一種用於hevc的快速編碼方法

2023-10-30 15:45:37 3

一種用於hevc的快速編碼方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於HEVC的快速編碼方法，根據當前CU的深度與當前編碼幀的深度控制上下限的大小關係、幀間預測編碼中2Nx2N、2NxN和Nx2N三種預測劃分模式的率失真代價與當前CU最佳編碼模式之間的相關性，採用了HEVC編碼模式的快速判決算法，通過Js＜w.JT來對當前CU的編碼劃分模式進行快速判決從而獲得當前CU的最佳編碼模式，無需遍歷每一種編碼模式，降低了HEVC編碼的計算複雜度，並提高了HEVC標準的編碼速度。本發明可廣泛應用於視頻編碼領域。
【專利說明】-種用於HEVC的快速編碼方法

【技術領域】
[0001] 本發明涉及視頻編碼領域，尤其是一種用於HEVC的快速編碼方法。

【背景技術】
[0002] 名詞解釋： HEVC:High Efficiency Video Coding,高性能視頻編碼。
[0003] CTU :Coding Tree Unit，編碼樹單元。
[0004] Collocated CTU :相同位置的編碼樹單元。
[0005] CU :Coding Unit,編碼單兀。
[0006] PU :預測單元。
[0007] SCU :最小編碼單元。
[0008] POC :Picture of Count，圖像序列號。
[0009] CPB :Coded Picture Buffer,編碼圖像緩存區。
[0010] AI :A11 Intra,全 I 幀編碼配置。
[0011] LB :Low Delay B，低延時B幀編碼配置。
[0012] RA :Random Access,隨機訪問編碼配置。
[0013] 隨著計算機技術、通信技術、網際網路技術和多媒體技術的迅猛發展，多媒體應用已 經深入人們日常生活的方方面面，並逐漸地改變著人們的生活方式。視頻是多媒體應用中 最為常見和信息量最大的媒體。目前，多媒體業務已從以音頻為主發展成以視頻為主，無論 是電影、電視、視頻監控等傳統多媒體應用，還是網絡流媒體視頻、可視電話和視頻會議等 新興多媒體應用，視頻都是其中最為核心的組成部分。
[0014] 視頻信息具有廣泛性、直觀性和高效性等特點。根據科學研究顯示，人類通過視覺 獲取的信息約佔外界信息總量的70%。相對於聽覺信息，一張風景照片可以瞬間清楚地向 人們展示某地的風光。與此相對應，作為視覺信息的主要載體，視頻天然地攜帶著豐富的信 息。未經壓縮的原始視頻的數據量非常巨大，例如，對於高清1080p@60Hz 4:2:0的視頻，其 1秒鐘所包含的數據量約為178MB，1分鐘則約為10. 4GB，一部2小時的高清視頻需要佔用 2. 22TB的存儲空間。這對視頻的存儲、傳輸都帶來了巨大的挑戰。因此，在存儲和傳輸視 頻數據之前，對視頻數據進行壓縮編碼顯得非常必要。數字視頻壓縮編碼技術發展迅速，從 20世紀90年代以來，一直是國內外的研究熱點，其主要目標是在一定的計算資源內，在相 同的視頻重建質量的基礎上追求儘可能高的編碼效率。
[0015] 高性能視頻編碼（High Efficiency Video Coding, HEVC)標準是最新一 代國際視頻編碼標準。自2010年1月起，VCEG(Video Coding Experts Group)和 MPEG(Moving Picture Experts Group)共同組建了視頻編碼國際標準組織 JCT_VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)來制定新的國際視頻編碼標準HEVC。HEVC編碼 標準於2013年1月正式頒布，並已經申請成為國際視頻編碼標準。HEVC綜合採納了全球 眾多技術提案方的編碼技術，其壓縮效率平均比H. 264/AVC提高40%左右。然而，在極大提 高編碼效率的同時，這些新的編碼技術也帶來了巨大的編碼複雜度。其中，靈活的塊劃分技 術在HEVC中引入了眾多的編碼模式，使HEVC編碼器需要遍歷每一種編碼模式並嘗試進行 編碼以尋找出最佳編碼模式。對每一種編碼模式進行編碼的過程中需要進行一系列的幀內 預測、運動估計、運動補償、熵編碼等一系列高複雜度的操作，需要消耗巨大的計算資源，給 HEVC標準的實際推廣和應用帶來了很大的挑戰。
[0016] 同時，伴隨著人們對視頻質量的要求不斷提高及視頻捕獲技術和移動網際網路的迅 速發展，視頻媒體加速向高畫質化、立體化和移動化方向發展，使得現有視頻壓縮編碼技術的 高計算複雜度問題顯得更為嚴峻：首先，高清視頻和立體視頻數據導致視頻數據量急劇增 長，增加了視頻編碼的計算複雜度；其次，高清視頻和立體視頻產生的巨大數據量要求具有 更高壓縮效率的視頻編碼技術對其進行壓縮，而更高壓縮效率的視頻編碼技術往往意味著 更高的編碼計算複雜度；最後，移動終端由於計算能力和電源容量的限制，要求編碼技術具 有較低的計算複雜度，以保證移動終端的續航能力和滿足某些視頻應用的實時性要求，如 高清實況直播和手機視頻通話等。
[0017] 因此，針對計算資源有限平臺和實時性要求較高的視頻應用，目前業內亟需一種 在基本保持HEVC視頻壓縮效率和編碼質量的前提下降低HEVC編碼時的計算複雜度和提高 編碼速度的HEVC編碼方法。


