CN101562750A - 视频编码快速模式选择装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种视频编码快速模式选择装置及方法，所述方法包括：根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；对当前帧的每一个宏块进行如下步骤的模式选择：计算当前宏块在各宏块模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式；当所述最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，选择所述最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。采用本发明提供的视频编码快速模式选择装置及方法，能提高编码模式选择的准确性。

Description

视频编码快速模式选择装置及方法

技术领域

本发明涉及视频编码技术领域，更具体地说，涉及一种视频编码快速模式选择装置及方法。

背景技术

视频编码的目的是对视频数据进行压缩。常用的视频编码技术是先对视频序列进行预测编码，然后传输图像像素与其预测值的差值信号，去除空间或时间的相关性，达到压缩的目的。预测编码包括帧内预测编码和帧间预测编码，其中，帧内预测编码是利用同一帧中的像素值进行预测，帧间预测编码时利用相邻帧中的像素值进行预测。

由于视频图像区域内容的差异性，为获得尽可能高的压缩效率，在对帧间帧(采用前向预测编码的帧，简称“P帧”)的每个判定为非SKIP宏块编码，以及对双向帧(采用双向预测编码的帧，简称“B帧”)的每个判定为非SKIP宏块且非DIRECT宏块编码时，都需选择最优的编码模式。一般对帧间相似度较高的宏块采用帧间预测编码模式，而对相邻宏块间相似度较高的宏块采用帧内预测编码模式。

在目前流行的视频编码标准中，通常对宏块(如16x16像素)采用不同尺寸(例如16x8、8x16、8x8像素等)的宏块分割模式，在选择编码模式时需对每种宏块分割模式进行运动估计，计算帧间预测编码代价，以及计算每种宏块分割模式下不同预测方向的帧内预测编码代价，比较帧间和帧内各模式下的代价，选择代价最小的编码模式作为最优编码模式。由于在运动估计和编码代价计算中会涉及大量的绝对误差和(Sum of Absolute Difference，简称“SAD”)及变换后的绝对误差和(Sum of Absolute Transformed Difference，简称“SATD”)等高复杂度的计算，特别是在采用高编码效率的率失真优化的模式选择时，还需增加码率估算的过程，因此编码模式选择具有很高的计算复杂度。

目前，在对每一宏块进行快速编码模式选择时，通常先计算各宏块分割模式下的帧间预测编码代价，从中选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式，若最优帧间编码模式的代价小于某一固定阈值(通过对典型视频序列进行编码训练得到)，则以最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式，否则，计算各宏块分割模式下不同预测方向上的帧内预测编码代价，并与最优帧间编码模式的代价进行比较，从中选择代价最小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

然而，由于固定阈值是通过其它视频序列进行编码训练得到的，若该阈值不适合当前编码的视频序列，则可能会出现当前帧实际适合采用帧内编码模式，但由于最优帧间编码模式的代价小于阈值而没有采用帧内编码模式的情况，从而造成了编码模式选择的不准确，导致编码效率下降。

发明内容

基于此，有必要提供一种能提高编码模式选择准确性的视频编码快速模式选择装置。

此外，还有必要提供一种能提高编码模式选择准确性的视频编码快速模式选择方法。

所述视频编码快速模式选择装置包括：阈值调整单元，用于根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；模式选择单元，与所述阈值调整单元相连，用于计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式，以及当最优帧间编码模式的代价小于代价阈值时，则选择最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

该阈值调整单元包括：初始化参数设置模块，用于设置初始化参数，初始化参数包括比例参数及至少两个代价区间；代价分布统计模块，与初始化参数设置模块相连，统计前一帧中最优帧间编码代价位于代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布；阈值计算模块，与初始化参数设置模块及代价分布统计模块相连，根据比例分布计算当前帧的代价阈值。

该初始化参数设置模块可按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是正整数；

所述阈值计算模块当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：T_adapt＝i*C，其中，R_n是最优帧间编码代价位于第n个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，r是预设的比例参数，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

该模式选择单元包括：帧间编码代价计算模块，用于计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价；帧内编码代价计算模块，帧间编码代价计算模块相连，用于计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价；比较选择模块，与帧间编码代价计算模块及帧内编码代价计算模块相连，用于比较最优帧间编码模式的代价与代价阈值，当最优帧间编码模式的代价大于代价阈值时，通知帧内编码代价计算模块计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价，并从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式。

上述比较选择模块还用于比较最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价小，从中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

所述视频编码快速模式选择方法包括：根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；对当前帧的每一个宏块进行如下步骤的模式选择：计算当前宏块在各宏块模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式；当最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，选择最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

该调整当前帧的代价阈值的步骤可包括：设置初始化参数，初始化参数包括比例参数及至少两个代价区间；统计前一帧中最优帧间编码代价位于代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布；根据比例分布计算当前帧的代价阈值。

该调整当前帧的代价阈值的步骤包括：

按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是正整数；

当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：T_adapt＝i*C，其中，R_n是最优帧间编码代价位于第n个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，r是预设比例参数，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

上述方法还包括：当最优帧间编码模式的代价大于代价阈值时，则计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价，并从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式。

