào)分送到其他單元以通知其他單元啟動(dòng)宏塊相應(yīng)的計(jì)算； 求殘差單元，用于進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)，該參考數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而獲得；正向DCT變換和量化單元DCT/Q 103，用于對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；熵編碼單元Entropy Encoder 104，用于將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流；反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ105，用于對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；重構(gòu)單元106，用于對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)Dn以及所述當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，為下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)提
供參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖8，本實(shí)施例中，所述求殘差單元包括以下子模塊預(yù)測(cè)模式選擇模塊Mode Decisionl02a,用于根據(jù)編碼代價(jià)的大小為當(dāng)前宏塊選擇幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)模式；巾貞間預(yù)測(cè)模塊ME/MC (Motion Estimation/Motion Compensation) 102b,用于在幀間預(yù)測(cè)模式下，為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，并從所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中選擇出所述搜索窗需要的參考數(shù)據(jù)，并依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；幀內(nèi)預(yù)測(cè)選擇模塊Choose Intra Mode 102c，用于根據(jù)先前已編碼的宏塊得到的重構(gòu)數(shù)據(jù)，通過(guò)比較各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的編碼代價(jià)，選擇當(dāng)前宏塊的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模塊IntraPrediction 102d,用于根據(jù)所述最佳巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及所述重構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)所述當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；多路選擇模塊MUX 102e，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模式選擇模塊102a、幀間預(yù)測(cè)模塊102b以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊102d輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇；計(jì)算模塊102f，用于將當(dāng)前宏塊的輸入數(shù)據(jù)與幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相減，得到當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖8，本實(shí)施例中，所述解碼子系統(tǒng)30包括以下子單元熵解碼單元Entropy Decoder 301,用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼；反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ105，即所述編碼子系統(tǒng)10的反向DCT變換和反量化單元105用于對(duì)所述熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；
巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)單元Intra Prediction 102d,即所述求殘差單元的巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模塊102d,用于根據(jù)所述熵解碼單元301輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及先前已解碼的宏塊的重構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 重構(gòu)單元304，用于對(duì)反向DCT變換和反量化單元105輸出的殘差數(shù)據(jù)以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊102d輸出后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，作為宏塊幀間預(yù)測(cè)時(shí)搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中，所述解碼子系統(tǒng)30還包括濾波單元Deblocking 305，用于在所述重構(gòu)單元304獲得的參考數(shù)據(jù)緩存到所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊之前，對(duì)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波，以減小塊效應(yīng)。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以省去Deblocking 305。

