一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速hevc編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，包括以下步驟：（1）輸入原始編碼序列；（2）提取已完成編碼的編碼單元的深度；（3）若當(dāng)前編碼單元的深度小于深度閾值，利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍；（4）在步驟（3）所得的深度搜索范圍中，按照從小到大的順序搜索深度，至最大深度后結(jié)束深度搜索；（5）依據(jù)步驟（4）搜索得到的深度，確定最佳編碼樹單元?jiǎng)澐郑缓筮M(jìn)行HEVC編碼。本發(fā)明基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法能夠顯著加速HEVC視頻編碼的速度，并保證較好的率失真性能，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【專利說明】—種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及視頻編碼領(lǐng)域，具體涉及一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，伴隨著高清和超高清(3840X2160或7680X4320)視頻的發(fā)展，H.264/AVC視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的壓縮效率已經(jīng)無法滿足這些視頻的傳輸和存儲(chǔ)需求。
[0003]為了進(jìn)一步提高視頻壓縮效率，MPEG和VCEG組織于2010年成立了視頻編碼聯(lián)合協(xié)作小組(JCT-VC)，共同開發(fā)下一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。新一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)稱為HEVC，于2013年初正式發(fā)布。
[0004]作為最新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，HEVC能夠在占用H.264/AVC高級(jí)層(highprofile，HP)編碼一半碼率的條件下，提供與其質(zhì)量相同的碼流，新的視頻標(biāo)準(zhǔn)為高清和超高清視頻數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸、存儲(chǔ)等鋪平了道路。
[0005]與以前的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)相比，HEVC繼承了混合編碼的基本框架，同時(shí)還提供了更多高效的視頻壓縮工具，包括編碼單元(coding unit，⑶)中遞歸式的四叉樹塊劃分結(jié)構(gòu)、更多的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式、高效的參考幀管理、一種新的環(huán)內(nèi)濾波器(s amp I e a d ap t i V eoffset, SA0)等。這些新的編碼工具在提高編碼效率的同時(shí)，也極大地增加了編碼器的復(fù)雜度。根據(jù)配置的不同，HEVC編碼器的復(fù)雜度為H.264/AVC HP編碼器復(fù)雜度的2_3倍，其中編碼器為了獲得最佳CU四叉樹塊劃分而采用的全深度搜索方法消耗了大量的計(jì)算資源，這嚴(yán)重阻礙了 HEVC編碼器的的應(yīng)用。
[0006]目前已經(jīng)有一些研究者針對(duì)HEVC編碼器中⑶四叉樹塊劃分復(fù)雜度過高的問題，提出了快速算法。Kim等通過統(tǒng)計(jì)率失真代價(jià)在不同量化參數(shù)下的特性，設(shè)置每層CU是否向下劃分的閾值，當(dāng)CU的率失真代價(jià)小于設(shè)置閾值時(shí)，CU不進(jìn)行劃分。Wang等利用當(dāng)前CU的殘差平均值判斷CU是否繼續(xù)劃分，當(dāng)殘差平均值小于設(shè)定的閾值時(shí)，CU不進(jìn)行劃分。這些算法都是基于閾值的，算法穩(wěn)定性不強(qiáng)。Shen等提出了一種利用貝葉斯決策規(guī)則來判斷CU是否繼續(xù)劃分的方法，對(duì)于某一類視頻算法效率高，對(duì)于另外一類視頻算法效率低。Kim等提出了一種利用周邊SKIP模式CU的率失真代價(jià)提前判斷當(dāng)前CU是否為SKIP模式的方法。Shen等利用CU的深度時(shí)空間相關(guān)性以及CU層間信息相關(guān)性，跳過當(dāng)前CU編碼過程中很少使用的塊劃分方式。
[0007]Gweon等通過檢查coded_block_f lag的情況決定是否提前終止⑶編碼。Choi等通過判斷當(dāng)前⑶是否為SKIP模式?jīng)Q定是否繼續(xù)對(duì)子⑶進(jìn)行編碼。Yang等提出了一種類似于H.264/AVC參考編碼器所采用的SKIP模式檢測(cè)算法。這三種算法能夠有效的降低編碼器復(fù)雜度，這些算法都被HEVC標(biāo)準(zhǔn)編碼器采用。
[0008]Lee等利用前一幀中同一位置的⑶與當(dāng)前⑶的塊劃分相關(guān)性，跳過當(dāng)前⑶中的某些劃分，但是該方法只利用了 CU與前一幀同一位置CU時(shí)間上的相關(guān)性，若能充分挖掘編碼單元的時(shí)間和空間的相關(guān)性，編碼器復(fù)雜度還能進(jìn)一步降低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明提供了一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，利用編碼單元之間深度單一性的特點(diǎn)，縮小編碼單元的深度搜索范圍，在保證率失真性能的同時(shí)，降低編碼復(fù)雜度。
