一种应用于hevc帧间编码的全零块检测方法
【专利摘要】本发明涉及视频图像处理领域，特别涉及一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法，包括：(1)根据编码块在帧间预测和补偿后的残差数据经过DCT变换后各个频率位置的DCT系数的分布特性，以及位于背景区域的块经过后续的基于运动检测的去噪滤波后其块内预测误差的绝对值之和将有所减小的特性，在变换块进行实际的DCT变换和量化之前，预判变换块是否是一个全零块；(2)在编码器中嵌入了一个基于运动检测的时间域滤波器，在避免去噪滤波引入运动模糊的前提下，通过在判断全零块的阈值中增加一个大于1的放大因子，减少噪声信号对视频编码的影响，将尽可能多的位于背景区域的块判定为全零块，从而有利于减少编码过程的计算代价、提高编码压缩率。
【专利说明】—种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及视频图像处理领域，特别涉及一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法。
【背景技术】
[0002]作为新一代视频编码标准，高效率视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)沿用了 Η.264等前一代编码标准所使用的基于块的混合编码框架，利用帧内和帧间预测去除空间和时间冗余，利用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)和熵编码去除统计冗余。
[0003]在HEVC中，编码树单元(Coding Tree Unit，CTU)是基本的处理单元，每个CTU包含了一个亮度分量编码树块(Coding Tree Block, CTB)和两个色度分量CTB。HEVC支持将CTB以四叉树的形式划分成更小的块，树型划分结构的叶子节点形成编码单元(CodingUnit，⑶)，包含了亮度和色度分量的编码块(Coding Block, CB)以及相应的句法元素。虽然HEVC在CU的层面确定是采用帧内预测或帧间预测，但每个编码单元可进一步向下划分成两个或四个预测单元(Predict1n Unit, PU),且每个PU可独立地进行预测和补偿,从而形成残差块。与I3U类似，HEVC允许以⑶为根节点，对残差块进行四叉树形式的递归划分，形成变换单元(Transform Unit, TU)，且以TU为单位进行变换和量化，相应地，每个TU包括亮度和色度分量的变换块(Transform Block, TB)以及句法元素。
[0004]HEVC编码中的全零块提早检测是指针对经预测和补偿后的残差TB，在实际的变换和量化之前，采用某种算法预判该TB经变换后，所有的DCT系数将被量化为零。由于被预判为全零块的编码块将跳过后续的变换和量化过程，所以全零块数目的增加，将有利于减少编码的计算代价。另外，由于全零块不会在码流中产生与残差数据相关的比特，所以，增加全零块的数目有利于提高编码压缩率。
[0005]视频监控等应用以固定摄像机观察场景，所记录的视频图像通常存在大量的背景区域。理论上，经过帧间运动估计和补偿，位于这些区域的CB块的残差数据经过DCT变换和量化，其变换系数将全部为零。与理想状态背道而驰的是，由CCD、CMOS等图像传感器获取的视频信号，不可避免地会引入各种类型的噪声，使得那些位于背景区域的CB在变换量化之后仍然存在较多的不为零系数，在固定量化参数(Quantizat1n Parameter, QP)的情况下，编码器将较多的码流分配给不产生真实信息的噪声信号，导致码率的上升，从而不利于后续的网络传输和存储；在固定码率的情况下，因为噪声信号占用了部分码流而使得视频图像中运动对象所在的区域分配得到的码流有所减少，从而导致编码图像视觉质量的下降。
【发明内容】
[0006]本发明所要解决的技术问题在于以视频监控中的HEVC编码器为应用背景，提出一种全零块提前检测方法，利用时间域去噪滤波能有效减小由于噪声信号引起的帧差值的特性，在全零块判断过程中引入一个大于I的放大系数，从而补偿噪声信号对全零块判断的影响。
[0007]为达到上述目的，本发明采用的技术方案是:
[0008]一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法，包括如下步骤:
[0009]步骤一，依次取当前编码块CB中的每个变换块TB，若TB内残差数据符合下式，则判定当前TB为全零块，无需进行后续的DCT变换和量化过程，转步骤五，否则转步骤二 ；
【权利要求】
1.一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法，其特征在于，所述方法是针对编码块CB中的各个变换块TB实施的，对于每个变换块，包括以下步骤: (1)判断当前TB内残差数据是否符合以下条件，若是，则判定当前TB为全零块，无需进行后续的DCT变换和量化过程，转步骤(5)，否则转步骤(2);
其中，N是TB块X和Y方向的尺寸，M = NXN, qstep是由量化参数QP确定的量化步长，α i = Z(0，D，Z是一个由TB内数据相关程度决定的矩阵，α 2是一个大于I的放大系数，SND和SAD分别按下式计算:
其中，e(x，y)代表帧间预测补偿后的残差数据； (2)对TB内的残差数据作时间域去噪滤波，按下式计算TB内每个像素的残差滤波值
e' (X, y) = a(x, y) e (x, y) 其中e, (X, y)为滤波之后的残差值,滤波系数a(x, y)按下式确定:
其中b取常数4，阈值Tm = 6，me是TB内(x，y)像素的邻域范围内残差绝对值的均值； (3)由滤波以后的残差数据计算SAD和SND，取％等于1，若步骤⑴中的条件成立，则判定当前TB为全零块，无需进行后续的DCT变换和量化过程，否则转步骤(4)； (4)按HEVC标准进行整数形式的二维DCT变换、量化处理； (5)按HEVC标准进行基于上下文的自适应二进制算术编码。
2.根据权利要求1所述的一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法，其特征在于，所述的放大系数α2在步骤(2)去噪滤波的过程中自适应地动态更新，设更新前的值为α 2 (t-Ι)，若当前TB块在去噪滤波前的SND值满足条件:
则按下式更新α 2的值:.SAD 其中更新系数η e (OahSAD1^P SADn分别为TB块去噪滤波之前和之后的SAD值；若SND不符合上述条件，则不更新α 2的值。
3.根据权利要求1所述的一种应用于HEVC帧间编码的全零块检测方法，其特征在于，所述参数α !的计算方法如下:首先按下式计算矩阵R，
其中q取常数0.6，其次，按下式计算矩阵S，S = ARAt其中矩阵A的各个元素按下式确定，
最后，确定 O1 = S(0，0)S(1，1)。
【文档编号】H04N19/176GK104202599SQ201410489668
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月23日 优先权日:2014年9月23日
【发明者】陈卫刚, 李晓楠 申请人:浙江工商大学