本发明涉及预测编码，更具体地讲，涉及一种预测编码设备、预测编码方法、和具有其上实现的用于执行该预测编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质。

H.264/高级视频编码(AVC)是国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)和国际标准化组织(ISO)正在制订的新的视频编码标准，被设计用于更高的编码效率和比特流的网络适应性的改进。经因特网的流视频、无线视频、数字卫星、数字线缆、DVD TV系统、低带宽的视频会议等是难于在当前采用的ITU-T和ISO编码标准H.263视频中实现的应用。然而，由于在H.264中的改善的压缩率性能，这些应用将以较低成本提供更好的质量，此外，预期有采用H.264的新的应用产生。目前，H.264/AVC被采用作为家庭数字多媒体广播(DMB)规范，并且使用H.264/AVC的包括数字便携式摄像机和数字电视(D-TV)的应用设备正在被开发和准备。在中国，H.264/AVC是国家自己的数字广播规范的候选者。因此，H.264/AVC被期望在将来具有很大的影响。
H.264/AVC帧内预测处理是一种用于通过仅使用相同帧中的信息进行帧中块的预测编码的方法。该方法包括用于亮度信号的4个16×16预测模式和9个4×4预测模式，和用于色度信号的4个8×8预测模式。
图1是示出根据现有技术的在帧内4×4预测处理中使用的宏块的示图。
参照图1，在帧内4×4预测模式中，16×16宏块被分为16个4×4块。因此，每个块的大小是4×4像素，并且块中的数字表示在H.264标准中定义的块索引。
图2是示出根据现有技术在帧内4×4块中导出预测块中使用的相邻像素的示图。
参照图2，小写字母a至p表示与作为预测目标的各个4×4块相应的像素。在由a至p形成的4×4块的上边和左边由大写字母A至M表示的采样表示在4×4块的预测中需要的相邻的像素。
图3a至图3i是示出根据现有技术的帧内4×4预测模式的示图。
参照图3a至图3i，共有9个用于4×4亮度块的选择性的预测模式。图3a至图3i分别表示垂直模式、水平模式、DC模式、对角下左模式、对角下右模式、垂直右模式、水平下模式、垂直左模式、和水平上模式。
在每个模式中，箭头表示预测像素被导出的方向。
图4是示出根据现有技术的使用在帧内4×4预测模式中需要的相邻像素的预测像素的公式的示图。
在该注释(notation)方法中p[0，0]表示在4×4块的第一行和第一列的数据项目，p[3，3]表示在第四行和第四列的数据项目，用于4×4块的预测块的每个采样由Pred4×4[x，y]表示。
4×4块的上边和左边的相邻像素被表示如下：A＝p[0，-1]，B＝p[1，-1]，C＝p[2，-1]，D＝p[3，-1]，E＝p[4，-1]，F＝p[5，-1]，G＝p[6，-1]，H＝p[7，-1]，I＝p[-1，0]，J＝p[-1，1]，K＝p[-1，2]，L＝p[-1，3]，M＝p[-1，1]。
由这种注释方法表示的并在9个预测模式的每一个中需要的公式如图4中所示。从对角下左预测模式至水平上预测模式的预测采样产生于预测采样A至M的加权平均。
图5是根据现有技术的由帧内4×4预测的编码处理执行的步骤的流程图。
参照图5，首先，在步骤51中，在每个模式中预测块通过使用相邻像素而被产生。即，通过将图4中所示的公式应用到在帧内4×4块预测中使用的9个预测模式的每一个中，9个预测块被产生。
接下来，在步骤52中，作为预测目标的原始块和计算的预测块之间的差被获得，且根据每个模式的差块被计算。
接下来，在步骤53中，开销从根据每个模式的差块被计算。此时，开销作为4×4差块的所有像素的绝对值的和被获得。
接下来，在步骤54中，通过选择具有在根据每个模式被计算的开销中的最少开销的模式来确定最佳模式。因此，确定的模式是原始块的帧内4×4模式。
在宏块中这种处理被重复用于多个4×4块。
如图4所示，在用于每个模式中的预测像素的计算处理中，在模式内或模式之间有很多重复的计算。然而，在根据如上所述的现有技术的预测编码处理中，在每个模式中产生原始块的预测块，因此，当预测块被产生时，对于每个模式共同的操作也被重复地执行。因此，在预测编码设备中需要的硬件资源被浪费，预测编码的速度被降低。

