一种用于hevc的快速编码方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于HEVC的快速编码方法，根据当前CU的深度与当前编码帧的深度控制上下限的大小关系、帧间预测编码中2Nx2N、2NxN和Nx2N三种预测划分模式的率失真代价与当前CU最佳编码模式之间的相关性，采用了HEVC编码模式的快速判决算法，通过Js＜w.JT来对当前CU的编码划分模式进行快速判决从而获得当前CU的最佳编码模式，无需遍历每一种编码模式，降低了HEVC编码的计算复杂度，并提高了HEVC标准的编码速度。本发明可广泛应用于视频编码领域。
【专利说明】-种用于HEVC的快速编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频编码领域，尤其是一种用于HEVC的快速编码方法。
【背景技术】
[0002] 名词解释： HEVC:High Efficiency Video Coding,高性能视频编码。
[0003] CTU :Coding Tree Unit，编码树单元。
[0004] Collocated CTU :相同位置的编码树单元。
[0005] CU :Coding Unit,编码单兀。
[0006] PU :预测单元。
[0007] SCU :最小编码单元。
[0008] POC :Picture of Count，图像序列号。
[0009] CPB :Coded Picture Buffer,编码图像缓存区。
[0010] AI :A11 Intra,全 I 帧编码配置。
[0011] LB :Low Delay B，低延时B帧编码配置。
[0012] RA :Random Access,随机访问编码配置。
[0013] 随着计算机技术、通信技术、互联网技术和多媒体技术的迅猛发展，多媒体应用已 经深入人们日常生活的方方面面，并逐渐地改变着人们的生活方式。视频是多媒体应用中 最为常见和信息量最大的媒体。目前，多媒体业务已从以音频为主发展成以视频为主，无论 是电影、电视、视频监控等传统多媒体应用，还是网络流媒体视频、可视电话和视频会议等 新兴多媒体应用，视频都是其中最为核心的组成部分。
[0014] 视频信息具有广泛性、直观性和高效性等特点。根据科学研究显示，人类通过视觉 获取的信息约占外界信息总量的70%。相对于听觉信息，一张风景照片可以瞬间清楚地向 人们展示某地的风光。与此相对应，作为视觉信息的主要载体，视频天然地携带着丰富的信 息。未经压缩的原始视频的数据量非常巨大，例如，对于高清1080p@60Hz 4:2:0的视频，其 1秒钟所包含的数据量约为178MB，1分钟则约为10. 4GB，一部2小时的高清视频需要占用 2. 22TB的存储空间。这对视频的存储、传输都带来了巨大的挑战。因此，在存储和传输视 频数据之前，对视频数据进行压缩编码显得非常必要。数字视频压缩编码技术发展迅速，从 20世纪90年代以来，一直是国内外的研究热点，其主要目标是在一定的计算资源内，在相 同的视频重建质量的基础上追求尽可能高的编码效率。
[0015] 高性能视频编码（High Efficiency Video Coding, HEVC)标准是最新一 代国际视频编码标准。自2010年1月起，VCEG(Video Coding Experts Group)和 MPEG(Moving Picture Experts Group)共同组建了视频编码国际标准组织 JCT_VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)来制定新的国际视频编码标准HEVC。HEVC编码 标准于2013年1月正式颁布，并已经申请成为国际视频编码标准。HEVC综合采纳了全球 众多技术提案方的编码技术，其压缩效率平均比H. 264/AVC提高40%左右。然而，在极大提 高编码效率的同时，这些新的编码技术也带来了巨大的编码复杂度。其中，灵活的块划分技 术在HEVC中引入了众多的编码模式，使HEVC编码器需要遍历每一种编码模式并尝试进行 编码以寻找出最佳编码模式。对每一种编码模式进行编码的过程中需要进行一系列的帧内 预测、运动估计、运动补偿、熵编码等一系列高复杂度的操作，需要消耗巨大的计算资源，给 HEVC标准的实际推广和应用带来了很大的挑战。
[0016] 同时，伴随着人们对视频质量的要求不断提高及视频捕获技术和移动互联网的迅 速发展，视频媒体加速向高清化、立体化和移动化方向发展，使得现有视频压缩编码技术的 高计算复杂度问题显得更为严峻：首先，高清视频和立体视频数据导致视频数据量急剧增 长，增加了视频编码的计算复杂度；其次，高清视频和立体视频产生的巨大数据量要求具有 更高压缩效率的视频编码技术对其进行压缩，而更高压缩效率的视频编码技术往往意味着 更高的编码计算复杂度；最后，移动终端由于计算能力和电源容量的限制，要求编码技术具 有较低的计算复杂度，以保证移动终端的续航能力和满足某些视频应用的实时性要求，如 高清实况直播和手机视频通话等。
[0017] 因此，针对计算资源有限平台和实时性要求较高的视频应用，目前业内亟需一种 在基本保持HEVC视频压缩效率和编码质量的前提下降低HEVC编码时的计算复杂度和提高 编码速度的HEVC编码方法。
【发明内容】
[0018] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种计算复杂度低和编码速度快 的，用于HEVC的快速编码方法。
