[發明專利]一種基于運動矢量分析的由H.264到HEVC的快速幀間轉碼方法及轉碼裝置

有效

• 申請號: 201410340334.3
• 申請日: 2014-07-16
• 公開（公告）號: CN104079937B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發明（設計）人: 張海霞;孫彬;劉治;尚蕾;金蕾
• 申請（專利權）人: 山東大學
• 主分類號: H04N19/40
• 分類號: H04N19/40;H04N19/513;H04N19/157;H04N19/176;H04N19/44
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司37219
• 代理人: 呂利敏

1.一種基于運動矢量分析的由H.264到HEVC的快速幀間轉碼方法，其特征在于，具體步驟包括：

(1)在H.264解碼器終端對H.264碼流進行解碼，在解碼器終端提取出所述的H.264碼流中參考幀信息、宏塊尺寸、宏塊位置、宏塊的運動矢量MV、宏塊的預測方式；

(2)根據在H.264解碼器終端得到的H.264碼流的宏塊的運動矢量MV確定編碼單元CU劃分方式，即編碼單元CU的分塊，具體步驟如下：

a、設定編碼單元CU的初始分塊尺寸為64×64；計算初始分塊尺寸為64×64的編碼單元CU內包含的H.264標準下的宏塊的個數和類型；

b、根據在H.264解碼端提取得到的步驟a所述的宏塊的運動矢量MV，計算分塊尺寸為64×64的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的方差距離D_mv，

$D_{mv}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分塊尺寸為64×64的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的差異性,其中和分別代表H.264標準中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)處的m宏塊和n宏塊的運動矢量MV的橫坐標和縱坐標；

c、設定一個閾值T₁，如果D_mv小于T₁時，則分塊尺寸為64×64的編碼單元CU無需進行分裂，此時的分塊尺寸64×64就是編碼單元CU劃分方式；如果D_mv大于等于T₁時，則分塊尺寸為64×64的編碼單元CU進行分裂處理，分裂成4個分塊尺寸均為32×32的編碼單元CU，進入步驟d；

d、設定編碼單元CU的初始分塊尺寸為32×32，計算初始分塊尺寸為32×32的編碼單元CU內包含的H.264標準下的宏塊的個數和類型；

e、根據在H.264解碼端提取得到的步驟d所述的宏塊的運動矢量MV，計算分塊尺寸為32×32的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的方差距離D_mv，

$D_{mv}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分塊尺寸為32×32的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的差異性,其中和分別代表H.264標準中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)處的m宏塊和n宏塊的運動矢量MV的橫坐標和縱坐標；

f、設定一個閾值T₁，如果D_mv小于T₁時，則分塊尺寸為32×32的編碼單元CU無需進行分裂，此時的分塊尺寸32×32就是編碼單元CU劃分方式；如果D_mv大于等于T₁時，則分塊尺寸為32×32的編碼單元CU進行分裂處理，分裂成4個分塊尺寸16×16的編碼單元，進入步驟g；

g、設定編碼單元CU的初始分塊尺寸為16×16，計算初始分塊尺寸為16×16的編碼單元CU內包含的H.264標準下的宏塊的個數和類型；

h、根據在H.264解碼端提取得到的步驟g所述的宏塊的運動矢量MV，計算分塊尺寸為16×16的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的方差距離D_mv，

$D_{mv}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分塊尺寸為16×16的編碼單元CU內所包含的各個宏塊的運動矢量的差異性,其中和分別代表H.264標準中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)處的m宏塊和n宏塊的運動矢量MV的橫坐標和縱坐標；

i、設定一個閾值T₁，如果D_mv小于T₁時，則分塊尺寸為16×16的編碼單元CU無需進行分裂，此時的分塊尺寸16×16就是編碼單元CU劃分方式；如果D_mv大于等于T₁時，則分塊尺寸為16×16的編碼單元CU進行分裂處理，分裂成4個分塊尺寸8×8的編碼單元，此時的分塊尺寸8×8就是編碼單元CU劃分方式；

(3)根據編碼單元CU的分塊確定預測單元PU的劃分方式，根據編碼單元CU劃分方式確定預測單元PU的劃分方式，每個分塊尺寸為2N×2N的編碼單元CU有7種預測單元PU的劃分方式，其中，所述的N＝4,8,16,32；所述的7種預測單元PU的劃分方式分別為2N×2N、2N×N、N×2N的對稱分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非對稱分割模式，具體步驟如下：

j、如果編碼單元CU的分塊尺寸為8×8時，將所述編碼單元CU劃分為4個分塊尺寸為4×4的小塊；否則，將所述的編碼單元CU劃分為16個分塊尺寸相同的小塊；

k、根據H.264碼流中得到的運動矢量信息，提取出編碼單元CU中各個小塊的運動矢量，并計算出各個所述的小塊的運動矢量的相位

通過下式ⅱ計算7種預測單元PU的劃分方式下編碼單元CU中各個小塊的相位的方差之和D_ψ，所述的7種預測單元PU的劃分方式為2N×2N、2N×N、N×2N的對稱分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非對稱分割模式；

$D_{\mathrm{\ψ}}=D_{{\mathrm{\ψ}}_1}+D_{{\mathrm{\ψ}}_2}---ii$

式ⅱ中，ψ₁,ψ₂分別代表預測單元PU劃分方式中的兩個分塊區域；其中，(i,j)為ψ₁分塊的橫縱坐標；(i′，j′)為ψ₂分塊的橫縱坐標；

比較所述的7種預測單元PU的劃分方式情況下D_ψ,選取使得D_ψ取值最小時預測單元PU的劃分方式確定為預測單元PU的劃分方式；

(4)通過H.264碼流中提取出的運動矢量信息直接預測出當前HEVC中預測單元PU的運動矢量，具體步驟為：

l、根據在步驟(1)中在H.264解碼器終端提取出的H.264碼流的運動矢量，分別找到確定劃分方式的預測單元PU中包含的各個小塊所對應的在參考幀單元中的最佳匹配塊；所述的最佳匹配塊是指與所述的預測單元PU中包含的各個小塊距離最近的參考幀單元；通過下式ⅲ分別計算出參考幀單元與預測單元PU中包含的各個小塊的方差距離D：

式ⅲ中，為預測單元PU中第t個小塊的位置；為PU單元中第t個小塊對應的最佳匹配塊的位置；

其中，與所述的預測單元PU中包含的各個小塊的方差距離之和最小的參考幀單元即為所述的最佳匹配塊；

m、如果通過步驟l得到一個最佳匹配塊，則直接計算預測單元PU與所述的最佳匹配塊之間的偏移即為所述的預測單元PU的運動矢量；如果通過步驟l得到兩個或以上最佳匹配塊，則分別計算確定劃分方式的預測單元PU與所述的兩個或以上最佳匹配塊的求和絕對誤差準則SAD，選取SAD值最小的最佳匹配塊作為最佳匹配塊，直接計算預測單元PU與所述的最佳匹配塊之間的偏移即為所述的預測單元PU的運動矢量。