本发明的一方面在于提供一种用于节约在预测编码中需要的硬件和增加预测编码的速度的预测编码设备和一种预测编码方法、以及一种具有其上实现的用于执行预测编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的一方面，提供了一种通过其在预测中仅需要最少操作结果的预测编码设备和方法，其中，在帧内4×4预测编码中在每个模式中的重复的操作被去除而不产生预测块，作为预测目标的原始块的组合被用于计算每个模式的开销并且最佳预测模式被确定，以及其上实现有用于执行该预测编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质。
根据本发明的一方面，提供了一种预测编码设备，包括：预测编码单元，用于基于通过去除在对亮度信号的9个帧内4×4预测模式的每一个的预测像素的计算中重复的操作而获得的最少操作来执行原始块的预测编码。
在该预测编码设备中，在最少操作中，预测编码单元可使用在原始块的相邻像素中新定义的像素。
新定义的像素的每个像素值通过一个像素值和相邻像素值的和可被表达。
预测编码单元可包括：最少操作执行单元，用于执行最少操作；差块计算单元，用于通过使用最少操作对每个预测模式计算与原始块的差；开销计算单元，用于计算对每个预测模式计算的差块的开销；和模式确定单元，用于确定具有在对各个预测模式计算的开销中的最少开销的预测模式。
最少操作执行单元可执行通过去除在预测模式中重复的操作而获得最少操作，或可执行通过去除在预测模式之间重复的操作获得的最少操作，或执行通过去除在预测模式中和预测模式之间重复的操作获得的最少操作。
最少操作执行单元可使用在原始块的相邻像素中新定义的像素。
根据本发明的另一方面，提供了一种预测编码方法，包括：基于通过去除在对亮度信号的9个帧内4×4预测模式的每一个的预测像素的计算中的重复的操作获得的最少操作来执行原始块的预测编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种具有其上实现的用于预测编码方法的计算机程序的计算机可读记录介质，其中，该预测编码方法包括：基于通过去除在对亮度信号的9个帧内4×4预测模式的每一个的预测像素的计算中的重复的操作获得的最少操作来执行原始块的预测编码。
根据本发明的另一方面，提供了一种预测编码设备，包括：最少操作执行单元，用于通过使用像素的原始块的像素值来执行最少操作；差块计算单元，用于基于执行的最少操作和原始块的像素值对多个预测模式的每一个计算像素的差块；开销计算单元，用于计算多个预测模式的每一个的开销，该开销是包括在每个差块中的差像素的像素值的绝对值的和；和模式确定单元，用于基于多个预测模式的每一个的开销确定预测模式。
根据本发明的另一方面，提供了一种提高帧内预测编码的速度的方法，包括：对像素的原始块的像素值产生一组最少操作结果，该最少操作被共同地使用以产生多个预测块；并且基于像素的原始块和最少操作的结果计算像素的预测块。
本发明的另外的和/或其他方面和优点将在下面的描述中部分地提出，另外的一部分，通过描述将是清楚的，或可通过实施本发明来了解。
附图说明
通过结合附图对实施例进行下面的描述，本发明这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：图1是解释根据现有技术的在帧内4×4预测处理中使用的宏块的示图；图2是解释在根据图1的现有技术的帧内4×4块中导出预测块中使用的相邻像素的示图；图3a至图3i是解释根据图1的现有技术的帧内4×4预测模式的示图；图4是示出使用在根据图1的现有技术的帧内4×4预测模式中需要的相邻像素的预测像素的公式的示图；图5是由根据图1到图4的现有技术的帧内4×4预测的编码处理执行的步骤的流程图；图6a至图6k是示出根据本发明实施例的帧内4×4预测编码的概念的示图；图7是示出根据本发明实施例的帧内4×4预测编码概念的示图；图8是示出使用在根据本发明实施例的帧内4×4预测编码中需要的相邻像素的操作的示图；图9是解释根据图8中所示的最少公式需要的最少操作的示图；图10是解释在根据本发明实施例的帧内4×4预测编码中需要的相邻像素的中值的计算的示图；图11是解释根据图10中所示的最少公式需要的最少操作的示图；图12是根据本发明实施例的帧内4×4预测编码设备的结构的框图；图13是通过根据本发明实施例的帧内4×4预测编码方法执行的步骤的流程图；和图14是当H.264编码器/解码器的硬件被实现时，比较在现有技术4×4帧内预测编码方法和根据本发明实施例的预测编码方法中的加法器和移位器的数目的表。

