[发明专利]一种HEVC快速码率转码方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频编解码领域，尤其是一种码率转码方法。

背景技术

近十年里，H.264/MPEG-4AVC被广泛使用于各种应用。然而，随着高清以及超高清视频的发展和普及，其对视频压缩效率的要求进一步提高，H.264由于其局限性无法继续满足这种需求，因此给视频编码技术带来了新的挑战。一种高效率编码——HEVC就是在这种背景下被提出的，其目标是通过融合最新的技术和算法来达到在保证视频质量的基础上，压缩效率比H.264高一倍的目的，以满足人们对高清以及超高清视频的需求。

在编码原理和基本框架方面，HEVC沿用了从H.261就开始采用的经典的基于块的混合视频编码方式。其编码技术和H.264基本保持了一致，主要包括：帧内/帧间预测、运动补偿和估计、熵编码、变换、量化以及环路滤波等等。但是相对于H.264，HEVC在很多细节方面进行了比较大的改变。首先，HEVC使用了基于编码树单元(CTU)的四叉树结构取代了H.264中的宏块，并将编码单元的尺寸大小从H.264中宏块的16×16扩展到了HEVC中CTU的64×64。CTU还可以划分成多个编码单元CUs，其大小为64×64 8×8，对应的CU深度分别为0 3。此外，每个CU还可以进一步划分成预测单元(PU)和变换单元(TU)。第二，相对H.264中帧内预测的9个预测模式，HEVC在此基础上将预测模式进行了细化，一共定义了35种帧内预测模式。第三，HEVC的帧间预测模式除了采用了H.264中的对称分割模式，如：2N×2N模式、N×N模式、2N×N模式和N×2N模式，还引入了非对称分割模式，如：2N×nU模式、2N×nD模式、nL×2N模式和nR×2N模式。第四，HEVC首次使用了自适应环路滤波(Adaptive Loop Filter)技术来降低方块效应、振铃效应以及图像模糊等失真效应对视频质量的影响。该技术主要包括了去方块滤波(De-blocking Filter)技术和像素自适应偏移(Sample Adaptive Offset)技术。前者主要用来改善方块效应，后者则是为了解决振铃效应。这些技术在提高HEVC压缩效率的同时，也使得其计算复杂度大大增加。

另一方面，如今多种视频格式和数据压缩编码算法共存。为了实现不同网络、不同终端设备之间的无缝连接，原始视频必要通过动态调整成不同的格式以满足不同的网络以及各种用户的需求。视频转码技术就是这样一种可以解决视频发送端与接收端兼容性问题以及网络状况问题的技术。

码率转码，即把同种格式(同一视频压缩标准)的高码率视频流转换成另一种预先设定的低码率视频流。其主要目的是有效的降低码率，使得原视频流在各种各样的设备以及服务中均可通过转码输出符合当前情况的最佳码率视频流，从而是用户得到更好的体验。这种技术在电视广播以及无线网络等领域中得到了广泛的应用。因此，为了使HEVC能够更好更广泛的应用于各种各样的视频应用中，关于其码率转码的研究是十分必要的，其对推进HEVC的实用化起到了至关重要的意义。

视频转码框架主要可以分为像素域转码PDT以及压缩域转码CDT两种。其中PDT主要是将输入视频流首先直接解码成像素域图像，然后再将像素域图像转码成目标码流；CDT则是将输入视频流进行不完全解码，只需得到变换域系数，然后对其进行重编码得到目标码流。

HEVC码率转码框架的选择主要是基于以下几点考虑：

(1)高质量。把原始高码率视频流转码为目标格式低码率视频流时，保证转码后视频流的质量是视频转码的第一要求，否则视频图像质量太差将直接影响人们观看视频时的主观体验，从而失去转码的意义。因此，转码器应尽可能地保证输出视频图像的质量。

(2)高效性。由于HEVC的编码器的计算复杂是度非常巨大的，因此为了保证转码器能够满足实时性的要求，在选择转码器框架的时候，除了保证转码后输出视频的质量之外，还应该尽量保证转码器的转码速度。因此，转码器应尽可能地利用解码端提取的编码信息来加速编码端的编码速度，从而保证转码的高效性。

(3)灵活性。在选择转码器框架时，应尽可能地选择能够适应各种不同转码需求的转码器，如：码率转码、空间分辨率转码、时间分辨率转码以及标准间的转码等等。也就是说，本发明所选择的转码器框架应具有灵活性。