CN107071497A - 一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法 - Google Patents

一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，通过当前编码CTU的时空相邻CTU的四叉树深度信息，对当前编码CTU的四叉树深度范围进行有效预测，避免了完整四叉树遍历，降低了编码器得到最优四叉树深度的计算时间。采用本发明的技术方案，在随机接入配置下可以实现平均节省34％的编码时间，且码率增加较小，重建图像主观质量较好。

Description

一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法
技术领域
本发明属于视频压缩编码领域，尤其涉及一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法。
背景技术
目前，高效视频编码HEVC(High efficiency video coding,HEVC)已成为有限存储资源与网络带宽下，存储和传输高质量、高分辨率视频的不二选择，但研究者们对于高效视频编码标准的探索仍然没有止步。为了获得更高的压缩性能，HEVC标准采用了更为复杂的编码技术，这使得编码效率显著提高，但也导致了编码复杂度的大幅度增加。根据统计，在一段视频序列的编码中，帧间预测编码所用时间占整个视频编码时间的80％-90％，这主要是由于基于四叉树结构的CU(Coding Unit，CU)划分超高计算复杂度造成的。HEVC中CU的划分一般为4层结构，一个CTU(Coding Tree Unit，CTU)的编码过程需要对四叉树的每种划分方式进行遍历。故一次CTU编码将进行85次CU的计算，计算复杂度高。因此，通过算法在保障编码质量变化不大的前提下减少CU的划分次数可以大大提高编码的实时性与编码效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，在保持视频重建图像质量的前提下，节约编码时间，提高HEVC编码效率。
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：
一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法包括以下步骤：
步骤S1、若当前CTU存在时空相邻块，则计算其预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre，并进行步骤S2；
步骤S2、判断StaDevPre是否为0，若StaDevPre≠0则跳转到步骤S4；若StaDevPre＝0则说明当前CTU的相邻块深度一致，进行步骤S3；
步骤S3、若DepthPre＝0则设定当前CTU只进行深度0的遍历；若DepthPre＝1则设定当前CTU进行深度0与深度1的遍历；若DepthPre＝2或DepthPre＝3则设定当前CTU进行深度1到深度3的遍历，编码结束；
步骤S4、若0<DepthPre≤0.1则设定当前LCU只进行深度0的遍历，算法结束；若0.1<DepthPre≤0.6则设定当前LCU进行深度0与深度1的遍历，算法结束；若0.6<DepthPre≤1.6则设定当前LCU进行深度0到深度2的遍历，算法结束；若1.6<DepthPre≤2.5则设定当前LCU进行深度1到深度3的遍历，算法结束；若2.5<DepthPre≤3则设定当前LCU进行深度2到深度3的遍历，编码结束。
作为优选，步骤S1中当前CTU的时空相邻块的集合为Ω＝{CL1，CL2，CAL，CA1，CA2，PCol}，其中，CL1、CL2为当前CTU左侧CTU以四叉树形式划分出的两个右侧子块；CAL为当前CTU左上CTU以四叉树形式划分出的右下侧子块；CA1、CA2为当前CTU上方CTU以四叉树形式划分出的两个下侧子块；PCol为参考帧中与当前CTU同位置的CTU；预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre通过下式计算：
其中，N代表集合Ω中相邻块的个数，其值为6；ξi表示不同时空相邻块的权重，其中 βi代表时空相邻块的划分深度。
作为优选，步骤1还包括：若当前CTU不存在时空相邻块时，则按照HEVC标准的计算过程对CTU进行完整的四叉树遍历。
本发明的有益效果是，基于时空相关性的预测机制参考了不同时空相邻CTU的四叉树深度信息，对当前编码CTU的四叉树深度范围进行预测。本发明所提出的低复杂度视频编码算法有效避免了完整四叉树遍历，打破了传统HEVC标准中四叉树预测结构，降低了编码器得到最优CU划分尺寸的计算时间，以牺牲少量的峰值信噪比的代价换取了大量编码时间的节省，从根本上提高了HEVC编码器预测编码部分的执行效率。
附图说明
图1是本发明中当前CTU时空相邻块的位置图；
图2是本发明的视频编码方法流程图。
具体实施方式
下面结合图1、2对本发明进行详细说明。
为了避免HEVC四叉树节点全遍历计算，本发明提供了一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，流程如图2所示，具体按照以下步骤进行：
第一步，判断当前CTU是否存在时空相邻块，若不存在则按照HEVC标准的计算过程对CTU进行完整的四叉树遍历；若存在则计算其预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre，并进行第二步。其中当前CTU的时空相邻块的集合为Ω＝{CL1，CL2，CAL，CA1，CA2，PCol}，参见图1，CL1、CL2为当前CTU左侧CTU以四叉树形式划分出的两个右侧子块；CAL为当前CTU左上CTU以四叉树形式划分出的右下侧子块；CA1、CA2为当前CTU上方CTU以四叉树形式划分出的两个下侧子块；PCol为参考帧中与当前CTU同位置的CTU。除了PCol为64×64像素尺寸的编码块以外，其余相邻编码块像素尺寸均为32×32。预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre通过下式计算：
