[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

技術領域

本發明涉及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，屬于視頻轉碼領域。

背景技術

目前應用最廣泛的視頻編解碼標準是H.264/AVC，其廣泛應用在有線電視和衛星電視、無線和移動網絡、多媒體流式服務等領域。然而，隨著高清視頻的普及以及超高清格式的興起，原有的H.264/AVC標準并不能很好地滿足視頻編解碼在效果和速率上的需求。因此，國際標準化組織ITU-T和ISO/IEC提出了一種高性能視頻編碼HEVC作為新一代視頻編碼標準。HEVC在視頻編解碼性能方面較H.264/AVC提升了30％到50％，但是同時HEVC在編碼端付出了較高的計算代價和更為復雜的存儲結構。并且，現如今H.264已經更廣泛應用于攝像機、手機、相距等主流的視頻采集設備中。HEVC在短期內無法取代H.264的地位，也就是說在相當長一段時間內，兩種視頻標準將會共存。因此，對H.26/AVC4向HEVC轉碼的研究將有助于兩種視頻標準之間的融合與過渡，具有重要的現實意義。

H.264/AVC向HEVC轉碼的過程是對視頻格式的一種轉換，最直接的方法是將H.264的解碼器與HEVC的編碼器進行級聯，H.264解碼后的視頻直接輸入HEVC編碼器中進行編碼。然而，由于HEVC編碼器中引入了大計算量和高復雜度的一些算法，因此，利用H.264碼流中所攜帶的部分信息對這部分計算量和高復雜度的算法進行優化，就成為了研究的一個課題。

相對于H.264編碼標準中的宏塊MB，HEVC的不同點是引入了自適應四叉樹結構的編碼樹單元CTU作為預測、變換、量化、熵編碼的基本單元。一個編碼樹單元CTU包括一個亮度編碼樹塊CTB和兩個色度編碼樹塊。編碼樹單元CTU的四叉樹句法制定了它所屬的亮度和色度編碼塊CB的尺寸和位置，通常一個亮度編碼樹塊CTB和兩個色度編碼樹塊及它們相關的句法組成一個編碼單元CU。編碼單元CU的最大尺寸為其所屬的亮度編碼樹塊CTB的尺寸。編碼單元CU的尺寸或包含的像素數可以設置為64×64、32×32、16×16和8×8。一般來說，編碼單元CU尺寸越大，壓縮性能越好。每一個編碼單元CU包含著與之相關聯的預測單元PU和變換單元TU。對于預測單元PU，可以分為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。與H.264中固定宏塊大小的編碼單元相比，HEVC對編碼圖像的劃分更為靈活。然而，在提高視頻編碼性能的同時，也增加了編碼過程的復雜性。

傳統的H.264向HEVC轉碼的方法是將H.264解碼器與HEVC的編碼器級聯，直接對H.24標準解碼得到的圖像進行HEVC標準編碼。這種方法遍歷了編碼中的所有過程，復雜度較高，沒有對H.264碼流中所包含的信息進行充分利用。

目前針對以往的各種視頻編碼標準之間的轉碼研究較為全面，針對H.264向HEVC轉碼的研究也正在進行。Tamer Shanabieh和Eduardo Peixoto等人提出了一種通過線性判別函數，在H.264碼流中的特征信息與HEVC編碼標準中的分塊方式之間建立一個映射。利用模式分類的思想，提取H.264碼流中的特征信息，直接確定出HEVC編碼器中圖像的編碼單元的劃分方式。這種方法減小了編碼端確定分塊方式的計算量，從而提升了編碼速率。

此外，Dong Zhang和Bin Li等人提出了基于率失真優化模型的功率譜計算方法來預測幀內圖像的CU和PU的分塊模式。在編碼效果減少不大的情況下，較大的降低了編碼端的計算復雜度。

由于H.264和HEVC編碼的碼流中，參考幀號、運動矢量、最小運動估計的預測方式等是相同的。因此，可以在H.264碼流中提取參考幀號、宏塊位置坐標、宏塊類型、運動矢量等信息。并應用在HEVC編碼端，對幀間和幀內預測等環節進行優化，從而大幅降低整個轉碼過程的復雜性。

發明內容

針對現有技術中的不足，本發明公布了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；

本發明還公布了一種實現上述轉碼方法的轉碼裝置。

本發明的技術方案為：

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，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；