[發(fā)明專利]視頻編碼中一種快速幀間預(yù)測(cè)編碼方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810291487.1
• 申請(qǐng)日: 2018-04-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110351557A
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-10-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范娟婷;朱政;丁丹丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 朱政
• 主分類號(hào): H04N19/124
• 分類號(hào): H04N19/124;H04N19/154;H04N19/159
• 代理公司: 北京龍雙利達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11329
• 代理人: 張振;張欣

本發(fā)明公開(kāi)了視頻編碼中一種快速幀間預(yù)測(cè)編碼方法，在編碼器對(duì)每幀視頻內(nèi)容進(jìn)行幀間預(yù)測(cè)時(shí)，根據(jù)當(dāng)前待編碼塊能獲取到的已有編碼信息，自適應(yīng)地判斷是否跳過(guò)特定的幀間預(yù)測(cè)模式，簡(jiǎn)化了幀間預(yù)測(cè)模塊，減少了編碼步驟，從而在幾乎不造成編碼性能損失的前提下，降低了編碼器的計(jì)算復(fù)雜度，加速了編碼器。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視頻編碼幀一種快速幀間預(yù)測(cè)編碼方法，尤其涉及一種關(guān)于視頻編碼器中幀間預(yù)測(cè)技術(shù)的加速優(yōu)化算法，屬于視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著多媒體數(shù)字視頻應(yīng)用的不斷發(fā)展和人們對(duì)視頻云計(jì)算需求的不斷提高，原始視頻信源的數(shù)據(jù)量以使現(xiàn)有傳輸網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)資源無(wú)法承受。因而，視頻信號(hào)的壓縮已成為目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)研究和工業(yè)應(yīng)用的熱點(diǎn)之一。視頻壓縮，也稱視頻編碼，其目的是消除視頻信號(hào)間存在的冗余信息。至今，國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織已相繼制定了多種不同的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，主流的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)均采用“基于塊的預(yù)測(cè)和變換”的混合編碼框架，圖1為最新的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC對(duì)應(yīng)的視頻編解碼器總體框架圖，輸入的視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)塊結(jié)構(gòu)劃分、預(yù)測(cè)、變換、量化、熵編碼等編碼技術(shù)處理后，最后輸出比特流，以備傳輸或存儲(chǔ)。

圖2為現(xiàn)有技術(shù)中的一種視頻編碼基本流程圖，包括如下的處理過(guò)程：在編碼端，輸入的視頻信號(hào)首先會(huì)經(jīng)過(guò)預(yù)測(cè)模塊，編碼器按照率失真準(zhǔn)則從若干種預(yù)測(cè)模式種選擇一種預(yù)測(cè)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)，得到預(yù)測(cè)信號(hào)，將預(yù)測(cè)信號(hào)與原始信號(hào)做差，得到殘差信號(hào)；殘差信號(hào)經(jīng)過(guò)變換，得到能量更加集中的變換系數(shù)信號(hào)；變換系數(shù)信號(hào)經(jīng)過(guò)量化后由熵編碼器編碼，最終輸出碼流。因此，預(yù)測(cè)技術(shù)是視頻編碼中尤為關(guān)鍵的技術(shù)之一視頻中的圖像又稱為視頻幀，視頻幀一般分為三類，即I幀、P幀和B幀，PB幀較I幀具有更好的壓縮性能。這是由于視頻編碼中的預(yù)測(cè)技術(shù)一般分為兩種——幀內(nèi)預(yù)測(cè)和幀間預(yù)測(cè)，I幀僅采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)，而PB幀既可采用幀內(nèi)預(yù)測(cè)也可采用幀間預(yù)測(cè)。

幀間預(yù)測(cè)用于減少時(shí)域冗余，它是利用相鄰幀之間的相關(guān)性進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，即當(dāng)前待編碼的圖像使用其它已編碼并重構(gòu)的圖像作為參考幀，當(dāng)前待編碼塊在參考幀中搜索相似塊作為預(yù)測(cè)值。而當(dāng)前待編碼塊在預(yù)測(cè)時(shí)，可能劃分為更小的預(yù)測(cè)塊(PredictionBlock,PB)，并以預(yù)測(cè)塊為基本單元搜索最匹配的預(yù)測(cè)值，其目的是盡可能減小預(yù)測(cè)值與當(dāng)前待編碼塊實(shí)際值之間的大小，從而減少編碼比特?cái)?shù)，提高壓縮率。

在高效視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)(High Efficiency Video Coding,HEVC)中，對(duì)于幀間預(yù)測(cè)的預(yù)測(cè)塊一般有三種常見(jiàn)的劃分方式，即不劃分、分為兩塊或者四叉劃分。如圖3所示，當(dāng)當(dāng)前待編碼塊的大小為2N×2N時(shí)，不劃分指預(yù)測(cè)塊的大小與當(dāng)前待編碼塊的大小一致，即也為2N×2N；分為兩塊有六種不同的劃分方式：2種對(duì)稱分割和4種不對(duì)稱分割，其中4種不對(duì)稱分割只在編碼器支持；四叉劃分，即將2N×2N劃分為等大小的4個(gè)N×N預(yù)測(cè)塊。每一種劃分方式對(duì)應(yīng)一種幀間預(yù)測(cè)模式，特別地，不劃分時(shí)還有兩種特殊的幀間預(yù)測(cè)模式，即跳過(guò)(SKIP)和合并(Merge)模式。因此，整個(gè)幀間預(yù)測(cè)的過(guò)程是按流程遍歷所有的幀間預(yù)測(cè)模式，并選擇編碼代價(jià)最小的預(yù)測(cè)模式作為最佳的預(yù)測(cè)模式，其幀間預(yù)測(cè)流程如圖4所示，即按照SKIP、Merge、2N×2N、N×N、N×2N、2N×N、2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N。可見(jiàn)，幀間預(yù)測(cè)模式種類較多，計(jì)算較復(fù)雜。而實(shí)際上，幀間預(yù)測(cè)也是編碼器最耗時(shí)的模塊之一。

而由于當(dāng)前待編碼塊在幀間預(yù)測(cè)過(guò)程中需要遍歷所有的幀間預(yù)測(cè)模式，但最終僅選擇最佳的一種幀間預(yù)測(cè)模式，因此，存在大量的預(yù)測(cè)模式計(jì)算冗余。因此，如何快速選擇最佳的預(yù)測(cè)模式是加速幀間預(yù)測(cè)模塊，提高編碼器編碼效率的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供視頻編碼中一種快速幀間預(yù)測(cè)編碼方法，用于常見(jiàn)的視頻編碼器中。該方法具體優(yōu)化了編碼器的幀間預(yù)測(cè)編碼步驟，其基本原理是在經(jīng)過(guò)一些幀間預(yù)測(cè)模式?jīng)Q策后，根據(jù)所獲得的已編碼信息，決策是否快速跳過(guò)剩余一種或多種幀間預(yù)測(cè)模式，簡(jiǎn)化了預(yù)測(cè)模塊，從而降低計(jì)算復(fù)雜度以加速編碼器編碼。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的而技術(shù)方案為，