CN107465920A - 一种基于时空相关性的视频编码单元快速划分方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于时空相关性的视频编码单元快速划分方法，(1)快速划分法从视频第二帧开始，对视频第一帧采用HM标准算法进行编码；计算两帧图像的灰度直方图并求出相关系数，相关系数a＞0.97，跳至步骤2；否则，对当前帧采用HM标准算法进行编码；(2)J_cur＞J_col，则需要对当前编码单元在原有基础上进行合并或者分割，转到步骤3；否则，结束编码；(3)计算预测深度值D_pre；(4)D_pre＜D_cur，计算J_D和J_D‑1，如果J_D‑1较小，则对当前编码单元进行合并操作，否则不做任何操作；(5)D_pre＞D_cur，计算J_D和J_D+1，如果J_D+1较小，则对当前编码单元进行分割操作，否则不做任何操作；(6)按Z字型顺序编码直至编码结束。本发明的优点在于：能够更加适应场景变化的情况。

Description

一种基于时空相关性的视频编码单元快速划分方法

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，特别涉及一种基于时空相关性的视频编码单元快速划分方法。

背景技术

随着高清晰度高帧率数字视频的发展，联合视频工作组JCT-VC提出了H.265编码标准。该标准与之前H.264标准相比，拥有更好的压缩率，然而编码器的复杂度却大大增加，其中一个原因是H.265编码标准采用四叉树编码单元划分方法，编码单元尺寸从64×64到8×8，对应深度为从0到3。编码器从深度为0的编码单元开始，划分成4个大小为32×32，深度为1的编码单元，直到编码单元大小为8×8，深度为3。因此，每个64×64编码树单元（CTU,Coding Tree Unit）包含85个编码单元（CU,Coding Unit）。每完成一个编码树单元的编码计算量是庞大的，这样的编码计算量对于高分辨率和高帧率的视频是无法做到实时编码的。

为此需要提出新的方法来提高编码的速度，如基于纹理复杂度测度方法，通过分析不同纹理特性对帧内编码单元划分深度的影响，提出了一种基于像素亮度方差值统计的提前终止编码单元分割的方法，这种方法利用了编码单元内部像素的相关性，跳过了一些深度的计算，编码时间有所降低。还可以利用统计规律提前终止编码单元划分，该方法对特定视频序列编码速度有所提升，但并不能适用于大多数视频序列。还可以同时利用图像的纹理特性与相邻编码树单元的相关性提高预测的准确度，降低编码时间。除此之外还有其他方法来提高编码器编码速度，然而这些方法并没有同时利用高分辨率和高帧率视频序列的时间和空间相关性来实现编码单元的快速划分。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于时空相关性的H.265编码单元快速划分方法，以解决上述技术存在的问题。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种基于时空相关性的H.265编码单元快速划分方法，其创新点在于：具体包含以下步骤：

（1）快速划分法从视频第二帧开始，对视频第一帧采用参考模型HM标准算法进行编码；编码第二帧前先计算两帧图像的灰度直方图并求出相关系数，如果相关系数a＞0.97，则表示两帧图像时间相关性很强，当前编码单元直接使用前一帧相同位置编码单元分割方式进行编码，跳至步骤2；否则，两帧图像相关性不强，对当前帧采用参考模型HM标准算法进行编码；

（2）如果当前编码单元的代价大于前一帧编码单元的代价，即 J_cur＞J_col，则需要对当前编码单元在原有基础上进行合并或者分割，转到步骤3；否则，当前编码单元直接采用前一帧相同位置编码单元的划分方式，结束编码；

（3）获取当前编码单元左侧和上侧的深度值D_left和D_above，前一帧相同位置编码单元的下侧和右侧的深度值D_below和D_right，使用下面公式计算预测深度值D_pre：

D_pre＝α₁D_left+α₂D_above+α₃D_below+α₄D_right

（4）如果预测深度值小于当前编码深度值，即D_pre＜D_cur，计算当前编码单元深度值代价值J_D和上一层代价值J_D-1，如果J_D-1较小，则对当前编码单元进行合并操作，否则不做任何操作；

（5）如果预测深度值大于当前编码深度值，即D_pre＞D_cur，计算当前编码单元深度值代价值J_D和下一层代价值J_D+1，如果J_D+1较小，则对当前编码单元进行分割操作，否则不做任何操作；

