一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法技术

本发明专利技术公开了一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，包括以下步骤：（1）输入原始编码序列；（2）提取已完成编码的编码单元的深度；（3）若当前编码单元的深度小于深度阈值，利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围；（4）在步骤（3）所得的深度搜索范围中，按照从小到大的顺序搜索深度，至最大深度后结束深度搜索；（5）依据步骤（4）搜索得到的深度，确定最佳编码树单元划分，然后进行HEVC编码。本发明专利技术基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法能够显著加速HEVC视频编码的速度，并保证较好的率失真性能，具有较强的实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法
本专利技术涉及视频编码领域，具体涉及一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法。
技术介绍
近年来，伴随着高清和超高清(3840×2160或7680×4320)视频的发展，H.264/AVC视频压缩标准的压缩效率已经无法满足这些视频的传输和存储需求。为了进一步提高视频压缩效率，MPEG和VCEG组织于2010年成立了视频编码联合协作小组(JCT-VC)，共同开发下一代视频压缩标准。新一代视频压缩标准称为HEVC，于2013年初正式发布。作为最新的视频压缩标准，HEVC能够在占用H.264/AVC高级层(highprofile,HP)编码一半码率的条件下，提供与其质量相同的码流，新的视频标准为高清和超高清视频数据的网络传输、存储等铺平了道路。与以前的视频压缩标准相比，HEVC继承了混合编码的基本框架，同时还提供了更多高效的视频压缩工具，包括编码单元(codingunit,CU)中递归式的四叉树块划分结构、更多的帧内预测模式、高效的参考帧管理、一种新的环内滤波器(sampleadaptiveoffset,SAO)等。这些新的编码工具在提高编码效率的同时，也极大地增加了编码器的复杂度。根据配置的不同，HEVC编码器的复杂度为H.264/AVCHP编码器复杂度的2-3倍，其中编码器为了获得最佳CU四叉树块划分而采用的全深度搜索方法消耗了大量的计算资源，这严重阻碍了HEVC编码器的的应用。目前已经有一些研究者针对HEVC编码器中CU四叉树块划分复杂度过高的问题，提出了快速算法。Kim等通过统计率失真代价在不同量化参数下的特性，设置每层CU是否向下划分的阈值，当CU的率失真代价小于设置阈值时，CU不进行划分。Wang等利用当前CU的残差平均值判断CU是否继续划分，当残差平均值小于设定的阈值时，CU不进行划分。这些算法都是基于阈值的，算法稳定性不强。Shen等提出了一种利用贝叶斯决策规则来判断CU是否继续划分的方法，对于某一类视频算法效率高，对于另外一类视频算法效率低。Kim等提出了一种利用周边SKIP模式CU的率失真代价提前判断当前CU是否为SKIP模式的方法。Shen等利用CU的深度时空间相关性以及CU层间信息相关性，跳过当前CU编码过程中很少使用的块划分方式。Gweon等通过检查coded_block_flag的情况决定是否提前终止CU编码。Choi等通过判断当前CU是否为SKIP模式决定是否继续对子CU进行编码。Yang等提出了一种类似于H.264/AVC参考编码器所采用的SKIP模式检测算法。这三种算法能够有效的降低编码器复杂度，这些算法都被HEVC标准编码器采用。Lee等利用前一帧中同一位置的CU与当前CU的块划分相关性，跳过当前CU中的某些划分，但是该方法只利用了CU与前一帧同一位置CU时间上的相关性，若能充分挖掘编码单元的时间和空间的相关性，编码器复杂度还能进一步降低。
技术实现思路
本专利技术提供了一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，利用编码单元之间深度单一性的特点，缩小编码单元的深度搜索范围，在保证率失真性能的同时，降低编码复杂度。一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，包括以下步骤：(1)输入原始编码序列；(2)提取已完成编码的编码单元的深度；(3)若当前编码单元的深度小于深度阈值，利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_cr和DCr，则：a、若DL_co<DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；b、若DL_co＝DCo，则在利用深度单一性特点确定DCr的范围内搜索DCr的深度；c、若DL_co>DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；(4)在步骤(3)所得的深度搜索范围中，按照从小到大的顺序搜索深度，至最大深度后结束深度搜索；步骤(3)中依据规则将深度搜索范围缩小，所述步骤(4)中，对于深度搜索范围中的每个深度，进行当前编码单元的帧内和帧间划分模式评估，选择最佳的划分模式。(5)依据步骤(4)搜索得到的深度，确定最佳编码树单元划分，然后进行HEVC编码。