CN103297774A - 一种视频编码中b帧的快速编码方法 - Google Patents

Abstract

一种视频编码中B帧的快速编码方法，包括以下步骤：对当前编码单元在部分PU模式的率失真值比较；用当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值和相应的设定值比较；结合率失真值比较结果以及SAD值和相应的设定值的比较结果，判定当前编码单元进行或不进行细的划分。本发明编码方法通过上述步骤不但跳过了一些划分编码，减少了一些不必要的计算，大大提高了编码速度，同时最大限度的减少了对视频质量和码率的影响。

Description

一种视频编码中B帧的快速编码方法

技术领域

本发明涉及一种视频编码方法，更具体地说，涉及视频编码中B帧的快速编码方法。

背景技术

在现代社会中，视频应用占据的市场比例越来越大。而视频编解码在其中发挥了非常大的作用。目前的市场中，80%的视频应用都是采用H.264/AVC进行编解码。虽然H.264/AVC被广泛应用在视频领域中，然而随着人们对高分辨率、高质量的视频的需求，H.264/AVC视频编码已经逐渐不能满足大众的需求。正因如此，HEVC视频编码标准应运而生。HEVC的目标是在和H.264/AVC高端类（high profile）同等质量的情况上，码率仅为H.264/AVC标准的一半。HEVC可以支持更大的分辨率，相比H.264/AVC，HEVC可以支持从较低分辨率的QVGA到超高清的7680x4320视频。

HEVC标准采用了更为灵活的块结构，引入了类似于H.264/AVC中宏块概念的编码树单元（CTU），CTU采用四叉树的分割结构。在CTU的划分过程中，需要从最大编码单元（LCU，64x64）划分到最小编码单元（SCU，8x8），每次划分后都需进行帧内或帧间编码，然后选择率失真值最小时所对应的划分模式，并设定为当前CTU的最佳划分模式。在原始的HEVC编码算法中，LCU需要从64x64到8x8进行划分编码，则需要进行1+4+16+64=85次的编码计算，其中有84次是不必要的计算，这导致了编码速度慢。

发明内容

本发明的目的针对现有视频编码方法计算量大、编码速度慢的技术缺陷，提供一种视频编码中B帧的快速编码方法，以减少视频编码方法的计算量，提高编码速度。

为达上述目的，本发明提供的一种视频编码中B帧的快速编码方法包括以下步骤：

对当前编码单元在部分PU（预测单元）模式的率失真值比较；

用当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD(绝对误差和)值和相应的设定值比较；

结合率失真值比较结果以及SAD值和相应的设定值的比较结果，判定当前编码单元进行或不进行细的划分。通过以上步骤，跳过了一些划分编码，减少了一些不必要的计算，从而达到了提高编码速度的目的。

在上述快速编码方法中，优选地，所述部分PU模式包括2Nx2N、Nx2N和2NxN。

在上述快速编码方法中，优选地，所述设定值与当前编码单元的大小相关。

在上述快速编码方法中，优选地，缺省设置不编码8x8的编码单元。

在上述快速编码方法中，优选地，若当前编码单元的大小为64x64或32x32，执行所述率失真值比较的步骤、所述SAD值和相应的设定值比较的步骤以及所述判定步骤；若当前编码单元的大小为16x16，则仅仅当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值大于第一阈值时，才对当前编码单元进行细的划分，第一阈值与256的比值K大于所述设定值与对应的当前编码单元尺寸的比值T。

在上述快速编码方法中，优选地，所述率失真值比较步骤包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较小值与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较；所述判定步骤包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且所述SAD值小于相应的设定值时，当前编码单元不进行细的划分。

在上述快速编码方法中，优选地，所述率失真值比较步骤还包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较，1<L<2；所述判定步骤还包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L，且所述SAD值小于相应的设定值时，当前编码单元也不进行细的划分。

与现有视频编码中的B帧编码方法相比，本发明具有以下优点：本发明方法用当前编码单元在部分PU模式的率失真值以及与其最佳匹配单元的SAD值，判断该编码单元是否需要进行细的划分，不但跳过了一些划分编码，减少了一些不必要的计算，大大提高了编码速度，同时最大限度的减少了对视频质量和码率的影响。

