[发明专利]基于参考片的视频帧间预测编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种基于参考片的视频帧间预测编码方法。

背景技术

近年来，随着互联网的迅猛发展，在互联网中针对视频的应用需求越来越多，而视频的数据量非常大，为了在带宽有限的互联网中传输，首先必须解决的问题就是视频压缩编码问题。

已经制定的视频编码标准都属于混合视频编码框架。所谓混合视频编码，一般由以下几部分组成：预测(Prediction)、变换(Transform)、量化(Quantization)和熵编码(Entropy Coding)。其中预测一般分为帧内预测和帧间预测。只能选用帧内预测模式的视频帧称为I帧，既可以使用帧内预测模式也可以使用帧间预测模式的视频帧称为P帧或B帧。帧间预测模式利用已经重建的其他帧的像素作为参考，对当前帧进行预测，从而去除时间冗余。相比于帧内预测，一般帧间预测的准确率更高，在视频压缩的过程中起的作用更大。进一步提高帧间预测的效率，是视频编码里很迫切的需求。

目前，在进行帧间预测时，会选择已经重建的多个帧作为参考帧。采用多参考帧能够带来视频编码性能提升，原因主要有两方面：一是由于相机噪声等因素的影响，多参考帧及其组合可以提供更多的信号形式，使当前编码块可以找到更好的匹配块；二是当视频序列中存在遮挡和复现时，当前编码块在多参考帧中有更大可能找到匹配的块。通用的最新视频编码标准High Efficiency Video Coding(HEVC)的多参考帧由一个最临近帧和几个次临近的高质量帧组成，多参考帧的管理基于参考图像集(Reference Picture Set，RPS)。参考帧的选取和管理是帧间预测技术中非常核心的部分，对整体视频编码效率的影响也比较大。

有一些工作提出了其他的多参考帧选取和管理方法，例如：

基于视频内容的自适应参考帧选取(A.S.Dias,S.Schwarz,M.Siekmann,S.Bosse,H.Schwarz,D.Marpe,J.Zubrzycki and M.Mrak,“Perceptually optimised video compression.”in IEEE International Conference On Multimedia and Expo(ICME2015),Torino,2015.)

基于被参考内容分布的改进参考帧列表排序(S.Schwarz and M.Mrak,“Improved reference picture list sorting in video coding.”in IEEE International Conference on Systems,Signals and Image Processing(IWSSIP 2015),London,2015.)

以上方法的缺点如下：

1、HEVC中的多参考帧选取和管理对不同的视频内容采用同一处理方案，不具有自适应性。

2、基于视频内容的自适应参考帧选取需要对待编码的视频进行预分析，难以应用于流媒体编码的情景。

3、基于被参考内容分布的改进参考帧列表排序受待编码视频内容的影响较大，且需要借助额外的参考帧内存辅助处理。

除上述缺点以外，现有的参考内容管理和优化方案都是基于参考帧的。在解码端参考缓冲区(Decoded Picture Buffer，DPB)容量受限的情况下，多参考帧中内容重复，存在冗余，对缓冲区的利用效率不高，限制了视频编码进一步的性能提升。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于参考片的视频帧间预测编码方法，通过优化参考内容，特别是去除多参考帧之间的冗余，充分利用解码缓冲区容量，有效提高视频编码的压缩效率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种基于参考片的视频帧间预测编码方法，包括：

包含单一内容的参考片生成与管理：在当前参考帧将移出短期参考帧列表时，基于当前参考帧上帧内预测块的分布情况，选出包含单一内容的参考片加入到参考片缓冲区；如果参考片缓冲区已满，则依据事先定义的参考片优先级计算方式决定选出的包含单一内容的参考片是否加入到参考片缓冲区；

包含重复内容的参考片生成与管理：检测视频序列中存在的静态、动态和间隔重复的内容，然后根据检测结果对重复内容的块进行高质量编码，再基于高质量编码块的分布情况生成包含重复内容的参考片；包含重复内容的参考片直接加入参考片缓冲区，然后按照参考片优先级比较进行管理；