本發(fā)明涉及的是一種視頻編碼
技術(shù)領(lǐng)域：
的方法，具體是一種HEVC上實(shí)現(xiàn)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)性能提升編碼方法。
背景技術(shù)：
：隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，視頻信息在數(shù)字電視、視頻會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)通信等場(chǎng)合得到廣泛的應(yīng)用。據(jù)預(yù)測(cè)，未來(lái)視頻數(shù)據(jù)將占網(wǎng)絡(luò)傳輸總量的90％左右。視頻攜帶著豐富的信息量，其具有直觀性、高效性、準(zhǔn)確性等優(yōu)點(diǎn)，已成為人類最重要和最有效的信息獲取方式。但是視頻的冗余度高，信息量大，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)傳輸和存儲(chǔ)設(shè)備都帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。因此必須對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行高效壓縮編碼，然后再將壓縮后的碼流進(jìn)行傳輸。過(guò)去的二十年里，視頻編碼技術(shù)迅速發(fā)展，相繼出現(xiàn)適用于不同應(yīng)用領(lǐng)域的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。最新的編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC采用了很多新的編碼技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了相比于H.264近50％的壓縮效率提升。盡管HEVC具有優(yōu)異的編碼性能和卓越的編碼質(zhì)量，但近年來(lái)隨著視頻分辨率、幀率的增加，視頻數(shù)據(jù)量急劇地增長(zhǎng)，迫切需要比HEVC有更高壓縮率的編碼技術(shù)。2015年，國(guó)際電聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)化組織(ITU-T)下的視頻編碼專家組(VCEG)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)下的運(yùn)動(dòng)圖像編碼專家組(MPEG)聯(lián)合成立了聯(lián)合視頻探索小組(JVET)，開(kāi)始著手在HEVC的基礎(chǔ)上制定下一代視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，建立了參考軟件JEM的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)行高效視頻壓縮技術(shù)的研究，相關(guān)實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證工作正在進(jìn)行中。因此，對(duì)于視頻編碼壓縮率和性能提升方法的研究，是當(dāng)前視頻編碼
技術(shù)領(lǐng)域：
的研究熱點(diǎn)，具有非常重要的研究?jī)r(jià)值。在視頻編碼技術(shù)中，幀內(nèi)預(yù)測(cè)扮演著舉足輕重的角色，是編碼過(guò)程中的重要部分，對(duì)于視頻編碼質(zhì)量有著決定性的影響。對(duì)于大多數(shù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼方法，通常的做法是增加幀內(nèi)劃分方式和改變預(yù)測(cè)信號(hào)生成方式。增加幀內(nèi)劃分方式即是在傳統(tǒng)的劃分模式基礎(chǔ)上，新增非對(duì)稱的矩形劃分模式。改變預(yù)測(cè)信號(hào)生成方式通常是采用雙向預(yù)測(cè)加權(quán)生成預(yù)測(cè)信號(hào)，提高預(yù)測(cè)精度。這些編碼方法盡管能夠在一定程序上提高壓縮效率，但是沒(méi)有考慮到幀內(nèi)編碼的方向特性，以及參考樣本之間的相關(guān)性。如何利用幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方向信息，并結(jié)合參考樣本的空間相關(guān)性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)，提高編碼性能是目前視頻幀內(nèi)編碼研究中的一個(gè)重要課題。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提出一種幀內(nèi)預(yù)測(cè)性能提升編碼方法，該方法在預(yù)測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程中采用了混合的四抽頭內(nèi)插濾波和拓展的邊界濾波。根據(jù)參考樣本的空間相關(guān)性，更有效地提高預(yù)測(cè)精度，從而獲得更好的編碼性能。