另外，选择最优帧内编码模式的步骤之后还可包括：比较最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价大小，从中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

上述视频编码快速模式选择装置及方法，通过前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布情况自适应调整当前帧的代价阈值，在对每一个宏块进行编码时，若最优帧间编码模式的代价小于当前帧的代价阈值，则选择最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式，否则，在最优帧间编码模式和最优帧内编码模式中选择代价较小的模式作为当前宏块的编码模式。这样，能提高快速模式选择的准确性。

附图说明

图1是一个实施例中视频编码快速模式选择装置的示意图；

图2是一个实施例中视频编码快速模式选择装置的结构示意图；

图3是一个实施例中视频编码快速模式选择方法的流程图；

图4是一个实施例中代价阈值的计算方法的流程图；

图5是一个实施例中对一个宏块的视频编码快速模式选择方法的流程图。

具体实施方式

图1示出了一个实施例中的视频编码快速模式选择装置，该装置包括阈值调整单元100和模式选择单元200，其中：

阈值调整单元100用于根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；模式选择单元200与阈值调整单元100相连，用于在对每一宏块进行编码时，计算当前宏块各宏块分割模式下的帧间编码代价，并选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式，以及当最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，选择最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

图2示出了一个实施例中的视频编码快速模式选择装置的内部结构，其中阈值调整单元100包括初始化参数设置模块101、代价分布统计模块102和阈值计算模块103，其中：

初始化参数设置模块101用于设置初始化参数，该初始化参数包括至少两个代价区间以及比例参数。在一个实施方式中，初始化参数设置模块101按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是整数。

代价分布统计模块102与初始化参数设置模块101相连，用于统计前一帧中最优帧间编码代价位于所述代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布。上述帧内预测宏块是指以帧内模式进行预测编码的宏块。在一个实施方式中，代价分布统计模块102按照以下公式统计所述比例分布：

R_i＝m_i/M

其中，R_i是最优帧间编码代价位于第i个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，m_i是最优帧间编码代价位于第i个代价区间内的帧内预测宏块的个数，M是帧内预测宏块总数，i的取值为0～N。

阈值计算模块103与初始化参数设置模块101及代价分布统计模块102相连，用于根据比例分布计算当前帧的代价阈值。在一个实施方式中，阈值计算模块103对上述计算得到的R_i进行累加，具体地，是从R_N开始依次累加R_N-1、R_{N- 2}....当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：

T_adapt＝i*C

其中，r是预设的比例参数，可由初始化参数设置模块101设置，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

模式选择单元200包括帧间编码代价计算模块201、帧内编码代价计算模块202和比较选择模块203，其中：

帧间编码代价计算模块201与代价分布统计模块102相连，用于在编码每一个宏块时，计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价。帧间编码代价的计算可采用现有的代价计算方法，在此则不再赘述。

帧内编码代价计算模块202与阈值计算模块103及帧内编码代价计算模块202相连，用于在编码每一个宏块时，计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价。帧内编码代价的计算也可采用现有的代价计算方法，在此也不再赘述。

比较选择模块203与帧间编码代价计算模块201及帧内编码代价计算模块202相连，用于比较最优帧间编码模式的代价与代价阈值，当最优帧间编码模式的代价小于上述计算得到的代价阈值时，选择最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式，否则，通知帧内编码代价计算模块202计算当前帧各宏块分割模式下的不同预测方向的帧内编码代价，并从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式，以及比较最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价大小，从中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

图3示出了一个实施例中视频编码快速模式选择方法的流程，具体过程如下：

在步骤S301中，根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值。

在步骤S302中，判断是否完成了当前帧所有宏块的编码，若是，则结束，否则进入步骤S302。

在步骤S303中，计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式。

在步骤S304中，当所述最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，选择所述最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

应当说明的是，上述步骤S303和步骤S304是对当前帧的每一个宏块编码时所进行的快速模式选择，若当前帧的所有宏块编码完成，则进入下一帧的编码，直至视频序列的所有帧编码完成。

图4示出了一个实施例中代价阈值的计算方法流程，具体过程如下：

在步骤S401中，设置初始化参数，该初始化参数包括至少两个代价区间及比例参数。在一个实施方式中，初始化参数设置101按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是整数。

在步骤S402中，统计前一帧中最优帧间编码代价位于代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布。在一个实施方式中，代价分布统计模块102按照以下公式统计所述比例分布：

R_i＝m_i/M

其中，R_i是最优帧间编码代价位于第i个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，m_i是最优帧间编码代价位于第i个代价区间内的帧内预测宏块的个数，M是帧内预测宏块总数，i的取值为0～N。

在步骤S403中，根据所述比例分布计算当前帧的代价阈值。在一个实施方式中，阈值计算模块103对上述计算得到的R_i进行累加，具体地，是从R_N开始依次累加R_N-1、R_N-2....当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：

T_adapt＝i*C

其中，r是预设的比例参数，可由初始化参数设置模块101设置，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

