基于HEVC帧内交错预测的降码率算法制造技术

虽然最新一代视频编码标准HEVC相比H.264/AVC降低了一半的码率，但是HEVC依然有进一步压缩码率的可能，本文针对HEVC帧内编码提出了一种交错预测降码率的算法。本文算法实现的主要思想是，在HEVC帧内预测CU的划分过程中，对CU的四分之一采样点进行预测，变换，量化和重建，用重建的点作为参考样点对其它四分之三的点进行预测。由于减小了预测距离，预测的准确率提高，从而减小了残差，降低了码率。实验结果显示，本文提出的算法与标准的HEVC相比，在低码率段平均提高了26.97％的编码效率，而仅增加了10.17％的编码时间。

Rate reduction algorithm based on intra frame interleaved prediction of HEVC

Although the new generation video encoding standard HEVC compared to H.264/AVC rate reduced by half, but HEVC still further compression rate may, according to the HEVC encoding frame presents a staggered down rate prediction algorithm. The main idea of this paper is the realization of the algorithm, the intra prediction of HEVC division of CU, forecasts for CU, 1/4 sampling points transform, quantization and reconstruction, forecast the reconstruction point as reference samples of the other 3/4 points. Because the prediction distance is reduced, the prediction accuracy is improved, thus reducing the residual error and reducing the bit rate. Experimental results show that compared with the standard HEVC, the proposed algorithm improves the coding efficiency by 26.97% on the low bit rate, but increases the coding time by only 10.17%.