【發明內容】

[0018] 為了解決上述技術問題，本發明的目的是：提供一種計算複雜度低和編碼速度快 的，用於HEVC的快速編碼方法。
[0019] 本發明解決其技術問題所採用的技術方案是： 一種用於HEVC的快速編碼方法，包括： A、 獲取當前編碼幀的當前CU的深度和當前CU在CTU中的位置索引，並根據當前CU的 深度與當前編碼幀的深度控制上下限的大小關係判斷是否需要跳過當前CU的所有模式編 碼過程，若是，則執行步驟C，反之，則執行步驟B ; B、 對當前編碼幀的當前CU進行幀間預測2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式編碼； C、 根據幀間預測編碼中2Nx2N、2NxN和Nx2N三種預測劃分模式的率失真代價的大小關 系與當前CU最佳編碼模式之間的相關性，判斷當前CU是否滿足Js < w. JT判決條件，若是， 則結束當前CU的編碼並停止對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU不進行遞歸劃分時的 最小率失真代價，反之，則在對當前CU進行編碼後對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU 進行遞歸劃分時的最小率失真代價，其中，Js為當前CU在幀間編碼2Nx2N模式下的率失真 代價，w為加權因子，JT為當前CU在幀間編碼2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代價最小 值； D、 根據當前CU不進行遞歸劃分時的最小率失真代價和進行遞歸劃分時的最小率失真 代價，求出當前CU的最佳編碼模式並根據最佳編碼模式重新進行編碼。
[0020] 進一步，所述步驟A，其包括： A1、判斷當前編碼幀的圖像序列號是否為預設刷新周期值的整數倍，若是，執行步驟C， 反之，則執行步驟A2; A2、從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀的CU深度控制參考幀； A3、獲取當前編碼幀的當前CU的深度d和當前CU在CTU中的位置索引i，並根據CU深 度控制參考幀中與位置索引i相對應的CTU深度信息D印thRef [i]遍歷CTU中的所有S⑶， 從而生成當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL，所述深度控 制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL應滿足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 為[0,255]區間內 的整數，D印thRef [i]表示深度控制參考幀中Collocated CTU按Z掃描順序得到的第i個 S⑶的深度值； A4、根據當前CU的深度d與D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小關係是否滿足預設的深 度快速判決條件，若是，則執行步驟B，反之，則跳過當前CU的所有模式編碼過程並執行步 驟C，所述預設的深度快速判決條件為： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
[0021] 進一步，所述步驟A2,其具體為： 根據預設的參考幀選取原則，從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀 的CU深度控制參考幀；所述預設的參考幀選取原則為： 優先選取的深度控制參考幀為使得DiffP0C(PicX，PicY)的絕對值最小的已編碼幀， 其中，PicX為當前幀，PicY為CPB中的任意已編碼幀，DiffPOC (PicX，PicY)為PicX與PicY 的圖像序列號差值； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同，則優先選取與當前編碼幀相同類型的 已編碼幀作為深度控制參考幀； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同且類型也相同，則優先選取圖像序列號 較小的已編碼幀作為深度控制參考幀。
[0022] 進一步，所述當前編碼幀的類型為I幀、P幀和B幀中的任一種。
[0023] 進一步，所述步驟A3在生成當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制 上限圖D印thUL時，還採用了裁剪函數對當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度 控制上限圖DepthUL進行裁剪處理，從而使前編碼CTU的深度在預設的範圍內，所述裁剪函 數clip (a, b, X)的表達式為： ia if i_< a 其中，a、χ和b均是預設的範圍控制常數。
[0024] 進一步，所述步驟C，其具體為： 判斷當前編碼幀的當前CU的率失真代價是否滿足Js < w. JT判決條件，若是，則直接對 當前CU進行幀內預測2Nx2N模式和NxN模式編碼，並計算當前CU不進行遞歸劃分時的最 小率失真代價，反之，則在對當前CU進行幀間預測NxN模式、AMP模式編碼後進行幀內預測 2Nx2N模式和NxN模式編碼後，對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU進行遞歸劃分時的 最小率失真代價。
[0025] 本發明的有益效果是：根據當前CU的深度與當前編碼幀的深度控制上下限的大 小關係、幀間預測編碼中2Nx2N、2NxN和Nx2N三種預測劃分模式的率失真代價與當前CU最 佳編碼模式之間的相關性，採用了 HEVC編碼模式的快速判決算法，通過Js < w. JT來對當 前CU的編碼劃分模式進行快速判決從而獲得當前CU的最佳編碼模式，無需遍歷每一種編 碼模式，降低了 HEVC編碼的計算複雜度，並提高了 HEVC標準的編碼速度。進一步，根據CU 深度控制參考幀中與位置索引相對應的CTU深度信息生成當前編碼CTU的深度控制上限圖 和深度控制下限圖，採用時域已編碼幀的CU深度控制當前CU的深度，進一步降低了 HEVC 編碼的計算複雜度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026] 下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明。
[0027] 圖1為本發明一種用於HEVC的快速編碼方法的步驟流程圖； 圖2為本發明步驟A的流程圖； 圖3為本發明實施例一中對每一幀進行編碼時的流程圖。

