高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法，該方法包括：對視頻幀中每個編碼單元CU進(jìn)行跳躍SKIP模式與Inter2Nx2N模式的校驗(yàn)；若該CU單元的重建像素與原始像素值的誤差不超過閾值、重建像素與原始像素值的誤差的分布在預(yù)定的范圍內(nèi)或預(yù)測殘差不超過預(yù)定的數(shù)值，則判斷所述SKIP模式是否為當(dāng)前最優(yōu)模式；若是，則將所述SKIP模式作為當(dāng)前CU單元的最優(yōu)模式；否則，判斷當(dāng)前CU單元是否為最小編碼單元SCU，若不是，則將當(dāng)前CU單元進(jìn)行四叉樹分割，并為每個子單元逐個進(jìn)行模式校驗(yàn)。通過采用本發(fā)明公開的方法，有效的降低了編碼端的編碼復(fù)雜度，以適應(yīng)于移動設(shè)備以及很多實(shí)時(shí)要求較高的視頻應(yīng)用。
【專利說明】高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻編碼【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法。
【背景技術(shù)】
[0002]為了便于視頻編碼的應(yīng)用，國際和國內(nèi)有很多組織致力于制定視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，例如，國際上主要的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)包括由ITU-T (國際電信聯(lián)盟遠(yuǎn)程通信標(biāo)準(zhǔn)化組織)制定的
H.261和H.263。以及由IS0/IEC (國際標(biāo)準(zhǔn)化組織/國際電工委員會)制定的MPEG-1和MPEG-4。以及由兩大組織聯(lián)合制定的H.262和H.264。為了滿足日益增長的視頻應(yīng)用需求，特別是高清視頻壓縮的需求，目前ITU-T和IS0/IEC正在聯(lián)合制定新一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)一HEVC標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]視頻壓縮的目的是去除視頻序列中的各種冗余，以達(dá)到更高效的表達(dá)視頻的目的。一般來說，視頻中的冗余包括空間冗余、時(shí)間冗余和視覺冗余等。視頻編碼的目的是去除視頻信號中的各種冗余。常見的視頻編碼屬于有損編碼，即重建信號和原始信號并不完全一致。HEVC的視頻編碼結(jié)構(gòu)延續(xù)了 H.264的混合編碼框架，主要包括預(yù)測、變換、量化和熵編碼等步驟。隨著對高清視頻的需求不斷提高，HEVC與H.264相比，增加了很多新的工具以輔助其獲得更高的壓縮效率，然而，在提高壓縮性能的同時(shí)，其編碼復(fù)雜度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)的高于H.264，這給實(shí)時(shí)編解碼需求的應(yīng)用(比如:視頻會議、手機(jī)視頻通信等)帶來了很大的挑戰(zhàn)。因此，HEVC的快速模式選擇的研究有著重要的應(yīng)用意義。
[0004]由于HEVC與H.264相比，針對于分辨率更高的視頻壓縮問題而設(shè)計(jì)，因此，其采用了如圖1所示的四叉樹方法不斷的對編碼單元(CU)進(jìn)行分割，其CU單元大小范圍為64x64到8x8，對于每個CU均可以有如圖2所示的十一種預(yù)測模式，分別為:SKIP (跳躍)模式；中貞間預(yù)測模式:Inter2Nx2N、Inter2NxN、InterNx2N、InterNxN、InternLx2N、InternRx2N、Inter2NxnU 及 Inter2NxnD ;巾貞內(nèi)預(yù)測模式:Intra2Nx2N 及 IntraNxN ;其中，InternLx2N、InternRx2N、Inter2NxnU與Inter2NxnD這四種模式屬于非對稱模式。
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中，對于當(dāng)前的HEVC編碼方法而言，其模式選擇方法為:對于每個CU單元，逐一進(jìn)行上述11種劃分模式的檢驗(yàn)，然后再對當(dāng)前CU單元進(jìn)行進(jìn)一步的四叉樹分害I]，得到下一層的四個子CU單元，并且對每個子CU再進(jìn)行各種單元分割模式的檢驗(yàn)，直到當(dāng)前CU單元為允許的最小編碼單元SCU (大小為8x8);另外，對于非SCU的編碼單元而言，均不需要檢驗(yàn)InterNxN和IntraNxN，而SCU不需要進(jìn)行非對稱模式的檢驗(yàn)。然而，上述編碼方法的復(fù)雜度較高，無法適應(yīng)于移動設(shè)備以及很多實(shí)時(shí)要求較高的視頻應(yīng)用。
[0006]基于上述基礎(chǔ)，現(xiàn)有技術(shù)對提出了兩種改進(jìn)方案:1)對當(dāng)前⑶單元逐一進(jìn)行上述11種I3U劃分模式的校驗(yàn)之后，判斷其最優(yōu)模式是否為SKIP模式，如果是SKIP模式，則進(jìn)行四叉樹分割，但不再進(jìn)行的四叉樹分割后各個子CU單元的模式校驗(yàn)；2)將當(dāng)前CU單元的預(yù)測殘差的變換量化系數(shù)是否全部為O作為約束條件，當(dāng)不滿足該條件時(shí)，則逐一進(jìn)行上述11種PU劃分模式的校驗(yàn)。這兩種方法雖然能夠節(jié)省一定的時(shí)間，但仍然無法滿足移動設(shè)備等實(shí)時(shí)性要求嚴(yán)格的應(yīng)用。