现在将详细地描述本发明的实施例，其例子显示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。以下，通过参考附图来描述实施例以解释本发明。
图6a到图6k是示出根据本发明实施例的帧内(intra)4×4预测编码的概念的示图。在图6a到图6k中，示出了在产生根据各个预测模式形成预测块的预测像素中所需要的操作的类型。
参考图6a，为了根据垂直模式(vertical)产生预测块，操作1到操作4每个被使用四次。
参考图6b，为了根据水平模式(horizontal)产生预测块，操作5到操作8每个被使用四次。
参考图6c，为了根据DC模式产生预测块，操作9被使用16次。
参考图6d，为了根据对角下左(diagonal down left)模式产生预测块，首先，操作10被使用一次，操作11被使用两次，操作12被使用三次，操作13被使用四次，操作14被使用三次，操作15被使用两次，操作16被使用一次。
参考图6e，为了根据对角下左模式产生预测块，其次，操作10被使用一次，操作11被使用两次，操作17被使用三次，操作18被使用十次。
参考图6f，为了根据对角下右(diagonal down right)模式产生预测块，操作10被使用两次，操作11被使用一次，操作19被使用四次，操作20被使用三次，操作21被使用两次，操作22被使用三次，操作23被使用一次。
参考图6g，为了根据垂直右(vertical right)模式产生预测块，操作10被使用两次，操作11被使用一次，操作19被使用两次，操作20被使用一次，操作21被使用一次，操作22被使用两次，操作24被使用两次，操作25被使用两次，操作26被使用两次，操作27被使用一次。
参考图6h，为了根据水平下(horizontal down)模式产生预测块，操作2被使用一次，操作10被使用一次，操作19被使用两次，操作20被使用两次，操作21被使用两次，操作22被使用一次，操作28被使用两次，操作29被使用两次，操作30被使用两次，操作31被使用一次。
参考图6i，为了根据垂直左(vertiical left)模式产生预测块，首先，操作4被使用一次，操作10被使用一次，操作11被使用两次，操作12被使用两次，操作13被使用两次，操作25被使用一次，操作26被使用两次，操作27被使用两次，操作32被使用两次，操作33被使用一次。
参考图6j，为了根据垂直左模式产生预测块，其次，操作3被使用两次，操作10被使用一次，操作11被使用两次，操作17被使用三次，操作25被使用一次，操作26被使用两次，操作27被使用两次，操作34被使用三次。
参考图6k，为了根据水平上(horizontal up)模式产生预测块，操作8被使用六次，操作21被使用一次，操作23被使用两次，操作29被使用一次，操作30被使用两次，操作31被使用两次，操作35被使用两次。
如上所述的根据各个预测模式用于预测块的操作示出：用于产生一个预测像素的操作可以用于在相同预测块中的其它预测像素或用于在其它预测块中的预测像素许多次。即，参考图6a，四个操作被用于根据垂直模式形成预测块的16个预测像素，因此，如果仅仅四个操作被执行，则已经执行的操作可被得到并直接地用于剩下的12个像素。此外，参考图6f，对用于对角下右模式中的操作10和11，这些用于对角下左模式中的操作可以被直接地使用。
因此，如果在一个预测块或在两个或更多预测块中的共同操作被提取，则可看到35个操作被使用，包括如图7所示的操作1到操作35。因此，本发明实施例利用共同操作被重复许多次使用的事实，因此根据每个预测模式的预测块不需要被产生，并且不用产生预测块，仅仅用于共同地用于产生预测块的最少操作的计算被执行，并且因此计算的一组最少操作可以被用于差块(difference block)的计算。
图8是示出使用在帧内4×4预测编码中所需要的相邻像素以应用本实施例的操作的示图。
在图8中示出的操作是在图4中示出的通过使用相邻像素A到M表达的公式，并且示出对每个模式在计算实际预测像素中需要的公式。
