CN106534849A - 一种快速的hevc帧间编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速的HEVC帧间编码方法，可以适用各种场景，快速精准跳过Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N预测单元的计算，从而极大减少编码的时间，同时尽可能减少编码质量的损失。

Description

一种快速的HEVC帧间编码方法
技术领域
本发明涉及一种快速的HEVC帧间编码方法。
背景技术
HEVC作为最新一代的视频编码标准，相比上一代H.264编码标准，压缩效率可以提升一倍。HEVC相比H.264引入了许多新的技术，其中更大的块和更灵活的块划分方法对编码效率的提升起着非常重要的作用。
具体来说：1、更大的编码块，HEVC中最大编码块(LCU)大小为64x64，而H.264中宏块大小为16x16；2、编码块可以使用四叉树递归划分成更小的编码单元(CU)，最小的编码单元可以达到为8x8；3、每个编码单元又可以包含不同的预测单元(Prediction Unit，PU)和变换单元(Transform Unit，TU)，对于帧间编码帧的编码单元，预测单元包括Merge_2Nx2N、Skip_2Nx2N、Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN、Inter_2NxnU、Inter_2NxnD、Inter_nLx2N、Inter_nRx2N和Intra_2Nx2N等，其中Inter_2NxnU、Inter_2NxnD、Inter_nLx2N和Inter_nRx2N是非对称的块划分方法(AMP)，计算量较大，一般情况下不会启用。HEVC中定义的这些编码单元、预测单元和变换单元可以使得块的形状与图像真实纹理更加匹配，从而提升预测精度，提高压缩效率。
HEVC在对编码单元进行编码的过程中，需要先对所有的预测单元分别进行编码，得到编码后的码率和图像的失真从而计算编码代价J，然后选择编码代价J最小的预测单元作为编码单元的预测模式。
HEVC中的预测单元Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN、Inter_2NxnU、Inter_2NxnD、Inter_nLx2N和Inter_nRx2N需要进行运动搜索与运动匹配，得到预测单元的运动矢量(Motion Vector，MV)，而Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N不需要进行运动搜索，而是利用相邻块的MV作为预测单元的候选MV，从候选MV中找到预测效果最好的作为预测单元的最终MV。因此对于视频中运动较为统一或者运动很小的场景，Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N使用相邻块MV可以获得很好的预测效果，而且可以减少编码MV消耗的比特数，所以Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N一般都是选中概率最高的预测单元。Merge_2Nx2N与Skip_2Nx2N之间的区别在于Merge_2Nx2N需要编码残差数据，而Skip_2Nx2N则不需要编码残差。
编码单元中对所有预测单元分别编码是HEVC中计算量最大的过程，已有的快速算法主要利用Skip_2Nx2N来终止对当前编码单元进行进一步四叉树划分，从而节省子块的预测单元计算量。提案[J.Yang，J.Kim，K.Won，and B.Jeon，“Early skip detection forhevc，”JCT-VC document，JCTVC-G543，Geneva，CH，Nov.2011]提出了一种快速确定预测单元算法，提案中先计算Inter_2Nx2N的编码代价，然后计算Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N的代价，如果Skip_2Nx2N代价最小，则跳过后续所有的预测单元的计算。这种方法对所有的编码单元都需要计算Inter_2Nx2N的代价，而Inter_2Nx2N最终选中概率是很低的，所以效率不是很高。另一方面，论文[J Zhang，B Li，H Li，“An Efficient Fast Mode DecisionMethod for Inter Prediction in HEVC，”in IEEE Transactions on Circuits&Systemsfor Video Technology，2016]先计算Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N的代价，如果结果是Skip_2Nx2N代价最小，并且Skip_2Nx2N的MV等于0，则可以跳过后面Inter_2Nx2N及所有其他预测单元的计算。这种方法可以有效减少Inter_2Nx2N的计算量，而且误判概率很低，对编码质量损失很小。缺点是要求Skip_2Nx2N的MV等于0，条件较为严格，对于运动的场景效果不明显。
编码单元中的预测单元的选择是HEVC编码中计算复杂度最大的部分，而对于大部分真实的视频，从最终编码结果来看，选择Merge_2Nx2N和Skip_2Nx2N预测单元的比例要远大于其他所有的预测单元。现有的快速算法大多是在特定场景下做到有效跳过部分预测单元的计算过程，并不具有普遍适用性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足而提供一种快速的HEVC帧间编码方法。
为实现上述目的，一方面，本发明提供的一种快速的HEVC帧间编码方法，包括如下步骤：
每一帧编码结束后，计算该帧中每个8x8小块的编码失真SSD值，
对p帧中的编码单元，从Merge_2Nx2N的候选MV中选取最优运动矢量MV_Best，将MV_Best作为预测单元Skip_2Nx2N的运动矢量，计算Skip_2Nx2N的编码失真SSD_Skip，
根据MV_Best及当前编码单元的大小，在参考帧中找到MV_Best所指向的与编码单元大小一致的对应区域，将对应区域中包含的所有的8x8小块的编码失真SSD值求和，得到SSD_Ref，
将SSD_Skip与SSD_Ref进行比较，
当SSD_Skip＜Threshold1*SSD_Ref时，则当前编码单元不再计算Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N的编码代价，且从Skip_2Nx2N和Merge_2Nx2N中选择编码代价最小的预测单元，
