CN113542738B - 一种视频编码模式快速决策的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种视频编码模式快速决策的方法，属于图像编码技术领域，所述方法包括：获取编码单元的编码信息，根据编码信息和预设的决策条件进行编码模式的判断。先判断是否满足SKIP模式的预设条件，再进行帧内模式预帧间模式的预分析，最后进行进一步的判断。从而在几乎不造成编码性能损失的前提下，大大提高编码效率，减少计算冗余。

Description

一种视频编码模式快速决策的方法
技术领域
本发明涉及图像编码技术领域，具体涉及一种视频编码模式快速决策的方法。
背景技术
现代编码器一般包括：预分析模块、码率控制模块、模式选择模块、运动估计模块、环路滤波模块、熵编码模块。预分析模块实现包括空域自适应量化、时域自适应量化、编码代价估计等功能；码率控制模块负责根据预分析的代价和已编码过程中累计的先验信息进行后续部分的码率分配；模式选择模块主要做帧内预测和帧间预测的选择、块划分的选择等；运动估计模块主要进行帧间预测中参考块的匹配；环路滤波进行编码失真的抑制；熵编码模块对以上模块的决策结果，依据一定的概率模型写入码流。
编码模式可以包括帧内预测模式和帧间预测模式（SKIP模式为特殊的帧间预测模式）。常用的编码方式是基于块的编码，在编码过程中，编码器会将待编码的图像分割成编码树单元，然后逐个进行编码。不同的编码标准规定了编码树单元的划分方式，以高效视频编码标准HEVC（High Efficiency Video Coding）为例，帧内预测包含35种不同的预测模式包括planar、DC 以及33种角度模式（如图4），帧间预测包含7种预测模式。预测过程中需要对每一种预测模式进行遍历，计算对应的编码代价，并依据率失真准则，选择编码代价最小的一种预测模式作为最终的编码模式，传统预测过程如图2所示。这种编码模式选择的方法实际上是一个穷举遍历方法，复杂度太高，同时也存在着大量的冗余计算，编码效率也受到了影响。
为解决上述问题，人们提出了许多编码模式的快速选择算法，例如，针对帧内编码模式的选择，专利1（专利公告号 CN104168480B基于HEVC标准的帧内预测编码模式快速选择方法）提供了一种基于HEVC标准的帧内预测编码模式的快速选择方法，以减小HEVC帧内预测编码模式选择的复杂度，降低编码时间；又如针对帧间编码模式的选择，专利2（专利公告号CN110351552B 视频编码中一种快速编码方法）提供了一种根据帧间预测获得的多种编码信息，自适应地判断是否需要跳过帧内预测。前述方法均在一定程度上降低了编码器宏块编码模式选择的运算复杂度，但这些方法均分别局限于如何在众多帧内模式和帧间模式中快速选择一种最优模式，没有解决如何在帧内模式和帧间模式中进行快速的选择。
为解决如何在帧内模式和帧间模式中进行快速的选择，专利3（专利公告号CN108156458B 一种确定编码模式方法及装置）提供了一种编码模式选择方式：获取待编码的编码单元，先进行帧间预测，通过计算率失真花费来判断是否使用帧间预测，若不满足判定条件再进行帧内预测。该发明对提升编码效率产生了积极的效果，但是该法仍然存在着计算冗余。例如，如果最后选择的最优编码模式为帧内模式，那么仍然需要遍历帧间模式的预测。
发明内容
由于现有方法存在上述问题，本发明实施例提出了一种视频编码模式快速选择方法。具体地，本发明实施例提供了以下技术方法：
步骤101，获取当前编码单元的编码信息一。
其中所述编码信息一具体为当前编码单元的SAD和SKIP模式编码代价。
步骤102，根据所述编码信息一，判断是否满足预设的第一决策条件，若满足则判定当前编码单元的编码模式为SKIP模式，判定结束；若不满足则执行步骤103。
步骤103，获取当前编码单元的编码信息二。
所述编码信息二为当前编码单元的预分析帧内模式编码代价和预分析帧间模式编码代价。
步骤104，根据所述编码信息二，判断是否满足预设的第二决策条件，根据判定结果执行步骤105。
所述预设的第二决策条件具体为预分析帧内模式编码代价是否小于预分析帧间模式编码代价。
步骤105，获取当前编码单元的编码信息三。