（6）按Z字型顺序编码直至编码结束。

对于高帧率视频序列，由于每秒钟帧数的成倍增加，同一运动物体的前后帧相似度增加，前后帧之间的时间相关性更强，其前后帧之间的相关程度统计结果如表1和2所示。

表1

由图1可知，根据统计表统计，得出相邻两帧图像灰度直方图的最佳的阈值为0.97。

对于高分辨率视频，由于分辨率的增加，相邻的编码单元之间深 度变化范围减少，各相邻编码单元深度之间的相关性越强。因此可以 利用视频前后帧之间的时间强相关性和相邻编码单元的空间相关性 来预测当前编码单元的划分深度。如果相邻两帧图像相关性很强，其 判断依据为两帧图像灰度直方图相关系数大于0.97，则认为相邻两 帧仍在同一场景下，当前帧可以直接使用前一帧的划分方式，这样就 避免了四叉树的递归划分，可以有效的降低帧内编码所需的编码时 间；否则，由于前后帧时间相关性不强，当前帧只能使用参考模型提 供的标准算法，这样可以有效地避免了视频编码质量的急剧下降。如果当前编码单元直接使用前一帧的划分方式，必然会导致视频质量的 下降，因为这样的划分方式不能跟随图像内容的变化而变化，由下表 2可知，前后两帧深度相同的情况最多只占82.84％，因此需要更深一 步发掘视频序列时空相关性来预测当前编码单元深度，使得当前编码 单元可以在前一块基础上继续分割或合并。首先获取当前编码单元左 侧和上侧的深度值D_left和D_above，然后获取前一帧相同位置编码单元 (同位编码单元)下侧和右侧的深度值D_below和D_right。通过这四个值来 得到预测深度D_pred，用预测值D_pred与当前编码深度D_cur比较，如果 D_pred＜D_cur，计算代价值J_D和J_D-1，如果J_D-1比较小，则对当前编码单 元进行合并操作；如果D_pred＞D_cur，计算代价值J_D和J_D+1，如果J_D+1比 较小，则对当前编码单元进行分割操作。通过以上的快速算法，可以 最大程度降低编码单元划分的复杂度，减少编码时间。

表2

由表2可知，统计结果表明视频相邻两帧相关性很强，两帧划分 深度差值在[-1,1]的比例很大，因此可以在前一帧基础上进行合并或 分割。

本发明的优点在于：本发明基于时空相关性的H.265编码单元快 速划分方法，对相关性很强的相邻帧，可直接使用前一帧的编码单元 划分方式，使得在原有编码单元划分基础上可以自适应的根据周围已 编码单元和同位编码单元周围已编码单元加权深度值来决定当前编 码单元的合并与分割，进而使得本发明基于时空相关性的H.265编码 单元快速划分方法能够更加适应场景变化的情况。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明基于时空相关性的H.265编码单元快速划分方法的流程图。

具体实施方式

下面的实施例可以使本专业的技术人员更全面地理解本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。

实施例

本实施例基于时空相关性的H.265编码单元快速划分方法，如图 1所示，具体包含以下步骤：

(1)快速划分法从视频第二帧开始，对视频第一帧采用参考模 型HM标准算法进行编码；编码第二帧前先计算两帧图像的灰度直方 图并求出相关系数，如果相关系数a＞0.97，则表示两帧图像时间相 关性很强，当前编码单元直接使用前一帧相同位置编码单元分割方式 进行编码，跳至步骤2；否则，两帧图像相关性不强，对当前帧采用 参考模型HM标准算法进行编码；

(2)如果当前编码单元的代价大于前一帧编码单元的代价，即 J_cur＞J_col，则需要对当前编码单元在原有基础上进行合并或者分割， 转到步骤3；否则，当前编码单元直接采用前一帧相同位置编码单元 的划分方式，结束编码；

(3)获取当前编码单元左侧和上侧的深度值D_left和D_above，前一 帧相同位置编码单元的下侧和右侧的深度值D_below和D_right，使用下面公 式计算预测深度值D_pre：

D_pre＝α₁D_left+α₂D_above+α₃D_below+α₄D_right

(4)如果预测深度值小于当前编码深度值，即D_pre＜D_cur，计算 当前编码单元深度值代价值J_D和上一层代价值J_D-1，如果J_D-1较小， 则对当前编码单元进行合并操作，否则不做任何操作；

(5)如果预测深度值大于当前编码深度值，即D_pre＞D_cur，计算 当前编码单元深度值代价值J_D和下一层代价值J_D+1，如果J_D+1较小， 则对当前编码单元进行分割操作，否则不做任何操作；

(6)按Z字型顺序编码直至编码结束。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征以及本发明的 优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制， 上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发 明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和 改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的 权利要求书及其等效物界定。

Claims (1)

1.一种基于时空相关性的H.265编码单元快速划分方法，其特征在于：具体包含以下步骤：

（1）快速划分法从视频第二帧开始，对视频第一帧采用参考模型HM标准算法进行编码；编码第二帧前先计算两帧图像的灰度直方图并求出相关系数，如果相关系数a＞0.97，则表示两帧图像时间相关性很强，当前编码单元直接使用前一帧相同位置编码单元分割方式进行编码，跳至步骤2；否则，两帧图像相关性不强，对当前帧采用参考模型HM标准算法进行编码；

（2）如果当前编码单元的代价大于前一帧编码单元的代价，即J_cur＞J_col，则需要对当前编码单元在原有基础上进行合并或者分割，转到步骤3；否则，当前编码单元直接采用前一帧相同位置编码单元的划分方式，结束编码；

(3)获取当前编码单元左侧和上侧的深度值D_left和D_above，前一帧相同位置编码单元的下侧和右侧的深度值D_below和D_right，使用下面公式计算预测深度值D_pre：

D_pre＝α₁D_left+α₂D_above+α₃D_below+α₄D_righ

(4)如果预测深度值小于当前编码深度值，即D_pre＜D_cur，计算当前编码单元深度值代价值J_D和上一层代价值J_D-1，如果J_D-1较小，则对当前编码单元进行合并操作，否则不做任何操作；

(5)如果预测深度值大于当前编码深度值，即D_pre＞D_cur，计算当前编码单元深度值代价值J_D和下一层代价值J_D+1，如果J_D+1较小，则对当前编码单元进行分割操作，否则不做任何操作；

(6)按Z字型顺序编码直至编码结束。