[發明專利]一種基于先入先出隊列的HEVC細粒度并行預測方法

有效

• 申請號: 201410005285.8
• 申請日: 2014-01-06
• 公開（公告）號: CN103763569B
• 公開（公告）日: 2016-11-09
• 發明（設計）人: 宋利;趙亞楠;王嘉
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: H04N19/96
• 分類號: H04N19/96;H04N19/159;H04N19/103
• 代理公司: 上海漢聲知識產權代理有限公司 31236
• 代理人: 郭國中

技術領域

本發明涉及一種圖像處理和視頻編碼領域的方法，具體是一種基于先入先出（FIFO，Fist?In?First?Out）隊列的HEVC編碼樹單元（CTU）內部并行預測方法。

背景技術

2013年1月國際電信聯盟（ITU）通過的新一代視頻編碼標準HEVC（High?Efficiency?Video?Coding）相比于上一代標準H.264/AVC，在主觀質量相同的前提下壓縮效率提高了一倍。但是，壓縮效率的提高是以計算復雜度的急劇上升為代價的，根據多方的測試和統計，HEVC比上一代標準H.264/AVC計算復雜度要高1～2個數量級。如何在保持高壓縮效率的同時降低編碼的復雜度，是HEVC應用和推廣面臨的一個迫切問題。

另一方面，由于物理因素的限制，單核處理器近些年的發展越來越緩慢，而多核（multi-core）和眾核（many-core）處理器發展迅速，為大型程序提供強大的并行處理能力，典型的產品有多核中央處理器（CPU）和眾核圖形處理器（GPU）。HEVC的編碼框架內存在很多的并行性可供研究，充分利用處理器提供的強大并行計算性能，為HEVC設計不同層次的并行化編碼策略，可以給HEVC編碼器帶來數倍甚至數十倍的速度提升。

發明內容

本發明針對HEVC編碼樹單元的最佳劃分和最佳預測模式判決問題，提供一種基于先入先出隊列的CU級并行預測方法。該方法針CTU內部不同CU的預測過程提供并行化便利，在無任何壓縮性能損失的同時還可以達到理論上的最大并行度。

為實現上述的目的，本發明所述的基于先入先出隊列的HEVC?CU級并行預測方法，包括如下步驟：

第一步，初始化：創建多個先入先出隊列即FIFO隊列，分別用于管理不同尺寸的CU或PU；

第二步，將CTU內所有CU或PU按尺寸分別壓入相應的FIFO隊列，入隊順序為相應尺寸CU或PU的四叉樹掃描順序；

第三步，各FIFO隊列同時工作，從各自的隊列中取出一個CU或PU進行預測，串行的兄弟CU或PU完成預測時，和它們所屬的父CU進行RD代價比較，選取代價較小的作為當前父CU層的最佳劃分和預測模式；

第四步，重復第三步，直到所有FIFO隊列均為空，得到該CTU的最佳劃分和最佳預測模式信息。

本發明的基本思想是允許CTU內的多個獨立CU同時進行預測，并用FIFO隊列管理CU間的同步。具體地，以幀內預測、CTU32x32、最大劃分深度3為例，一個CTU內存在一個32x32CU、4個16x16CU、16個8x8CU以及64個4x4CU，所有CU均是串行進行。CU的處理時間大致正比于其像素個數，因此，設一個CU4x4的處理時間為一個時間單位，則8x8、16x16和32x32分別需要4、16和64個時間單位，整個CTU需要64×1+16×4+4×16+1×16=256個時間單位才能確定其最佳劃分和每個劃分的最佳預測模式。本發明提出的并行化方法，可以在64個時間單位內完成整個過程，加速比256/64=4。考慮到64已經是最少所需時間（單是CU32x32就需要64個時間單位），因此本發明方法已經達到此配置下理論上的最大并行度。幀間預測時預測單元（PU，Prediction?Unit）的組合更多，但原理與此類似，最大并行度也為4。另外，本方法不受編碼配置的限制，不同的CTU大小、不同的劃分深度下本方法均可以達到相應配置下的最大并行度。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

本發明充分利用了CTU內部的并行性，可以達到CTU內部理論上的最大并行度，并且不會帶來任何壓縮性能損失，對CTU大小、劃分深度、幀內、幀間預測等編碼配置無特殊限制。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發明的其他特征、目的和優點將會更加明顯：

圖1是CTU劃分和其坐標圖。

圖2是8x8矩陣的四叉樹掃描順序圖。

圖3是本發明對幀內（intra）預測實施例的示意圖。

圖4是對圖3第一個16x16CU部分的放大。

圖5是本發明對幀間（inter）預測實施例CU16x16部分的示意圖。

具體實施方式

下面結合具體實例對本發明進行詳細說明。以下實施將有助于本領域的技術人員進一步理解本發明，但不以任何形式限制本發明。應當指出的是，對本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發明的保護范圍。