高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法
【专利摘要】本发明公开了一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法，该方法包括：对视频帧中每个编码单元CU进行跳跃SKIP模式与Inter2Nx2N模式的校验；若该CU单元的重建像素与原始像素值的误差不超过阈值、重建像素与原始像素值的误差的分布在预定的范围内或预测残差不超过预定的数值，则判断所述SKIP模式是否为当前最优模式；若是，则将所述SKIP模式作为当前CU单元的最优模式；否则，判断当前CU单元是否为最小编码单元SCU，若不是，则将当前CU单元进行四叉树分割，并为每个子单元逐个进行模式校验。通过采用本发明公开的方法，有效的降低了编码端的编码复杂度，以适应于移动设备以及很多实时要求较高的视频应用。
【专利说明】高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及视频编码【技术领域】，尤其涉及一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法。
【背景技术】
[0002]为了便于视频编码的应用，国际和国内有很多组织致力于制定视频编码标准，例如，国际上主要的视频编码标准包括由ITU-T (国际电信联盟远程通信标准化组织)制定的
H.261和H.263。以及由IS0/IEC (国际标准化组织/国际电工委员会)制定的MPEG-1和MPEG-4。以及由两大组织联合制定的H.262和H.264。为了满足日益增长的视频应用需求，特别是高清视频压缩的需求，目前ITU-T和IS0/IEC正在联合制定新一代视频编码标准一HEVC标准。
[0003]视频压缩的目的是去除视频序列中的各种冗余，以达到更高效的表达视频的目的。一般来说，视频中的冗余包括空间冗余、时间冗余和视觉冗余等。视频编码的目的是去除视频信号中的各种冗余。常见的视频编码属于有损编码，即重建信号和原始信号并不完全一致。HEVC的视频编码结构延续了 H.264的混合编码框架，主要包括预测、变换、量化和熵编码等步骤。随着对高清视频的需求不断提高，HEVC与H.264相比，增加了很多新的工具以辅助其获得更高的压缩效率，然而，在提高压缩性能的同时，其编码复杂度也远远的高于H.264，这给实时编解码需求的应用(比如:视频会议、手机视频通信等)带来了很大的挑战。因此，HEVC的快速模式选择的研究有着重要的应用意义。
[0004]由于HEVC与H.264相比，针对于分辨率更高的视频压缩问题而设计，因此，其采用了如图1所示的四叉树方法不断的对编码单元(CU)进行分割，其CU单元大小范围为64x64到8x8，对于每个CU均可以有如图2所示的十一种预测模式，分别为:SKIP (跳跃)模式；中贞间预测模式:Inter2Nx2N、Inter2NxN、InterNx2N、InterNxN、InternLx2N、InternRx2N、Inter2NxnU 及 Inter2NxnD ;巾贞内预测模式:Intra2Nx2N 及 IntraNxN ;其中，InternLx2N、InternRx2N、Inter2NxnU与Inter2NxnD这四种模式属于非对称模式。
[0005]现有技术中，对于当前的HEVC编码方法而言，其模式选择方法为:对于每个CU单元，逐一进行上述11种划分模式的检验，然后再对当前CU单元进行进一步的四叉树分害I]，得到下一层的四个子CU单元，并且对每个子CU再进行各种单元分割模式的检验，直到当前CU单元为允许的最小编码单元SCU (大小为8x8);另外，对于非SCU的编码单元而言，均不需要检验InterNxN和IntraNxN，而SCU不需要进行非对称模式的检验。然而，上述编码方法的复杂度较高，无法适应于移动设备以及很多实时要求较高的视频应用。
[0006]基于上述基础，现有技术对提出了两种改进方案:1)对当前⑶单元逐一进行上述11种I3U划分模式的校验之后，判断其最优模式是否为SKIP模式，如果是SKIP模式，则进行四叉树分割，但不再进行的四叉树分割后各个子CU单元的模式校验；2)将当前CU单元的预测残差的变换量化系数是否全部为O作为约束条件，当不满足该条件时，则逐一进行上述11种PU划分模式的校验。这两种方法虽然能够节省一定的时间，但仍然无法满足移动设备等实时性要求严格的应用。
[0007]综上所述，现有技术关于HEVC标准的模式选择方法，其编码端复杂度较高，无法适用于实时性要求比较强的应用。
【发明内容】
[0008]本发明的目的是提供一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法，有效的降低编码端的编码复杂度，以适应于移动设备以及很多实时要求较高的视频应用。
[0009]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0010]一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法，该方法包括:
[0011]对视频帧中每个编码单元⑶进行跳跃SKIP模式与帧间预测Inter2Nx2N模式的校验；
[0012]若该⑶单元的重建像素与原始像素值的误差不超过阈值、重建像素与原始像素值的误差的分布在预定的范围内或预测残差不超过预定的数值，则判断所述SKIP模式是否为当前最优模式；
[0013]若是，则将所述SKIP模式作为当前CU单元的最优模式；否则，判断当前CU单元是否为最小编码单元SCU，若不是，则将当前CU单元进行四叉树分割，并为每个子单元逐个进行模式校验。
[0014]由上述本发明提供的技术方案可以看出，通过根据预测残差来判断当前预测是否足够好，从而帮助跳过当前⑶单元的某个PU单元的ME (运动估计)操作以及⑶单元的进一步分割；同时，通过根据重建像素值与原始像素值之间误差大小及分布情况判断当前块的重建质量是否太差，从而跳过当前的较大块的CU单元下的单元划分，直接跳到下一层的CU单元划分，以获得更高精度的预测；通过上述方式在保证编码压缩性能的同时，保证其编码端的低复杂度，从而可以使得移动设备等编码资源有限的电子设备可以轻松的使用该视频编码技术，并且对实时性要求较高的一些应用场景也可以很好的应用该编码技术。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
[0016]图1为【背景技术】提供的HEVC标准中的CU单元四叉树分割的结构示意图；
[0017]图2为【背景技术】提供的HEVC标准中CU单元的各预测模式的示意图；