[0019] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 一种用于HEVC的快速编码方法，包括： A、 获取当前编码帧的当前CU的深度和当前CU在CTU中的位置索引，并根据当前CU的 深度与当前编码帧的深度控制上下限的大小关系判断是否需要跳过当前CU的所有模式编 码过程，若是，则执行步骤C，反之，则执行步骤B ; B、 对当前编码帧的当前CU进行帧间预测2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式编码； C、 根据帧间预测编码中2Nx2N、2NxN和Nx2N三种预测划分模式的率失真代价的大小关 系与当前CU最佳编码模式之间的相关性，判断当前CU是否满足Js < w. JT判决条件，若是， 则结束当前CU的编码并停止对当前CU进行递归划分，并计算当前CU不进行递归划分时的 最小率失真代价，反之，则在对当前CU进行编码后对当前CU进行递归划分，并计算当前CU 进行递归划分时的最小率失真代价，其中，Js为当前CU在帧间编码2Nx2N模式下的率失真 代价，w为加权因子，JT为当前CU在帧间编码2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代价最小 值； D、 根据当前CU不进行递归划分时的最小率失真代价和进行递归划分时的最小率失真 代价，求出当前CU的最佳编码模式并根据最佳编码模式重新进行编码。
[0020] 进一步，所述步骤A，其包括： A1、判断当前编码帧的图像序列号是否为预设刷新周期值的整数倍，若是，执行步骤C， 反之，则执行步骤A2; A2、从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧的CU深度控制参考帧； A3、获取当前编码帧的当前CU的深度d和当前CU在CTU中的位置索引i，并根据CU深 度控制参考帧中与位置索引i相对应的CTU深度信息D印thRef [i]遍历CTU中的所有S⑶， 从而生成当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL，所述深度控 制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL应满足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 为[0,255]区间内 的整数，D印thRef [i]表示深度控制参考帧中Collocated CTU按Z扫描顺序得到的第i个 S⑶的深度值； A4、根据当前CU的深度d与D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小关系是否满足预设的深 度快速判决条件，若是，则执行步骤B，反之，则跳过当前CU的所有模式编码过程并执行步 骤C，所述预设的深度快速判决条件为： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
[0021] 进一步，所述步骤A2,其具体为： 根据预设的参考帧选取原则，从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧 的CU深度控制参考帧；所述预设的参考帧选取原则为： 优先选取的深度控制参考帧为使得DiffP0C(PicX，PicY)的绝对值最小的已编码帧， 其中，PicX为当前帧，PicY为CPB中的任意已编码帧，DiffPOC (PicX，PicY)为PicX与PicY 的图像序列号差值； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同，则优先选取与当前编码帧相同类型的 已编码帧作为深度控制参考帧； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同且类型也相同，则优先选取图像序列号 较小的已编码帧作为深度控制参考帧。
[0022] 进一步，所述当前编码帧的类型为I帧、P帧和B帧中的任一种。
[0023] 进一步，所述步骤A3在生成当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制 上限图D印thUL时，还采用了裁剪函数对当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度 控制上限图DepthUL进行裁剪处理，从而使前编码CTU的深度在预设的范围内，所述裁剪函 数clip (a, b, X)的表达式为： ia if i_< a 其中，a、χ和b均是预设的范围控制常数。
[0024] 进一步，所述步骤C，其具体为： 判断当前编码帧的当前CU的率失真代价是否满足Js < w. JT判决条件，若是，则直接对 当前CU进行帧内预测2Nx2N模式和NxN模式编码，并计算当前CU不进行递归划分时的最 小率失真代价，反之，则在对当前CU进行帧间预测NxN模式、AMP模式编码后进行帧内预测 2Nx2N模式和NxN模式编码后，对当前CU进行递归划分，并计算当前CU进行递归划分时的 最小率失真代价。
[0025] 本发明的有益效果是：根据当前CU的深度与当前编码帧的深度控制上下限的大 小关系、帧间预测编码中2Nx2N、2NxN和Nx2N三种预测划分模式的率失真代价与当前CU最 佳编码模式之间的相关性，采用了 HEVC编码模式的快速判决算法，通过Js < w. JT来对当 前CU的编码划分模式进行快速判决从而获得当前CU的最佳编码模式，无需遍历每一种编 码模式，降低了 HEVC编码的计算复杂度，并提高了 HEVC标准的编码速度。进一步，根据CU 深度控制参考帧中与位置索引相对应的CTU深度信息生成当前编码CTU的深度控制上限图 和深度控制下限图，采用时域已编码帧的CU深度控制当前CU的深度，进一步降低了 HEVC 编码的计算复杂度。
