基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码方法及转码器与流程

本发明涉及视频数据的转码，具体地指一种基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码方法及转码器，用于将H.264/AVC标准的视频数据转码为H.265/HEVC标准的视频数据。

背景技术：
高清视频的普及和超高清视频的出现，大力推动了视频编解码技术的发展，MPEG和ITU两大国际组织在2013年正式发布了H.265/HEVC新一代数字视频编解码标准，以适应网络传输和高质量视频应用的发展。H.265/HEVC是在H.264/AVC技术基础上的进一步延伸和拓展，自2010开始草案征集以来，由世界各国数百名专家合作研发，直至2013年由两大国际标准组织ITU和MPEG对外界公布正式成为下一代视频编解码标准，历时三年，其间经过多次修改和完善。视频转码是对压缩视频流进行端到端的处理，转码器的输入/输出都是压缩数据，转码后的压缩码流更能适应传输带宽和接收端的要求。在传统级联式像素域转码器(CascadePixelDomainTranscoder，CPDT)中，解码器和编码器相互独立，用此类转码器进行H.264/AVC标准向H.265/HEVC标准的转码时，先解码H.264视频流，然后重新编码，最后压缩成H.265/HEVC视频码流。H.264/AVC的帧间编码中采用宏块分割和亚分割的方法，每个宏块可以按16×16、16×8、8×16、8×8四种分割模式分割，在8×8宏块划分模式中，还能进一步分割成8×4、4×8、4×4三种分割模式分割。而在H.265/HEVC中，将宏块的大小从H.264/AVC的16x16扩展到了64x64，以便于高分辨率视频的压缩。同时，采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，包括编码单元(CodingUnit)、预测单元(PredictUnit)和变换单元(TransformUnit)。其中编码单元类似于H.264/AVC中的宏块的概念，用于编码的过程，预测单元是进行预测的基本单元，变换单元是进行变换和量化的基本单元。这三个单元的分离，使得变换、预测和编码各个处理环节更加灵活，也有利于各环节的划分更加符合视频图像的纹理特征，有利于各个单元更优化的完成各自的功能。每个预测单元都对应一个运动矢量，在编解码过程中，编码器对每个运动矢量和对应的预测单元的分割模式进行编码，解码器根据每个预测单元的分割模式和运动矢量信息进行解码。H.265/HEVC编码时需要先对每一种预测单元的分割模式进行搜索，并用率失真优化函数计算编码代价，最后比较计算结果，选择代价最小的模式作为帧间编码的预测单元分割模式，因此，在现有转码过程中，由于没有利用H.264/AVC码流中的有效信息来加快H.265/HEVC编码过程，因此转码过程计算量大，转码效率受到限制。

