应用于h.264到hevc转码的快速帧间模式决策方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及视频数据的转码，具体地指一种基于Fisher线性分类器的H. 264到 肥VC转码方法，用于将H. 264/AVC标准的视频数据转码为肥VC标准的视频数据。
【背景技术】
[0002] MPEG和ITU两大国际组织在2013年正式发布了皿VC新一代数字视频编解码标准， W适应高质量视频应用的发展。HEVC使用先进的技术用W改善码流、编码质量、延时和算法 复杂度之间的关系，有效地提高了视频编码效率。肥VC将宏块的大小从H. 264的16X16扩展 至IJ了 64X64,并采用了四叉树结构的图像划分方式，运种划分方式可W获得比H.264/AVC更 好的压缩效率。同时，肥VC还采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，但由于需要对每 一种尺寸的编码单元（Coding加it,CU)、预测单元（Prediction加it,PU)和变换单元 (TransformUnit,TU)都要通过率失真优化（Rate-Disto;rtionOptimization,畑0)计算得 出最优的划分，使得编码器的计算复杂度大幅提升。目前网络上现存的大多数视频主要是 基于H. 264标准进行压缩编码的，为了减少视频传输的网络带宽及存储空间，需要将现存的 H. 264编码视频码流转换为肥VC视频码流，W进一步对视频进行压缩。由于肥VC采用了预测 加变换的混合编码框架，其编码结构和H. 264有部分相似性，如果能够利用H. 264解码的码 流信息来提前预测CU的划分方式，那么就可W对四叉树进行剪枝，略过一部分的RDO过程， 运样可W有效地降低编码器的复杂度。
[0003] 肥VC的测试软件化EVCTestModel,HM)所采用的CU的大小为64X64、32X32、16 X16和8X8,分别对应CU的深度层次为0、1、2、3。其中深度层次为0的CU记为LClKLargest CodingUnit,LCU)，深度层次为3的CU记为SClKSmallestCodingUnit,SCU)，而在H.264的 测试软件(JointMode1，JM)所采用的宏块大小为16X16和8X8。在肥VC帖间编码中，对于 深度层次为0和1的CU,其大小并不存在于H. 264的宏块结构中。而对于深度层次为2和3的 CU，H. 264拥有和皿VC-样的分块大小。因此对于运两类不同的深度层次，本发明将其分为 两部分进行帖间模式决策加速，运样有助于进行码流信息的相关性映射。HM的编码器采用 递归的方式对LCU进行划分，对于每一层的CU都要利用基于RDO的预测来决定PU和TU的划 分，其中TU的划分也采用了四叉树的划分方式，在帖间编码中，它允许变换块的大小根据运 动补偿块的大小进行自适应的调整。
[0004]为了减少递归划分所带来的多余的计算，现有的一些方案针对CU的划分进行了一 系列的优化:例如
[000引文献1 (参见蒋巧.H. 264到肥VC视频转码技术研究[D].浙江大学，2013.)提出了基 于统计分析和基于区域特征分析的快速帖间转码算法。该文献首先根据肥VC码流中Skip模 式与H.264码流中各种模式的统计映射关系对Skip模式进行提前判决，然后利用预测单元 对应编码区域内宏块编码比特数的统计特性，对其分割模式进行了快速选择;基于区域特 征分析则利用了了编码比特数和编码复杂度之间的关系，通过比较平均编码比特数和分割 阔值来确定重编码的复杂度，该研究对于Skip模式的提前判定使用了统计分析的方法，因 此基于部分序列统计结果设定的阔值通用性有一定的限制。
[0006]文献2(参见化ixotoE,MacchiavelloB,deQueirozR,etal.FastH.264/AVC toHEVCtranscodingbasedonmachinelearning[C]//TeIecommunications Symposium(ITS) ,2014Inte;rnational.I邸E,2014:1-4.)统计了码流信息的相关性，引入了 线性判别函数(XinearDiscriminantF'unctioniLDF)，在肥VC重编码阶段利用码流信息作 为特征，选取视频的一小段组成训练样本集，根据LDF来计算后续视频帖CU划分的判定阔 值，在预测模式捜索过程之前直接判定CU是否进行划分，加速模式决策。由于Skip模式在CU 不划分的最优模式中比例较高，该方法未充分考虑与Skip相关特征的选取，因此抓-rate上 升的幅度较大。
【发明内容】
[0007]本发明的目的在于提供一种H. 264到肥VC转码的快速帖间模式决策方法。
