法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2017-10-20
授权
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2015-06-10
实质审查的生效 IPC(主分类):H04N19/61 申请日:20141231
实质审查的生效
2015-05-13
公开
公开
技术领域
本发明涉及数字视频通信领域,尤其涉及一种基于PU纹理特性的 HEVC帧内快速模式决策算法。
背景技术
近30年来,伴随着互联网的发展、视频源数据急剧增加,人们对视频 分辨率和视频质量的要求不断提高,促使国际标准组织于2010年开始制定 新一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)。
HEVC与上一代视频编码标准H.264一样都是采用混合编码结构,即预 测编码、变换编码和熵编码,但HEVC更注重对高清、超高清视频编码的 压缩性能以及并行处理,引入了许多先进的、高效的编码工具和技术。比如, 灵活的块分割方式、帧间预测模式—Merge模式、35种帧内预测模式、样 点自适应偏移(SAO,Sample Adaptive Offset)等。这些新的编码工具使得 HEVC能够提供编码效率高于H.264两倍的视频码流。在2013年1月,VCEG 和MPEG正式将HEVC确定为新一代视频标准。因此有理由相信,在不久 的将来,HEVC将会成为应用最为广泛的视频标准。
但是显著提高编码效率的同时,相较于H.264,HEVC也极大地增加了 编码的复杂度,尤其是多变的块分割导致的模式选择复杂度大幅度提高。由 此可知,寻找一种算法来优化模式选择是降低HEVC编码复杂度的一种有 效的方法。
下面内容为现有算法的HEVC帧内模式决策过程的概述:
HEVC提供了35种帧内预测模式,即33种角度预测模式、Planar模式 和DC模式,如图1所示。现有的技术是通过四个程序来得到每个PU(预测 单元)的最佳预测模式,如图2所示。首先,通过RMD(Rough Mode Decision, 粗模式决策)遍历35种预测模式,根据式(1)得到JRMD,即各模式低复杂 度的RD Cost(Rate Distortion Cost,率失真代价),并根据PU的尺寸选取 不同个数的候选模式,即当PU尺寸大于8×8时,选取JRMD最小的前3个 模式作为当前PU的RDO初始候选模式集;当PU尺寸小于或等于8×8时, 选取JRMD最小的前8个模式作为当前PU的RDO初始候选模式集;其次, 进行MPMs(Most Probable Modes,最有可能模式)选择,即判断当前PU 的RDO初始候选模式集中是否包含当前PU左邻近或上邻近PU的最佳预 测模式,若不包含,则更新RDO的初始候选模式集,即将不包含的模式添 加到RDO初始候选模式集中,若包含,则不做任何处理;然后,将RDO 初始候选模式集的模式在最大TU尺寸上进行RDO(Rate Distortion Optimization,率失真优化),即根据式(2)计算出相应模式的RD Cost, 即JRDO,将JRDO最小的模式作为当前PU的最佳预测模式;最后,对最佳预 测模式进行RQT(Residual Quad-Tree Transtform,残差四叉树变换),即 以CU为根对残差块进行四叉树分割,来得到最佳TU分割。
JRMD=SATD+λpred·Rpred (1)
JRDO=(SSELuma+0.57·SSEChroma)+λmode·Rmode (2)
式(1)中,SATD表示残差信息Hadamard变换系数绝对值之和,λpred表示拉格朗日乘子,Rpred表示编码预测模式信息所需的比特数;
式(2)中,SSELuma和SSEChroma分别表示亮度与色度的原始图像与预测图 像差的平方和,λmode表示拉格朗日乘子,Rmode表示编码候选模式的总比特数。
本发明是对四个程序中的第一个程序进行改进,第一个程序中要通过 RMD(Rough Mode Decision,粗模式决策)遍历35种预测模式,并计算JRMD; 而本发明无需对35种预测模式都进行计算,这样能有效地节省时间,实现 HEVC编码器的实时应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题,在于提供一种基于PU纹理特性的HEVC帧 内快速模式决策算法,是一种适用于帧内简单且高效的快速模式决策算法, 本发明是对四步法中的第一个步骤进行改进,有助于实现HEVC编码器的 实时应用。
本发明是这样实现的:
一种基于PU纹理特性的HEVC帧内快速模式决策算法,包括四个程序, 其中第一步程序的具体步骤如下:
步骤1、读入一个PU,计算当前PU的MADPU并自行设定邻近模式H;
步骤2、根据MADPU的大小确定第一角度模式集A;
