本发明属于视频压缩编码领域，尤其涉及一种基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法。
背景技术：
：目前，高效视频编码HEVC(Highefficiencyvideocoding,HEVC)已成为有限存储资源与网络带宽下，存储和传输高质量、高分辨率视频的不二选择，但研究者们对于高效视频编码标准的探索仍然没有止步。为了获得更高的压缩性能，HEVC标准采用了更为复杂的编码技术。因此，对于编码复杂度的优化一直是研究者们不懈追求的目标。在众多HEVC低复杂度编码的研究工作中，对预测编码中模式划分问题的研究成果较为卓越。这些方法在一定程度上均有效降低了四叉树划分过程中的计算量。然而HEVC每进行一次四叉树划分均要遍历所有的模式的预测单元。因此，若能直接对HEVC中的四叉树划分过程进行简化，编码器端的计算复杂度将显著降低。目前已有的四叉树优化算法大多通过跳过不必要的预测深度来实现低复杂度编码，从某种意义上忽略了不同四叉树根节点亦会影响编码复杂度这一重要因素。因此，面向四叉树结构优化的HEVC低复杂度编码方法的性能仍有提升空间。技术实现要素：本发明的目的是提供一种基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法，在保持视频重建图像质量的前提下，节约编码时间，提高HEVC编码效率。为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：一种基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法包括以下步骤：步骤S1、采用预设的编码四叉树对首个图像组(Groupofpicture,GOP)中所有编码帧进行编码，得到初始GOP中每帧图像的最优编码单元(codingunit,CU)分布概率P；步骤S2、通过四叉树分布概率P建模得到已编码GOP的预测四叉树结构Festa.；步骤S3、对待编码GOP进行四叉树结构预测，Fpred.表示待编码GOP中每一帧图像的四叉树结构，Fpred.计算如下式：其中，δ(CU,Framen)表示待编码GOP中第n帧图像的编码四叉树节点是否存在，δ计算如下式：δ=0,P<σ1,P≥σ,]]>其中，{1,0}分别代表编码四叉树的节点是否存在，σ为经验阈值，当式(1)中δ(CU,Framen)＝0时，表示预测四叉树中该节点不存在；当δ(CU,Framen)＝1时，预测四叉树的根节点尺寸定义为δ(CU,Framen)中CU的最大尺寸；树深度定义为log2(Rootnode)-log2(leafnode)+1，其中，Rootnode表示根节点尺寸，leafnode表示δ(CU,Framen)中CU的最小尺寸；步骤S4、由更新周期T判断当前编码帧是否需要进行概率模型更新，若需更新则进入步骤S5，否则进入步骤S6；步骤S5、对当前GOP的预测四叉树分布概率模型更新，用更新后的四叉树结构作为当前或后续GOP的预测四叉树，计算如下式：F~esta.n=Festa.n-1,Z(Festa.n)=Z(Festa.n-1)ρ·Festa.n-1+(1-ρ)·Festa.n,Z(Festa.n)≠Z(Festa.n-1)]]>其中，表示更新后的预测四叉树结构，表示当前GOP的已预测四叉树结构，表示前一个GOP的已预测四叉树结构，Z(·)表示F中零元素的个数和位置，ρ∈[0,1]用于平衡更新性能；将替代执行步骤S3，得到预测四叉树的根节点尺寸和树深度，然后执行步骤S6；步骤S6、由计算得到的根节点尺寸和树深度构成预测四叉树，从预测四叉树根节点开始遍历所有树节点，直到树深度达到预测的最大值，同时通过预测四叉树对当前及后续GOP中所有编码帧进行节点遍历，通过率失真代价计算得到最优CU尺寸划分结果；步骤S7、判断当前GOP是否为最后一个GOP，若是则采用预测四叉树完成编码并结束，否则返回步骤S4。作为优选，步骤S1具体为：采用一颗树深度为4，根节点尺寸为64×64像素的编码四叉树对首个图像组(Groupofpicture,GOP)中所有编码帧进行编码，得到初始GOP中每帧图像的最优编码单元(codingunit,CU)分布概率P；P=N(CU)N(CU64)+N(CU32)+N(CU16)+N(CU08)]]>其中，CU64、CU32、CU16、CU08分别表示尺寸为64×64像素、32×32像素、16×16像素、8×8像素的CU，N(CU)表示某一尺寸CU被选中的次数。作为优选，步骤S2中Festa.计算如下式：其中，P(CU,Framen)表示已编码GOP中第n帧图像的最优CU分布概率。作为优选，步骤S4中更新周期T计算如下式：T=N,GOPSize<FrameRateGOPSize,GOPSize≥FrameRate]]>其中，GOPSize表示GOP长度，FrameRate表示帧率，N表示编码时一秒钟包含多少个整数倍GOP，N定义如下：N=GOPSize·floor(FrameRateGOPSize)]]>其中，floor表示下取整。