[发明专利]基于霍夫变换的HEVC标准中帧内预测模式快速确定方法

说明书

技术领域

本发明涉及到视频编码领域中目前国际上最新的压缩标准HEVC中加快其运行速度的方法，尤其涉及一种采用霍夫(Hough)变换等技术加快其帧内编码块的最优编码模式的确定的方法。

背景技术

HEVC(High Efficiency Video Coding)是目前最新的国际视频编码标准。它是由ISO/IEC移动图像专家组(MPEG)和ITU-T视频编码专家组(VCEG)联合制定的。它是继H.264/AVC之后的高性能视频编码标准。它的编码效率比H.264提高了50％以上。HEVC仍然采用预测加变换的混合编码框架，该框架中的技术较之前的技术比较来看，虽然大致的编码框架内容及流程并没有过多的改变，但是为了提高视频编码效率，HEVC标准中也加入了许多新的技术。

在H.264视频编码标准中，宏块(Micro Block，MB)是编码的最基本的单元。但在HEVC编码标准中，由于高清视频的普及，对达到2K、4K的超清视频，如果再采用这样固定大小的编码块的话，很难适应高清视频的需求。因此，HEVC没有继续采用MB的概念，而是采用更加灵活方式进行块结构表示：编码单元(CU coding unit)、预测单元(PU prediction unit)、变换单元(TU transform unit)。CU是最基本的分割单元，其最大编码尺寸是64×64，最小编码尺寸是8×8。PU是一个携带与预测过程相关信息的基本单元，PU尺寸小于或等于CU尺寸。一个CU可以包含一个或多个不同尺寸的预测单元PU，一个PU包含若干变换单元TU，TU是一个基于变换以及量化的基本单元。HEVC采用四叉树结构进行编码单元的划分。

HEVC为了克服了H.264/AVC中预测模式个数少、预测精度不高、不准确等缺点，HEVC大大增加了可采用的预测模式的数量。HEVC帧内预测共有35种预测模式，其中模式0表示使用平面(Planar)方式预测，模式1表示使用直流(DC)方式预测，模式2至34表示使用各种角度进行预测。

在HEVC的参考模型HM4.0中帧内模式的决策过程分为三个阶段。首先，对适合不同尺寸PU的模式集进行粗选，计算所有可能预测模式的率失真代价(Rate-Distortion Cost，Rd-Cost)，并将其按照代价递增顺序排列，Rd-Cost值最小的一组预测模式即是粗选子集，这个过程叫做粗选模式确定(RMD)过程。这里，计算失真时，仅考虑预测残差的失真，而不是编解码后的失真。其次，验证当前块左侧和上侧参考块的帧内预测模式是否包含在粗选子集中，若不在，则将其加入子集。最后，对粗选子集中的预测模式进行率失真优化，代价最小的模式即为最优预测模式，这个过程叫做码率和失真度优化(RDO)过程。这里，RDO过程中需要计算每个候选模式的编解码之后的失真，因此其计算量很大。由于HEVC中具有很多可选的帧内预测的模式，其帧内模式的确定过程具有很大的计算复杂度，非常耗时。

综上所述，随着HEVC中帧内可选预测模式数量上的增加，虽然提高了预测精度和编码效率，但同时也大大增加了HEVC的编码复杂度。因而，帧内最优预测模式的确定时间被大大地增加了。

本发明力求在保持预测精度的基础上，减少HEVC中帧内预测模式的确定时间。由于图像块中的直线的边缘信息能给我们带来块中像素的走势的方向，本发明将利用这一启发式信息来简化和进一步地减少候选的帧内预测模式。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明提出了一种基于Hough变换的快速帧内模式的确定的新方法。为实现在减少计算量的同时尽可能地保持预测的精度的目的，本发明将首先对图像进行边缘检测，然后采用Hough变换搜寻为直线的边缘，接下来确定当前图像预测单元PU内的直线边缘的角度，利用统计直方图确定当前PU最有可能的预测方向，并根据此方向确定最有可能的候选的预测模式，以在粗选模式确定(RMD)过程RMD和码率和失真度优化(RDO)过程中减少要检测的候选模式，大大地减少计算量，并同时对当前PU尽可能地选择好的预测模式。其特征在于，对于视频图像中的每个帧内预测单元PU，所述方法包括：

步骤一，对当前PU，判断其尺寸是否为4×4。如是，则进行步长为1的模式亚采样，并直接跳到步骤八。否则，利用Canny算子对当前PU进行运算。

步骤二，根据Canny算子的运算的结果，用形态学的方法对边缘进行细化。

步骤三，选择合适的阈值进行PU中边缘点的提取和连接。