[0010]一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，包括以下步驟:
[0011](I)輸入原始編碼序列；
[0012](2)提取已完成編碼的編碼單元的深度；
[0013](3)若當(dāng)前編碼單元的深度小于深度閾值，利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下:
[0014]若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為Du和D&、，則:
[0015]a、若隊(duì)。?！矗ァ?，則利用深度單一性特點(diǎn)確定D&的范圍；
[0016]b、若隊(duì)。。=%。，則在預(yù)定范圍內(nèi)搜索D&的深度；
[0017]C、若隊(duì)。。>%。， 則利用深度單一性特點(diǎn)確定D&的范圍；
[0018](4)在步驟(3)所得的深度搜索范圍中，按照從小到大的順序搜索深度，至最大深度后結(jié)束深度搜索；
[0019]步驟(3)中依據(jù)規(guī)則將深度搜索范圍縮小，所述步驟(4)中，對(duì)于深度搜索范圍中的每個(gè)深度，進(jìn)行當(dāng)前編碼單元的幀內(nèi)和幀間劃分模式評(píng)估，選擇最佳的劃分模式。
[0020](5)依據(jù)步驟(4)搜索得到的深度，確定最佳編碼樹單元?jiǎng)澐?，然后進(jìn)行HEVC編碼。
[0021]HEVC的編碼樹單元(Coding Tree Unit，簡(jiǎn)稱CTU)相比傳統(tǒng)的H.264劃分了更大的塊，最大劃分為64 X 64的塊，本發(fā)明中所述的縮小深度搜索范圍的方法適用于64 X 64的塊和32X32的塊，分別對(duì)應(yīng)64X64編碼單元(也稱編碼樹單元)和32X32編碼單元。
[0022]也就是說，所述步驟(2)中的編碼單元為64X64編碼單元或32X32編碼單元，64X64編碼單元的深度范圍為0、1、2或3 ；32X32編碼單元的深度為范圍1、2或3。
[0023]針對(duì)64X64編碼單元而言，不進(jìn)行劃分，則深度為O ;劃分為32 X 32編碼單元，則深度為I ;至少一個(gè)32 X 32編碼單元?jiǎng)澐譃?6 X 16編碼單元，則深度為2 ;至少一個(gè)16 X 16編碼單元?jiǎng)澐譃?X8編碼單元，則深度為3。
[0024]針對(duì)32 X 32編碼單元而言，不進(jìn)行劃分，則深度為I ;劃分為16 X 16編碼單元，則深度為2 ;至少一個(gè)16X16編碼單元?jiǎng)澐譃?X8編碼單元,則深度為3。
[0025]由于本發(fā)明適用于64 X 64編碼單元和32 X 32編碼單元，因此，所述深度閾值為2，即深度為O或I時(shí)，適用于本發(fā)明所述的方法，若深度為2或3，則采用現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)HEVC編
碼方法。
[0026]若D^=Dc。，可以依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)中的深度搜索策略進(jìn)行搜索，也可以依據(jù)一定規(guī)則，縮小搜索范圍，下面對(duì)64 X 64編碼單元和32 X 32編碼單元縮小深度搜索范圍的規(guī)則分別進(jìn)行描述。
[0027]若編碼單元為64X64編碼單元，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下:[0028]若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為1\。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為Du和D&、，則:
[0029]若隊(duì)。?！矗ァ?，Dl cr為1，則在1、2、3中搜索D&的深度(即跳過深度為O的搜索)；
[0030]若隊(duì)。?！矗?。，Dl cr為2，則在1、2、3中搜索D&的深度(即跳過深度為O的搜索)；
[0031]若隊(duì)。。〈％。，Dl cr為3，則在1、2、3中搜索D&的深度(即跳過深度為O的搜索)；
[0032]若Dl cq=DC()=0，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 0、1、2 中搜索 D& 的深度；
[0033]若Dl cq=DC()=1，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 0、1、2 中搜索 Dcr 的深度；
[0034]若Dl m=DCq=3，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 1、2、3 中搜索 D& 的深度；
[0035]若Dl m>Dc。，Dl cr為0，則在O中搜索D&的深度；
[0036]若Dl m>Dc。，Dl cr為I，則在O、I中搜索D&的深度；
[0037]若隊(duì)。。>%。，Dl cr為2，則在O、1、2中搜索D&的深度。
[0038]若編碼單元為32X32編碼單元，且當(dāng)前編碼單元的深度為1，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下:
