HEVC视频编码模式决策快速算法研究

摘要

随着视频信息处理技术的快速发展，高清视频和超高清视频已逐渐走进人们的生活和工作，现有的视频编码标准H.264已经很难满足社会发展的需求。为进一步获得更高效的视频编码效率，ITU-T和ISO/IEC联合制定了新一代高效率视频编码标准(High Efficiency Video Coding,HEVC)。与H.264相比，HEVC在相同视频质量的条件下能够降低约一半的码流，非常适合高清和超高清视频的编码压缩。HEVC在提高视频编码效率的同时，其视频编码的复杂度也大大增加，是H.264的两倍以上。因此，在保持良好视频压缩效率的条件下，有效降低HEVC编码的计算复杂度具有重要的理论意义和应用价值。
　　本文为了降低HEVC编码的计算复杂度，对HEVC中计算量最为集中的模式决策展开快速算法研究，包括编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)的深度预测、帧内预测模式选择、以及帧间预测模式选择。本文主要完成的工作和成果如下：
　　（1）对课题展开综述，介绍数字视频基础，概述了H.264和HEVC视频编码标准，给出了HEVC视频编码快速算法的研究现状。
　　（2）为了减小CTU四叉树遍历的深度，提出一种CTU深度预测算法。首先利用当前CTU与相邻CTU的时空相关性，由左方CTU、上方CTU和参考帧中相同位置CTU的深度统计信息，预测当前CTU的深度范围；然后利用父编码单元(Coding Unit,CU)的率失真代价以及时空相邻CU的率失真代价，提前终止当前CU的划分。
　　（3）为了减少帧内编码候选预测模式的个数，提出一种帧内预测模式快速选择算法。首先只对典型的11种帧内预测模式计算其预测残差的哈达玛代价，从中选取代价最小的角度预测模式；再对该角度预测模式编号相邻的角度预测模式计算其预测残差的哈达玛代价；最后根据已计算的哈达玛代价大小排序和差距，有效减少进行率失真代价估计的候选预测模式个数。
　　（4）为了减少帧间编码候选预测模式个数，提出一种帧间预测模式快速选择算法。首先通过分析当前CU和它的父CU最佳预测模式的相关性，减少当前CU的帧间预测模式个数；然后根据当前CU已估计的预测模式的率失真代价和父CU最佳预测模式的率失真代价，跳过当前CU冗余的帧间预测模式，进一步加快帧间预测模式的选择。
　　（5）对本文算法的研究成果和创新点进行总结，提出其中存在的不足和今后的研究方向。

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第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 论文主要研究内容和组织结构

第2章 CTU深度预测算法研究

2.1 CTU四叉树划分特征

2.2 基于时空相关性的CTU深度预测算法

2.3 算法实验

2.4 本章小结

第3章 帧内预测模式快速选择算法研究

3.1 帧内预测模式特征

3.2 基于哈达玛代价的帧内预测模式快速选择算法

3.3 算法实验

3.4 本章小结

第4章 帧间预测模式快速选择算法研究

4.1 帧间预测模式特征

4.2 基于空间相关性的帧间预测模式快速选择算法

4.3 算法实验

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果