[发明专利]一种基于CPU+GPU混合编码的帧内编码预测方法

说明书

本发明公开了一种基于CPU+GPU混合编码的帧内编码预测方法。它具体包括如下步骤：当编码器开始编码一帧Intra帧时，获得需要编码的Intra帧数据copy到GPU上；在GPU上面创建n个CUDA流处理器，每个流处理器负责一个尺寸的Intra预测模式；每个流处理器分别对整个图像的某个块尺寸的各个模式进行处理，基于输入帧的数据以及相应的模式获得预测块数据，当前帧的编码块数据与预测块数据相减得到残差块数据，对残差块数据做哈达玛变换计算出每个残差块的Satd，GPU计算完所有模式的Satd后，把每个预测块的最优N个模式以及对应的Satd传回到CPU；用CPU来进一步确定最佳模式。本发明的有益效果是：重复利用GPU强大的并行计算能力，结合CPU较好的串行计算能力，达到高效快速的Intra帧编码。

技术领域

本发明涉及视频编码相关技术领域，尤其是指一种基于CPU+GPU混合编码的帧内编码预测方法。

背景技术

HEVC是由国际电信联盟(ITU-T)推出的最新一代视频编码标准，在上一代视频编码标准H264的基础上，增加了很多新的编码工具，压缩率提高一倍，为超高清视频产业的发展打下了良好的基础。HEVC作为成功的国际标准在广电、新媒体以及互联网直播领域都得到了广泛的应用。

AVS2是中国于2016年12月发布的面向超高清视频应用的最新一代标准。它的整体框架与HEVC类似，同时也增加了很多特有的新工具，在编码效率上略优于HEVC。目前，工业和信息化部、国家广播电视总局、中央广播电视总台已经联合印发《超高清视频产业发展行动计划(2019-2022年)》，中国正在大力推进超高清视频产业发展及相关领域的应用，AVS2视频标准已成为中国广电总局4K超高清电视技术应用实施指南(2018版)采用的唯一视频编码标准，具备广阔的应用前景。

针对超高清视频的特点，AVS2与HEVC均采用了四叉树划分的结构，灵活匹配图像本身的纹理特征。具体来说，编码器把整帧图像划分为大小相等的众多正方形的最大编码单元，HEVC称之为CTU(Coding Tree Unit)，AVS2里称之为LCU(Largest Coding Unit)。CTU(或LCU)最大尺寸可以配置为2ⁿx2ⁿ，n最大为6，即最大可以是64x64。而对于一个CTU(或LCU)，编码器可以按照其纹理特征灵活的通过四叉树划分方式划分为更小的正方形编码块(CU)。最小的编码单元CU可以达到8x8。对于Intra帧编码，通常一个CU就是一个预测块(PU，Predict Unit)，两种情况除外：当CU达到最小允许的CU大小，还可以把一个CU分为4个更小的正方形PU；AVS2还可以把一个CU分为非对称的矩形PU，这种模式通常用的较少，本文为描述方便先不予考虑，但用本专利方法其实一样可以覆盖。每个PU可以有很多种预测模式供选择。其中，HEVC亮度分量有35种预测模式，色度分量有5种预测模式；AVS2类似，亮度分量33种预测模式，色度也是5中预测模式。

编码器一般通过率失真优化(Rate Distortion Optimization，RDO)的方法来选择最优的编码模式。所谓率失真优化，是根据编码后的码流比特数以及编码造成的图像失真来计算总的编码代价RDCost，公式化表达为RDCost＝D+lambda*R。D即图像失真，R为编码后比特数，lambda是量化参数决定的拉格朗日常数，RDCost的计算需要对编码单元进行重建和比特数的估计，因此计算量很大。对于Intra帧而言，计算量最大的地方就是通过计算各个CU尺寸下，各种PU的模式的RDCost，从而选择最优或者接近最优的模式。