本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明分為兩個(gè)主要部分，采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波和拓展的邊界濾波。四抽頭內(nèi)插濾波根據(jù)預(yù)測(cè)單元塊的大小決定相應(yīng)的內(nèi)插濾波器，通過(guò)四個(gè)相鄰參考樣本內(nèi)插產(chǎn)生預(yù)測(cè)值。拓展的邊界濾波根據(jù)垂直和水平參考樣本的差值，對(duì)邊界預(yù)測(cè)樣本進(jìn)一步平滑濾波，從而生成最終的編碼預(yù)測(cè)信號(hào)。本發(fā)明提供一種幀內(nèi)預(yù)測(cè)性能提升編碼方法，包括以下步驟：第一步，在幀內(nèi)角度預(yù)測(cè)過(guò)程中采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波生成預(yù)測(cè)樣本值，NxN個(gè)預(yù)測(cè)樣本值組成預(yù)測(cè)塊，預(yù)測(cè)塊用于后續(xù)做邊界濾波處理，其中采用的內(nèi)插濾波器類型根據(jù)給定的閾值確定；N的取值可以為64，32，16或8；第二步，根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方向特性對(duì)角度預(yù)測(cè)模式進(jìn)行分類，其中：對(duì)于HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中的模式27-模式34分為第一類，即類型一；對(duì)于HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中的模式2-模式9分為第二類，即類型二；對(duì)于HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中的模式10-模式26分為第三類，即類型三；第三步，針對(duì)類型一和類型二的角度預(yù)測(cè)模式，根據(jù)參考樣本的空間相關(guān)性，對(duì)第一步生成的預(yù)測(cè)塊的邊界行或邊界列樣本進(jìn)行平滑濾波生成最終編碼預(yù)測(cè)信號(hào)，第三類無(wú)需處理直接生成最終編碼預(yù)測(cè)信號(hào)。進(jìn)一步的，所述幀內(nèi)角度預(yù)測(cè)是指：除去直流、平面模式的其他預(yù)測(cè)模式的幀內(nèi)預(yù)測(cè)過(guò)程。進(jìn)一步的，所述混合的四抽頭內(nèi)插濾波是指：采用兩種四抽頭內(nèi)插濾波器，基于DCT的內(nèi)插濾波和高斯內(nèi)插濾波，根據(jù)內(nèi)插濾波器系數(shù)由四個(gè)相鄰的參考樣本值內(nèi)插產(chǎn)生預(yù)測(cè)樣本值。進(jìn)一步的，所述閾值是指：預(yù)測(cè)塊尺寸大小mxm，m的取值可以為32，16或8。進(jìn)一步的，所述內(nèi)插濾波器類型是指：對(duì)于小塊預(yù)測(cè)單元，采用基于DCT的內(nèi)插濾波器；對(duì)于大塊預(yù)測(cè)單元，采用高斯內(nèi)插濾波器。進(jìn)一步的，所述第一步，具體實(shí)現(xiàn)包括：1)在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中選取除直流、平面模式的角度預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化；2)當(dāng)預(yù)測(cè)單元PU的尺寸小于或等于閾值mxm，選擇四抽頭基于DCT的內(nèi)插濾波器，通過(guò)DCT前變換和反變換函數(shù)得到每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)組；當(dāng)預(yù)測(cè)單元PU的尺寸大于閾值mxm，選擇四抽頭高斯內(nèi)插濾波器，通過(guò)高斯正態(tài)分布函數(shù)得到每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)組；3)根據(jù)濾波器系數(shù)組由相鄰的四個(gè)參考樣本內(nèi)插產(chǎn)生預(yù)測(cè)樣本值，具體公式如下：P＝p0*R-1+p1*R0+p2*R1+p3*R2其中，R-1,R0,R1和R2是四個(gè)相鄰的參考樣本，P是生成的預(yù)測(cè)樣本，pi是對(duì)應(yīng)于每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式的內(nèi)插濾波器系數(shù)組，i＝0,1,2,3。進(jìn)一步的，所述參考樣本的空間相關(guān)性是指：垂直參考樣本和水平參考樣本像素值之間的相關(guān)性。對(duì)于某個(gè)邊界預(yù)測(cè)樣本，其毗鄰的參考樣本和沿著預(yù)測(cè)方向反方向找到的參考樣本之間存在像素差，該差值反映出當(dāng)前預(yù)測(cè)方向上像素值的變化趨勢(shì)，體現(xiàn)出視頻的局部紋理特征信息。