基于视频纹理信息的优化帧内视频编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及的是一种视频编码技术领域的帧内视频编码的方法，具体是一种基于 视频纹理信息的优化帧内视频编码方法。
【背景技术】
[0002] 视频编码技术，是将视频根据压缩标准通过一定技术压缩转换成为视频码流。目 前，针对不同视频应用领域以及技术发展，存在着多种视频编码标准，主要有MPEG-x系列 和Η. 26x系列，如MPEG-2、MPEG-4标准，H. 263、H. 264标准等，此外，还有国内数字音视 频编解码技术标准工作组制定的音视频编码标准AVS。随着多媒体的发展，人们对于3D、 高清、超高清等视频的需求增强。随之而来的是对视频编码效率的更高要求，于是诞生了 HEVC(high efficiency video coding，高效视频编码），实现了相比于H. 264近50%的编 码效率提升。AVS工作组也制定出了新一代高效视频编码标准，AVS2。达到了与HEVC相 近，甚至于在某些视频场景应用方面更加高效的视频编码标准。为了追求编码质量的提升， 高效视频编码引入了大量新的编码技术，在提升质量的同时也大大增加了编码的计算复杂 度，尤其集中在视频编码中的帧内编码模块，使得编码速度降低。对高效视频编码标准进行 优化，是视频编码研宄的一个研宄热点。
[0003] 空间相关性与时间相关性是视频压缩的重要依据。在帧内编码中，空间相关性往 往能在编码过程中发挥重要作用。视频纹理信息正是空间相关性的体现，在图像处理与视 频编码中均被广泛应用。根据对现有技术的检索了解，边缘信息、空间相关性统计、梯度信 息等方式均为对空间相关性的重要应用。在视频编码过程中，利用视频纹理信息对编码方 式进行预测，能够合理减少编码过程中需要遍历的预测及分割模式，在准确预测的前提下， 大量减少高效视频编码的计算复杂度，从而实现高效视频编码器的合理优化。对编码过程 的简化与替代往往会带来视频编码质量的下降，不合理的编码框架修改也会造成编码器的 不稳定。如何准确应用视频纹理信息，与视频编码合理结合，实现准确预测，降低视频编码 复杂度是当前编码研宄的一个重要课题。
[0004] 经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN103517069A，公开（公告）日 2014. 01. 15,公开了一种基于纹理分析的HEVC帧内预测快速模式选择方法，该方法在对编 码树单元进行帧内预测之前，根据水平、垂直、左下、右下等四个方向上的梯度绝对值和确 定编码树单元中每一个4X4单元的主纹理方向和纹理复杂度，并根据纹理平滑区域采用 较大编码单元，纹理复杂区域采用较小编码单元的原则确定当前编码树单元的划分。在预 测时，根据预测单元的主纹理方向，排除掉最不可能的若干预测模式，然后按照HEVC编码 标准进行粗略模式选择和率失真优化模式选择。该技术所提出的基于纹理分析的HEVC帧 内预测快速模式选择方法能够在保证编码质量的前提下，显著提高编码速度。但该现有技 术与本发明相比，其无法解决的技术问题包括直接而准确的预测方向估计，精简的模式选 择列表以及针对不同视频序列特征处理的预测模式选择调整和编码单元划分。在对不同视 频序列帧内编码稳定性方面，本发明具有更强的稳定性与准确性。
[0005] 中国专利文献号0附0309609(^，公开（公告）日2013.05.08，公开了一种用于视 频压缩中的编码块划分的方法，其特征在于，包括以下步骤：读取整个LCU中的像素值，完 成块合并搜索表；进入每个深度的CU，根据深度和位置信息，获取搜索表对应位置的结合 块的深度和位置信息；若当前CU深度与结合块深度一致，进行由下至上的块划分方法的判 断流程；否则，进行由上至下的块划分快速算法的判断流程。采用该技术结合两个方面提出 的块划分快速算法在保证HEVC编码器的视频质量和输出码率基本不变的前提下，大大加 快了编码速度，提高编码效率。但该现有技术与本发明相比，其无法解决的技术问题包括快 捷直观的视频空间相关性与纹理信息应用。搜索表方法计算复杂且优化性较低，该现有技 术更是仅对深度划分进行修正。本发明采用更加简明直观的计算方法将预测与深度划分相 结合，优化速度与性能都大大提升。
【发明内容】
[0006] 本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种基于视频纹理信息的优化帧内视 频编码方法，采用了视频序列的梯度信息来对帧内编码的预测模式进行筛选，减少了需要 进行大量复杂运算的率失真判定候选量。并采用了针对高效视频编码中递归编码单元划分 框架的由下至上划分优化。根据视频纹理复杂度将编码单元划分为平滑与粗糙两种属性， 再针对性的判定编码单元的合并和划分。同时为了保证编码框架对不同视频序列编码效率 的稳定性，基于实验，对不同属性编码单元选用不同数量的预测模式候选，从而在保证编码 质量的稳定与优良条件下，大大提升了视频编码的速度。
[0007] 本发明是通过以下技术方案实现的：
[0008] 本发明包括以下步骤：
[0009] 第一步，对帧内编码帧，即I帧的所有像素进行梯度计算，得到代表像素运动方向 的梯度值；通过对比帧内预测方向图与梯度的关系得出梯度与预测模式映射关系图，从而 在编码过程中得出各像素的最优预测模式；
[0010] 第二步，根据视频纹理信息对编码块进行属性分类，然后就相同属性的编码单元 进行合并，再对优化后的编码单元进行可调整的编码单元划分；
[0011] 所述的属性分类是指：对当前编码单元的各像素的最优预测模式进行统计，当统 计结果中存在一种模式选择率超过80%，则判断在当前编码单元中，像素具有统一的运行 方向，图像纹理较为简单，将该编码单元的属性设定为平滑单元；否则将该单元的属性设定 为粗糙单元。
[0012] 所述的合并是指：从最小的编码单元8x8模块进行分析判定，当连续的四个相同 大小编码单元均为平滑属性且其主要梯度方向具有一致性，则这四个单元可以合为一个较 大单元，且该较大编码单元也设定为平滑单元，梯度方向与之一致；否则选择当前编码单元 大小，不对其进行合并操作。
[0013] 第三步，根据编码单元的不同属性设定不同的模式候选值进行预测，然后在梯度 映射统计出的梯度方向中根据模式出现频率从大到小选择出对应数量的模式进行RDcost 计算，选择RDcost最小的模式，即为最佳预测模式。
[0014] 所述的预测，首先通过线下训练的方式，选择不同分辨率的不同序列分别进行测 试，根据编码结果选择编码速度与质量的最佳平衡点，然后围绕平衡点进行分组对比测试， 实验选择出平滑单元与粗糙单元分别应选择的最佳模式候选数量。 技术效果
[0015] 与现有技术相比，本发明结合视频纹理信息对帧内编码的预测模式选择以及编码 单元划分进行优化，从而降低编码复杂度，提高编码速度。整个编码过程分为两个主要部 分，快速模式选择与快速编码单元划分。通过视频纹理的梯度信