技术实现要素：
本发明目的在于克服上述现有技术的不足而提供一种基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码方法及转码器，该方法通过选择利用H.264/AVC码流中宏块的分割模式信息，加快了转码的速度，提高了编码的效果。实现本发明目的采用的技术方案是：一种基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码方法，该方法包括：提取以H.264/AVC标准编码的码流中的帧间宏块分割模式信息；将H.264/AVC的4个16x16宏块组合为一个符合H.265/HEVC分割模式的大宏块；判断每个大宏块中的4个16x16宏块的4个分割模式是否都为16x16分割，若非，则采用直接映射的方式将所述宏块分割模式映射到H.265/HEVC编码模式中作为H.265/HEVC编码的宏块分割模式；若是，则用基于纹理的模式判别法对32x32大宏块进行其他模式进行判定，将判定选择的分割模式作为H.265/HEVC编码的宏块分割模式；根据所述H.265/HEVC编码的宏块分割模式进行H.265/HEVC码流编码。本发明还提供了一种基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码器，该转码器包括：信息提取模块，提取以H.264/AVC标准编码的码流中的帧间宏块分割模式信息；宏块组合模块，用于将H.264/AVC的4个16x16宏块组合为一个符合H.265/HEVC分割模式的大宏块；宏块分割模式判断模块，判断每个大宏块中的4个16x16宏块的4个分割模式是否都为16x16分割，若非，则采用直接映射的方式将所述宏块分割模式映射到H.265/HEVC编码模式中作为H.265/HEVC编码的宏块分割模式；若是，则用基于纹理的模式判别法对32x32大宏块进行其他模式进行判定，将判定选择的分割模式作为H.265/HEVC编码的宏块分割模式；H.265/HEVC编码器，用于根据所述H.265/HEVC编码的宏块分割模式进行H.265/HEVC码流编码。本发明在对H.264/AVC标准的视频数据转码为H.265/HEVC标准的视频数据的过程中，利用了H.264/AVC码流中的宏块分割信息，即将H.264/AVC码流中4个非全部为16x16分割模式的16x16宏块的分割信息直接映射到H.265/HEVC编码中，该操作减少了计算量。此外，还能对H.264/AVC码流中4个全部为16x16分割模式的16x16宏块的分割信息快速地确定分割模式，降低了计算复杂程度，从而保证了高质量的编码效果。附图说明图1为本发明于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码器的结构框图。图2为本发明基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地详细说明。如图1所示，基于H.264/AVC宏块结构及纹理的H.265/HEVC转码器包括信息提取模块、宏块组合模块、宏块分割模式判断模块、基于纹理的模式判定选择模块和H.265/HEVC编码器。上述H.265/HEVC转码器实现对H.264/AVC标准的视频数据转码为H.265/HEVC标准的视频数据的过程如图2所示，具体包括以下步骤：S100、信息提取模块对输入其中的H.264/AVC标准视频数据的码流进行信息提取，提取码流中的帧间宏块分割模式信息。S200、宏块组合模块将H.264/AVC的4个16x16宏块组合为一个符合H.265/HEVC分割模式的大宏块。本实施例以将H.264/AVC的4个16x16宏块组合为一个32x32大宏块进行详细说明。S300、宏块分割模式判断模块对提取的帧间宏块分割模式信息进行判断。判断每个32x32大宏块中的4个16x16宏块的4个分割模式是否都为16x16分割，若非，则采用直接映射的方式将所述宏块分割模式映射到H.265/HEVC编码模式中；若是，则用基于纹理的模式判别法对32x32大宏块进行其他模式进行判定，将判定选择的分割模式作为H.265/HEVC编码的宏块分割模式。本实施例中，基于纹理的模式判定选择模块进行判定选择包括以下两个步骤：S301、根据宏块的纹理细节程度α选择相对应的分割模式。首先，按照下式计算M×N宏块的纹理细节程度α,其中，上式中，E空间域的交流分量系数的总能量，Emax为最大的交流系数总能量，f（x，y）表示某预测单元在空间域位置（x，y）的分量，fmax(x,y)和fmin(x,y)分别为f(x,y)的最大值和最小值。α取值范围为[0,1]，纹理细节程度越高，E越趋近于Emax，从而α越趋近于1。所以，根据α的值可以判断宏块的细节程度。在本发明中，当α>T1时，认为宏块具有很高的细节，对于该块选用较小的分割模式；当α<T2时，认为宏块细节不丰富，采用更大的分割模式；当T2<α<T1时，认为宏块具有较高细节，对于该块采用的预测单元分割模式介于前两者之间。其中T1和T2为预先设定的经验参数，如T1=0.9，T2=0.4或其他值，T1和T2可以根据不同分割模式下宏块细节程度的数据统计而得。通过本步骤预先排除一些模式，避免了对所有模式都进行搜索，降低了计算复杂度。S302、当T2<α<T1时，根据宏块水平和垂直方向的特征选择相应的分割模式。由于2N×N、2N×nU、2N×nD模式比较适合水平纹理明显的区域，而N×2N、nL×2N、nR×2N较适合垂直纹理明显的区域。因此，本步骤分别计算水平和垂直相邻像素的差值平方和，当水平相邻像素的差值平方和大于垂直方向相邻像素的平方和时，选用2N×N、2N×nU或者2N×nD，否则选用N×2N、nL×2N或nR×2N。S400、H.265/HEVC编码器根据上述步骤得到的宏块分割模式进行H.265/HEVC码流编码。