在图8示出的操作中，在各个模式中有重复的操作。例如，对角下左模式的(A+2*B+C+2)＞＞2也用在对角下右模式、垂直右模式、水平下模式、和垂直左模式。如果在预测处理开始之前这些操作预先被计算，则重复的计算可被避免。因此，在计算预测像素中所需并且通过去除存在于预测模式中和在预测模式之间的重复的操作而获得的最少操作在图9中示出。
图9是示出根据图8中示出的最少公式所需的最少操作的示图。可看到总共26个操作被包括在一组最少操作中。
此外，在图8中示出的最少操作中，有在各个操作中重复的局部操作。例如，对角下左模式的(A+2B+C+2)＞＞2和(B+2C+D+2)＞＞2可被分别不同地表达为(A+B+B+C+2)＞＞2和(B+C+C+D+2)＞＞2。
此时，如果(B+C)被预先计算，则用于加法的操作可被减少。另外，在其它预测像素计算处理中，有许多如此操作如(B+C)可被使用的情况。本发明的本实施例的另外特征是其利用即使在这些最少操作中局部操作也被重复的事实，并且通过在相邻像素中定义附加相邻像素，重复被去除。因此通过使用相邻像素新定义的附加相邻像素在图10中示出。
图10是示出在根据本发明实施例的帧内4×4预测编码中所需的相邻像素的和的计算的示图。
参考图10，除位于4×4块上边和左边的像素A到M以外，通过使用像素A到M附加定义的N到Y被示出。
附加定义的像素N到Y如下：N是像素M和其相邻像素A的和；O是像素A和其相邻像素B的和；P是像素B和其相邻像素C的和；Q是像素C和其相邻像素D的和；R是像素D和其相邻像素E的和；S是像素E和其相邻像素F的和；
T是像素F和其相邻像素G的和；U是像素G和其相邻像素H的和；V是像素M和其相邻像素I的和；W是像素I和其相邻像素J的和；X是像素J和其相邻像素K的和；和Y是像素K和其相邻像素L的和。
因此，通过使用附加地新定义的预测像素去除重复的操作来获得的一组最少操作示出在图11中。
图11示出根据图10中示出的最少公式所需的最少操作。与图9中示出的一组最少操作比较，可看出在图11中示出的操作中的加法的数目显著地下降。
图12是根据本发明实施例的帧内4×4预测编码设备的结构的方框图。
参考图12，预测编码设备包括：最少操作执行单元10、差块计算单元20、开销(cost)计算单元30和模式确定单元40。
最少操作执行单元10通过使用作为预测目标的原始块的像素值来执行包括在根据本实施例的一组最少操作中的最少操作。最少操作执行单元10包括最少操作单元#1 11、#2 12、#3 13到最少操作单元#N 14。N个最少操作单元，即最少操作单元#1 11到最少操作单元#N 14的每个执行包括在在预测像素的计算中所需的一组最少操作中的最少操作。这里，N根据如下示出执行的最优化而被确定。
最少操作执行单元10可执行包括在通过去除在预测模式中的重复的操作所获得的一组最少操作中的最少操作：用于在预测模式内(帧内模式)最优化、用于在预测模式之间(帧间模式)最优化、或用于在预测模式内和在预测模式之间(帧内和帧间模式)最优化。
此外，最少操作执行单元10可执行包括在通过去除在预测模式内的重复的操作所获得的一组最少操作中的最少操作：用于通过使用如上所述的新定义的和像素在模式内最优化、用于通过使用新定义的和像素在预测模式之间最优化、或用于通过使用新定义的和像素在模式内和模式之间最优化。
在上述例子中，包括在通过使用新定义的和像素执行在模式内和模式之间的最优化的第六个例子的一组最少操作中的操作的数目将是最少的一个。例如，如果最少操作执行单元10根据如图11示出的本发明的第六实施例来执行最少操作，则最少操作执行单元10将包括25个最少操作单元。用于计算新定义的像素的操作单元没被包括于此。
差块计算单元20基于从最少操作执行单元10输出的最少操作结果和原始块的像素值来为九个预测模式中的每个来计算差块。
差块计算单元20包括：垂直模式差块计算单元21、水平模式差块计算单元22、DC模式差块计算单元23、和水平上模式差块计算单元24。
垂直模式差块计算单元21为垂直预测模式计算差块，水平模式差块计算单元22为水平预测模式计算差块，DC模式差块计算单元23为DC模式计算差块，和水平上模式差块计算单元24为水平上预测模式计算差块。
具体地讲，根据本实施例的差块计算单元不基于原始块和预测块而基于原始块和用于预测块的最少操作的结果来计算差块。因此，不产生对其相同操作被重复执行的所有预测块，仅仅用于预测块的最少操作被计算，并且计算结果被直接用于计算差块。因此，执行重复操作可被避免，从而在速度和硬件容量方面效果可被改进。
