[發(fā)明專利]一種基于零塊分布的HEVC幀間預(yù)測模式快速判定方法

在審

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• 申請日: 2017-05-08
• 公開（公告）號: CN107318016A
• 公開（公告）日: 2017-11-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 滕國偉;李緯;方亞;趙海武;李國平;王國中
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: H04N19/109
• 分類號: H04N19/109;H04N19/147;H04N19/176
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙)31205
• 代理人: 陸聰明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于HEVC(High Efficiency Video Coding)幀間模式判定的新方法，尤其是一種基于零塊分布的HEVC幀間預(yù)測模式快速判定方法。

背景技術(shù)

HEVC是新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，它是為了滿足人們對于視頻的高清、超高清、3D和移動無線通信等新要求而提出，并在2013年1月正式成為國際標(biāo)準(zhǔn)。與已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用的上一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)H.264相比，HEVC的幀間預(yù)測引入新的技術(shù)，有運(yùn)動合并技術(shù)(Motion Merge)和先進(jìn)運(yùn)動矢量預(yù)測(Advance Motion Vector Prediction，AMVP)以及增加非對稱預(yù)測模式等，雖然增加了幀間預(yù)測的精確度，也顯著節(jié)省編碼比特數(shù)以及編碼圖像質(zhì)量，但是也大大增加了幀間預(yù)測的計算復(fù)雜度。HEVC相比H.264/AVC的幀間預(yù)測編碼，在預(yù)測單元的劃分上由于增加了非對稱分割，使幀間預(yù)測單元PU(Prediction Unit)的可選模式達(dá)到了8種。通過遍歷比較各預(yù)測模式率失真代價值RDCost(Rate Distortion Cost)篩選出最佳預(yù)測模式，并在最佳模式的基礎(chǔ)上利用基于塊的運(yùn)動補(bǔ)償技術(shù)預(yù)測當(dāng)前PU，計算出殘差值，最終對殘差進(jìn)行變換、量化和熵編碼。其中，最佳CU(Coding Unit)及對應(yīng)PU模式的篩選是幀間預(yù)測編碼計算復(fù)雜度的主要來源。因此，減少幀間PU模式的遍歷次數(shù)，對于降低幀間預(yù)測時間，提高編碼效率至關(guān)重要。

針對這個改進(jìn)角度，不少學(xué)者進(jìn)行了研究，最常用的減少PU模式遍歷降低復(fù)雜度的方法有：利用時空域相關(guān)性法、CU深度相關(guān)性法、絕對差值和法和樣點(diǎn)自適應(yīng)偏移參數(shù)法等，這些方法在一定程度上能夠減少PU模式遍歷次數(shù)，降低編碼復(fù)雜度，但是對于HEVC幀間預(yù)測編碼來說，還有進(jìn)一步提升的空間。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種基于零塊分布的HEVC幀間預(yù)測模式快速判定方法。對比于之前的其他方法，本方法創(chuàng)新性的提出利用零塊數(shù)目及其分布特征與PU模式之間相關(guān)性，更進(jìn)一步的降低了幀間預(yù)測的編碼的復(fù)雜度，并且利用更精確的模型來判定最佳PU模式，能夠很好的應(yīng)用到于實(shí)際工程去。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思是：

零塊判決是分析零塊分布的至關(guān)重要環(huán)節(jié)，判決的準(zhǔn)確度直接關(guān)系到本發(fā)明的最終算法性能。首先對編碼單元CU在Merge和幀間2N×2N模式進(jìn)行零塊判決，判決后根據(jù)零塊數(shù)目庫及其分布位置的不同進(jìn)行分類，然后根據(jù)不同的分類采取不同的幀間預(yù)測模式，避免逐一遍歷所有預(yù)測模式以減少幀間預(yù)測時間，具體是：首先對編碼單元進(jìn)行Merge和幀間2N×2N模式預(yù)測，得到殘差后進(jìn)行N×N變換和量化，通過設(shè)計的零塊判決公式對每一塊進(jìn)行零塊判決；統(tǒng)計CU包含的N×N零塊個數(shù)，再分析各零塊數(shù)目下的分布特征，然后根據(jù)不同的分布特征分類遍歷不同的幀間預(yù)測模式。

根據(jù)上述構(gòu)思，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種基于零塊分布的HEVC幀間預(yù)測模式快速判定方法，操作步驟如下：

1)預(yù)測分割：編碼單元分別進(jìn)行Merge模式和幀間2N×2N模式預(yù)測，獲取殘差后一分為四；

2)零塊判決及其數(shù)目統(tǒng)計：對殘差塊進(jìn)行N×N變換和量化，應(yīng)用設(shè)計的新零塊公式進(jìn)行零塊判決并統(tǒng)計分割后當(dāng)前CU在Merge模式和幀間2N×2N模式下的零塊個數(shù)，分別記為M與N；

3)分析零塊分布選取預(yù)測模式：若M＝4，且N＝4，則選取SKIP模式；若M！＝4，當(dāng)N＝4則選取Inter_2N×2N；當(dāng)N＝3，大部分選取Inter_2N×2N模式，若視頻序列水平運(yùn)動較多，Inter_2N×N更適合；若視頻序列垂直運(yùn)動較多，Inter_N×2N效果更好，而AMP_VER模式適當(dāng)考慮；當(dāng)N＝2，零塊分布呈水平分布時，選取Inter_2N×N；垂直分布時，選取Inter_N×2N；對角分布時，需考慮每一種模式；當(dāng)N＝1或0，需依次遍歷各模式；

4)計算時間復(fù)雜度：根據(jù)步驟3)得到的結(jié)果，計算選取每類下各預(yù)測單元PU所選取預(yù)測模式的率失真代價值；

5)決定預(yù)測模式：根據(jù)步驟4)中得到的結(jié)果，比較各PU預(yù)測模式的率失真代價值大小，確定最小率失真代價值的預(yù)測模式為當(dāng)前PU的預(yù)測模式。

上述步驟1)中，將CU經(jīng)Merge模式和幀間2N×2N模式預(yù)測得到的殘差塊劃分成4個N×N的殘差塊。

上述步驟2)中，指對殘差塊即TU(Transform Unit)塊系數(shù)進(jìn)行整數(shù)DCT變換，對一個N×N變換單元計算如下：

Y＝HXH^T