步骤3、计算第一角度模式集A中模式的JRMD值,根据MADPU的大小 和PU的尺寸大小选取中心模式,并确定第二角度模式集;
步骤4、在第二角度模式集中加入模式0和模式1,设定Planar模式为 模式0、DC模式为模式1、33种角度预测模式为模式2至模式34,形成第 三角度模式集;
步骤5、对第三角度模式集中的模式进行RMD,根据PU的尺寸大小 选取不同个数的模式作为RDO初始候选模式集。
进一步地,所述步骤1进一步具体为:
步骤11、读入一个PU,根据式子:
计算MADPU,利用MADPU来刻画各PU的纹理特性;其中,MADPU表示均值绝对偏差,p(i,j)表示PU中位于(i,j)的像素值,ave表示PU中所 有像素的均值,M、N分别表示PU的行数和列数;
步骤12、根据MADPU的大小范围值对各PU进行分类,分类如下:
MADPU≤4,PU的纹理情况为平稳;
4<MADPU≤8,PU的纹理情况为半平稳;
MADPU>8,PU的纹理情况为非平稳;
步骤13、根据式子:H≥|I-J|(2≤I≤34且2≤J≤34且I、J不相等) 来定义邻近模式H,其中I表示模式I,J表示模式J;定义模式0和模式1 不存在邻近模式,同时定义当模式I为2、邻近模式H为1时,模式J为模 式34和模式3。
进一步地,所述步骤2具体为:
步骤21、当PU的纹理情况为平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,10,18,26};
步骤22、当PU的纹理情况为半平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,6,10,14,18,22,26,30};
步骤23、当PU的纹理情况为非平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32}。
进一步地,所述步骤3具体为:
步骤31、当PU的纹理情况为平稳时,总是选取第一角度模式集中JRMD最小的模式作为中心模式,将该中心模式作为模式I、将4作为邻近模式H, 来计算模式J,此时模式J有8种情况,再将该模式J作为第二角度模式集;
步骤32、当PU的纹理情况为半平稳且PU的尺寸大于8×8时,选取第 一角度模式集中JRMD最小的模式作为中心模式;当PU的纹理情况为半平稳 且PU的尺寸小于或等于8×8时,选取第一角度模式集中JRMD最小与次小的 模式作为中心模式,将该中心模式分别作为模式I、将2作为邻近模式H, 来计算模式J,此时每个模式I对应的模式J均有4种情况,再将该模式J 作为第二角度模式集;
步骤33、当PU的纹理情况为非平稳且PU的尺寸大于8×8时,选取第 一角度模式集中JRMD最小与次小的模式作为中心模式;当PU的纹理情况为 非平稳且PU的尺寸小于或等于8×8时,选取第一角度模式集中JRMD最小、 次小与第三小的模式作为中心模式,将该中心模式分别作为模式I、将1作 为邻近模式H,来计算模式J,此时每个模式I对应的模式J均有2种情况, 再将该模式J作为第二角度模式集。
本发明具有如下优点:本发明用于采用HEVC标准的编码系统中,对 图像进行帧内预测处理时,提供一种帧内预测的快速模式决策算法,跳过某 些预测模式的RMD计算;本发明具有以下的主要特点和优点:
1、本算法利用PU的纹理特性,提前剔除成为当前PU最佳预测模式中 概率比较小的模式;
2、本算法简单有效,不会带来大量的额外计算,可较精确的减少当前 PU不必要的预测模式的RMD计算,同时本算法易于在硬件和软件上实现;
3、本算法能节省编码的时间;
4、本算法不会改变HEVC原有的码流结构,与HEVC标准完全兼容。
附图说明
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1为HEVC 35种的帧内预测模式。
图2为HEVC帧内模式决策流程图。
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
如图3所示,本发明的一种基于PU纹理特性的HEVC帧内快速模式决 策算法,包括四个程序,其中第一步程序的具体步骤如下:
步骤1、读入一个PU,计算当前PU的MADPU并自行设定邻近模式H; 具体为:
步骤11、读入一个PU,根据式子:
计算MADPU,利用MADPU来刻画各PU的纹理特性;其中,MADPU表示均值绝对偏差,p(i,j)表示PU中位于(i,j)的像素值,ave表示PU中所 有像素的均值,M、N分别表示PU的行数和列数;
步骤12、根据MADPU的大小范围值对各PU进行分类,分类如下:
MADPU≤4,PU的纹理情况为平稳;
4<MADPU≤8,PU的纹理情况为半平稳;
MADPU>8,PU的纹理情况为非平稳;