所述编码信息三为帧内模式最佳编码代价COSTINTRA或帧间模式最佳编码代价COSTINTER。
具体地，若满足所述第二决策条件，则信息三为帧内模式最佳编码代价；否则信息三为帧间模式最佳编码代价。
步骤106，根据所述编码信息三，判断是否满足预设的第三决策条件，若满足则执行步骤108，若不满足则执行步骤107。
所述预设的第三决策条件为决策条件一或决策条件二，
具体地，所述决策条件一：帧内模式最佳编码代价COSTINTRA是否小于αCOSTSKIP。
所述决策条件二：帧间模式最佳编码代价COSTINTER是否小于βCOSTSKIP。
其中，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件一；若所述信息三为帧间模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件二。
步骤107，获取当前编码单元的编码信息四。
所述编码信息四为帧间模式最佳编码代价COSTINTER或帧内模式最佳编码代价COSTINTRA。
具体地，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述信息四为帧间模式最佳编码代价，若所述信息三帧间模式最佳编码代价，则所述信息四为帧内模式最佳编码代价。
步骤108，根据当前获取的编码信息，选取最小编码代价对应的编码模式作为当前编码单元的编码模式。
由上述方案可知，本发明具有以下有益效果：本发明通过预分析帧内编码代价和帧间编码代价进行初步判定，先在帧间模式和帧内模式中做出选择，再根据实际情况进行进一步分析。本发明避免了传统技术方案中将帧间和帧内模式进行遍历的冗余计算，也避免了直接对帧间模式和帧内模式进行分步判断出现的不确定性，有效的提高编码效率。
附图说明
图1为一种视频编码模式快速决策方法的流程示意图。
图2为HEVC标准中编码模式选择方法的流程示意图。
图3为HEVC标准中块划分方式示意图。
图4为HEVC标准帧内预测中的33种角度模式示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要说明的是，本发明实施例提供的一种视频编码模式快速决策方法的执行主体可以为一种视频编码装置，如：视频编码器。其中，该视频编码装置可以为现有视频编码软件中的插件，或者，独立的功能软件，这都是合理的。并且，该视频编码装置可以应用于终端，也可以应用于服务器中。
图1示出了一种视频编码模式快速决策方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供一种视频编码模式快速决策方法，具体包括如下内容：
步骤201，获取当前编码单元的编码信息一。
其中，所述编码单元是通过对待编码的目标图像进行划分得到。
在编码过程中，编码设备在获取待编码的图像，然后将待编码的图像分割成编码树单元（即CTU），以HEVC为例，一般设CTU的尺寸为64×64。此外，HEVC支持将编码树单元按照四叉树结构划分成更小的编码单元（Coding Unit，CU），图3为HEVC中一种CTU划分为CU的划分方法，大小为64×64的CTU先四叉划分为4个大小相同的32×32CU，而32×32的CU又可四叉划分4个16×16的CU或者不划分，如此下去，直到划分到允许的最小CU大小。
具体地，所述编码信息一为所述当前编码单元SAD和SKIP模式编码代价COSTSKIP。
步骤202，根据所述编码信息一，判断是否满足预设的第一决策条件，若满足则判定当前编码单元的编码模式为SKIP模式，判定结束；若不满足则执行步骤203。
所述第一决策条件包括决策条件一或/和决策条件二：
所述决策条件一：当前编码单元的SAD是否小于预设的SKIP模式编码代价阈值。
所述决策条件二：对当前编码单元进行率失真优化，量化后的系数块是否全为零。
若当前编码单元满足所述决策条件一或/和决策条件二，则判定当前编码单元的编码模式为SKIP模式，否则执行步骤203。
其中，所述预先设定的SKIP模式率失真阈值为THSKIP=DSKIP+λRSKIP，其中DSKIP表示视频图像帧SKIP模式的失真系数，RSKIP为SKIP模式编码码率，λ为拉格朗日系数。