[0039]若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為Du和D&、，則:`[0040]若Dl m〈Dc。，Dl cr為2，則在2、3中搜索D&的深度；
[0041]若Dl m〈Dc。，Dl cr為3，則在2、3中搜索D&的深度；
[0042]若Dl cq=DC()=1，Dl cr 為 1、2 或 3，則在 1、2 中搜索 Dcr 的深度；
[0043]若Dl cq=DC()=3，Dl cr 為 I，則在 1、2、3 中搜索 D& 的深度；
[0044]若Dl m=DC()=3，Dl cr為2或3，則在2、3中搜索D&的深度；
[0045]若Dl m>Dc。，Dl cr為I，則在I中搜索D&的深度；
[0046]若Dl m>Dc。，Dl cr為2，則在1、2中搜索D&的深度。
[0047]本發(fā)明中沒有特殊說明的部分，均采用現(xiàn)有的HEVC編碼方法進(jìn)行編碼。
[0048]本發(fā)明基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法能夠顯著加速HEVC視頻編碼的速度，并保證較好的率失真性能，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0049]圖1為本發(fā)明基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法的流程圖；
[0050]圖2為本發(fā)明中參考幀(前一幀)中兩相鄰編碼單元和當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的關(guān)系示意圖；
[0051]圖3為隊(duì)。。〈％。的情況下，Dlcr與隊(duì)?的關(guān)系分布示意圖；
[0052]圖4為隊(duì)。。〈％。的情況下，Dlcr與隊(duì)?的關(guān)系分布示意圖；
[0053]圖5為本發(fā)明方法、Lee算法和HM8.0算法在不同編碼環(huán)境配置下的率失真表現(xiàn)對(duì)比，其中:(a)為L(zhǎng)D編碼環(huán)境配置下，Kimono序列的率失真表現(xiàn)對(duì)比；(b)為RA編碼環(huán)境配置下，Kimono序列的率失真表現(xiàn)對(duì)比；(c)為L(zhǎng)D編碼環(huán)境配置下，PartyScene序列的率失真表現(xiàn)對(duì)比；(d)為RA編碼環(huán)境配置下，PartyScene序列的率失真表現(xiàn)對(duì)比。
【具體實(shí)施方式】
[0054]下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法做詳細(xì)描述。
[0055]如圖1所示，一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，包括以下步驟:
[0056]( I)輸入原始編碼序列；
[0057](2)提取已完成編碼的編碼單元的深度，即將原始編碼序列劃分為若干不同大小的塊，記錄每個(gè)塊的深度(即圖1中深度全搜索);
[0058]若編碼單元為64X64編碼單元，則深度范圍為0、1、2或3 ;
[0059]若編碼單元為32X32編碼單元，則深度范圍為1、2或3。
[0060](3)如圖2所示，Cr表示當(dāng)前的編碼單元(即64X64編碼單元或32X32編碼單元)，L_cr為其左側(cè)對(duì)應(yīng)的編碼單元；Co為參考幀(即前一幀)中處在與Cr同一位置的編碼單元，L_co為參考幀(即前一幀)中處在與L_Co同一位置的編碼單元，
[0061 ] 針對(duì)64 X 64編碼單元和32 X 32編碼單元，采用不同的規(guī)則縮小深度搜索范圍，分述如下:
[0062]3-1、若編碼單元的大小為64X64，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下:
[0063]若Dl m〈Dc。，Dl cr為1，則在1、2、3中搜索D&的深度；
[0064]若Dl m〈Dc。，Dl cr為2，則在1、2、3中搜索D&的深度；
[0065]若Dl m〈Dc。，Dl cr為3，則在1、2、3中搜索D&的深度；
[0066]若Dl cq=DC()=0，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 0、1、2 中搜索 D& 的深度；
[0067]若Dl。。=0。。=1，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 0、1、2 中搜索 D& 的深度；
[0068]若Dl cq=DC()=3，Dl cr 為 0、1、2 或 3，則在 1、2、3 中搜索 D& 的深度；
[0069]若隊(duì)M>DC。，Dl cr為0，則在O中搜索D&的深度；
[0070]若隊(duì)。。>%。，Dl cr為I，則在O、I中搜索D&的深度；
[0071]若Dl m>Dc。，Dl cr為2，則在0、1、2中搜索D&的深度。
[0072]3-2、若編碼單元的大小為32X32，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下:
[0073]若Dl m〈Dc。，Dl cr為2，則在2、3中搜索D&的深度；
[0074]若Dl m〈Dc。，Dl cr為3，則在2、3中搜索D&的深度；
[0075]若Dl cq=DC()=1，Dl cr 為 1、2 或 3，則在 1、2 中搜索 Dcr 的深度；
[0076]若Dl cq=DC()=3，Dl cr 為 I，則在 1、2、3 中搜索 D& 的深度；
[0077]若Dl。。=%。=3，Dl cr為2或3，則在2、3中搜索D&的深度；