請(qǐng)參考圖9,由于本實(shí)施例的H. 264編碼器中編碼子系統(tǒng)和解碼子系統(tǒng)復(fù)用了部分邏輯，那么編碼子系統(tǒng)和解碼子系統(tǒng)就不能同時(shí)工作，只能采用分時(shí)進(jìn)行編碼和解碼，這樣處理一個(gè)宏塊數(shù)據(jù)就需要更多的時(shí)鐘周期，所以編碼速度相對(duì)實(shí)施例一就有所下降。實(shí)施例三同樣地，基于實(shí)施例二中所述的H. 264編碼器的硬件實(shí)現(xiàn)的四個(gè)因素考量，本實(shí)施例提供一種通過(guò)多存儲(chǔ)幾幀參考碼流以形成多幀參考來(lái)提升編碼性能的H. 264編碼器，請(qǐng)參考圖10，具體結(jié)構(gòu)包括編碼子系統(tǒng)10，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)；碼流緩存模塊Bitstream Buffer20，用于緩存參考碼流，所述的參考碼流為參考幀圖像編碼后的碼流，即如果當(dāng)前幀會(huì)被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前幀的所有宏塊的碼流會(huì)一直被保存，直到該幀作為參考幀的屬性被取消；如果當(dāng)前幀不被用于后續(xù)幀的參考幀，那么當(dāng)前宏塊的碼流在被送出編碼系統(tǒng)后，比如寫(xiě)入SD卡，這些碼流可以被后續(xù)的碼流數(shù)據(jù)覆蓋；解碼子系統(tǒng)30，用于對(duì)所緩存的參考碼流進(jìn)行熵解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)；參考數(shù)據(jù)緩存模塊Reference Data40，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖10，本實(shí)施例中，編碼子系統(tǒng)10包括以下子單元控制單元Current FramelOl,用于輸入當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，并給出一個(gè)宏塊啟動(dòng)信號(hào)分送到其他單元以通知其他單元啟動(dòng)宏塊相應(yīng)的計(jì)算；求殘差單元，用于進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)，該參考數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而獲得；正向DCT變換和量化單元DCT/Q103，用于對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；熵編碼單元Entropy Encoder 104，用于將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流；
反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ105，用于對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；重構(gòu)單元106，用于對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)Dn以及所述當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到用于下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖10，本實(shí)施例中，所述求殘差單元包括以下子模塊預(yù)測(cè)模式選擇模塊Mode Decisionl02a,用于根據(jù)編碼代價(jià)的大小為當(dāng)前宏塊選擇幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)模式；

巾貞間預(yù)測(cè)模塊ME/MC (Motion Estimation/Motion Compensation) 102b,用于在幀間預(yù)測(cè)模式下，為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，并從所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中選擇出所述搜索窗需要的參考數(shù)據(jù)，并依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；幀內(nèi)預(yù)測(cè)選擇模塊Choose Intra Model02c，用于根據(jù)先前已編碼的宏塊得到的重構(gòu)數(shù)據(jù)，通過(guò)比較各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的編碼代價(jià)來(lái)選擇編碼代價(jià)最小的預(yù)測(cè)模式作為當(dāng)前宏塊的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模塊IntraPrediction 102d,用于根據(jù)所述最佳巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及所述重構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)所述當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；多路選擇模塊MUX102e，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模式選擇模塊102a、幀間預(yù)測(cè)模塊102b以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊102d輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇；計(jì)算模塊102f，用于將當(dāng)前宏塊的輸入數(shù)據(jù)與幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)相減，得到當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)。請(qǐng)繼續(xù)參考圖10，本實(shí)施例中，由于其中有P幀作為參考數(shù)據(jù)，所以在解碼子系統(tǒng)中就要增加一套能對(duì)P幀進(jìn)行解碼的邏輯，因此，所述解碼子系統(tǒng)30包括用于提供所述P幀類型的參考數(shù)據(jù)的P幀解碼系統(tǒng)和所述I幀類型的參考數(shù)據(jù)的I幀解碼系統(tǒng)。其中，請(qǐng)繼續(xù)參考圖10，所述I幀解碼系統(tǒng)包括第一熵解碼單元Entropy Decoder 301b,用于對(duì)所述參考碼流中的I巾貞參考碼流進(jìn)行熵解碼；第一反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ 302b，用于對(duì)所述第一熵解碼單元301b輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；第一巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)單元Intra Prediction 303b,用于根據(jù)所述第一熵解碼單元301b輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；第一重構(gòu)單元304b，用于對(duì)所述第一反向DCT變換和反量化單元302b輸出的殘差數(shù)據(jù)以及第一幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元303b輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述I幀參考碼流提供的當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)，同時(shí)該參考數(shù)據(jù)可用于P幀參考碼流解碼時(shí)的幀間預(yù)測(cè)。第一濾波單元Deblocking 305b，用于對(duì)第一重構(gòu)單元304b的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。所述P幀解碼系統(tǒng)包括第二熵解碼單元Entropy Decoder 301a,用于對(duì)所述參考碼流中的P巾貞參考碼流進(jìn)行熵解碼；