可选地，所述SKIP模式编码代价阈值可以是经验统计设定，即对预先选取的视频测试集设定阈值；所述SKIP模式编码代价阈值还可以是通过机器学习方法获得，即可以利用经验统计设定起始阈值，在编码一个视频序列过程中，用机器学习的方法，对设定的所述起始阈值不断修正。
步骤203，获取当前编码单元的编码信息二。
所述编码信息二具体为当前编码单元的预分析帧内模式编码代价COSTINTRA_pre和预分析帧间模式编码代价COSTINTER_pre。
其中，所述预分析包括：
对原图像进行1/4降采样，获得1/4分辨率图像。
所述1/4分辨率图像以8×8块大小倒序遍历每个编码单元，计算每个编码单元的帧内编码SATD代价SATDINTRA和帧间编码SATD代价SATDINTER。
其中，为了提升速度。帧内只以2N×2N的块划分检测DC、Planar 、角度模式2、角度模式10、角度模式18、角度模式26、角度模式34七种模式。帧间只以2Nx2N做整像素运动搜索。
COSTINTER_pre和COSTINTRA_pre的计算方式如下：
如果当前编码单元的大小小于16×16（对应下采样后的8x8），则COSTINTER_pre=SATDINTER /(16x16/当前编码单元的大小)，COSTINTRA_pre= SATDINTRA /(16x16/当前编码单元的大小)。
否则，COSTINTRA_pre等于当前编码单元所对应下采样后的8×8块的SATDINTRA的和，COSTINTER_pre等于当前编码单元所对应下采样后的8×8块的SATDINTER的和。
步骤204，根据所述编码信息二，判定是否满足预设的第二决策条件，根据判定结果执行步骤205。
具体地，所述预设的第二决策条件为预分析帧内模式编码代价是否小于预分析帧间模式编码代价。
进一步地，所述判定结果包括：
比较所述预分析帧内编码代价和预分析帧间编码代价，若预分析帧内编码代价小于预分析帧间编码代价，则判定需要进一步进行帧内分析；若预分析帧内编码代价不小预分析帧间编码代价，则判定需要进一步进行帧间分析。
步骤205，获取当前编码单元的编码信息三。
具体地，所述编码信息三为帧内模式最佳编码代价COSTINTRA或帧间模式最佳编码代价COSTINTER。
若满足所述第二决策条件，即预分析帧内模式编码代价小于预分析帧间模式编码代价，则信息三为帧内模式最佳编码代价COSTINTRA；否则信息三为帧间模式最佳编码代价COSTINTER。
步骤206，根据所述编码信息三，判断是否满足预设的第三决策条件，若满足则执行步骤208，若不满足则执行步骤207。
所述预设的第三决策条件为决策条件一或决策条件二：
所述决策条件一：帧内模式最佳编码代价COSTINTRA是否小于7/9COSTSKIP。
所述决策条件二：帧间模式最佳编码代价COSTINTER是否小于1/2COSTSKIP。
其中，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件一；若所述信息三为帧间模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件二。
其中需要说明的是，本实施例中的7/9和1/2为预设系数，此处为经验值，不具有限制作用。该系数越小，判定条件越苛刻。在实际应用中可以根据实际情况进行调整。
步骤207，获取当前编码单元的编码信息四。
所述编码信息四为帧间模式最佳编码代价COSTINTER或帧内模式最佳编码代价COSTINTRA；
具体地，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述信息四为帧间模式最佳编码代价，若所述信息三帧间模式最佳编码代价，则所述信息四为帧内模式最佳编码代价。
步骤208，根据当前获取的编码信息，选取最小编码代价对应的编码模式作为当前编码单元的编码模式，判定结束。
需要说明的是，在本发明中，诸如“第一”、“第二”仅用于描述目的，仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种视频编码模式快速决策方法，其特征在于，包括：
步骤1，获取当前编码单元的编码信息一；