[0018]图3为本发明实施例一提供的一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法的流程图。
【具体实施方式】
[0019]下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
[0020]实施例一
[0021]图3为本发明实施例一提供的一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法的流程图。如图3所示，主要包括如下步骤:
[0022]步骤31、对视频帧中每个编码单元⑶进行跳跃SKIP模式与Inter2Nx2N模式的校验。
[0023]为了便于后续的模式校验，通常可以预先对当前2Nx2N的块进行进一步的分割。例如，可以将当前的CU单元分成4个小部分进行(如图1所示分割为4个子单元)，这样有利于用这四个小部分进行组合构成I3U的类型，比如2NxN和Nx2N等。
[0024]步骤32、判断是否满足至少以下一个条件:该⑶单元的重建像素与原始像素值的误差不超过阈值、重建像素与原始像素值的误差的分布在预定的范围内或预测残差不超过预定的数值；若是，则转入步骤38 ;否则，转入步骤33。
[0025]示例性的，本步骤所涉及的阈值可以采用以下方法进行计算:
[0026]I)确定⑶单元的重建像素与原始像素值误差的阈值:计算当前帧的前一帧各个像素的重建像素值与原始像素值的平均像素误差，或前一帧中与当前帧中当前编码块对应的编码块的重建像素值与原始像素值的平均像素误差，其计算公式为:
[0027]
【权利要求】
1.一种高性能视频编码的帧间预测快速模式选择方法，其特征在于，该方法包括: 对视频帧中每个编码单元CU进行跳跃SKIP模式与帧间预测Inter2Nx2N模式的校验； 若该CU单元的重建像素与原始像素值的误差不超过阈值、重建像素与原始像素值的误差的分布在预定的范围内或预测残差不超过预定的数值，则判断所述SKIP模式是否为当前最优模式； 若是，则将所述SKIP模式作为当前CU单元的最优模式；否则，判断当前CU单元是否为最小编码单元SCU，若不是，则将当前CU单元进行四叉树分割，并为每个子单元逐个进行模式校验。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述为每个子单元逐个进行模式选择包括: 分别判断每一子单元的预测残差是否超过预定的数值；若未超过，则将所述CU单元的运动信息作为当前子单元的运行信息，并将所述SKIP模式或Inter2Nx2N作为当前子单元的最优模式。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于， 若该⑶单元的重建像素与原始像素值的误差超过阈值、重建像素与原始像素值的误差的分布不在预定的范围内且预测残差超过预定的数值，则依次判断左右对称的InterNx2N模式与上下对称的Inter2NxN模式中所有像素的误差是否在预定范围内； 若所述InterNx2N模式与Inter2NxN模式中所有像素的误差均在预定范围内，则执行中贞内预测Intra2Nx2N模式与IntraNxN模式的校验。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，` 若所述InterNx2N模式中所有像素的误差不在预定范围内，则分别判断左侧单元与右侧PU单元的预测残差是否超过预定的数值；若未超过，则将Inter2NX2N模式下的运动信息作为预测残差未超过预定数值的PU单元的运动信息；否则，对预测残差超过预定数值的PU单元进行运动估计ME操作； 若所述InterfNxN模式中所有像素的误差不在预定范围内，则分别判断上端PU单元与下端PU单元的预测残差是否超过预定的数值；若未超过，则将Inter2NX2N模式下的运动信息作为预测残差未超过预定数值的PU单元的运动信息；否则，对预测残差超过预定数值的PU单元进行ME操作； 判断InterNx2N模式或Inter2NxN模式，是否为当前最优模式； 若是，则执行非对称模式校验，之后再执行Intra2Nx2N模式与IntraNxN模式的校验；否则，直接执行Intra2Nx2N模式与IntraNxN模式的校验。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述依次判断左右对称的InterNx2N模式与上下对称的InterfNxN模式中所有像素的误差是否在预定范围内包括: 判断InterNx2N模式中左侧预测单元I3U中所有像素的误差与右侧I3U单元中所有像素的误差的比值是否在预定范围内，其公式为:
, Dis(, + D is、 ,
th < -----< thy ?’
Disl H- Dis' ~ 其中，th与th2表示设定的阈值，Distl与Dis2表示左侧I3U单元的误差，Dis1与Dis3表示右侧PU单元的误差；判断InterfNxN模式中上端预测单元PU中所有像素的误差与下端单元中所有像素的误差的比值是否在预定范围内，其公式为:
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括:像素误差的计算方法，其计算公式为:
7.根据权利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，计算所述预测残差的公式为:
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定CU单元的重建像素与原始像素值误差的阈值包括: 计算当前帧的前一帧各个像素的重建像素值与原始像素值的平均像素误差，或前一帧中与当前帧中当前编码块对应的编码块的重建像素值与原始像素值的平均像素误差，其计算公式为:
9.根据权利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述重建像素与原始像素值的误差的分布在预定的范围内至少满足以下一个条件: 当前CU单元中以2X2阵列方式排布的4个子单元中，仅有一个子单元中的像素超过所述阈值，且超过该阈值的像素数目大于S ； 有两个子单元中的像素超过所述阈值，所述两个子单元为对角线分布，且超过该阈值的像素数目大于S ; 有四个子单元中的像素超过所述阈值，且超过该阈值的像素数目大于S。
【文档编号】H04N19/103GK103596003SQ201310557582
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年11月11日 优先权日:2013年11月11日
【发明者】张金雷, 李厚强 申请人:中国科学技术大学