第二反向DCT變換和反量化單元IDCT/InvQ 302a，用于對(duì)所述第二熵解碼單元301a輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；第二巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)單元Intra Prediction 303a,用于根據(jù)所述第二熵解碼單元301a輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；第二幀間預(yù)測(cè)單元MC 306，用于根據(jù)所述的第一重構(gòu)單元304b的重構(gòu)數(shù)據(jù)以及所述第二熵解碼單元301a輸出的運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)；多路選擇器MUX 307,用于實(shí)現(xiàn)第二巾貞內(nèi)預(yù)測(cè)單元Intra Prediction 303a和第二幀間預(yù)測(cè)單元MC 306輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇；

第二重構(gòu)單元304a，用于對(duì)所述第二反向DCT變換和反量化單元302a輸出的殘差數(shù)據(jù)以及第二幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元303a或第二幀間預(yù)測(cè)單元306處理后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述P幀參考碼流的重構(gòu)數(shù)據(jù)，以用于所述當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)，而且如果該參考碼流下一個(gè)宏塊是幀內(nèi)預(yù)測(cè)，那么該重構(gòu)數(shù)據(jù)也作為解碼時(shí)幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)；第二濾波單元Deblocking 305a，用于對(duì)第二重構(gòu)單元304a的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。請(qǐng)繼續(xù)參考圖10，本實(shí)施例中，參考數(shù)據(jù)緩存模塊包括用于緩存I幀類型的參考數(shù)據(jù)的I幀緩存模塊401、緩存P幀類型的P幀緩存模塊402以及用于選擇I幀類型或P幀類型的參考數(shù)據(jù)的選擇器403。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，也可以省去Deblocking 305a、305b，也可以參考實(shí)施例二的原理，將編碼子系統(tǒng)與解碼子系統(tǒng)中相同功能的模塊或/或單元部分復(fù)用，復(fù)用后只會(huì)影響編/解碼子系統(tǒng)運(yùn)行的相對(duì)關(guān)系。圖11所示為本實(shí)施例的H. 264編碼器的編碼順序以及參考關(guān)系。值得說(shuō)明的是，作為參考幀的P '幀一定是在I幀之后，而且該P(yáng) '幀必須以I幀作參考。另外，后續(xù)的P幀既可以用P '幀作參考，也可以用P '幀的參考幀(即I幀)作參考。圖12描述了編碼/解碼子系統(tǒng)運(yùn)行的相對(duì)關(guān)系。該圖仍然假設(shè)編碼圖像尺寸為640 X 480，搜索窗大小為592 x 48。由圖12可知，如果當(dāng)前幀要參考P ’幀，那么就要先解出P'幀的參考幀(即I幀)，然后才能對(duì)P '幀進(jìn)行解碼，以上兩步完成后才能對(duì)當(dāng)前P幀進(jìn)行編碼。本實(shí)施例的H. 264編碼器雖然增加了系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度，而且增加了片內(nèi)存儲(chǔ)空間，但是由于提供多幀參考，因此提高了編碼系統(tǒng)的性能，可以作為實(shí)際應(yīng)用的一種選擇。此外，本發(fā)明還提供一種H. 264的編碼方法，包括以下步驟( I)判斷當(dāng)前宏塊是否需要進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，如果不需要幀間預(yù)測(cè)，則對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，并轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果需要幀間預(yù)測(cè)，則進(jìn)入下一步；(2)為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，判斷搜索窗內(nèi)的參考數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，如果是，則根據(jù)參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果否，則進(jìn)入下一步；(3)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼，獲得一個(gè)宏塊的參考數(shù)據(jù)，返回步驟(2)；(4)判斷是否結(jié)束編碼，如果未結(jié)束，則處理下一個(gè)宏塊并返回步驟(I)。其中所述參考數(shù)據(jù)可以為I幀類型的參考數(shù)據(jù)，還可以包括P幀類型的參考數(shù)據(jù)，所述P幀類型的參考數(shù)據(jù)是以I幀類型的參考幀數(shù)據(jù)為參考來(lái)編碼、解碼得到的。