【专利附图】
【附图说明】
[0026] 下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0027] 图1为本发明一种用于HEVC的快速编码方法的步骤流程图； 图2为本发明步骤A的流程图； 图3为本发明实施例一中对每一帧进行编码时的流程图。
【具体实施方式】
[0028] 参照图1，一种用于HEVC的快速编码方法，包括： A、 获取当前编码帧的当前CU的深度和当前CU在CTU中的位置索引，并根据当前CU的 深度与当前编码帧的深度控制上下限的大小关系判断是否需要跳过当前CU的所有模式编 码过程，若是，则执行步骤C，反之，则执行步骤B ; B、 对当前编码帧的当前CU进行帧间预测2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式编码； C、 根据帧间预测编码中2Nx2N、2NxN和Nx2N三种预测划分模式的率失真代价的大小关 系与当前CU最佳编码模式之间的相关性，判断当前CU是否满足Js < w. JT判决条件，若是， 则结束当前CU的编码并停止对当前CU进行递归划分，并计算当前CU不进行递归划分时的 最小率失真代价，反之，则在对当前CU进行编码后对当前CU进行递归划分，并计算当前CU 进行递归划分时的最小率失真代价，其中，Js为当前CU在帧间编码2Nx2N模式下的率失真 代价，w为加权因子，JT为当前CU在帧间编码2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代价最小 值； D、 根据当前CU不进行递归划分时的最小率失真代价和进行递归划分时的最小率失真 代价，求出当前CU的最佳编码模式并根据最佳编码模式重新进行编码。
[0029] 其中，JT为当前CU在帧间编码2NxN模式的率失真代价和Nx2N模式下的率这两个 失真代价的较小值，当前CU的最佳编码模式为不进行递归划分时的最小率失真代价和进 行递归划分时的最小率失真代价这两个最小率失真代价较小值所对应的编码模式，可以通 过二者进行比较得出。
[0030] 参照图2,进一步作为优选的实施方式，所述步骤A，其包括： A1、判断当前编码帧的图像序列号是否为预设刷新周期值的整数倍，若是，执行步骤C， 反之，则执行步骤A2; A2、从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧的CU深度控制参考帧； A3、获取当前编码帧的当前CU的深度d和当前CU在CTU中的位置索引i，并根据CU深 度控制参考帧中与位置索引i相对应的CTU深度信息D印thRef [i]遍历CTU中的所有S⑶， 从而生成当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL，所述深度控 制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL应满足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 为[0,255]区间内 的整数，D印thRef [i]表示深度控制参考帧中Collocated CTU按Z扫描顺序得到的第i个 S⑶的深度值； A4、根据当前CU的深度d与D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小关系是否满足预设的深 度快速判决条件，若是，则执行步骤B，反之，则跳过当前CU的所有模式编码过程并执行步 骤C，所述预设的深度快速判决条件为： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
[0031] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤A2,其具体为： 根据预设的参考帧选取原则，从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧 的CU深度控制参考帧；所述预设的参考帧选取原则为： 优先选取的深度控制参考帧为使得DiffP0C(PicX，PicY)的绝对值最小的已编码帧， 其中，PicX为当前帧，PicY为CPB中的任意已编码帧，DiffPOC (PicX，PicY)为PicX与PicY 的图像序列号差值； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同，则优先选取与当前编码帧相同类型的 已编码帧作为深度控制参考帧； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同且类型也相同，则优先选取图像序列号 较小的已编码帧作为深度控制参考帧。
[0032] 其中，最相邻的同类型已编码帧，是指 进一步作为优选的实施方式，所述当前编码帧的类型为I帧、P帧和B帧中的任一种。
[0033] 进一步作为优选的实施方式，所述步骤A3在生成当前编码CTU的深度控制下限图 DepthBL和深度控制上限图D印thUL时，还采用了裁剪函数对当前编码CTU的深度控制下限 图D印thBL和深度控制上限图D印thUL进行裁剪处理，从而使当前编码CTU的深度在预设 的范围内，所述裁剪函数clip (a，b，x)的表达式为：