[0078]若Dl m>Dc。，Dl cr為I，則在I中搜索D&的深度；
[0079]若Dl m>Dc。，Dl cr為2，則在1、2中搜索D&的深度。
[0080](4)在步驟(3)所得的深度搜索范圍中，按照從小到大的順序搜索深度，至最大深度后結(jié)束深度搜索；對(duì)于深度搜索范圍中的每個(gè)深度(即編碼單元)，進(jìn)行當(dāng)前編碼單元的中貞內(nèi)和巾貞間劃分模式評(píng)估，選擇最佳的劃分模式。
[0081](5)依據(jù)步驟(4)搜索得到的深度，確定最佳編碼樹單元?jiǎng)澐?，然后進(jìn)行HEVC編碼。
[0082]本發(fā)明方法中，對(duì)于。和UDc。兩種情況，可以跳過的深度列于表I中，對(duì)于D^=Dc。，可以跳過的深度列于表2中。
[0083]表1
【權(quán)利要求】
1.一種基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)輸入原始編碼序列； (2)提取已完成編碼的編碼單元的深度； (3)若當(dāng)前編碼單元的深度小于深度閾值，利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下: 若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為隊(duì)。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為和D&、，則: a、若Dl-co〈Dco，則利用深度單一性特點(diǎn)確定D&的范圍； b、若Dl-co。=dco，則在預(yù)定范圍內(nèi)搜索D&的深度； C、若Dl-co>Dco，則利用深度單一性特點(diǎn)確定D&的范圍； (4)在步驟(3)所得的深度搜索范圍中，按照從小到大的順序搜索深度，至最大深度后結(jié)束深度搜索； (5)依據(jù)步驟(4)搜索得到的深度，確定最佳編碼樹單元?jiǎng)澐?，然后進(jìn)行HEVC編碼。
2.如權(quán)利要求1所述的基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，所述步驟(2)中的編碼單元大小為64X 64或32 X 32，64X 64編碼單元的深度范圍為0、1、2或3 ;32X32編碼單元的深度范圍為1、2或3。
3.如權(quán)利要求2所述的基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，所述深度閾值為2。
4.如權(quán)利要求3所述的基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，若編碼單元大小為64X64，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下: 若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為隊(duì)。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為和D&、，則: 若隊(duì)。?！矗?。，Dl cr為1，則在1、2、3中搜索D&的深度； 若Dl。?！矗?。，Dl cr為2，則在1、2、3中搜索D&的深度； 若隊(duì)。。〈％。，Dl cr為3，則在1、2、3中搜索D&的深度； 若Dl—。。=%。=0，Dl cr為0、1、2或3，則在0、1、2中搜索D&的深度； 若1\。。=%。=1，隊(duì)?為0、1、2或3，則在0、1、2中搜索D&的深度； 若Dl—。。=%。=3，Dl cr為0、1、2或3，則在1、2、3中搜索D&的深度； 若隊(duì)。。>%。，Dl cr為O，則在O中搜索D&的深度； 若隊(duì)。。>%。，Dl cr為1，則在O、I中搜索D&的深度； 若Dl。。>%。，Dl cr為2，則在O、1、2中搜索D&的深度。
5.如權(quán)利要求3所述的基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，若編碼單元大小為32 X 32，則利用前一幀中兩相鄰編碼單元的深度關(guān)系，縮小當(dāng)前編碼單元的深度搜索范圍，規(guī)則如下: 若前一幀中兩相鄰編碼單元的深度分別為隊(duì)。。和D。。，當(dāng)前幀中位置對(duì)應(yīng)的兩相鄰編碼單元的深度分別為和D&、，則: 若Dl。?！矗ァ?，Dl cr為2，則在2、3中搜索D&的深度；若隊(duì)。?！矗?。，Dl cr為3，則在2、3中搜索D&的深度； 若Dl—。。=%。=1，Dl cr為1、2或3，則在1、2中搜索D&的深度； 若Dl—。。=%。=3，Dl cr為1，則在1、2、3中搜索D&的深度； 若Dl—。。=%。=3，Dl cr為2或3，則在2、3中搜索D&的深度； 若隊(duì)。。>%。，Dl cr為1，則在I中搜索D&的深度； 若Dl。。>%。，Dl cr為2，則在1、2中搜索D&的深度。
6.如權(quán)利要求1所述的基于編碼單元深度時(shí)空相關(guān)性的快速HEVC編碼方法，其特征在于，所述步驟(4)中，對(duì)于深度搜索范圍中的每個(gè)深度，進(jìn)行當(dāng)前編碼單元的幀內(nèi)和幀間劃分模式評(píng)估，選擇最佳的劃分模式。
【文檔編號(hào)】H04N7/015GK103813178SQ201410041255
【公開日】2014年5月21日 申請(qǐng)日期:2014年1月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月28日
【發(fā)明者】陳耀武, 周承濤, 田翔 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)