在步驟(I)中，在不需要幀間預(yù)測(cè)時(shí)，對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼的過(guò)程包括依據(jù)先前已編碼宏塊重構(gòu)處理后得到的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)，得到幀內(nèi)預(yù)測(cè)值，再用當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)減去該預(yù)測(cè)值，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)；對(duì)所述當(dāng)前宏塊殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流并緩存；對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述最佳預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到用于下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。在步驟(2)中，在搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備當(dāng)前宏塊的參考數(shù)據(jù)的過(guò)程包括對(duì)緩存的參考碼流進(jìn)行熵解碼； 對(duì)通過(guò)熵解碼而得到的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；根據(jù)熵解碼輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和幀內(nèi)預(yù)測(cè)后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，獲得當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)需要的參考數(shù)據(jù)并緩存。 在步驟(2 )中，在搜索窗內(nèi)的參考數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好后，根據(jù)參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼的過(guò)程包括依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)，通過(guò)比較幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)的編碼代價(jià)，選擇編碼代價(jià)較小的預(yù)測(cè)模式作為當(dāng)前宏塊的最佳預(yù)測(cè)模式輸出，并得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)；對(duì)所述當(dāng)前宏塊殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化；將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流并緩存；對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化；對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述最佳預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)，得到用于下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的參考數(shù)據(jù)。由上所述可知，本實(shí)施例提出的H. 264編碼器及編碼方法并不是存儲(chǔ)參考幀所有的原始數(shù)據(jù)，而是細(xì)化到宏塊級(jí)，存儲(chǔ)當(dāng)前宏塊所需的參考數(shù)據(jù)，這些參考數(shù)據(jù)又是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而得到的，這樣參考碼流加上一些參考數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間就代替了整個(gè)參考幀的存儲(chǔ)空間。由于所存的參考數(shù)據(jù)必需包含整個(gè)搜索窗的數(shù)據(jù)，所以參考數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間與搜索窗大小有關(guān)，而且根據(jù)圖像壓縮性能，搜索窗的大小可以自由設(shè)定，但是一般會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一幀圖像的大小，這樣就減少了 H. 264編碼器所需的存儲(chǔ)空間。因此根據(jù)上述方法，使得利用較小的片內(nèi)SRAM就可以進(jìn)行H. 264編碼，具體的硬件實(shí)現(xiàn)方案如圖3所示。由于沒(méi)有使用片外存儲(chǔ)器，那么整個(gè)編碼系統(tǒng)的成本降低了，同時(shí)也減小了系統(tǒng)功耗。而且，片內(nèi)SRAM的讀寫(xiě)性能一般要遠(yuǎn)優(yōu)于片外SDRAM存儲(chǔ)器，所以在進(jìn)行大尺寸圖像編碼時(shí)，存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)吞吐率也不會(huì)成為問(wèn)題。綜上所述，本發(fā)明所述提供的H. 264編碼器及編碼方法，在實(shí)現(xiàn)幀間預(yù)測(cè)時(shí)，通過(guò)設(shè)定搜索窗獲得當(dāng)前宏塊所需的參考數(shù)據(jù)，涉及的存儲(chǔ)空間僅包括存儲(chǔ)的碼流以及部分參考數(shù)據(jù)，大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一幀圖像的大小，因而有效減少了 H. 264編碼器所需參考幀的存儲(chǔ)空間；同時(shí)由于沒(méi)有使用片外存儲(chǔ)器，整個(gè)a 264編碼器的成本以及系統(tǒng)功耗被有效降低，而且，由于片內(nèi)存儲(chǔ)的讀寫(xiě)性能一般要遠(yuǎn)優(yōu)于片外存儲(chǔ)，所以在進(jìn)行大尺寸圖像編碼時(shí)，可以在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，大大提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)吞吐率。 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種H. 264編碼器,其特征在于,包括 編碼子系統(tǒng)，用于輸入當(dāng)前圖像的數(shù)據(jù)，進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)以得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行DCT變換和量化以及熵編碼后輸出所述當(dāng)前宏塊的碼流，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好需要的參考數(shù)據(jù)； 碼流緩存模塊，用于緩存參考碼流，所述的參考碼流為參考幀圖像經(jīng)過(guò)編碼后的碼流； 解碼子系統(tǒng)，用于對(duì)所述參考碼流進(jìn)行熵解碼以及反向DCT變換和反量化，獲得所述編碼子系統(tǒng)進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)所需要的參考數(shù)據(jù)； 參考數(shù)據(jù)緩存模塊，用于緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)，并為所述編碼子系統(tǒng)提供當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)的搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求I所述的H.264編碼器，其特征在于，所述編碼子系統(tǒng)包括 