当SSD_Skip＜Threshold2*SSD_Ref时，则当前编码单元不再计算Merge_2Nx2N的编码代价，当前编码单元采用Skip_2Nx2N预测模式。
根据本发明提供的一种快速的HEVC帧间编码方法，可以适用各种场景，快速精准跳过Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N预测单元的计算，从而极大减少编码的时间，同时尽可能减少编码质量的损失。
附图说明
图1是本发明一实施例的一种快速的HEVC帧间编码方法的原理流程示意框图。
本发明目的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
本发明一实施例提供了一种快速的HEVC帧间编码方法，请参照图1，包括如下步骤：
步骤1，每一帧编码结束后，计算该帧中每个8x8小块的编码失真SSD值。
步骤2，对P帧中的编码单元，首先从Merge_2Nx2N的N个候选MV中选取最优运动矢量MV_Best，将MV_Best作为预测单元Skip_2Nx2N的运动矢量，计算Skip_2Nx2N的编码失真SSD_Skip。
步骤3，根据MV_Best及当前编码单元的大小，在参考帧中找到MV_Best所指向的与编码单元大小一致的对应区域，将参考帧该区域中包含的所有的8x8块的编码失真SSD值求和，得到SSD_Ref。
步骤4，将SSD_Skip与SSD_Ref进行比较：
当SSD_Skip＜Threshold1*SSD_Ref时，则当前编码单元不再计算Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N的编码代价，而只需从Skip_2Nx2N，Merge_2Nx2N选择编码代价最小的预测单元即可，其中Threshold1的一组可行的经验阈值可参照
预测单元大小 经验阈值Threshold1
64x64 1.35
32x32 1.1
16x16 1.0
8x8 1.0
得到；
如果当前编码单元是64x64的块，且前述SSD_Skip和前述SSD_Ref满足SSD_Skip＜Threshold2*SSD_Ref时，则不再计算Merge_2Nx2N的编码代价，当前编码单元直接采用Skip_2Nx2N预测模式，其中Threshold2的一组可行的经验阈值可参照
预测单元大小 经验阈值Threshold1
64x64 1.1
得到。
在上述的步骤中，评判Skip_2Nx2N编码失真(SSD_Skip)是否足够小为本发明的关键，本发明使用Skip_2Nx2N的MV所指向的参考帧中的对应块的失真(SSD_Ref)来衡量当前块的失真大小，当SSD_Skip＜Threshold1*SSD_Ref时，认为SSD_Skip已经足够小，可以跳过后续预测单元，其中阈值Threshold1与编码单元的大小相关，可以通过经验得到；而对于64x64的编码单元，如果满足SSD_Skip＜Threshold2*SSD_Ref，则可以进一步跳过Merge_2Nx2N的编码代价的计算，直接采用Skip_2Nx2N，其中阈值Threshold2比Threshold1更小，同样可以通过经验得到。
通过以上步骤的分解，可以理解，
本发明提前判决Skip模式，减少了编码单元中Skip模式外的其他预测单元的选择过程，对单参考帧，多参考帧都可以加速；
另一发面，本发明是判断Skip模式的编码失真如果小于某个阈值T*参考帧中对应块的编码失真，则终止其他预测单元的编码代价计算过程，由于阈值T不需要通过学习得到，对各种视频都是一致的，编码中除I帧外的所有帧都可以使用本发明进行加速，而且本发明中的阈值还与QP无关，因此同样适合于码率控制场景；
由于现实中不同序列的纹理特性不一样，通常编码方法中阈值T不能反映序列之间的这种差别，因此对于不同类的视频效果差别较大，而本发明首先只需要计算Skip的编码失真即可，同时由于编码失真是与参考帧中对应块的编码失真之间进行对比，对于不同序列来说算法都具有很好的准确性，本发明的阈值T也不需要进行统计学习。此外，本发明可以通过大大减少64x64块的Merge模式的编码失真和编码代价来进一步加速编码。
在一些实施例中，将本发明应用到x265中，
测试IPPP编码结构，在一个参考帧条件下，本发明的平均码率增加了1.4％，编码时间平均节省10.0％；在两个参考帧条件下，本发明的平均码率增加了1.8％，编码时间平均节省17.0％。
而且可以看到，码率越低，平均码率增加的越少，编码时间节省的越多，因此本发明特别适用于实时的HEVC编码场景，可以在码率增加很少的条件下大大减少编码的时间。
在一个实际的本发明的应用例中，一种快速的HEVC帧间编码方法已经集成到ArcVideo转码器中，在编码质量基本保持不变的情况下，大大节省了编码时间，提高了ArcVideo的并发转码路数和单路转码速度。
综上，根据本发明提供的一种快速的HEVC帧间编码方法，可以适用各种场景，快速精准跳过Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N预测单元的计算，从而极大减少编码的时间，同时尽可能减少编码质量的损失。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (1)

1.一种快速的HEVC帧间编码方法，其特征在于，包括如下步骤：
每一帧编码结束后，计算所述帧中每个8x8小块的编码失真SSD值，
对p帧中的编码单元，从Merge_2Nx2N的候选MV中选取最优运动矢量MV_Best，将所述MV_Best作为预测单元Skip_2Nx2N的运动矢量，计算所述Skip_2Nx2N的编码失真SSD_Skip，
根据所述MV_Best及当前所述编码单元的大小，在参考帧中找到所述MV_Best所指向的与所述编码单元大小一致的对应区域，将所述对应区域中包含的所有的所述8x8小块的所述编码失真SSD值求和，得到SSD_Ref，
将所述SSD_Skip与所述SSD_Ref进行比较，
当所述SSD_Skip＜Threshold1*SSD_Ref时，则当前所述编码单元不再计算Inter_2Nx2N、Inter_Nx2N、Inter_2NxN和Intra_2Nx2N的编码代价，且从Skip_2Nx2N和Merge_2Nx2N中选择编码代价最小的预测单元，
当所述SSD_Skip＜Threshold2*SSD_Ref时，则当前所述编码单元不再计算Merge_2Nx2N的编码代价，当前所述编码单元采用Skip_2Nx2N预测模式。
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