本发明的有益效果是，四叉树分布概率预测机制参考了不同的GOP结构，对编码帧四叉树的根节点和深度进行预测；预测模型更新参考视频内容参数，定期预测新的四叉树结构，保证后续编码帧预测精度。本发明所提出的低复杂度视频编码算法有效避免了完整四叉树遍历，打破了传统HEVC标准中四叉树预测结构，降低了编码器得到最优CU划分尺寸的计算时间，以牺牲少量的峰值信噪比换取了大量编码时间的节省，从根本上提高了HEVC编码器预测编码部分的执行效率。附图说明图1是本发明的视频编码方法流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。为了避免HEVC四叉树节点全遍历计算，本发明提供了一种基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法，流程如图1所示，具体按照以下步骤进行：第一步，采用一颗树深度为4，根节点尺寸为64×64像素的编码四叉树对首个图像组(Groupofpicture,GOP)中所有编码帧进行编码，得到初始GOP中每帧图像的最优编码单元(codingunit,CU)分布概率P；P=N(CU)N(CU64)+N(CU32)+N(CU16)+N(CU08)---(1)]]>其中，CU64，CU32，CU16，CU08分别表示尺寸为64×64像素，32×32像素，16×16像素，8×8像素的CU，N(CU)表示某一尺寸CU被选中的次数。第二步，通过四叉树分布概率P建模得到已编码GOP的预测四叉树结构Festa.，Festa.计算如下式：其中，P(CU,Framen)表示已编码GOP中第n帧图像的最优CU分布概率。第三步，对待编码GOP进行四叉树结构预测，Fpred.表示待编码GOP中每一帧图像的四叉树结构，Fpred.计算如下式：其中，δ(CU,Framen)表示待编码GOP中第n帧图像的编码四叉树节点是否存在，δ计算如下式：δ=0,P<σ1,P≥σ---(4)]]>其中，{1,0}分别代表编码四叉树的节点是否存在，σ为经验阈值。当式(3)中δ(CU,Framen)＝0时，表示预测四叉树中该节点不存在；当δ(CU,Framen)＝1时，预测四叉树的根节点尺寸定义为δ(CU,Framen)中CU的最大尺寸；树深度定义为log2(Rootnode)-log2(leafnode)+1，其中，Rootnode表示根节点尺寸，leafnode表示δ(CU,Framen)中CU的最小尺寸。第四步，由更新周期T判断当前编码帧是否需要进行概率模型更新，若需更新则进入第五步，否则进入第六步，T计算如下式：T=N,GOPSize<FrameRateGOPSize,GOPSize≥FrameRate---(5)]]>其中，GOPSize表示GOP长度，FrameRate表示帧率，N表示编码时一秒钟包含多少个整数倍GOP，N定义如下：N=GOPSize·floor(FrameRateGOPSize)---(6)]]>其中，floor表示下取整。第五步，对当前GOP的预测四叉树分布概率模型更新，用更新后的四叉树结构作为当前或后续GOP的预测四叉树，计算如下式：F~esta.n=Festa.n-1,Z(Festa.n)=Z(Festa.n-1)ρ·Festa.n-1+(1-ρ)·Festa.n,Z(Festa.n)≠Z(Festa.n-1)---(7)]]>其中，表示更新后的预测四叉树结构，表示当前GOP的已预测四叉树结构，表示前一个GOP的已预测四叉树结构，Z(·)表示F中零元素的个数和位置，ρ∈[0,1]用于平衡更新性能。将替代执行第三步，得到预测四叉树的根节点尺寸和树深度，然后执行第六步。第六步，由计算得到的根节点尺寸和树深度构成预测四叉树，从预测四叉树根节点开始遍历所有树节点，直到树深度达到预测的最大值。用预测四叉树对当前及后续GOP中所有编码帧进行节点遍历，通过率失真代价计算得到最优CU尺寸划分结果；第七步，判断当前GOP是否为最后一个GOP，若是则采用预测四叉树完成编码并结束，否则返回第四步。本发明基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法与国际标准算法HM15.0进行对比，采用deltapeaksignal-tonoiseratio(BDPSNR)和deltabitrate(BDBR)衡量编码质量增益。编码时间节省用TS表示，编码性能统计结果见表1、表2和表3，其中，ClassA-F为国际视频编码标准制定组织提供的官方测试序列。表1全帧内条件下本文算法与HM15.0性能比较结果表2低延迟条件下本文算法与HM15.0性能比较结果表3随机接入条件下本文算法与HM15.0性能比较结果统计结果表明，与新一代国际视频标准HEVC(HM15.0)相比较，本发明基于四叉树概率预测的低复杂度视频编码方法展现了优秀的低复杂度编码性能。针对多类型、不同分辨率的测试序列，平均最高节约28％的编码时间，在重建图像质量损失较小前提下，编码复杂度得到优化，整体上提高了HEVC编码器的压缩效率。以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。当前第1页1 2 3