[發(fā)明專利]視頻標準中基于自回歸模型的幀內(nèi)預(yù)測快速模式選擇方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410182758.1
• 申請日: 2014-04-30
• 公開（公告）號: CN103929652B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李甫;焦丹丹;石光明;宋曉丹;樊春曉;牛毅
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: H04N19/61
• 分類號: H04N19/61;H04N19/13;H04N19/122;H04N19/567
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心61205
• 代理人: 王品華,朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于數(shù)字信號處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及圖像視頻壓縮編碼中的預(yù)測模式選擇實現(xiàn)方法，可用于H.265/HEVC視頻標準中的幀內(nèi)預(yù)測編碼過程。

背景技術(shù)

在2004年，也就是在H.264/MPEG-4AVC標準制定后的一年，國際電信聯(lián)盟遠程通信標準化組織ITU-T的視頻專家小組VCEG便開始研究能夠成為下一代視頻壓縮標準的技術(shù)。為此目的VCEG和國際標準化組織ISO/IEC的運動專家組MPEG聯(lián)合成立的視頻編碼聯(lián)合工作組(Joint Collaborative Team on Video Coding,JCT-VC)共同開發(fā)了HEVC標準。近年來，JCT-VC一直致力于H.265/HEVC的制定，于2012年7月發(fā)布第一版公開版草案。在2013年4月13日，第一版的H.265/HEVC視頻壓縮標準被接受為ITU-T的正式標準。

H.265/HEVC的目標是，在編碼性能上相對于H.264/AVC的高檔次，編碼效率提高一倍，即在保證相同視頻圖像質(zhì)量的前提下，降低50％的比特率。

H.265/HEVC視頻壓縮標準，首先將圖像劃分成64×64大小的最大編碼單元LCU，然后對LCU進行預(yù)測、變換、量化和熵編碼。其中預(yù)測包含幀內(nèi)預(yù)測和幀間預(yù)測，熵編碼方式為基于上下文的自適應(yīng)二進制算術(shù)編碼CABAC。為了提高壓縮率，H.265/HEVC在幀內(nèi)預(yù)測上采用了更靈活的編碼單元；根據(jù)四叉樹結(jié)構(gòu)確定最優(yōu)劃分；幀內(nèi)預(yù)測的模式從9種增加為35種，這些靈活的編碼方法使得編碼時間和計算復(fù)雜度急劇增加，極大地限制了H.265/HEVC的實時實現(xiàn)。因此，很有必要需要在保證性能的前提下，降低時間和計算復(fù)雜度，提高運行速度。

視頻壓縮是通過去除空間冗余以及時間冗余實現(xiàn)的。幀內(nèi)預(yù)測主要用于消除空間冗余，而幀間預(yù)測主要用于去除時間冗余。H.265/HEVC幀內(nèi)預(yù)測采用四叉樹結(jié)構(gòu)和遞歸算法進行編碼單元CU的劃分，然后把CU劃分成4個同樣大小的預(yù)測單元PU進行預(yù)測。在亮度分量上，首先進行粗略模式選擇過程，對當前PU進行33種角度預(yù)測、平面Planar預(yù)測、直流DC預(yù)測，然后依據(jù)哈德瑪代價函數(shù)SATD代價函數(shù)選取代價最小的前n種候選模式，其中n的值由PU的大小決定。對于4×4和8×8的PU塊，n為8；對于16×16、32×32、64×64的PU塊，n為3。然后對n種候選模式和最有可能模式MPM進行最優(yōu)模式選擇過程，依據(jù)RDO代價函數(shù)選取代價最小的模式作為最優(yōu)模式。

在整個預(yù)測過程中，用到兩種代價函數(shù)：一種是SATD代價函數(shù)，一種是率失真優(yōu)化RDO代價函數(shù)。該SATD代價函數(shù)為：SatdCost＝SATD+λ_pre×B_pre，其中，SATD為原圖像與當前模式預(yù)測圖像的預(yù)測殘差的哈德瑪變換絕對和，λ_pre為拉格朗日系數(shù)，B_pre為當前預(yù)測模式編碼的碼流長度；該RDO代價函數(shù)為：RdCost＝SSD+λ_mod×B_mod，其中，SSD為原圖像與當前模式重建圖像的差值平方和，λ_mod為拉格朗日系數(shù)，B_mod為當前預(yù)測模式編碼的碼流長度。

可以看出，RDO代價函數(shù)需要計算原圖像與當前模式重建圖像的差值平方和SSD，因為SSD值的計算要用到重建圖像，需要對CU進行變換、量化、反量化、反變換以及重建，雖然精度很高，但是計算很復(fù)雜。SATD代價函數(shù)只需要預(yù)測和變換，不需要對塊重建，計算復(fù)雜度低，但是模式選擇的精度也較低。

目前為止，已提出的快速模式選擇方法主要有以下幾種：

北方工業(yè)大學(xué)提出的專利申請“用于HEVC的自適應(yīng)快速幀內(nèi)預(yù)測模式?jīng)Q策”，專利申請?zhí)枮?01210138816.1，公開了一種應(yīng)用于高效視頻編碼HEVC的自適應(yīng)幀內(nèi)預(yù)測模式?jīng)Q策方法。該方法在使用了HEVC中的粗略模式選擇過程RMD、最有可能模式過程MPM和最優(yōu)模式選擇過程RDO的同時，在實施RMD之后加入了基于紋理的附加模式選擇過程，針對4×4和8×8、16×16和32×32尺寸的預(yù)測塊，將候選模式數(shù)量減小至2～5個，從而明顯地減少了參與RDO模式選擇的候選模式的數(shù)量。該方法針對RMD過程進行快速模式選擇，雖然運行時間縮短，但候選模式的數(shù)量減少為2～5個會對編碼質(zhì)量有所損傷，且對于紋理方向不突出的圖像，會引起判斷失誤降低編碼性能。