例如，垂直模式差块计算单元21为垂直预测模式计算差块，水平模式差块计算单元22为水平预测模式计算差块，DC模式差块计算单元23为DC模式计算差块，和水平上模式差块计算单元24为水平上预测模式计算差块。
例如，对角下左模式差块计算单元基于原始块和用于对角下左预测模式的计算的操作，(A+2B+C+2)＞＞2、(B+2C+D+2)＞＞2、(C+2D+E+2)＞＞2、(D+2E+F+2)＞＞2、(E+2F+G+2)＞＞2、(F+2G+H+2)＞＞2和(G+3H+2)＞＞2来计算差块。用于预测模式的计算的操作可被分别置为(A+B+B+C+2)＞＞2、(B+C+C+D+2)＞＞2、(C+D+D+E+2)＞＞2、(D+E+E+F+2)＞＞2、(E+F+F+G+2)＞＞2、(F+G+G+H+2)＞＞2和(G+H+2H+2)＞＞2。根据本发明的第六实施例，这些可被表达为(O+P+2)＞＞2、(P+Q+2)＞＞2、(Q+R+2)＞＞2、(R+S+2)＞＞2、(S+T+2)＞＞2、(T+U+2)＞＞2、和(U+2H+2)＞＞2。因此，这7个计算结果从最少操作执行单元10得到，并且通过计算计算结果和原始块的像素值的差来产生差块。
开销计算单元30接收从差块计算单元20输出的差块并且计算9个预测模式的每个的开销。
开销计算单元30包括：垂直模式开销计算单元31、水平模式开销计算单元32、DC模式开销计算单元33、和水平上模式开销计算单元34。
开销是包括在每个差块中的差像素的像素值的绝对值的和。模式开销计算单元根据每个模式计算差块的像素值的绝对值的和。
模式确定单元40从开销计算单元30接收每个模式的开销数据，并且确定具有最少开销的预测模式为最优模式。
图13是由根据本发明的帧内4×4预测编码方法执行的操作的流程图。
首先，在操作131中，预测编码设备的最少操作执行单元10执行帧内4×4预测模式的最少操作。最少操作执行单元10的最少操作单元计算包括在一组最少操作中的各个操作。
接下来，在操作132中，差块被从基本操作的结果和原始块的差计算出。差块计算单元20从在最少操作执行单元10中执行的操作结果和原始块，为每个预测模式计算差块。包括在差块计算单元20中的每个模式差块计算单元可选择地从最少操作执行单元10得到在相应模式中所需的操作，并且在计算差块中使用该操作。
接下来，在操作133中，每个模式的开销被计算。开销计算单元30计算从差块计算单元20接收的根据各个预测模式的差块的开销。
接下来，在操作134中，模式确定单元40确定具有在为各个预测模式计算的开销中的最少开销的模式作为最终模式。
至少如上所述的预测编码方法可以以能够由计算机读取的在计算机可读记录介质上的代码实现。该计算机可读记录介质包括计算机可读数据存储其上的各种记录设备，如ROM、RAM、CD-ROM、磁带、硬盘、软盘、闪存、和光学数据存储装置。另外，其可以以载波(例如，在互联网上发送)的形式被实现。另外，计算机可读记录介质可以被分散在通过网络连接的计算机系统上，并且可以以分布模式来存储和执行计算机可读代码。
根据本发明的上述实施例的结构，不用为原始块根据9个预测模式来产生预测块，仅仅在产生预测块中所需的最少操作被计算，并且通过在计算差块中使用该结果，在预测编码中所需的硬件可被节省，并且预测编码的速度可以被提高而不增加硬件实现的复杂性。
图14是当用于H.264编码器/解码器的硬件被实现时，比较在现有技术4×4帧内预测编码方法和根据本发明的上述实施例的预测编码方法中的加法器和移位器的数目的表。
参考图14，在不使用最优化的现有技术预测编码方法中需要331个加法器和152个移位器。然而，165个加法器和84个移位器根据本发明的上述实施例的最优化方法而被使用，64个加法器和36个移位器根据本发明的上述实施例的在模式之间的最优化方法而被使用，并且48个加法器和24个移位器根据在本发明的上述实施例的在模式内和模式之间的最优化方法而被使用。因此，根据本发明的上述实施例的在模式内和模式之间的最优化方法最大可以将在预测处理中所需的操作减少现有技术的操作的85％。
尽管显示和描述本发明某些实施例，但本发明不限于所述实施例。相反，本领域的技术人员应该理解，在不脱离本发明的原则、精神和由所附权利要求和等同物所限定的范围的情况下，可以在实施例中做出改变。