【权利要求】
1. 一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：包括： A、 获取当前编码帧的当前CU的深度和当前CU在CTU中的位置索引，并根据当前CU的 深度与当前编码帧的深度控制上下限的大小关系判断是否需要跳过当前CU的所有模式编 码过程，若是，则执行步骤C，反之，则执行步骤B ; B、 对当前编码帧的当前CU进行帧间预测2Nx2N模式、2NxN模式和Nx2N模式编码； C、 根据帧间预测编码中2Nx2N、2NxN和Nx2N三种预测划分模式的率失真代价的大小关 系与当前CU最佳编码模式之间的相关性，判断当前CU是否满足Js < w. JT判决条件，若是， 则结束当前CU的编码并停止对当前CU进行递归划分，并计算当前CU不进行递归划分时的 最小率失真代价，反之，则在对当前CU进行编码后对当前CU进行递归划分，并计算当前CU 进行递归划分时的最小率失真代价，其中，Js为当前CU在帧间编码2Nx2N模式下的率失真 代价，w为加权因子，JT为当前CU在帧间编码2NxN模式和Nx2N模式下的率失真代价最小 值； D、 根据当前CU不进行递归划分时的最小率失真代价和进行递归划分时的最小率失真 代价，求出当前CU的最佳编码模式并根据最佳编码模式重新进行编码。
2. 根据权利要求1所述的一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：所述步骤A，其 包括： A1、判断当前编码帧的图像序列号是否为预设刷新周期值的整数倍，若是，执行步骤C， 反之，则执行步骤A2; A2、从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧的CU深度控制参考帧； A3、获取当前编码帧的当前CU的深度d和当前CU在CTU中的位置索引i，并根据CU深 度控制参考帧中与位置索引i相对应的CTU深度信息D印thRef [i]遍历CTU中的所有S⑶， 从而生成当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL，所述深度控 制下限图DepthBL和深度控制上限图D印thUL应满足 ： DepthBL[i]=DepthRef[i]_l，DepthUL[i]=DepthRef[i]+l，其中，i 为[0,255]区间内 的整数，D印thRef [i]表示深度控制参考帧中Collocated CTU按Z扫描顺序得到的第i个 S⑶的深度值； A4、根据当前CU的深度d与D印thBL[i]和D印thUL[i]的大小关系是否满足预设的深 度快速判决条件，若是，则执行步骤B，反之，则跳过当前CU的所有模式编码过程并执行步 骤C，所述预设的深度快速判决条件为： DepthBL[i] < d < DepthUL[i]。
3. 根据权利要求2所述的一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：所述步骤A2， 其具体为： 根据预设的参考帧选取原则，从CPB中选取最相邻的同类型已编码帧作为当前编码帧 的CU深度控制参考帧；所述预设的参考帧选取原则为： 优先选取的深度控制参考帧为使得DiffPOC(PicX，PicY)的绝对值最小的已编码帧， 其中，PicX为当前帧，PicY为CPB中的任意已编码帧，DiffPOC (PicX，PicY)为PicX与PicY 的图像序列号差值； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同，则优先选取与当前编码帧相同类型的 已编码帧作为深度控制参考帧； 若存在两帧已编码帧与当前编码帧的距离相同且类型也相同，则优先选取图像序列号 较小的已编码帧作为深度控制参考帧。
4. 根据权利要求3所述的一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：所述当前编码 帧的类型为I帧、P帧和B帧中的任一种。
5. 根据权利要求2所述的一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：所述步骤A3在 生成当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL时，还采用了裁 剪函数对当前编码CTU的深度控制下限图D印thBL和深度控制上限图D印thUL进行裁剪处 理，从而使当前编码CTU的深度在预设的范围内，所述裁剪函数clip (a，b，X)的表达式为： n ifx< a =- x ifa<x<b, b ifx>b 其中，a、x和b均是预设的范围控制常数。
6. 根据权利要求2所述的一种用于HEVC的快速编码方法，其特征在于：所述步骤C，其 具体为： 判断当前编码帧的当前CU的率失真代价是否满足Js < w. JT判决条件，若是，则直接对 当前CU进行帧内预测2Nx2N模式和NxN模式编码，并计算当前CU不进行递归划分时的最 小率失真代价，反之，则在对当前CU进行帧间预测NxN模式、AMP模式编码后进行帧内预测 2Nx2N模式和NxN模式编码后，对当前CU进行递归划分，并计算当前CU进行递归划分时的 最小率失真代价。
【文档编号】H04N19/503GK104125469SQ201410328199
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月10日 优先权日:2014年7月10日
【发明者】梁凡, 罗永林 申请人:中山大学