[發(fā)明專利]一種H.264到H.265的視頻轉(zhuǎn)碼方法及轉(zhuǎn)碼器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410305830.5
• 申請(qǐng)日: 2014-06-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104038764A
• 公開(kāi)（公告）日: 2014-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張新晨;羿舒文;黎偉;江昊;華哲
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/40
• 分類號(hào): H04N19/40;H04N19/103;H04N19/51;H04N19/513;H04N19/154;H04N19/176
• 代理公司: 武漢科皓知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 42222
• 代理人: 嚴(yán)彥

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于圖像壓縮技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)兩大領(lǐng)域，具體涉及一種H.264到H.265快速轉(zhuǎn)碼的技術(shù)方案。

背景技術(shù)

當(dāng)前我互聯(lián)網(wǎng)事業(yè)進(jìn)入飛速發(fā)展期，多媒體技術(shù)在人們工作、學(xué)習(xí)、娛樂(lè)中的地位顯得越發(fā)重要。而作為多媒體技術(shù)中最重要，最具表現(xiàn)力的視頻編碼技術(shù)也隨著時(shí)代迅猛發(fā)展。從1990年提出的H.261到上一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264，幾十年間視頻編碼技術(shù)在不斷的更新與進(jìn)步。如今ITU-T?VCEG又發(fā)布了新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265(也稱為HEVC)，較之前的編碼標(biāo)準(zhǔn)，H.265采用了更先進(jìn)的編碼技術(shù)，提高了編碼效率。

目前，得到最廣泛采用的視頻壓縮技術(shù)中的一種稱為H.264的標(biāo)準(zhǔn)。H.264是一種基于塊匹配的混合編碼的壓縮方案。編碼器將幀分為多個(gè)正方形小塊，稱為宏塊，每個(gè)宏塊包含16×16大小的像素。為了圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，編碼器對(duì)每個(gè)宏塊進(jìn)行預(yù)測(cè)、變換、編碼以減小數(shù)據(jù)量。其中預(yù)測(cè)包括幀內(nèi)預(yù)測(cè)與幀間預(yù)測(cè)。幀內(nèi)預(yù)測(cè)利用了圖片在空間上的相關(guān)性，主要是利用了當(dāng)前宏塊左側(cè)與上側(cè)的宏塊的像素值來(lái)對(duì)當(dāng)前宏塊進(jìn)行預(yù)測(cè)。幀間預(yù)測(cè)則利用了圖像在時(shí)間上的相關(guān)性，找出相鄰幾幀中與當(dāng)前宏塊相似的區(qū)域來(lái)對(duì)本幀進(jìn)行預(yù)測(cè)。然后用原始圖像減去預(yù)測(cè)圖象形成殘差，編碼器只需對(duì)殘差及預(yù)測(cè)信息(幀內(nèi)預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)模式、幀間預(yù)測(cè)的運(yùn)動(dòng)矢量和參考幀等)進(jìn)行變換、量化、編碼即可完成壓縮。

近來(lái)，ISO/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組和ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)聯(lián)合推出了新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265/HEVC。與早期視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)類似，H.265/HEVC沿襲了傳統(tǒng)的混合編碼框架。編碼思路基本不變，編碼器主要由幀內(nèi)預(yù)測(cè)(intra?prediction)、幀間預(yù)測(cè)(inter?prediction)、轉(zhuǎn)換(transform)、量化(quantization)、去區(qū)塊濾波器(deblocking?filter)、熵編碼(entropy?coding)等組成。但H.265/HEVC采用了更靈活的編碼樹(shù)結(jié)構(gòu)代替H.264中的宏塊進(jìn)行劃分，其支持的大小也從16×16像素?cái)U(kuò)展到64×64像素。H.265/HEVC采用了先進(jìn)的預(yù)測(cè)方法對(duì)圖片進(jìn)行預(yù)測(cè)，幀內(nèi)預(yù)測(cè)方向從原有的8個(gè)方向增加到33個(gè)，幀間增加了Merge模式，提高了圖像壓縮率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，H.265/HEVC在主觀質(zhì)量不變的基礎(chǔ)上，碼率降低一半以上，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α５獺.265/HEVC的高壓縮是以提高了編碼復(fù)雜度為代價(jià)的，其編碼復(fù)雜度為之前H.264的3到4倍，編碼速度成為了當(dāng)前亟待解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

進(jìn)過(guò)多年的推廣，H.264已廣泛用于數(shù)字視頻分發(fā)、存儲(chǔ)和播放的應(yīng)用中，由于新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.265的推出，為了節(jié)省網(wǎng)絡(luò)帶寬降低視頻比特率，提高視頻服務(wù)質(zhì)量，因此提供用于對(duì)使用新標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備和使用現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備進(jìn)行接口的相關(guān)措施是很有必要的，并且此類接口能將H.265視頻標(biāo)準(zhǔn)逐步引入到現(xiàn)有的視頻系統(tǒng)中。

目前，視頻轉(zhuǎn)碼按照結(jié)構(gòu)主要分為兩大類：像素域轉(zhuǎn)碼和變換域轉(zhuǎn)碼。像素域轉(zhuǎn)碼是指對(duì)輸入視頻完全解碼得到像素域圖像序列，在像素域進(jìn)行再編碼，像素域轉(zhuǎn)碼實(shí)現(xiàn)靈活，并且輸出圖像質(zhì)量較高，但轉(zhuǎn)碼復(fù)雜度高。變換域轉(zhuǎn)碼則不需要完全解碼出像素域圖像，而是在變換域直接對(duì)壓縮域系數(shù)進(jìn)行變換，重新封裝得到轉(zhuǎn)碼視頻，減少了重新編碼的計(jì)算量。但H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)和H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)中基本編碼單元差別較大，變換尺寸也存在差異，因此在變換域直接把H.264編碼的視頻轉(zhuǎn)換成H.265是比較困難的。

由于H.264編碼標(biāo)準(zhǔn)和H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)之間存在著較大的差異，因此目前將H.264視頻信號(hào)轉(zhuǎn)碼成H.265格式的主要方法是，在H.264解碼器中將H.264視頻完全解碼為YUV格式，隨后再利用H.265編碼器中對(duì)解碼的YUV信號(hào)進(jìn)行重新編碼。不過(guò)，這種方法有一個(gè)非常重要的缺點(diǎn)，即它需要相當(dāng)多的計(jì)算資源，且時(shí)間消耗過(guò)大，特別對(duì)于H.265這種高復(fù)雜度的編碼而言，實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)碼在普通計(jì)算機(jī)上尤為困難。通常，視頻信號(hào)的獨(dú)立解碼和編碼還可能會(huì)導(dǎo)致視頻質(zhì)量的下降，因?yàn)橹匦戮幋a期間做出的決定并沒(méi)有考慮原始編碼的參數(shù)。

因此，目前的H.264到H.265轉(zhuǎn)碼器轉(zhuǎn)碼效率不高，消耗資源大，且設(shè)備昂貴，往往不能滿足于實(shí)際的工程需求。研究一種快速的轉(zhuǎn)碼方案可以說(shuō)是非常有意義的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出一種高效低耗的H.264到H.265轉(zhuǎn)碼方案。

本發(fā)明提供一種H.264到H.265的視頻轉(zhuǎn)碼方法，包括H.264解碼過(guò)程和H.265編碼過(guò)程，