控制單元，用于輸入當(dāng)前宏塊數(shù)據(jù)，并給出一個(gè)宏塊啟動(dòng)信號(hào)分送到其他單元以通知其他單元啟動(dòng)宏塊相應(yīng)的計(jì)算； 求殘差單元，用于進(jìn)行當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)，得到所述當(dāng)前宏塊的殘差數(shù)據(jù)，其中，在對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，設(shè)定當(dāng)前宏塊的搜索窗，并在所述搜索窗內(nèi)準(zhǔn)備好所需要的參考數(shù)據(jù)，該參考數(shù)據(jù)是通過(guò)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼而獲得； 正向DCT變換和量化單元，用于對(duì)所述殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行正向DCT變換和量化； 熵編碼單元，用于將所述對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行熵編碼，生成所述當(dāng)前宏塊的碼流； 反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)正向DCT變換和量化后的殘差數(shù)據(jù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化； 重構(gòu)單元，用于對(duì)反向DCT變換和反量化后的殘差數(shù)據(jù)和所述當(dāng)前宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)后的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，為下一宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)提供參考數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求2所述的H.264編碼器，其特征在于，所述求殘差單元包括 預(yù)測(cè)模式選擇模塊，用于根據(jù)編碼代價(jià)的大小為當(dāng)前宏塊選擇幀內(nèi)預(yù)測(cè)或幀間預(yù)測(cè)模式； 幀間預(yù)測(cè)模塊，用于在幀間預(yù)測(cè)模式下，為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，并從所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊中選擇出所述搜索窗需要的參考數(shù)據(jù)，并依據(jù)所述參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)； 幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇模塊，用于根據(jù)先前已編碼的宏塊得到的重構(gòu)數(shù)據(jù)，選擇編碼代價(jià)最小的預(yù)測(cè)模式作為當(dāng)前宏塊的最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式； 幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊，用于根據(jù)所述最佳幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及所述重構(gòu)數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 多路選擇模塊，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)模式選擇模塊、幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊以及幀間預(yù)測(cè)模塊輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的選擇。
4.如權(quán)利要求2所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)包括 熵解碼單元，用于對(duì)參考碼流進(jìn)行熵解碼； 反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化； 幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式以及先前已解碼的宏塊的重構(gòu)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 重構(gòu)單元，用于對(duì)所述解碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)以及幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，得到重構(gòu)數(shù)據(jù)，作為宏塊幀間預(yù)測(cè)時(shí)搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)。
5.如權(quán)利要求4所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元與所述求殘差單元的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊為復(fù)用的同一個(gè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)器或者兩個(gè)獨(dú)立的幀內(nèi)預(yù)測(cè)器。
6.如權(quán)利要求4所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元與所述編碼子系統(tǒng)的反向DCT變換和反量化單元為復(fù)用的同一個(gè)反向DCT變換/反量化器或兩個(gè)獨(dú)立的反向DCT變換/反量化器。
7.如權(quán)利要求4所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)還包括濾波單元，用于在所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)緩存到所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊之前，對(duì)所述參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。