[0008] 首先对肥VC中深度为0和1的CU的预测模式分布情况进行统计，判断对模式决策优 化的可行性。通过统计分析，当QP为22时，对于运动比较平缓的视频序列，深度为0时CU最优 模式为Skip模式的比例在25%~45%，深度为1时CU最优模式为Skip模式的比例在30%~ 50 %。而对于运动比较剧烈的视频序列，CU最优模式为Skip模式的比例则只有20 %左右。随 着量化参数(如antizationParameter,QP)的增大，视频编码的细节处理也随之变的粗糖， Skip模式被决定为最优模式的比例不断增加，在QP为37时运动平缓的视频中，Skip模式的 比例都在70 %W上。因此在CU深度为0和1时，首先提前判断该CU是否为Skip模式，然后对CU 的继续划分进行预测，而在CU深度为2和3时，则根据码流信息进行模式映射，减少模式捜索 范围。
[0009]为达到上述目的，本发明的给出的技术方案概括为:首先使用JM解码器对原始码 流进行解码，在解码过程中提取后续转码所需的码流信息，并得到解码后视频序列。在肥VC 重编码时使用Fisher分类器进行在线学习，计算出一定数量帖的化ipW及CU划分的权值向 量和阔值，并根据编码进度进行更新。对于深度为0和1的CU,分别对Skip和CU划分进行测 试，如果测试结果大于计算得到的阔值，则当前深度的CU被直接判定为Skip模式或是直接 划分到下一层的子CU。对于深度为2和3的CU,提取H.264码流信息中的划分模式，根据H.264 对应宏块的划分模式来减少肥VC重编码过程中的模式捜索范围。
[0010 ]具体说，本发明技术方案包括W下步骤：
[0011]步骤SI:基于H.264通用的测试平台JM，对输入码流进行解码，提取所需码流信息， 同时得到解码后的视频序列。具体提取的码流信息在下面列出，W下特征值计算中出现的n 为肥VC当前层CU包含H. 264对应宏块个数。
[0012]步骤Sl. 1对于化ip模式提前判定选取如下特征：
[001引a)皿VC与H. 264对应的Skip和InterieX16模式个数。根据对应宏块对其进行累 计：
[0015]其中化ipi为对应的第i个宏块是否为化ip或InterieX16模式，表示如下： 「miGi冲.第i个宏块为.化咕巧/加erl6xl6模式 [0016」 W职'-|0,第冲宏块不为抓咕徊加erl6X16模式
[0017] b)皿VC与H. 264对应的帖内（In化a)模式个数。该部分模式包括所有帖内划分模 式，根据对应宏块对其进行累计：
[0019]其中Intrai为对应的第i个宏块是否为Intra模式，表示如下：
[0020]Intra,=j 1〇,第i个宏块不为/ritra横式
[0021 ] C)皿VC与H. 264对应的帖间（Inter) 16X16大小模式个数。该部分模式包括Inter (16X8，8X16)，根据对应宏块对其进行累计：
[0023]其中InterOi为对应的第i个宏块是否为第一类Inter模式（16X8，8X16)，表示如 下： 口二（1,第i个宏块为第一类化ter模式
[0024] 0' -k第i个宏挟不为第一类/nter機式
[0025] d)皿VC与H. 264对应的帖间8X8大小模式个数。该部分模式包括Inter(8X8，8X 4，4X8，4X4 )，根据对应宏块对其进行累计：
[0027] 其中Interli为对应的第i个宏块是否为第二类Inter模式(8X8,8X4,4X8,4X 4)，表不如下：
[0028] /加erl. = 數个宏块为第二类/加er模式
[002引/船A. (0,第t?个宏块不为第二类Mter撰式
[0029] e)肥VC与H.264对应的宏块运动矢量残差(MotionVectorDifference,MVD)的方 差。在最优模式被判定为Skip模式时，MVD为0,因此在化ip提前判定中对其求方差来确定其 罔散程度：
[0030]Fmvd=D(MVDx)+D(MVDy)
[0031] 其中D(MVDx)和D(MVDy)是MVD的X轴方向和y轴方向分量的方差；
[0032] f)皿VC与H. 264对应的宏块残差系数为0的个数。当残差系数为0时可W在一定程 度上反映Skip模式，该特征累计残差系数为0的宏块个数：
[003引 巧?凹二 ^Re.Si' i'en
[0034]其中Resi为对应的第i个宏块的残差是否为0,表示如下： 「00W1巧。S=P'渐个宏块的残差为0 [00对巧吟-}0,鍛个宏块的残差不为0
[0036]g)肥VC中CU对应的H. 264所有宏块的平均编码比特数；
[0038] 其中Biti为对应的第i个宏块的编码比特数。
[0039] 步骤Sl. 2对于判定CU划分选取如下特征：
[0040]a)皿VC与H. 264对应的宏块是否存在Skip或InterieX16模式。遍历所有对应的宏 块对其进行存在判定： rrwMiC」1，存在至少一个Sfc曲教1 細舶1_1〇,所有抓咕,都为0
[0042] 其中化ipi计算方法同步骤Sl. 1中的a);
[0043]b)皿VC与H. 264对应宏块是否存在帖内预测模式。该部分模式包括所有帖内划分 模式，遍