[發明專利]基于參考片的視頻幀間預測編碼方法

有效

• 申請號: 201610979281.9
• 申請日: 2016-11-08
• 公開（公告）號: CN106507106B
• 公開（公告）日: 2018-03-06
• 發明（設計）人: 吳楓;馬常月;劉東;彭秀蓮;王婷婷
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H04N19/105
• 分類號: H04N19/105;H04N19/137;H04N19/149;H04N19/154;H04N19/159
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司11260
• 代理人: 鄭立明,鄭哲

技術領域

本發明涉及視頻編碼技術領域，尤其涉及一種基于參考片的視頻幀間預測編碼方法。

背景技術

近年來，隨著互聯網的迅猛發展，在互聯網中針對視頻的應用需求越來越多，而視頻的數據量非常大，為了在帶寬有限的互聯網中傳輸，首先必須解決的問題就是視頻壓縮編碼問題。

已經制定的視頻編碼標準都屬于混合視頻編碼框架。所謂混合視頻編碼，一般由以下幾部分組成：預測(Prediction)、變換(Transform)、量化(Quantization)和熵編碼(Entropy Coding)。其中預測一般分為幀內預測和幀間預測。只能選用幀內預測模式的視頻幀稱為I幀，既可以使用幀內預測模式也可以使用幀間預測模式的視頻幀稱為P幀或B幀。幀間預測模式利用已經重建的其他幀的像素作為參考，對當前幀進行預測，從而去除時間冗余。相比于幀內預測，一般幀間預測的準確率更高，在視頻壓縮的過程中起的作用更大。進一步提高幀間預測的效率，是視頻編碼里很迫切的需求。

目前，在進行幀間預測時，會選擇已經重建的多個幀作為參考幀。采用多參考幀能夠帶來視頻編碼性能提升，原因主要有兩方面：一是由于相機噪聲等因素的影響，多參考幀及其組合可以提供更多的信號形式，使當前編碼塊可以找到更好的匹配塊；二是當視頻序列中存在遮擋和復現時，當前編碼塊在多參考幀中有更大可能找到匹配的塊。通用的最新視頻編碼標準High Efficiency Video Coding(HEVC)的多參考幀由一個最臨近幀和幾個次臨近的高質量幀組成，多參考幀的管理基于參考圖像集(Reference Picture Set，RPS)。參考幀的選取和管理是幀間預測技術中非常核心的部分，對整體視頻編碼效率的影響也比較大。

有一些工作提出了其他的多參考幀選取和管理方法，例如：

基于視頻內容的自適應參考幀選取(A.S.Dias,S.Schwarz,M.Siekmann,S.Bosse,H.Schwarz,D.Marpe,J.Zubrzycki and M.Mrak,“Perceptually optimised video compression.”in IEEE International Conference On Multimedia and Expo(ICME2015),Torino,2015.)

基于被參考內容分布的改進參考幀列表排序(S.Schwarz and M.Mrak,“Improved reference picture list sorting in video coding.”in IEEE International Conference on Systems,Signals and Image Processing(IWSSIP 2015),London,2015.)

以上方法的缺點如下：

1、HEVC中的多參考幀選取和管理對不同的視頻內容采用同一處理方案，不具有自適應性。

2、基于視頻內容的自適應參考幀選取需要對待編碼的視頻進行預分析，難以應用于流媒體編碼的情景。

3、基于被參考內容分布的改進參考幀列表排序受待編碼視頻內容的影響較大，且需要借助額外的參考幀內存輔助處理。

除上述缺點以外，現有的參考內容管理和優化方案都是基于參考幀的。在解碼端參考緩沖區(Decoded Picture Buffer，DPB)容量受限的情況下，多參考幀中內容重復，存在冗余，對緩沖區的利用效率不高，限制了視頻編碼進一步的性能提升。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于參考片的視頻幀間預測編碼方法，通過優化參考內容，特別是去除多參考幀之間的冗余，充分利用解碼緩沖區容量，有效提高視頻編碼的壓縮效率。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

一種基于參考片的視頻幀間預測編碼方法，包括：

包含單一內容的參考片生成與管理：在當前參考幀將移出短期參考幀列表時，基于當前參考幀上幀內預測塊的分布情況，選出包含單一內容的參考片加入到參考片緩沖區；如果參考片緩沖區已滿，則依據事先定義的參考片優先級計算方式決定選出的包含單一內容的參考片是否加入到參考片緩沖區；

包含重復內容的參考片生成與管理：檢測視頻序列中存在的靜態、動態和間隔重復的內容，然后根據檢測結果對重復內容的塊進行高質量編碼，再基于高質量編碼塊的分布情況生成包含重復內容的參考片；包含重復內容的參考片直接加入參考片緩沖區，然后按照參考片優先級比較進行管理；