附图说明

图1为较佳实施例中B帧快速编码的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例进一步说明本发明。

较佳实施例是针对HEVC标准中B帧的CTU划分进行优化，提供的视频编码中B帧的快速编码方法。

为了对B帧的CTU划分进行优化，提高编码速度，降低HEVC编码器的复杂度，减小计算量大，并且最大限度的减少对视频质量和码率的影响，发明人做了大量的研究和实验。首先，基于对编码单元进行帧间编码时，至少会对2Nx2N、Nx2N以及2NxN三种PU模式（2Nx2N表示对当前编码单元不划分，而2NxN和Nx2N分别是对当前编码单元横向划分和竖向划分）进行编码，所以用当前编码单元在2Nx2N、Nx2N以及2NxN三种PU模式的率失真值比较结果对当前编码单元是否需进行细的划分做了测试和统计，测试条件及统计结果见表1。

表1不同PU模式比较下CU划分与否的比例

其中，rc0、rc1和rc2分别表示是当前编码单元在2Nx2N、Nx2N和2NxN三种PU模式下的率失真值。由表1可见，通过测试不同的视频序列发现：如果当前编码单元在2NxN和Nx2N模式下的率失真值均大于在2Nx2N模式下的率失真值，当前编码单元有很大的概率不需进行细的划分。

另一方面，通过测试不同的视频序列发现，如果当前编码单元和其最佳匹配块的SAD值小于设定值，该设定值等于当前编码单元的尺寸的T倍，该当前编码单元有很大的概率不需要进行细的划分。表2给出了不同T下，编码单元不需进行细的划分的比例。

表2sad值小于CU大小*T值情况下，CU不进行划分的比例

表2中2至4列的T值分别设置为2、2.5和3。可以看出，在T=2情况下，大部分视频序列中编码单元不需进行细的划分的比例在96%以上，随着T值的增加，编码单元不需要进行细的划分的比例会降低。

通过统计还发现，8x8的编码单元在B帧中出现的概率较低。因此，较佳实施例方法中缺省设置不编码8x8编码单元，即不需对16x16编码单元进行细的划分。

进一步对16x16编码单元进行了研究和统计，表3示出了一些统计结果。

表3CU16x16划分情况下，各种SAD所占的比例

表明如果16x16编码单元与其最佳匹配块的SAD值大于第一阈值（256*K，表3中第2至4列的K分别取3.5、4、5），该16x16编码单元有很大的概率需要进行细的划分。

基于上述研究，一些较佳实施例提供的HEVC视频编码标准B帧的快速编码方法，针对64x64和32x32编码单元、以及16x16编码单元分别采用不同的处理方式。具体地说，对于64x64和32x32编码单元，默认其需要进行划分，通过判断其PU模式率失真值以及SAD值决定是否可以跳过划分。对于16x16编码单元，默认其不需要进行划分，通过判断其SAD值决定是否需要进行划分。

参照图1，一些较佳实施例提供的HEVC视频编码标准B帧的快速编码方法包括以下步骤。

步骤S1，判断当前编码单元的大小是否是64x64或32x32，如果是，执行步骤S2，否则执行步骤S5。

步骤S2，对当前编码单元进行帧间编码，具体方法采用现有HEVC视频编码标准中的方法，此处不再赘述。

步骤S3，对当前编码单元在部分PU模式的率失真值比较；用当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值和相应的设定值比较；结合率失真值比较结果以及SAD值和相应的设定值的比较结果，判定当前编码单元进行或不进行细的划分。更具体地说，如果满足下述三个条件之一，则不对当前编码单元进行细的划分，转步骤S9，否则执行步骤S4，

条件1：rc0<max(rc1,rc2)/1.3且rc0<min(rc1,rc2)且sad<3倍当前编码单元尺寸

条件2：rc0<max(rc1,rc2)/1.2且rc0<min(rc1,rc2)且sad<2.5倍当前编码单元尺寸

条件3：rc0<min(rc1,rc2)且sad<2倍当前编码单元尺寸。

可以看出，较佳实施例中，率失真值比较包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较小值与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较；对应地，判定方法包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且所述SAD值小于相应的设定值（2倍当前编码单元尺寸）时，当前编码单元不进行细的划分。即条件3。通过该条件3已经能够跳过一些编码单元的划分，提高编码速度。

