[发明专利]基于时域相关性的高性能视频帧间编码方法及其转码器

说明书

技术领域

本发明涉及图像通信领域中的视频编码帧间模式技术问题，尤其是涉及一种高性能视频编码帧间模式判定方法。

背景技术

近年来，随着视频业务的飞速发展，人们对观看高清视频的需求也越来越高，目前主流的视频压缩编码标准H.264已经不能适应高数据量下的高清视频传输。在这种趋势下，新一代视频压缩编码标准HEVC应运而生。HEVC最主要的目标是在压缩效率上获得显著提高的同时减少50％左右的码率，但也由此带来了计算复杂度的提高。因此，如何在保证视频编码质量的同时降低编码的计算复杂度成为了视频编码领域研究的热点。

相对于H.264，HEVC在编码性能上有了很大程度的提升，主要体现在以下几个方面：(1)采用了更加灵活的编码结构来提高编码效率，它包括编码单元CU、预测单元PU和变换单元TU，同时将宏块的大小从H.264的16×16扩展到了64×64，以便于更好的进行高分辨率视频的压缩；(2)采用了更多的帧内预测方向，每种PU尺寸最多可达35种预测方向，更广范围的PU尺寸和更多的PU帧内预测方向使得HEVC帧内预测比H.264/AVC有了更高的编码效率；(3)采用了更多的帧间预测模式，包含了对称PU模式和非对称PU模式，使得HEVC有了更加精确的块匹配；(4)采用了更多尺寸和类型的正交变换，灵活的块结构，采样点自适应偏移(SAO)，自适应环路滤波(ALF)和并行化设计等技术。

目前学术界关于如何减低编码计算复杂度的帧间优化算法已有很多，并大多数已经取得了良好的效果。在HEVC快速帧间算法的研究中，清华大学的张强等利用视频序列间的纹理信息检测出相对平坦的区域以及随时间变化较稳定的区域来提前终止四叉树的CU划分，从而达到减少帧间预测计算复杂度的目的。Bampi S等人提出了一种低复杂度下的运动矢量合并算法，通过合并小尺寸PU的运动向量来计算更大块尺寸的PU，进而减少运算复杂度。上海大学的胡锦雯等根据当前编码单元CU的运动特征来采取不同的优化措施来减少帧间预测时间。P.Helle等介绍了编码单元进行合并时的各种情况，并讨论了在不同情况下如何更好的进行运动信息预测，在帧间预测中采用合并模式可以大大提高HEVC实时编码的效率。

发明内容

针对新一代视频压缩编码标准HEVC计算复杂度较高的特点，本发明利用视频序列间时域上的相关性，提出了一种基于时域相关性的高性能视频帧间编码方法，减少帧间预测编码的次数，从而有效的降低了编码端的计算复杂度。

本发明的基本思想是利用相邻帧之间的时域相关性，根据前后两帧中相同位置块的灰度值差来确定两帧的相似程度，根据相似程度来快速确定CU的划分模式，从而减少预测编码的遍历深度以及冗余的RDCost递归计算，进而达到减少计算复杂度的目的。

本发明提供的基于时域相关性的高性能视频帧间编码方法,包括编码方式划分和预测模式选择，在编码方式划分中，通过帧差法将当前帧与前一帧进行对比，得到当前编码块的运动特性，提前进行CU划分；在预测模式选择中，遍历由确定CU深度下的PU预测模式，减少不必要的率失真值计算。具体主要包括以下过程步骤：

(1)判断当前编码帧是否为第一帧，若为第一帧，跳过下面的全部步骤，直接进入xCompressCU函数进行HM标准的四叉树递归划分；

(2)判断当前LCU是否为第一个LCU，若为第一个LCU，进入帧差处理函数，否则，跳过步骤(3)；

(3)进入帧差处理函数进行当前帧图像与前一帧图像的灰度值差，对帧差后的图像进行自适应二值化处理，得到需要跟踪像素点的灰度值；

(4)判断当前LCU是否在边界上，若当前LCU在边界上，跳过下面的全部步骤，直接进入xCompressCU函数进行HM标准的四叉树递归划分，否则，以一个LCU为单位，遍历每个LCU跟踪像素点的灰度值；

(5)根据设定的门限对当前LCU的运动剧烈程度进行判定，若当前LCU为运动剧烈区域，则进入xCompressCU函数进行HM标准的四叉树递归划分；否则，直接参考前一帧图像对应位置LCU的划分情况，对当前编码的LCU按设定的深度进行划分；

(6)进入xCompressCU，遍历由帧差法确定的CU编码深度下的PU预测模式，完成对视频编码帧间模式的判定。

在本发明的上述技术方案中，对于在步骤(3)，最好对帧差后的图像进行自适应二值化处理和滤波处理。

在本发明的上述技术方案中，所述CU编码深度优先考虑为0～3。