進(jìn)一步的，所述邊界行或邊界列樣本是指：對(duì)于類型一的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊中最左邊一列的預(yù)測(cè)樣本(即邊界列樣本)；對(duì)于類型二的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊中最上面一行的預(yù)測(cè)樣本(即邊界行樣本)。進(jìn)一步的，所述平滑濾波是指：將參考樣本之間的差值乘以一定的權(quán)重因子加在相應(yīng)的預(yù)測(cè)值上，從而產(chǎn)生最終的編碼預(yù)測(cè)信號(hào)。參考樣本的像素差用于濾波處理有利于減小預(yù)測(cè)殘差，提高預(yù)測(cè)精度。進(jìn)一步的，所述第三步具體包括：1)對(duì)于類型一的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊最左邊一列的預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行濾波；對(duì)于類型二的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊最上面一行的預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行濾波。2)將垂直和水平參考樣本之間的像素差乘以一權(quán)重因子加在原始的預(yù)測(cè)值上，從而生成最終的編碼預(yù)測(cè)信號(hào)；對(duì)于模式27-34的邊界濾波按照以下公式計(jì)算：P1,y′＝P1,y+(R0,y-Rx,0)*ω對(duì)于模式2-9的邊界濾波按照以下公式計(jì)算：Px,1′＝Px,1+(Rx,0-R0,y)*ω其中，P1,y,Px,1是原始的預(yù)測(cè)值，R0,y是垂直參考樣本，Rx,0是水平參考樣本，P1,y′,Px,1′是最終的預(yù)測(cè)值，ω是權(quán)重因子。進(jìn)一步的，所述權(quán)重因子ω是表明參考樣本的像素差值用于平滑濾波的比重，權(quán)重因子的選取通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，選擇出編碼壓縮率最高對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子值。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明結(jié)合了幀內(nèi)角度預(yù)測(cè)的方向特性和參考樣本的空間相關(guān)性，對(duì)預(yù)測(cè)信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，從而提高預(yù)測(cè)精度，提升視頻編碼壓縮效率。本發(fā)明采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波和拓展的邊界濾波，通過(guò)雙次的濾波處理，預(yù)測(cè)信號(hào)更接近于原始像素值，從而減小了預(yù)測(cè)殘差，獲得更好的編碼性能。附圖說(shuō)明通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的方法流程示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。如圖1所示，本實(shí)施例提供一種幀內(nèi)預(yù)測(cè)性能提升編碼方法，包括以下步驟：步驟一、在幀內(nèi)角度預(yù)測(cè)過(guò)程中采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波器生成預(yù)測(cè)樣本值，NxN個(gè)預(yù)測(cè)樣本值組成預(yù)測(cè)塊，預(yù)測(cè)塊用于后續(xù)做邊界濾波處理。具體方法如下：1.1)在幀內(nèi)預(yù)測(cè)中選取除直流、平面模式的角度預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化。1.2)根據(jù)給定的閾值確定具體采用的四抽頭內(nèi)插濾波器類型。在本實(shí)施例中，閾值選取為8x8。1.3)當(dāng)預(yù)測(cè)單元PU的尺寸小于或等于閾值8x8，選擇四抽頭基于DCT的內(nèi)插濾波器，通過(guò)DCT前變換和反變換函數(shù)得到每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)組；當(dāng)預(yù)測(cè)單元PU的尺寸大于閾值8x8，選擇四抽頭高斯內(nèi)插濾波器，通過(guò)高斯正態(tài)分布函數(shù)得到每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的濾波器系數(shù)組。1.4)根據(jù)濾波器系數(shù)由相鄰的四個(gè)參考樣本內(nèi)插產(chǎn)生預(yù)測(cè)樣本值，具體公式如下：P＝p0*R-1+p1*R0+p2*R1+p3*R2(1)其中，R-1,R0,R1和R2是四個(gè)相鄰的參考樣本，P是生成的預(yù)測(cè)樣本，pi(i＝0,1,2,3)是對(duì)應(yīng)于每個(gè)角度預(yù)測(cè)模式的內(nèi)插濾波器系數(shù)組。