为了进一步提高编码速度，较佳实施例中率失真值比较还设置了条件1和条件2，即，率失真值比较还包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较，条件1中L为1.3，条件2中L为1.2；对应地，判定方法还包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L，且所述SAD值小于相应的设定值（条件1中设定值为3倍当前编码单元尺寸，条件2中设定值为2.5倍当前编码单元尺寸）时，当前编码单元也不进行细的划分。

步骤S4，对当前编码单元进行细的划分，转步骤S1对划分后的编码单元进行处理。

步骤S5，判断当前编码单元的大小是否是16x16，如果是，执行步骤S6，否则执行步骤S8。

步骤S6，对当前编码单元进行帧间编码，具体方法采用现有HEVC视频编码标准中的方法，此处不再赘述。

步骤S7，如果当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值大于第一阈值（3.5倍当前编码单元尺寸），转步骤S4，否则转步骤S9。

步骤S8，对当前编码单元进行帧间编码，其中，当前编码单元的大小为8x8。

步骤S9，当前编码单元编码完成，退出。

实验1：在低延时（low delay）配置下，用不同分辨率视频序列进行测试，对采用了上述较佳实施例B帧编码方法的视频编码算法和采用原有B帧编码方法的视频编码算法进行比较，比较结果如表4所示。

表4low delay配置下，优化算法结果

可见，采用较佳实施例的B帧编码方法后，编码速度平均可以提高34%左右，同时，码率只有0.08%的减少，而质量的损失只有0.0064个dB。

实验2：在非顺序编码图像（randomaccess）配置下，用不同分辨率视频序列进行测试，对采用了上述较佳实施例B帧编码方法的视频编码算法和采用原有B帧编码方法的视频编码算法进行比较，比较结果如表5所示。

表5randomaccess配置下，优化算法结果

可见，采用较佳实施例的B帧编码方法后，编码速度平均可以提高34%左右，同时，码率只有0.1%的减少，而质量的损失只有0.0029个dB。

通过上述两个实验结果，看出采用较佳实施例的B帧编码方法后，在两种配置下，编码速度平均提高了34%左右，码率只有很少的增加。同时，质量下降很小，只有0.002-0.006个dB。对于其中一些YUV序列，其编码时间降低的同时码率也会减少，只在质量上有少许的损失。对实验结果中比较特殊的SlideEditing序列进行分析，由于SlideEditing序列中每一帧中间的部分在移动，而两边的图片均未改变。因此，计算每一帧中大部分编码单元与其匹配单元的SAD值为0，可以直接采用64x64的块，不进行细的划分，所以，相比原始算法，速度可以提高55%-60%。因此，对于背景不变，只有前景改变的视频，采用本发明方法有更好的效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种视频编码中B帧的快速编码方法，其特征在于，包括以下步骤：

对当前编码单元在部分PU模式的率失真值比较；

用当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值和相应的设定值比较；

结合率失真值比较结果以及SAD值和相应的设定值的比较结果，判定当前编码单元进行或不进行细的划分。

2.根据权利要求1所述的快速编码方法，其特征在于，所述部分PU模式包括2Nx2N、Nx2N和2NxN。

3.根据权利要求1所述的快速编码方法，其特征在于，所述设定值与当前编码单元的大小相关。

4.根据权利要求1所述的快速编码方法，其特征在于，缺省设置不编码8x8的编码单元。

5.根据权利要求1所述的快速编码方法，其特征在于，若当前编码单元的大小为64x64或32x32，执行所述率失真值比较的步骤、所述SAD值和相应的设定值比较的步骤以及所述判定步骤；若当前编码单元的大小为16x16，则仅仅当前编码单元与其最佳匹配单元的SAD值大于第一阈值时，才对当前编码单元进行细的划分，第一阈值与256的比值K大于所述设定值与对应的当前编码单元尺寸的比值T。

6.根据权利要求2所述的快速编码方法，其特征在于，所述率失真值比较步骤包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较小值与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较；所述判定步骤包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且所述SAD值小于相应的设定值时，当前编码单元不进行细的划分。

7.根据权利要求6所述的快速编码方法，其特征在于，所述率失真值比较步骤还包括用当前编码单元在2NxN模式和Nx2N模式的两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L与当前编码单元在2Nx2N模式的率失真值rc0比较，1<L<2；所述判定步骤还包括当率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较小值，且率失真值rc0小于两个率失真值rc1和rc2中的较大值的1/L，且所述SAD值小于相应的设定值时，当前编码单元也不进行细的划分。

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