所述编码信息一为当前编码单元的SAD和SKIP模式编码代价COSTSKIP；
步骤2，根据所述编码信息一，判断是否满足预设的第一决策条件，若满足则判定SKIP模式为当前编码单元的编码模式，判定结束；若不满足则执行步骤3；
所述预设的第一决策条件包括决策条件一和/或决策条件二；
所述决策条件一：当前编码单元的SAD是否小于预设的SKIP模式编码代价阈值；
所述决策条件二：对当前编码单元进行率失真优化，量化后的系数块是否全为零；
步骤3，获取当前编码单元的编码信息二；
所述编码信息二具体为当前编码单元的预分析帧内模式编码代价和预分析帧间模式编码代价；
步骤4，根据所述编码信息二，判断是否满足预设的第二决策条件，根据判定结果执行步骤5；
所述预设的第二决策条件具体为预分析帧内模式编码代价COSTINTRA_pre是否小于预分析帧间模式编码代价COSTINTER_pre；
步骤5，获取当前编码单元的编码信息三；
所述编码信息三为帧内模式最佳编码代价COSTINTRA或帧间模式最佳编码代价COSTINTER；
其中，若满足所述第二决策条件，则信息三为帧内模式最佳编码代价；否则信息三为帧间模式最佳编码代价；
步骤6，根据所述编码信息三，判断是否满足预设的第三决策条件，若满足则执行步骤8，若不满足则执行步骤7；
所述预设的第三决策条件为决策条件一或决策条件二，
所述决策条件一：帧内模式最佳编码代价COSTINTRA是否小于αCOSTSKIP；
所述决策条件二：帧间模式最佳编码代价COSTINTER是否小于βCOSTSKIP；
其中，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件一；若所述信息三为帧间模式最佳编码代价，则所述第三决策条件为所述决策条件二；
步骤7，获取当前编码单元的编码信息四；
所述编码信息四为帧间模式最佳编码代价COSTINTER或帧内模式最佳编码代价COSTINTRA；
具体地，若所述信息三为帧内模式最佳编码代价，则所述信息四为帧间模式最佳编码代价，若所述信息三帧间模式最佳编码代价，则所述信息四为帧内模式最佳编码代价；
步骤8，根据当前获取的编码信息，选取最小编码代价对应的编码模式作为当前编码单元的编码模式。
2.根据权利要求1所述的视频编码模式快速决策方法，其特征在于，获取所述预分析帧内模式编码代价和预分析帧间模式编码代价，包括：
对原图像进行1/4降采样，获得1/4分辨率图像；
所述1/4分辨率图像以8×8块大小倒序遍历每个编码块，计算每个编码单元的帧内编码SATD代价SATDINTRA和帧间编码SATD代价SATDINTER；
其中，帧内只以2N×2N的块划分检测DC、Planar 、角度模式2、角度模式10、角度模式18、角度模式26、角度模式34七种模式，帧间只以2Nx2N做整像素运动搜索；
计算COSTINTER_pre和COSTINTRA_pre：
如果当前编码单元的大小小于16×16，对应下采样后的8×8，则COSTINTER_pre= SATDINTER/(16×16/当前编码单元的大小)，COSTINTRA_pre= SATDINTRA /(16x16/当前编码单元的大小)；
否则，COSTINTRA_pre等于当前编码单元所对应下采样后的8×8块的SATDINTRA的和，COSTINTER_pre等于当前编码单元所对应下采样后的8×8块的SATDINTER的和。
3.根据权利要求1所述的视频编码模式快速决策方法，其特征在于，所述预设的SKIP模式编码代价阈值为THSKIP，THSKIP=DSKIP+λRSKIP，其中DSKIP表示视频图像帧SKIP模式的失真系数，RSKIP为SKIP模式编码码率，λ为率失真权重。
4.根据权利要求1所述的视频编码模式快速决策方法，其特征在于，所述决策条件一：帧内模式最佳编码代价COSTINTRA是否小于αCOSTSKIP，其中α为小于1的系数。
5.根据权利要求1所述的视频编码模式快速决策方法，其特征在于，所述决策条件二：帧间模式最佳编码代价COSTINTER是否小于βCOSTSKIP，其中β为小于1的系数。
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