[发明专利]面向HEVC快速编码的自适应复杂度调整系统及方法

说明书

本发明公开了一种面向HEVC快速编码的自适应复杂度调整系统及方法。本发明首先结合离线训练模块和在线训练模块，确定在给定编码树单元(CTU)的目标编码时间时启用的预测模式以及跳过的模式；然后使用复杂度分配模块，利用第3个图片组(GOP)的编码时间来预测整个序列的编码时间，从而估算出当前给定目标复杂度下所需控制的序列目标编码时间，并将目标编码时间以分层的方式分配到CTU层级；在模式选择模块中，根据分配到每个CTU的目标编码时间选择启用的预测模式，然后开始编码，跳过未启用的模式；最后复杂度更新模块周期性地取一帧作标准编码，用于更新序列的目标编码时间和调整下一帧的目标编码时间。本发明充分利用视频编码的特点将实际的编码复杂度自适应地调整在目标复杂度附近，并尽可能减少失真。

技术领域

本发明属于高效视频编码(HEVC)技术领域，尤其涉及一种面向HEVC快速编码的自适应复杂度调整系统及方法。

背景技术

近年来，随着高清、超高清视频(分辨率达4K×2K、8K×4K)应用走进人们的视野，视频压缩技术受到了巨大的挑战。此外，各式各样的视频应用也随着网络和存储技术的发展不断涌现。视频应用的多样化和高清趋势对视频压缩性能提出了更高的要求。为此，2010年4月ITU-T的视频编码专家组(VCEG)和ISO/IEC的运动图像专家组(MPEG)成立了视频编码联合开发组(JCT-VC)，联手制定新一代视频编码标准，在2013年完成了高效视频编码HEVC(High Efficiency Video Coding)标准，也称为H.265。该标准可以在视觉质量相同的情况下，比上一代标准H.264/AVC节省44％左右的码率，这部分编码效率主要得益于HEVC采用了灵活的块划分模式，包括编码单元(CU)、预测单元(PU)、变换单元(TU)。CU的尺寸有64×64，32×32、16×16、8×8，分别对应着划分深度为0、1、2、3。其中64×64的CU被定义为编码树单元(CTU),采用四叉树划分结构，每个CTU能够递归的划分成4个大小相等的CU，直到最小的CU(8×8)。为了找到最优的CU划分方案，编码器必须要考虑所有的划分情况。然后，HEVC采用率失真优化(RDO)技术从众多模式中选取率失真代价最小的模式作为最佳模式。编码时，HEVC编码器需要遍历所有可能的PU预测方式，这个遍历过程的计算量较大，使得编码复杂度急剧增加，约为H.264的2到3倍。这也导致HEVC无法在一些设备上实现，尤其是一些计算能力受限的移动多媒体设备。为此许多学者提出了一些快速算法，但是一些算法的复杂度降低以率失真性能损失为代价，且大多数快速算法的复杂度降低并不一致，根据实际编码的序列不同，复杂度差距较大。

HEVC的复杂度调整十分重要。一方面，人们对视频高分辨率的大幅度提高，使得HEVC的编码复杂度急剧提升。另一方面，多媒体设备的数目爆炸式增长，而其性能参差不齐，有些设备无法进行如此大规模的计算。所以为了更好地发展HEVC并将其应用地更加广泛，我们有必要对如何控制HEVC的复杂度进行研究。普通的快速划分算法存在一些缺陷：1、时间节省有限。由于率失真性能的限制，很难在复杂度、率失真性能之间找到一个平衡点。2、时间节省对于某个特定的视频来说是不确定的。一般来说，同质区域越多的视频序列时间节省越多。HEVC复杂度调整的目标是高精度的控制以及较好的率失真性能，而高精度的复杂度又可以很好地防止率失真性能的恶化。与大多数快速算法类似，本发明对编码复杂度的定义是快速算法的编码时间与标准的HEVC编码时间的比值。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的HEVC编码复杂度较高而大多数优化算法降低的复杂度降低不均匀的问题，从而提出了一种面向HEVC快速编码的自适应复杂度调整系统及方法，在尽可能保证视频率失真性能的同时，自适应地调整编码复杂度，尤其适用于需要对编码复杂度进行精准控制或者降低的场合，例如各种便携式移动终端设备。