[发明专利]一种基于邻近值的HEVC帧内编码优化方法

说明书

高性能视频编码标准HEVC中的帧内编码模式利用当前帧中像素点之间的空间相关性作出有效预测。但是，研究发现当待编码像素远离参考像素时，它们之间的空间相关性变弱，传统的HEVC帧内预测方法的编码性能并不理想。针对以上情况，本发明提出了一种基于邻近值的HEVC帧内编码优化方法。其主要思想是，对于当前像素，先根据传统HEVC帧内编码方法得到其预测值，再使用相应的滤波器对该预测值进行修正。本发明方法将当前像素与周围像素的相关性进行了有效的数学建模，并且训练出合适的滤波器系数，提升了HEVC帧内编码性能。实验结果显示，本发明方法与HEVC标准相比，最高节省了2.7％的码率，平均节省的码率为1.3％。

技术领域

本发明涉及图像通信领域中的视频编码技术，最主要的是提升编码性能的问题，涉及高性能视频编码标准HEVC帧内编码优化方法。

背景技术

随着人们对高清视频的需求日渐增加，视频编码标准的性能也在不断提升，相比于之前主流的H.264/AVC视频编码标准，最新一代视频编码标准(High Efficiency VideoCoding,HEVC)已经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/AVC提升了50％的编码效率。而HEVC之所以能够取得如此好的效果，主要源于其更加灵活的四叉树划分方式、改进的帧内以及帧间预测模式、更好的熵编码等方面。在HEVC帧内预测过程中，当像素之间的相关性很高时，这种传统的帧内预测方式能够取得很理想的编码性能，但当预测块比较大或者纹理比较复杂时，如果仍然只是简单利用参考像素来预测待编码像素就会影响预测精度。因此本发明期望通过有效的帧内编码优化方法提高其预测精度，从而达到降低更多码率的目的。

目前学术界关于优化帧内预测方面已有一些研究。X.Wang针对人眼对不同区域的注意力不同，提出了一种基于感兴趣区域的自适应帧内更新编码方法，降低了输出码率。Y.Wang等提出了一种基于马尔科夫模型的帧内预测方法，将35种帧内预测模式按照各个模式的特性分为3类，每一类使用不同的平滑滤波器，该方法相比HEVC本身达到了节省码率的目的。Y.Zheng等提出了一种基于梯度插值的帧内角度预测方法，其梯度由行参考样本和列参考样本生成，并根据预测方向对每个像素进行动态变化，提出的优化方法取得了较好的编码效率。Chen等提出了一种基于卷积的帧内迭代滤波方法对预测后的像素进行平滑滤波，实验结果显示该方法相对HEVC标准有一定的码率下降，尤其对高清视频效果更加明显。

发明内容

针对高性能视频压缩编码标准HEVC码率依旧较高，可以进一步研究降低码率的问题，本发明提出了一种基于邻近值的HEVC帧内编码优化方法，在合理的时间复杂度范围内，进一步优化HEVC的帧内预测方法。

本发明的基本思想是在时间复杂度可控的前提下，利用I帧相邻点之间的空域相关性去设计滤波器。本发明将当前像素与周围像素的相关性进行有效的数学建模，并且训练出合适的滤波器系数，从而提高整体预测精度，提升了HEVC帧内编码性能。

本发明提供的基于邻近值的HEVC帧内编码优化方法，该方法主要包括先使用HEVC帧内预测生成预测块，再对该预测块中的每一个像素点，使用相应的滤波器对其进行修正，每次滤波则会使用该像素点左边、左上、上边位置的修正值以及该像素本身的预测值。同时，均衡考虑低解码器复杂度和高编码效率两方面因素，本发明将改进的帧内优化技术与Chen的方法相结合，从而进一步提高HEVC的帧内编码性能。具体主要包括以下过程步骤：

(1)使用传统HEVC帧内预测对当前预测块PU(Prediction Unit)的每一个像素进行预测，生成预测块；

(2)判断预测块PU的大小；

(3)预测块PU小于等于8时，对与步骤(1)中预测块的每一个像素，使用该像素点左边、左上、上边位置的修正值以及该像素本身的预测值进行修正；

(4)预测块PU大于8时，使用卷积核对步骤(1)中生成的预测块进行迭代卷积，而经过迭代卷积后的修正块则作为最后的预测块；