步驟二、根據(jù)幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方向特性對(duì)角度預(yù)測(cè)模式進(jìn)行分類，具體分類如下：2.1)對(duì)于模式27至模式34分為第一類，記為類型一。2.2)對(duì)于模式2至模式9分為第二類，記為類型二。2.3)對(duì)于模式10至模式26分為第三類，記為類型三。步驟三、針對(duì)類型一和類型二的角度預(yù)測(cè)模式情況，對(duì)步驟一生成的預(yù)測(cè)塊的邊界預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行平滑濾波，具體方法如下：3.1)對(duì)于類型一的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊最左邊一列的預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行濾波；對(duì)于類型二的角度預(yù)測(cè)模式，選擇預(yù)測(cè)塊最上面一行的預(yù)測(cè)樣本進(jìn)行濾波。3.2)邊界平滑濾波是將垂直和水平參考樣本之間的像素差乘以一權(quán)重因子加在原始的預(yù)測(cè)值上，從而生成最終的編碼預(yù)測(cè)信號(hào)。參考樣本的像素差在一定程序上反映出圖像的局部紋理信息，將其用于濾波處理有利于減小預(yù)測(cè)殘差，提高預(yù)測(cè)精度。具體公式如下：P1,y′＝P1,y+(R0,y-Rx,0)*ω(2)Px,1′＝Px,1+(Rx,0-R0,y)*ω(3)公式(2)是對(duì)于模式27-34的邊界濾波，公式(3)是對(duì)于模式2-9的邊界濾波。其中，P1,y,Px,1是原始的預(yù)測(cè)值，R0,y是垂直參考樣本，Rx,0是水平參考樣本，P1,y′,Px,1′是最終的預(yù)測(cè)值。ω是權(quán)重因子，表明參考樣本的像素差值用于平滑濾波的比重。權(quán)重因子的選取通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比測(cè)試，選擇出編碼壓縮率最高對(duì)應(yīng)的權(quán)重因子值。本發(fā)明提出的方法是在HEVC參考代碼HM16.6上進(jìn)行測(cè)試，采用全幀內(nèi)參數(shù)配置，通過(guò)BD-Rate計(jì)算方法來(lái)評(píng)估算法的編碼性能，BD-Rate表示為算法相對(duì)于原始代碼HM16.6在相同編碼質(zhì)量下碼率節(jié)省的百分比。HEVC標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試序列中的ClassA～ClassE作為視頻測(cè)試序列。采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果中方法相比于原始HM16.6碼率平均減少了0.6％，編碼時(shí)間增加了3％，解碼時(shí)間增加了1％，可以看出方法有一定的碼率節(jié)省，且對(duì)編解碼時(shí)間的增加較小。表1混合的四抽頭內(nèi)插濾波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果視頻序列BD-RateClassA-0.17％ClassB-0.48％ClassC-0.80％ClassD-0.66％ClassE-0.77％平均值-0.60％編碼時(shí)間103％解碼時(shí)間101％采用拓展的邊界濾波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的編碼性能與權(quán)重因子有很大的關(guān)系，當(dāng)權(quán)重因子取值為0.35時(shí)，本發(fā)明的平均碼率節(jié)省最高，即為0.32％。本發(fā)明的編碼時(shí)間增加了1％，解碼時(shí)間沒(méi)有增加，。表2拓展的邊界濾波的實(shí)驗(yàn)結(jié)果權(quán)重因子BD-Rate0.10-0.16％0.15-0.27％0.20-0.27％0.25-0.22％0.30-0.29％0.35-0.32％0.40-0.24％0.45-0.14％0.50-0.04％編碼時(shí)間101％解碼時(shí)間100％本發(fā)明采用混合的四抽頭內(nèi)插濾波和拓展的邊界濾波的總體實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示，其中邊界濾波的權(quán)重因子取值為0.35。表3總體實(shí)驗(yàn)編碼結(jié)果由表3可以看出，本發(fā)明提出的方法總體編碼性能有較大的提升，碼率相比于HM16.6減少了0.85％，同時(shí)編解碼時(shí)間復(fù)雜度的增加可以忽略不計(jì)。另外，本發(fā)明不僅限于上述特定實(shí)施方法，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3