HEVC帧间预测编码单元深度快速选择算法
张盛峰,汪 仟,黄 胜,肖 傲
【摘 要】 为降低高效视频编码(HEVC)帧间预测编码的计算复杂度,提出一种快速编码单元(CU)深度选择算法。利用当前CU与时空域相邻CU的深度信息,初步预测当前CU的深度范围,并根据当前CU与邻近CU的运动矢量信息对当前CU深度选择做进一步终止判断。实验结果表明,该算法与HEVC测试模型(HM16.0)相比,在低时延和随机访问2种编码配置下,码率分别仅增加0.93%和1.01%,而编码时间减少了29.1%和30.3%。 【期刊名称】计算机工程 【年(卷),期】2018(044)010 【总页数】6
【关键词】 高效视频编码;帧间预测;计算复杂度;编码单元;深度选择;运动矢量 基金项目：国家自然科学基金(61371096,61571072);国家留学基金(201708500034);重庆市基础与前沿研究计划项目(cstc2015jcyjA4)。 修回日期：2017-11-09
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中文引用格式：张盛峰,汪 仟,黄 胜,等.HEVC帧间预测编码单元深度快速选择算法[J].计算机工程,2018,44(10):258-263.
英文引用格式：ZHANG Shengfeng,WANG Qian,HUANG Sheng,et al.Fast coding unit depth selection algorithm for inter-frame prediction of HEVC[J].Computer Engineering,2018,44(10):258-263.
0 概述
相比于H.264/AVC,新一代视频编码标准HEVC[1]在相同质量视频的条件下可以减少50%左右的视频码流[2],但编码计算复杂度也成倍增加,严重阻碍了其在多媒体领域的快速应用[3]。因此,如何减少帧间预测编码过程的计算复杂度是该领域内的热点问题。
为提高帧间预测过程编码效率并减少计算复杂度,人们进行了大量的研究。文献[4]先对时空邻近快速编码单元(Coding Unit,CU)的深度进行加权计算,预测当前CU的深度,然后通过分类讨论预测当前CU的深度范围。但由于该算法采用固定的权值,因此对于不同视频序列误差较大。文献[5]利用当前CU与时空邻近CU的深度相关性预测当前CU的纹理复杂度,从而确定当前CU的深度范围。该算法虽然可以保证良好的编码性能,但降低的编码时间比较有限。文献[6]对邻近编码树单元(Coding Tree Unit,CTU)运动矢量信息提前终止当前CU的划分,但由于视频序列间的差异性,该方法对于不同序列降低的编码复杂度差异较大。文献[7]通过光流法计算金字塔运动发散(Pyramid Movement Diverges,PMD)的特征值,从而决定当前CU的划分,但未考虑运动矢量的相关性,导致编码性能较差。文献[8]利用视频图像的纹理信息确定当前CU的运动特征。文献[9]利用邻近CU的深度信息预测当前CU的深度信息。文献[10-11]利用时空域运动矢量的相关性确定图像的纹理信息和运动特征,从而加速CU的划分。文献[12]利用邻近CU率失真(RD)代价的相关性提出快速算法,加速帧间CU划分过程。 以上快速算法均利用视频的时间和空间相关性,都是从单方面考虑深度信息或运动矢量信息,未将两者相结合,导致编码性能较差。为进一步提高帧间预测的编码效率,本文结合当前CU与邻近CU深度信息和运动矢量信息的相关性,提出一种HEVC帧间预测CU深度快速选择算法。首先利用当前CU深度与邻近CU深
度的时空相关性,找出相邻CU深度的最大值与最小值,预测当前CU的整体范围,然后根据相邻CU运动矢量信息对当前CU深度选择做进一步的终止判断。
1 HEVC帧间预测的复杂度分析
H.264采用固定的编码单元16×16,HEVC采用灵活的四叉树编码结构,编码深度从0到3依次遍历选择。HEVC编码结构如图1所示。 HEVC编码过程如下:
1)从尺寸为64×64的CU开始,遍历所有PU模式并计算其率失真代价[13],选择当前CU的最佳预测模式。PU的RD代价计算为: Jmode=(Sluma+wchromaSchroma)+λmodeBmode (1)
其中,Sluma和Schroma分别表示亮度和色度的平方误差和,wchroma为权重因子,λmode为拉格朗日算子,Bmode表示编码当前模式时传输信息所需的比特数。
2)将该CU进一步划分为4个32×32的子CU,深度为1,同理可得每个子CU的RD代价,如此递归地划分下去,直至子CU的尺寸为8×8,即深度为3,不再继续划分。
3)从深度为3的CU开始进行CU块裁剪过程,如果4个8×8大小的子CU的RD代价之和小于其对应16×16大小的CU的RD代价,则选择8×8的CU类型进行裁剪,否则,选择16×16的CU。如此类推,直至深度为0的CU,一个CTU深度选择过程结束[14]。以CTU尺寸为64×64为例,最大编码深度为3,仅对Inter模式的复杂度进行分析,当编码深度为0时,需要计算7次RD值;当编码深度为1时,则需要计算4×7=28次RD值;当编码深度为2时,则需要计算
HEVC帧间预测编码单元深度快速选择算法