[0007]綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)關(guān)于HEVC標(biāo)準(zhǔn)的模式選擇方法，其編碼端復(fù)雜度較高，無法適用于實(shí)時(shí)性要求比較強(qiáng)的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的是提供一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法，有效的降低編碼端的編碼復(fù)雜度，以適應(yīng)于移動設(shè)備以及很多實(shí)時(shí)要求較高的視頻應(yīng)用。
[0009]本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法，該方法包括:
[0011]對視頻幀中每個編碼單元⑶進(jìn)行跳躍SKIP模式與幀間預(yù)測Inter2Nx2N模式的校驗(yàn)；
[0012]若該⑶單元的重建像素與原始像素值的誤差不超過閾值、重建像素與原始像素值的誤差的分布在預(yù)定的范圍內(nèi)或預(yù)測殘差不超過預(yù)定的數(shù)值，則判斷所述SKIP模式是否為當(dāng)前最優(yōu)模式；
[0013]若是，則將所述SKIP模式作為當(dāng)前CU單元的最優(yōu)模式；否則，判斷當(dāng)前CU單元是否為最小編碼單元SCU，若不是，則將當(dāng)前CU單元進(jìn)行四叉樹分割，并為每個子單元逐個進(jìn)行模式校驗(yàn)。
[0014]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，通過根據(jù)預(yù)測殘差來判斷當(dāng)前預(yù)測是否足夠好，從而幫助跳過當(dāng)前⑶單元的某個PU單元的ME (運(yùn)動估計(jì))操作以及⑶單元的進(jìn)一步分割；同時(shí)，通過根據(jù)重建像素值與原始像素值之間誤差大小及分布情況判斷當(dāng)前塊的重建質(zhì)量是否太差，從而跳過當(dāng)前的較大塊的CU單元下的單元劃分，直接跳到下一層的CU單元劃分，以獲得更高精度的預(yù)測；通過上述方式在保證編碼壓縮性能的同時(shí)，保證其編碼端的低復(fù)雜度，從而可以使得移動設(shè)備等編碼資源有限的電子設(shè)備可以輕松的使用該視頻編碼技術(shù)，并且對實(shí)時(shí)性要求較高的一些應(yīng)用場景也可以很好的應(yīng)用該編碼技術(shù)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0016]圖1為【背景技術(shù)】提供的HEVC標(biāo)準(zhǔn)中的CU單元四叉樹分割的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為【背景技術(shù)】提供的HEVC標(biāo)準(zhǔn)中CU單元的各預(yù)測模式的示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0020]實(shí)施例一
[0021]圖3為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法的流程圖。如圖3所示，主要包括如下步驟:
[0022]步驟31、對視頻幀中每個編碼單元⑶進(jìn)行跳躍SKIP模式與Inter2Nx2N模式的校驗(yàn)。
[0023]為了便于后續(xù)的模式校驗(yàn)，通?？梢灶A(yù)先對當(dāng)前2Nx2N的塊進(jìn)行進(jìn)一步的分割。例如，可以將當(dāng)前的CU單元分成4個小部分進(jìn)行(如圖1所示分割為4個子單元)，這樣有利于用這四個小部分進(jìn)行組合構(gòu)成I3U的類型，比如2NxN和Nx2N等。
[0024]步驟32、判斷是否滿足至少以下一個條件:該⑶單元的重建像素與原始像素值的誤差不超過閾值、重建像素與原始像素值的誤差的分布在預(yù)定的范圍內(nèi)或預(yù)測殘差不超過預(yù)定的數(shù)值；若是，則轉(zhuǎn)入步驟38 ;否則，轉(zhuǎn)入步驟33。
[0025]示例性的，本步驟所涉及的閾值可以采用以下方法進(jìn)行計(jì)算:
[0026]I)確定⑶單元的重建像素與原始像素值誤差的閾值:計(jì)算當(dāng)前幀的前一幀各個像素的重建像素值與原始像素值的平均像素誤差，或前一幀中與當(dāng)前幀中當(dāng)前編碼塊對應(yīng)的編碼塊的重建像素值與原始像素值的平均像素誤差，其計(jì)算公式為:
[0027]
【權(quán)利要求】