步骤13、根据式子:H≥|I-J|(2≤I≤34且2≤J≤34且I、J不相等) 来定义邻近模式H,其中I表示模式I,J表示模式J;定义模式0和模式1 不存在邻近模式,同时定义当模式I为2、邻近模式H为1时,模式J为模 式34和模式3;设定Planar模式为模式0、DC模式为模式1、33种角度预 测模式为模式2至模式34;
步骤2、根据MADPU的大小确定第一角度模式集A;具体为:
步骤21、当PU的纹理情况为平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,10,18,26};
步骤22、当PU的纹理情况为半平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,6,10,14,18,22,26,30};
步骤23、当PU的纹理情况为非平稳时,设置第一角度模式集为:
A={2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22,24,26,28,30,32};
步骤3、计算第一角度模式集A中模式的JRMD值,根据MADPU的大小 和PU的尺寸大小选取中心模式,并确定第二角度模式集;具体为:
步骤31、当PU的纹理情况为平稳时,总是选取第一角度模式集中JRMD最小的模式作为中心模式,将该中心模式作为模式I、将4作为邻近模式H, 来计算模式J,此时模式J有8种情况,再将该模式J作为第二角度模式集;
步骤32、当PU的纹理情况为半平稳且PU的尺寸大于8×8时,选取第 一角度模式集中JRMD最小的模式作为中心模式;当PU的纹理情况为半平稳 且PU的尺寸小于或等于8×8时,选取第一角度模式集中JRMD最小与次小的 模式作为中心模式,将该中心模式分别作为模式I、将2作为邻近模式H, 来计算模式J,此时每个模式I对应的模式J均有4种情况,再将该模式J 作为第二角度模式集;
步骤33、当PU的纹理情况为非平稳且PU的尺寸大于8×8时,选取第 一角度模式集中JRMD最小与次小的模式作为中心模式;当PU的纹理情况为 非平稳且PU的尺寸小于或等于8×8时,选取第一角度模式集中JRMD最小、 次小与第三小的模式作为中心模式,将该中心模式分别作为模式I、将1作 为邻近模式H,来计算模式J,此时每个模式I对应的模式J均有2种情况, 再将该模式J作为第二角度模式集;
步骤4、在第二角度模式集中加入模式0和模式1,形成第三角度模式 集;
步骤5、对第三角度模式集中的模式进行RMD,根据PU的尺寸大小 选取不同个数的模式作为RDO初始候选模式集。
表1:
表1为本发明算法的RD性能,采用新一代的视频编码标准HEVC提 供的测试模型HM 10.1来验证本发明算法的有效性。对JCT-VC所推荐的5 类分辨率的18个测试序列分别编码50帧进行测试。测试的硬件配置为AMD Athlon(tm)Ⅱ×2B28Processor,主频为3.40GHz,RAM为2.00GB;操作系 统为Windows 7;开发工具为Microsoft Visual Studio 2010。测试的编码器主 要配置参数为:全I帧编码模式,分别选取QP(Quantization Parameter,量 化参数)为22、27、32、37,其余为默认设置。本发明算法与原始HM10.1 比较的实验结果如表1所示。其中表1的BDBR与BDPSNR为VCEG建议 采用的评价准则,分别表示在同样的客观质量下,两种算法的码率节省情况 以及在给定的同等码率下,两种算法的Y-PSNR差异。
从表1可看出,本发明提出的一种基于PU纹理特性的帧内快速模式决 策算法,效果良好,对其PSNR与码率的影响几乎可以忽略。同时在QP=22、 27、32、37条件下平均能减少RMD过程的编码时间分别为31.05%、30.98%、 30.33%、30.74%。由此可见,本发明方法对不同QP,能获取稳定的RMD 编码时间减少,具有一定的实际应用意义。
经过以上的分析和实验验证,可以得出以下结论:本发明提出的基于 PU纹理的HEVC帧内快速模式决策方法,其实现简单,效果良好,有助于 实现HEVC编码器的实时应用。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式,但是熟悉本技术领域的技术 人员应当理解,我们所描述的具体的实施例只是说明性的,而不是用于对本 发明的范围的限定,熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效 的修饰以及变化,都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。
机译: 基于边缘检测的HEVC帧内编码的快速模式决策方法和基于快速模式决策的HEVC帧内编码方法
机译: 基于HEVC纹理的块大小早期决策方法,用于HEVC编码器中的快速帧内预测
机译: 基于HEVC纹理的块大小早期决策方法,用于HEVC编码器中的快速帧内预测