【具體實施方式】
[0028] 參照圖1，一種用於HEVC的快速編碼方法，包括： A、 獲取當前編碼幀的當前CU的深度和當前CU在CTU中的位置索引，並根據當前CU的 深度與當前編碼幀的深度控制上下限的大小關係判斷是否需要跳過當前CU的所有模式編 碼過程，若是，則執行步驟C，反之，則執行步驟B ; B、 對當前編碼幀的當前CU進行幀間預測2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式編碼； C、 根據幀間預測編碼中2Nx2N、2NxN和Nx2N三種預測劃分模式的率失真代價的大小關 系與當前CU最佳編碼模式之間的相關性，判斷當前CU是否滿足Js < w. JT判決條件，若是， 則結束當前CU的編碼並停止對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU不進行遞歸劃分時的 最小率失真代價，反之，則在對當前CU進行編碼後對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU 進行遞歸劃分時的最小率失真代價，其中，Js為當前CU在幀間編碼2Nx2N模式下的率失真 代價，w為加權因子，JT為當前CU在幀間編碼2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代價最小 值； D、 根據當前CU不進行遞歸劃分時的最小率失真代價和進行遞歸劃分時的最小率失真 代價，求出當前CU的最佳編碼模式並根據最佳編碼模式重新進行編碼。
[0029] 其中，JT為當前CU在幀間編碼2NxN模式的率失真代價和Nx2N模式下的率這兩個 失真代價的較小值，當前CU的最佳編碼模式為不進行遞歸劃分時的最小率失真代價和進 行遞歸劃分時的最小率失真代價這兩個最小率失真代價較小值所對應的編碼模式，可以通 過二者進行比較得出。
[0030] 參照圖2,進一步作為優選的實施方式，所述步驟A，其包括： A1、判斷當前編碼幀的圖像序列號是否為預設刷新周期值的整數倍，若是，執行步驟C， 反之，則執行步驟A2; A2、從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀的CU深度控制參考幀； A3、獲取當前編碼幀的當前CU的深度d和當前CU在CTU中的位置索引i，並根據CU深 度控制參考幀中與位置索引i相對應的CTU深度信息D印thRef [i]遍歷CTU中的所有S⑶， 從而生成當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL，所述深度控 制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL應滿足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 為[0,255]區間內 的整數，D印thRef [i]表示深度控制參考幀中Collocated CTU按Z掃描順序得到的第i個 S⑶的深度值； A4、根據當前CU的深度d與D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小關係是否滿足預設的深 度快速判決條件，若是，則執行步驟B，反之，則跳過當前CU的所有模式編碼過程並執行步 驟C，所述預設的深度快速判決條件為： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
[0031] 進一步作為優選的實施方式，所述步驟A2,其具體為： 根據預設的參考幀選取原則，從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀 的CU深度控制參考幀；所述預設的參考幀選取原則為： 優先選取的深度控制參考幀為使得DiffP0C(PicX，PicY)的絕對值最小的已編碼幀， 其中，PicX為當前幀，PicY為CPB中的任意已編碼幀，DiffPOC (PicX，PicY)為PicX與PicY 的圖像序列號差值； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同，則優先選取與當前編碼幀相同類型的 已編碼幀作為深度控制參考幀； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同且類型也相同，則優先選取圖像序列號 較小的已編碼幀作為深度控制參考幀。
[0032] 其中，最相鄰的同類型已編碼幀，是指 進一步作為優選的實施方式，所述當前編碼幀的類型為I幀、P幀和B幀中的任一種。
[0033] 進一步作為優選的實施方式，所述步驟A3在生成當前編碼CTU的深度控制下限圖 DepthBL和深度控制上限圖D印thUL時，還採用了裁剪函數對當前編碼CTU的深度控制下限 圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL進行裁剪處理，從而使當前編碼CTU的深度在預設 的範圍內，所述裁剪函數clip (a，b，x)的表達式為：