1.一種高性能視頻編碼的幀間預(yù)測快速模式選擇方法，其特征在于，該方法包括: 對視頻幀中每個編碼單元CU進(jìn)行跳躍SKIP模式與幀間預(yù)測Inter2Nx2N模式的校驗(yàn)； 若該CU單元的重建像素與原始像素值的誤差不超過閾值、重建像素與原始像素值的誤差的分布在預(yù)定的范圍內(nèi)或預(yù)測殘差不超過預(yù)定的數(shù)值，則判斷所述SKIP模式是否為當(dāng)前最優(yōu)模式； 若是，則將所述SKIP模式作為當(dāng)前CU單元的最優(yōu)模式；否則，判斷當(dāng)前CU單元是否為最小編碼單元SCU，若不是，則將當(dāng)前CU單元進(jìn)行四叉樹分割，并為每個子單元逐個進(jìn)行模式校驗(yàn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述為每個子單元逐個進(jìn)行模式選擇包括: 分別判斷每一子單元的預(yù)測殘差是否超過預(yù)定的數(shù)值；若未超過，則將所述CU單元的運(yùn)動信息作為當(dāng)前子單元的運(yùn)行信息，并將所述SKIP模式或Inter2Nx2N作為當(dāng)前子單元的最優(yōu)模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于， 若該⑶單元的重建像素與原始像素值的誤差超過閾值、重建像素與原始像素值的誤差的分布不在預(yù)定的范圍內(nèi)且預(yù)測殘差超過預(yù)定的數(shù)值，則依次判斷左右對稱的InterNx2N模式與上下對稱的Inter2NxN模式中所有像素的誤差是否在預(yù)定范圍內(nèi)； 若所述InterNx2N模式與Inter2NxN模式中所有像素的誤差均在預(yù)定范圍內(nèi)，則執(zhí)行中貞內(nèi)預(yù)測Intra2Nx2N模式與IntraNxN模式的校驗(yàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，` 若所述InterNx2N模式中所有像素的誤差不在預(yù)定范圍內(nèi)，則分別判斷左側(cè)單元與右側(cè)PU單元的預(yù)測殘差是否超過預(yù)定的數(shù)值；若未超過，則將Inter2NX2N模式下的運(yùn)動信息作為預(yù)測殘差未超過預(yù)定數(shù)值的PU單元的運(yùn)動信息；否則，對預(yù)測殘差超過預(yù)定數(shù)值的PU單元進(jìn)行運(yùn)動估計(jì)ME操作； 若所述InterfNxN模式中所有像素的誤差不在預(yù)定范圍內(nèi)，則分別判斷上端PU單元與下端PU單元的預(yù)測殘差是否超過預(yù)定的數(shù)值；若未超過，則將Inter2NX2N模式下的運(yùn)動信息作為預(yù)測殘差未超過預(yù)定數(shù)值的PU單元的運(yùn)動信息；否則，對預(yù)測殘差超過預(yù)定數(shù)值的PU單元進(jìn)行ME操作； 判斷InterNx2N模式或Inter2NxN模式，是否為當(dāng)前最優(yōu)模式； 若是，則執(zhí)行非對稱模式校驗(yàn)，之后再執(zhí)行Intra2Nx2N模式與IntraNxN模式的校驗(yàn)；否則，直接執(zhí)行Intra2Nx2N模式與IntraNxN模式的校驗(yàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述依次判斷左右對稱的InterNx2N模式與上下對稱的InterfNxN模式中所有像素的誤差是否在預(yù)定范圍內(nèi)包括: 判斷InterNx2N模式中左側(cè)預(yù)測單元I3U中所有像素的誤差與右側(cè)I3U單元中所有像素的誤差的比值是否在預(yù)定范圍內(nèi)，其公式為:
, Dis(, + D is、 ,
th < -----< thy ?’
Disl H- Dis' ~ 其中，th與th2表示設(shè)定的閾值，Distl與Dis2表示左側(cè)I3U單元的誤差，Dis1與Dis3表示右側(cè)PU單元的誤差；判斷InterfNxN模式中上端預(yù)測單元PU中所有像素的誤差與下端單元中所有像素的誤差的比值是否在預(yù)定范圍內(nèi)，其公式為:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，該方法還包括:像素誤差的計(jì)算方法，其計(jì)算公式為:
7.根據(jù)權(quán)利要求2、3或4所述的方法，其特征在于，計(jì)算所述預(yù)測殘差的公式為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，確定CU單元的重建像素與原始像素值誤差的閾值包括: 計(jì)算當(dāng)前幀的前一幀各個像素的重建像素值與原始像素值的平均像素誤差，或前一幀中與當(dāng)前幀中當(dāng)前編碼塊對應(yīng)的編碼塊的重建像素值與原始像素值的平均像素誤差，其計(jì)算公式為:
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的方法，其特征在于，所述重建像素與原始像素值的誤差的分布在預(yù)定的范圍內(nèi)至少滿足以下一個條件: 當(dāng)前CU單元中以2X2陣列方式排布的4個子單元中，僅有一個子單元中的像素超過所述閾值，且超過該閾值的像素?cái)?shù)目大于S ； 有兩個子單元中的像素超過所述閾值，所述兩個子單元為對角線分布，且超過該閾值的像素?cái)?shù)目大于S ; 有四個子單元中的像素超過所述閾值，且超過該閾值的像素?cái)?shù)目大于S。
【文檔編號】H04N19/103GK103596003SQ201310557582
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月11日
【發(fā)明者】張金雷, 李厚強(qiáng) 申請人:中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)