由于视频序列邻近帧之间的内容具有相似性，前一帧的帧内预测宏块在模式选择时的最优帧间编码代价分布可以较好的近似当前帧相应的分布情况，在编码当前帧的某一宏块时，若计算得到的最优帧间编码代价小于或等于代价阈值时，则可认为当前宏块选择帧内编码模式的概率很低，因此不进行帧内编码模式的代价不会影响模式选择结果的准确性。

图5示出了一个实施例中视频编码快速模式选择方法的流程，对每一个宏块编码时的快速模式选择的具体过程如下：

在步骤S501中，计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式。

在步骤S502中，比较最优帧间编码模式的代价与代价阈值的大小。代价阈值可采用上述计算方法获得，在此则不再赘述。

在步骤S503中，判断最优帧间编码模式的代价是否小于代价阈值，若是，则进入步骤S504，否则，进入步骤S505。

在步骤S504中，选择最优帧间编码模式作为当前帧的编码模式。

在步骤S505中，计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价，从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式。

在步骤S506中，比较最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价大小。

在步骤S507中，从最优帧内编码模式和最优帧内编码模式中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

在步骤S508中，判断当前宏块是否为帧内预测宏块，若是，则进入步骤S509，否则结束。帧内预测宏块即当前以帧内模式进行预测编码的宏块。

在步骤S509中，更新最优帧间编码代价分布。在一个实施例中，当前宏块选择的编码模式是最优帧内编码模式，则可更新当前帧的最优帧间编码代价分布，而当前帧的最优帧间编码代价分布可用于下一帧的代价阈值的计算。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1、一种视频编码快速模式选择装置，其特征在于，包括：

阈值调整单元，用于根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；

模式选择单元，与所述阈值调整单元相连，用于计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式，以及当所述最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，则选择所述最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

2、根据权利要求1所述的视频编码快速模式选择装置，其特征在于，所述阈值调整单元包括：

初始化参数设置模块，用于设置初始化参数，所述初始化参数包括比例参数及至少两个代价区间；

代价分布统计模块，与所述初始化参数设置模块相连，统计前一帧中最优帧间编码代价位于所述代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布；

阈值计算模块，与所述初始化参数设置模块及代价分布统计模块相连，根据所述比例分布计算当前帧的代价阈值。

3、根据权利要求2所述的视频编码快速模式选择装置，其特征在于，所述初始化参数设置模块按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是正整数；

所述阈值计算模块当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：T_adapt＝i*C，其中，R_n是最优帧间编码代价位于第n个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，r是预设的比例参数，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

4、根据权利要求1所述的视频编码快速模式选择装置，其特征在于，所述模式选择单元包括：

帧间编码代价计算模块，用于计算当前宏块在各宏块分割模式下的帧间编码代价；

帧内编码代价计算模块，所述帧间编码代价计算模块相连，用于计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价；

比较选择模块，与所述帧间编码代价计算模块及帧内编码代价计算模块相连，用于比较最优帧间编码模式的代价与所述代价阈值，当所述最优帧间编码模式的代价大于所述代价阈值时，通知所述帧内编码代价计算模块计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价，并从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式。

5、根据权利要求4所述的视频编码快速模式选择装置，其特征在于，所述比较选择模块还用于比较最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价小，从中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

6、一种视频编码快速模式选择方法，其特征在于，所述方法包括：

根据前一帧的帧内预测宏块的最优帧间编码代价分布调整当前帧的代价阈值；

对当前帧的每一个宏块进行如下步骤的模式选择：

计算当前宏块在各宏块模式下的帧间编码代价，选择代价最小的帧间编码模式作为最优帧间编码模式；

当所述最优帧间编码模式的代价小于所述代价阈值时，选择所述最优帧间编码模式作为当前宏块的编码模式。

7、根据权利要求6所述的视频编码快速模式选择方法，其特征在于，所述调整当前帧的代价阈值的步骤包括：

设置初始化参数，所述初始化参数包括比例参数及至少两个代价区间；

统计前一帧中最优帧间编码代价位于所述代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例分布；

根据所述比例分布计算当前帧的代价阈值。

8、根据权利要求7所述的视频编码快速模式选择方法，其特征在于，调整当前帧的代价阈值的步骤包括：

按照以下分布设置等长的代价区间：

[0，C)，[C，2C)，[2C，3C)，...，[N*C，+∞)

其中，C是一个区间的代价，N是正整数；

当 $\underset{n=i}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}{R}_n>r$ 时，计算所述代价阈值为：T_adapt＝i*C，其中，R_n是最优帧间编码代价位于第n个代价区间内的帧内预测宏块的个数占帧内预测宏块总数的比例，r是预设比例参数，T_adapt是代价阈值，i的取值为0～N。

9、根据权利要求6所述的视频编码快速模式选择方法，其特征在于，所述方法还包括：

当所述最优帧间编码模式的代价大于所述代价阈值时，则计算各宏块分割模式下不同预测方向的帧内编码代价，并从中选择代价最小的帧内编码模式作为最优帧内编码模式。

10、根据权利要求9所述的视频编码快速模式选择方法，其特征在于，所述选择最优帧内编码模式的步骤之后还包括：

比较所述最优帧间编码模式与最优帧内编码模式的代价大小，从中选择代价小的编码模式作为当前宏块的编码模式。

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