8.如權(quán)利要求I所述的H.264編碼器，其特征在于，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊為循環(huán)存儲(chǔ)器，在緩存所述解碼子系統(tǒng)獲得的參考數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)前獲得的參考數(shù)據(jù)覆蓋所述循環(huán)存儲(chǔ)器中進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)不會(huì)再使用到的參考數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求8所述的H.264編碼器，其特征在于，所述參考數(shù)據(jù)緩存模塊設(shè)有一定宏塊數(shù)的存儲(chǔ)空間，其存儲(chǔ)的宏塊數(shù)S的計(jì)算公式為S=Ceil(sw_height_by_Pix/16)*pic_widt h_b y_mb-(pic_width_by_mb_CeiI(sw_width_by_pix/16)) +1 其中，Ceil (X)表示大于或等于x的最小整數(shù)； sw_height_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的高度； sw_width_by_pix是以像素為單位表示的搜索窗的寬度； Pic_width_by_mb是以宏塊為單位表示的圖像的寬度。
10.如權(quán)利要求I所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)包括用于提供I幀類型的參考數(shù)據(jù)的I幀解碼系統(tǒng)，所述I幀解碼系統(tǒng)包括 第一熵解碼單元，用于對(duì)所述參考碼流中的I幀參考碼流進(jìn)行熵解碼； 第一反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述第一熵解碼單元輸出的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化； 第一幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述第一熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 第一重構(gòu)單元，用于對(duì)所述第一反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)和第一幀內(nèi)預(yù)測(cè)模塊輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述I幀參考碼流的重構(gòu)數(shù)據(jù)，以用于P幀參考碼流的解碼或用作當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)； 第一濾波單元，用于對(duì)第一重構(gòu)單元的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。
11.如權(quán)利要求10所述的H.264編碼器，其特征在于，所述解碼子系統(tǒng)還包括用于提供P幀類型的參考數(shù)據(jù)的P幀解碼系統(tǒng)，所述P幀解碼系統(tǒng)包括 第二熵解碼單元，用于對(duì)所述參考碼流中的P幀參考碼流進(jìn)行熵解碼；第二反向DCT變換和反量化單元，用于對(duì)所述第二熵解碼單元的殘差系數(shù)進(jìn)行反向DCT變換和反量化； 第二幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述第二熵解碼單元輸出的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)； 第二幀間預(yù)測(cè)單元，用于根據(jù)所述的第一重構(gòu)單元的重構(gòu)數(shù)據(jù)以及所述第二熵解碼單元輸出的運(yùn)動(dòng)向量進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)； 第二重構(gòu)單元，用于對(duì)所述第二反向DCT變換和反量化單元輸出的殘差數(shù)據(jù)和第二幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元或第二幀間預(yù)測(cè)單元輸出的預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行相加，獲得所述P幀參考碼流的重構(gòu)數(shù)據(jù)，以用于所述當(dāng)前宏塊的幀間預(yù)測(cè)時(shí)其搜索窗內(nèi)所需要的參考數(shù)據(jù)； 第二濾波單元，用于對(duì)第二重構(gòu)單元的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波。
12.—種H. 264編碼方法，其特征在于，包括如下步驟 (1)判斷當(dāng)前宏塊是否需要進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)，如果不需要幀間預(yù)測(cè)，則對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果需要幀間預(yù)測(cè)，則進(jìn)入下一步； (2)為當(dāng)前宏塊設(shè)定搜索窗，判斷搜索窗內(nèi)的參考數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)備好，如果是，則根據(jù)參考數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼，轉(zhuǎn)入步驟(4)，如果否，則進(jìn)入下一步； (3)對(duì)參考碼流進(jìn)行解碼，獲得一個(gè)宏塊的參考數(shù)據(jù)，返回步驟(2)； (4)判斷是否結(jié)束編碼，如果未結(jié)束，則處理下一個(gè)宏塊并返回步驟(I)。
13.如權(quán)利要求12所述的H.264編碼方法，其特征在于，所述參考數(shù)據(jù)為I幀類型的參考數(shù)據(jù)。
14.如權(quán)利要求12所述的H.264編碼方法，其特征在于，所述參考數(shù)據(jù)包括P幀類型的參考數(shù)據(jù)，所述P幀類型的參考數(shù)據(jù)是以I幀類型的參考幀數(shù)據(jù)為參考來(lái)編碼、解碼得到的。
全文摘要
本發(fā)明提供一種H.264編碼器及編碼方法，在實(shí)現(xiàn)幀間預(yù)測(cè)時(shí)，通過(guò)設(shè)定適當(dāng)?shù)乃阉鞔安?duì)參考碼流進(jìn)行解碼，從而獲得當(dāng)前宏塊所需的參考數(shù)據(jù)，所涉及的存儲(chǔ)空間僅包括用于參考的碼流以及部分參考數(shù)據(jù)，大小遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于一幀圖像的大小，因而有效減少了H.264編碼器所需參考幀的存儲(chǔ)空間；同時(shí)由于沒(méi)有使用片外存儲(chǔ)器，整個(gè)H.264編碼器的成本以及系統(tǒng)功耗被有效降低，而且，由于片內(nèi)存儲(chǔ)的讀寫(xiě)性能一般要遠(yuǎn)優(yōu)于片外存儲(chǔ)，所以在進(jìn)行大尺寸圖像編碼時(shí)，可以在保證圖像質(zhì)量的同時(shí)，大大提高存儲(chǔ)數(shù)據(jù)吞吐率。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102769753SQ20121027222
公開(kāi)日2012年11月7日 申請(qǐng)日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者李 杰, 鄭宇馳 申請(qǐng)人:豪威科技(上海)有限公司