[發明專利]從H.264/AVC標準到HEVC標準的快速幀間轉碼方法及其轉碼器

有效

• 申請號: 201310173401.2
• 申請日: 2013-05-10
• 公開（公告）號: CN103248893A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 何小海;李向群;羅芳芳;卿粼波;余艷梅;鐘國韻;陳相濤
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N21/2343;H04N21/4402
• 代理公司: 成都科海專利事務有限責任公司 51202
• 代理人: 呂建平

技術領域

本發明涉及圖像通信領域中視頻編碼標準之間的轉碼技術問題，尤其是涉及了在兩種高性能視頻編碼間的一種幀間轉碼方法。

背景技術

目前主流的視頻編碼標準為H.264/AVC，隨著網絡和傳輸信道等技術的發展，高清視頻逐漸成為目前網絡存儲和傳輸的主要業務，H.264/AVC標準中的分塊機制并不能獲得很好的編碼性能，為此，兩大國際標準化組織ITU-T和ISO/IEC專門成立了視頻編碼聯合協作組JCT-VC，共同開發了新一代的國際視頻編碼標準：高性能視頻編碼(HEVC)。該標準開始開發于2010年10月，至今已制定完成，壓縮比相比H.264/AVC標準提高了一倍，同時保持視頻質量基本不變，若把HEVC標準應用于實際視頻在網絡中的存儲和傳輸，將帶來很大的性能提升。然而，目前網絡中已有的數以億計的視頻資源，包括AVI、MKV等格式的視頻，其數據部分均是采用H.264/AVC標準。另一方面，目前主流的視頻采集設備，包括攝像機、相機、智能手機、網絡監控攝像頭等設備，也主要是采用H.264/AVC標準。為了在把HEVC標準應用于目前的網絡存儲和傳輸的同時，能繼續共享網絡中存儲和傳輸的數以億計的視頻資源，同時也不讓目前主流的H.264/AVC標準的大批視頻采集設備淘汰，研究從H.264/AVC標準到HEVC標準視頻格式轉碼技術成為必然。

幀間預測是指利用序列圖像的時間相關性對圖像進行壓縮編碼的方法。由于相鄰的兩幀圖像的相似部分很多，因此，幀間預測能夠獲得較高的壓縮比，是目前視頻編碼的代表性技術。針對以往的各種視頻編碼標準轉碼問題的研究已經比較成熟，如清華大學的張寧等定義了MPEG-2標準與H.264/AVC標準之間的塊模式、運動向量和絕對差之和(SAD)的相互信息量的計算方法，通過對當前視頻的特征信息進行統計兩者之間的互信息量，將MPEG-2標準中的模式、運動向量和SAD輸入分類器，能判決當前H.264/AVC標準編碼中的最佳幀間預測模式，該方法較大地節省了編碼的計算復雜度。香港科技大學的W.C.Siu等通過推導分析DCT域上B幀和P幀中殘差塊的相關性，提出了一種從MPEG-2標準的B幀轉碼到H.264/AVC標準的P幀的方法，該方法降低了轉碼的計算復雜度。三菱電子研究實驗室的J.Xin等在從MPEG-2標準的B幀轉碼到H.264/AVC標準的P幀時，利用了運動矢量時域上的距離伸縮的方法，該方法進一步降低了計算復雜度。上海交通大學的Wang等利用從MPEG-2標準中DCT域系數獲取的塊的邊緣特性來判決幀間預測塊的形狀，對8×8塊進行判決，當水平特性強于垂直時，則分為4×8，否則判為8×4，該方法降低了轉碼中幀間模式判決的計算復雜度。

以上方法均較有效地完成了從MPEG-2標準到H.264/AVC標準轉碼的幀間預測工作，但是，H.264/AVC標準采用16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4等尺寸塊進行幀間預測，而HEVC標準則采用8×8、16×16、32×32和64×64尺寸的編碼單元(CU)先進行分塊，接著對每個CU采用最多8種不同的預測單元(PU)模式進行幀間預測，8種不同的PU模式分別為PART_2N×2N、PART_N×2N、PART_2N×N、PART_N×N、PART_nL×2N、PART_nR×2N、PAR_2N×nD、和PART_2N×nU。因此，與從MPEG-2標準到H.264/AVC標準轉碼不同，從H.264/AVC標準到HEVC標準轉碼的幀間預測是從小塊轉成大塊，而前者則是從大塊轉小塊。從小塊轉大塊將牽涉從H.264/AVC標準中的小塊組成HEVC標準中的大塊這一新問題，另一方面，HEVC標準采用了完全不同于H.264/AVC標準的CU和PU的編碼模式。因此，從MPEG-2標準到H.264/AVC標準的轉碼方法并不適用于從H.264/AVC標準到HEVC標準的轉碼。而如果直接將H.264/AVC標準的解碼器與HEVC標準的編碼器級聯，由于要進行HEVC標準的全編碼，包括幀間、幀內預測編碼、變換、量化、熵編碼等，計算復雜度必然很高。綜上，相比從MPEG-2標準到H.264/AVC標準轉碼的幀間預測技術，從H.264/AVC標準到HEVC標準轉碼的幀間預測技術是一項全新的研究工作。

發明內容

隨著高性能視頻編碼標準(HEVC標準)的制定完成，針對H.264/AVC標準到HEVC標準的視頻格式轉碼的重要性，本發明的目的旨在提出一種從H.264/AVC標準到HEVC標準的快速幀間轉碼方法，以減少轉碼中幀間模式判決的計算復雜度，大幅度地減少HEVC標準的編碼時間。