式中N代表集合Ω中相邻块的个数，其值为6；ξi表示不同时空相邻块的权重，其中 βi代表时空相邻块的划分深度。
第二步，判断StaDevPre是否为0，若StaDevPre≠0则跳转到第四步；若StaDevPre＝0则说明当前CTU的相邻块深度一致，进行步骤第三步。
第三步，若DepthPre＝0则设定当前CTU只进行深度0的遍历；若DepthPre＝1则设定当前CTU进行深度0与深度1的遍历；若DepthPre＝2或DepthPre＝3则设定当前CTU进行深度1到深度3的遍历，算法结束。
第四步，若0<DepthPre≤0.1则设定当前LCU只进行深度0的遍历，算法结束；若0.1<DepthPre≤0.6则设定当前LCU进行深度0与深度1的遍历，算法结束；若0.6<DepthPre≤1.6则设定当前LCU进行深度0到深度2的遍历，算法结束；若1.6<DepthPre≤2.5则设定当前LCU进行深度1到深度3的遍历，算法结束；若2.5<DepthPre≤3则设定当前LCU进行深度2到深度3的遍历，算法结束。
本发明基于时空相关性的低复杂度视频编码方法与国际标准算法HM16.9在随机接入配置下进行对比，采用ΔBR与ΔPSNR衡量编码质量增益。编码时间节省用TS表示，编码性能统计结果见表1，其中，Class A-F为国际视频编码标准制定组织提供的官方测试序列。
表1随机接入条件下本文算法与HM16.9性能比较结果
统计结果表明，与新一代国际视频标准HEVC(HM16.9)相比较，本发明基于时空相关性的低复杂度视频编码方法展现了优秀的低复杂度编码性能。针对多类型、不同分辨率的测试序列，平均节约了34％的编码时间，在重建图像质量损失较小前提下，编码复杂度得到优化，整体上提高了HEVC编码器的压缩效率。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、若当前CTU存在时空相邻块，则计算其预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre，并进行步骤S2；
步骤S2、判断StaDevPre是否为0，若StaDevPre≠0则跳转到步骤S4；若StaDevPre＝0则说明当前CTU的相邻块深度一致，进行步骤S3；
步骤S3、若DepthPre＝0则设定当前CTU只进行深度0的遍历；若DepthPre＝1则设定当前CTU进行深度0与深度1的遍历；若DepthPre＝2或DepthPre＝3则设定当前CTU进行深度1到深度3的遍历，编码结束；
步骤S4、若0<DepthPre≤0.1则设定当前LCU只进行深度0的遍历，算法结束；若0.1<DepthPre≤0.6则设定当前LCU进行深度0与深度1的遍历，算法结束；若0.6<DepthPre≤1.6则设定当前LCU进行深度0到深度2的遍历，算法结束；若1.6<DepthPre≤2.5则设定当前LCU进行深度1到深度3的遍历，算法结束；若2.5<DepthPre≤3则设定当前LCU进行深度2到深度3的遍历，编码结束。
2.如权利要求1所述的基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，其特征在于，步骤S1中当前CTU的时空相邻块的集合为Ω＝{CL1，CL2，CAL，CA1，CA2，PCol}，其中，CL1、CL2为当前CTU左侧CTU以四叉树形式划分出的两个右侧子块；CAL为当前CTU左上CTU以四叉树形式划分出的右下侧子块；CA1、CA2为当前CTU上方CTU以四叉树形式划分出的两个下侧子块；PCol为参考帧中与当前CTU同位置的CTU；预测深度DepthPre与预测标准差StaDevPre通过下式计算：
<mrow> <msub> <mi>Depth</mi> <mrow> <mi>Pr</mi> <mi>e</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msubsup> <mi>&amp;Sigma;</mi> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mn>0</mn> </mrow> <mrow> <mi>i</mi> <mo>=</mo> <mi>N</mi> <mo>-</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msubsup> <msub> <mi>&amp;xi;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <msub> <mi>&amp;beta;</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mo>-</mo> <mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
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其中，N代表集合Ω中相邻块的个数，ξi表示不同时空相邻块的权重，其中， βi代表时空相邻块的划分深度。
3.如权利要求1所述的基于时空相关性的低复杂度视频编码方法，其特征在于，步骤1还包括：若当前CTU不存在时空相邻块时，则按照HEVC标准的计算过程对CTU进行完整的四叉树遍历。
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