【技术实现步骤摘要】
基于HEVC帧内交错预测的降码率算法
本专利技术涉及图像通信领域中的视频编码，最主要的是降低码率技术问题，涉及新一代高清视频编码标准HEVC的帧内降低码率算法。
技术介绍
随着日常生活中多媒体视频变得越来越高清，视频编码标准也在不断提升，由现在主流的H.264/AVC到目前最新一代视频编码标准HEVC，实现了更高的编码效率和更好的视频质量。在相同的视频质量下，HEVC相比H.264提升了50％的编码效率。HEVC支持更高的视频分辨率，使我们能观看到更高质量的3D蓝光，4K电视和高清电视。虽然HEVC相比H.264降低了50％的码率，但高清视频就意味着高码率的数据量，进一步降低码率依然是我们研究的主要方向。在HEVC视频编码过程中，帧内预测相比帧间预测需要更高的码率，因此本专利技术主要研究了帧内预测降低码率的问题。在HEVC帧内预测过程中，有33种角度预测，及平面预测和直流预测，共35种预测模式。参考样本像素由邻域已重建样本产生，重建样本包括左边，左下，左上，上边，右上块。编码单元CU通过预测单元PU来预测，PU的大小从4×4到64×64。参考样本通过35种预测模式算出PU预测值，因而我们改善参考样本的值有助于提高预测值的准确性，从而减小残差值，提高编码效率。目前已有一些论文对降低码率做了相关的工作。LiSong等针对H.264提出了一种基于像素空间交错采样的帧内无损编码算法，通过对邻域重建像素值的交错下采，降低了4.13％的码率。S.Kanimozhi等对H.264追加了三种预测模式，分别是垂直，水平和均值模式，降低了约4％的码率。W.Shi等在HEVC上追加了3种编码模式，分别是垂直，水平和对角模式，平均降低了约8％的码率。W.Shi等在之前的基础上，追加了2种模式，分别是简化均值模式和均值模式，平均降低了18.43％的码率，同时增加了8.37％的编码时间。本专利技术在W.Shi等的基础上，改变了预测方式和步骤，平均降低了约26.97％的编码效率，而仅增加了10.17％的编码时间。
技术实现思路
针对新一代视频压缩编码标准HEVC码率依旧较高，可以进一步研究降低码率的问题，本专利技术提出了一种基于HEVC帧内交错预测的降码率算法，该算法通过增加几种帧内预测模式，提高了预测的准确性，从而减小残差，在低码率端有效地降低了码率。本专利技术的基本思想是利用I帧相邻点之间的空域相关性，我们知道标准HEVC是用当前PU周边的点作为参考样本来预测，而本专利技术还利用了当前PU内部的点作为参考样本来预测，减小了参考样本和预测点之间的距离，从而提高了预测的准确性。本专利技术提供的基于HEVC帧内交错预测的降码率算法，该算法主要包括下采样得到参考样点，追加5种PU预测模式，及最近邻像素填充边界。在下采样得到参考样点中，我们对当前PU进行四分之一交错下采，并求出下采的四分之一样点重建后的值。在追加5种PU预测模式中，我们用得到的四分之一样点重建后的值对其它四分之三样点进行预测。在最近邻像素填充边界中，我们对不存在的样点值用其邻近存在的点对该样点赋值。具体主要包括以下过程步骤：(1)对CU深度进行判断，只做深度层0，1，2，不做深度层3。(2)在亮度预测部分，在最佳模式选择RMD过程中，对CU进行交错下采样。(3)只进行当前深度预测，跳过全深度PU划分，跳过色度预测。(4)计算各深度的Rdcost，求出PU的最佳划分，得到重建值。(5)对CU的重建值进行交错下采样，得到参考样点D1值。(6)将CU块大小重置为64×64，再做一次PU预测过程。(7)PU宽度大于4时，进行19种原HEVC帧内模式和5种追加模式预测。(8)只进行当前深度预测，跳过全深度PU划分。(9)PU宽度等于4时，进行标准的HEVC编码。(10)比较Rdcost，决定最优划分。(11)结束。在本专利技术的上述技术方案中，在步骤(1)中，对CU深度进行判断，如果CU深度小于3则进行本专利技术的亮度预测，如果深度大于3则跳过亮度预测。在本专利技术的上述技术方案中，在做完步骤(2)的亮度预测过程后，跳过色度预测。在本专利技术的上述技术方案中，在步骤(7)中，HEVC标准35种预测模式只选择其中的19种(分别是模式0，1，2，4，6，8，10，12，14，16，18，20，22，24，26，28，30，32，34)。在本专利技术的上述技术方案中，追加的5种模式是利用下采的参考样点来预测。在本专利技术的上述技术方案中，追加的5种模式分别为简化均值模式，均值模式，水平模式，垂直模式和对角模式。其公式为在简化均值模式中，D4[i][j]＝(D1[i][j]+D1[i+1][j]+D1[i][j+1]+D1[i+1][j+1])>>2；(1)D3[i][j]＝(D1[i][j]+D1[i][j+1]+D4[i][j]+D4[i-1][j])>>2；(2)D2[i][j]＝(D1[i][j]+D1[i+1][j]+D4[i][j]+D4[i][j-1]+D3[i][j]+D3[i+1][j]+D3[i][j-1]+D3[i+1][j-1])>>3；(3)在均值模式中，D4[i][j]＝((-4)*D1[i-1][j-1]+36*D1[i][j]+36*D1[i+1][j+1]+(-4)*D1[i+2][j+2]-4*D1[i+2][j-1]+36*D1[i+1][j]+36*D1[i][j+1]-4*D1[i-1][j+2])>>7；(4)D3[i][j]＝((-4)*D1[i][j-1]+36*D1[i][j]+36*D1[i][j+1]-4*D1[i][j+2]-4*D1[i-2][j]+36*D1[i-1][j]+36*D1[i][j]-4*D1[i+1][j])>>7；(5)D2[i][j]＝((-4)*D3[i-1][j+1]+36*D3[i][j]+36*D3[i+1][j-1]-4*D3[i+2][j-2]-4*D3[i-1][j-2]+36*D3[i][j-1]+36*D3[i+1][j]-4*D3[i+2][j+1]-4*D4[i][j-2]+36*D4[i][j-1]+36*D4[i][j]-4*D4[i][j+1]-4*D4[i-1][j]+36*D4[i][j]+36*D4[i+1][j]-4*D4[i+2][j])>>8；(6)在水平模式中，D2[i][j]＝((-4)*D1[i-1][j]+36*D1[i][j]+36*D1[i+1][j]-4*D1[i+2][j])>>6；(7)D4[i][j]＝((-4)*D1[i-1][j-1]+36*D1[i][j]+36*D1[i+1][j+1]+36*D1[i][j+1]-4*D1[i-1][j+2]-4*D1[i+2][j+2]-4*D1[i+2][j-1]+36*D1[i+1][j])>>7；(8)D3[i][j]＝((-4)*D4[i-2][j]+36*D4[i-1][j]+36*D4[i][j]-4*D4[i+1][j])>>6；(9)在垂直模式中，D3[i][j]＝((-4)*D1[i][j-1]+36*D1[i][j]+36本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于HEVC帧内交错预测的降码率算法，主要是针对HEVC视频编码标准中降低码率部分做了改进。其主要特征在于包括以下过程步骤：(1)对CU深度进行判断，只做深度层0，1，2，不做深度层3。(2)在亮度预测部分，在最佳模式选择RMD过程中，对CU进行交错下采样。(3)只进行当前PU深度预测，跳过全深度PU划分，跳过色度预测。(4)计算各深度的Rd cost，求出PU的最佳划分，得到重建值。(5)对CU的重建值进行交错下采样，得到参考样点D1值。(6)将CU块大小重置为64×64，再做一次PU预测过程。(7)PU宽度大于4时，进行19种原HEVC帧内模式和5种追加模式预测。(8)只进行当前深度预测，跳过全深度PU划分。(9)PU宽度等于4时，进行标准的HEVC编码。(10)比较Rd cost，决定最优划分。(11)结束。

【技术特征摘要】
1.一种基于HEVC帧内交错预测的降码率算法，主要是针对HEVC视频编码标准中降低码率部分做了改进。其主要特征在于包括以下过程步骤：(1)对CU深度进行判断，只做深度层0，1，2，不做深度层3。(2)在亮度预测部分，在最佳模式选择RMD过程中，对CU进行交错下采样。(3)只进行当前PU深度预测，跳过全深度PU划分，跳过色度预测。(4)计算各深度的Rdcost，求出PU的最佳划分，得到重建值。(5)对CU的重建值进行交错下采样，得到参考样点D1值。(6)将CU块大小重置为64×64，再做一次PU预测过程。(7)PU宽度大于4时，进行19种原HEVC帧内模式和5种追加模式预测。(8)只进行当前深度预测，跳过全深度PU划分。(9)PU宽度等于4时，进行标准的HEVC编码。(10)比较Rdcost，决定最优划分。(11)结束。2.如权利要求1所述的基于HEVC帧内交错预测的降码率算法，其特征在于对CU深度进行判断时，如果CU深度小于3则进行本发明的亮度预测，如果深度大于3则跳过亮度预测。3.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：何小海，鄢小慧，滕奇志，卿粼波，吴小强，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51