【權利要求】
1. 一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：包括： A、 獲取當前編碼幀的當前CU的深度和當前CU在CTU中的位置索引，並根據當前CU的 深度與當前編碼幀的深度控制上下限的大小關係判斷是否需要跳過當前CU的所有模式編 碼過程，若是，則執行步驟C，反之，則執行步驟B ; B、 對當前編碼幀的當前CU進行幀間預測2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式編碼； C、 根據幀間預測編碼中2Nx2N、2NxN和Nx2N三種預測劃分模式的率失真代價的大小關 系與當前CU最佳編碼模式之間的相關性，判斷當前CU是否滿足Js < w. JT判決條件，若是， 則結束當前CU的編碼並停止對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU不進行遞歸劃分時的 最小率失真代價，反之，則在對當前CU進行編碼後對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU 進行遞歸劃分時的最小率失真代價，其中，Js為當前CU在幀間編碼2Nx2N模式下的率失真 代價，w為加權因子，JT為當前CU在幀間編碼2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代價最小 值； D、 根據當前CU不進行遞歸劃分時的最小率失真代價和進行遞歸劃分時的最小率失真 代價，求出當前CU的最佳編碼模式並根據最佳編碼模式重新進行編碼。
2. 根據權利要求1所述的一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：所述步驟A，其 包括： A1、判斷當前編碼幀的圖像序列號是否為預設刷新周期值的整數倍，若是，執行步驟C， 反之，則執行步驟A2; A2、從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀的CU深度控制參考幀； A3、獲取當前編碼幀的當前CU的深度d和當前CU在CTU中的位置索引i，並根據CU深 度控制參考幀中與位置索引i相對應的CTU深度信息D印thRef [i]遍歷CTU中的所有S⑶， 從而生成當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL，所述深度控 制下限圖DepthBL和深度控制上限圖D印thUL應滿足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 為[0,255]區間內 的整數，D印thRef [i]表示深度控制參考幀中Collocated CTU按Z掃描順序得到的第i個 S⑶的深度值； A4、根據當前CU的深度d與D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小關係是否滿足預設的深 度快速判決條件，若是，則執行步驟B，反之，則跳過當前CU的所有模式編碼過程並執行步 驟C，所述預設的深度快速判決條件為： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
3. 根據權利要求2所述的一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：所述步驟A2， 其具體為： 根據預設的參考幀選取原則，從CPB中選取最相鄰的同類型已編碼幀作為當前編碼幀 的CU深度控制參考幀；所述預設的參考幀選取原則為： 優先選取的深度控制參考幀為使得DiffPOC(PicX，PicY)的絕對值最小的已編碼幀， 其中，PicX為當前幀，PicY為CPB中的任意已編碼幀，DiffPOC (PicX，PicY)為PicX與PicY 的圖像序列號差值； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同，則優先選取與當前編碼幀相同類型的 已編碼幀作為深度控制參考幀； 若存在兩幀已編碼幀與當前編碼幀的距離相同且類型也相同，則優先選取圖像序列號 較小的已編碼幀作為深度控制參考幀。
4. 根據權利要求3所述的一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：所述當前編碼 幀的類型為I幀、P幀和B幀中的任一種。
5. 根據權利要求2所述的一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：所述步驟A3在 生成當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL時，還採用了裁 剪函數對當前編碼CTU的深度控制下限圖D印thBL和深度控制上限圖D印thUL進行裁剪處 理，從而使當前編碼CTU的深度在預設的範圍內，所述裁剪函數clip (a，b，X)的表達式為： n ifx< a =- x ifa<xb 其中，a、x和b均是預設的範圍控制常數。
6. 根據權利要求2所述的一種用於HEVC的快速編碼方法，其特徵在於：所述步驟C，其 具體為： 判斷當前編碼幀的當前CU的率失真代價是否滿足Js < w. JT判決條件，若是，則直接對 當前CU進行幀內預測2Nx2N模式和NxN模式編碼，並計算當前CU不進行遞歸劃分時的最 小率失真代價，反之，則在對當前CU進行幀間預測NxN模式、AMP模式編碼後進行幀內預測 2Nx2N模式和NxN模式編碼後，對當前CU進行遞歸劃分，並計算當前CU進行遞歸劃分時的 最小率失真代價。
【文檔編號】H04N19/503GK104125469SQ201410328199
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】梁凡, 羅永林 申請人:中山大學