HEVC的编码树单元(CodingTreeUnit，简称CTU)相比传统的H.264划分了更大的块，最大划分为64×64的块，本专利技术中所述的缩小深度搜索范围的方法适用于64×64的块和32×32的块，分别对应64×64编码单元(也称编码树单元)和32×32编码单元。也就是说，所述步骤(2)中的编码单元为64×64编码单元或32×32编码单元，64×64编码单元的深度范围为0、1、2或3；32×32编码单元的深度为范围1、2或3。针对64×64编码单元而言，不进行划分，则深度为0；划分为32×32编码单元，则深度为1；至少一个32×32编码单元划分为16×16编码单元，则深度为2；至少一个16×16编码单元划分为8×8编码单元，则深度为3。针对32×32编码单元而言，不进行划分，则深度为1；划分为16×16编码单元，则深度为2；至少一个16×16编码单元划分为8×8编码单元，则深度为3。由于本专利技术适用于64×64编码单元和32×32编码单元，因此，所述深度阈值为2，即深度为0或1时，适用于本专利技术所述的方法，若深度为2或3，则采用现有的标准HEVC编码方法。若DL_co＝DCo，可以依据现有技术中的深度搜索策略进行搜索，也可以依据一定规则，缩小搜索范围，下面对64×64编码单元和32×32编码单元缩小深度搜索范围的规则分别进行描述。若编码单元为64×64编码单元，则利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_cr和DCr，则：若DL_co<DCo，DL_cr为1，则在1、2、3中搜索DCr的深度(即跳过深度为0的搜索)；若DL_co<DCo，DL_cr为2，则在1、2、3中搜索DCr的深度(即跳过深度为0的搜索)；若DL_co<DCo，DL_cr为3，则在1、2、3中搜索DCr的深度(即跳过深度为0的搜索)；若DL_co＝DCo＝0，DL_cr为0、1、2或3，则在0、1、2中搜索DCr的深度；若DL_co＝DCo＝1，DL_cr为0、1、2或3，则在0、1、2中搜索DCr的深度；若DL_co＝DCo＝3，DL_cr为0、1、2或3，则在1、2、3中搜索DCr的深度；若DL_co>DCo，DL_cr为0，则在0中搜索DCr的深度；若DL_co>DCo，DL_cr为1，则在0、1中搜索DCr的深度；若DL_co>DCo，DL_cr为2，则在0、1、2中搜索DCr的深度。若编码单元为32×32编码单元，且当前编码单元的深度为1，则利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）输入原始编码序列；（2）提取已完成编码的编码单元的深度；（3）若当前编码单元的深度小于深度阈值，利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_cr和DCr、，则：a、若DL_co<DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；b、若DL_co=DCo，则在预定范围内搜索DCr的深度；c、若DL_co>DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；（4）在步骤（3）所得的深度搜索范围中，按照从小到大的顺序搜索深度，至最大深度后结束深度搜索；（5）依据步骤（4）搜索得到的深度，确定最佳编码树单元划分，然后进行HEVC编码。

【技术特征摘要】
1.一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)输入原始编码序列；(2)提取已完成编码的编码单元的深度；(3)若当前编码单元的深度小于深度阈值，利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_cr和DCr，则：a、若DL_co<DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；b、若DL_co＝DCo，则在利用深度单一性特点确定DCr的范围内搜索DCr的深度；c、若DL_co>DCo，则利用深度单一性特点确定DCr的范围；(4)在步骤(3)所得的深度搜索范围中，按照从小到大的顺序搜索深度，至最大深度后结束深度搜索；(5)依据步骤(4)搜索得到的深度，确定最佳编码树单元划分，然后进行HEVC编码，步骤(2)中的编码单元大小为64×64或32×32，64×64编码单元的深度范围为0、1、2或3；32×32编码单元的深度范围为1、2或3；若编码单元大小为64×64，则利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为DL_co和DCo，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为DL_cr和DCr，则：若DL_co<DCo，DL_cr为1，则在1、2、3中搜索DCr的深度；若DL_co<DCo，DL_cr为2，则在1、2、3中搜索DCr的深度；若DL_co<DCo，DL_cr为3，则在1、2、3中搜索DCr的深度；若DL_co＝DCo＝0，DL_cr为0、1、2或3，则在0、1、2中...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈耀武，周承涛，田翔，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33