[发明专利]一种基于区域特征分析的由H264到HEVC的视频转码方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频转码领域，具体来说是一种基于区域特征分析的由H264到HEVC的视频转码方法。 

背景技术

随着不同网络类型、接收终端和内容表现形式的多样化，不同系统和网络之间的交互变得越来越重要，但由于用户的视频接收设备具有多样性，在屏幕大小计算，存储设备容量和功耗要求等方面差异巨大，再加上不同种类的网络特性各异，用户所拥有的传输带宽各不相同，对视频的时间空间分辨率要求也都不尽相同，致使同一视频片源需要在广播电视网，电信网和通信网中同时或协同播出，在不同的网络设备之间无缝切换。以上需求均迫使视频码流能够动态调整，从而支持不同网络，满足各种用户的要求。网关、多点控制单元和服务器等设备担负起为内容提供商和用户之间提供无缝交互的重要任务，而视频转码技术使这些设备高效完成这一任务成为可能。 

H.264作为目前应用最为广泛的视频编码标准，在提高编码效率和灵活性方面取得了巨大成功，它使数字视频有效地应用在各种各样的网络类型和工程领域，然而，多样化的服务、高清视频的普及、以及超高清格式（4K×2K或8K×4K分辨率）的出现对于比H.264编码效率更高的下一代视频编码标准提出了强烈的需求。 

在这样的背景下，MPEG和VCEG组织于2010年成立了视频编码联合协作小组(JCT-VC)，经过多年的努力研发出了H.264标准的继承者，新一代视频编码标准HEVC，成为数字视频压缩技术史上新的里程碑。 

现有技术的完善与新技术的不断推出，极大地推动了数字视频技术的实用化和产业化。然而HEVC为了提高编码效率，引入了一系列相当耗时 的编码算法，给实时视频转码应用带来了新的挑战。 

针对H.264到HEVC转码复杂度高的问题，一些新的快速转码方法被提出，Shen等人提出了一种利用多核处理器实现波前并行处理和SIMD加速的超快速H.264/AVC到HEVC转码器；Shanableh等人提出了第一种基于内容的机器学习方法预测HEVC编码单元深度的快速H.264到HEVC转码方法；而Peixoto等人则提出了一种基于新的矩阵度量H.264运动矢量相似性的复杂度可分级的H.264到HEVC视频转码方法。 

这些方法都大幅度降低了转码过程的计算复杂度，但是，H.264到HEVC的转码过程还需要进一步以更少的质量损失达到更高的速度提升。 

发明内容

本发明提供了一种基于区域特征分析的由H.264到HEVC的视频转码方法，相比现有的标准转码算法和参考转码算法，在保持相同的率失真的前提下，转码速度获得了大幅提高。 

一种基于区域特征分析的由H.264到HEVC的视频转码方法，包括以下步骤： 

(1)输入原始H.264视频流，并对该视频流进行解码，在解码过程中，提取出当前解码帧的宏块编码比特数、DCT块熵编码系数以及运动矢量场； 

(2)将HEVC编码树单元覆盖的区域对应至当前解码帧的各个宏块，计算每个区域的编码复杂度，并依据编码复杂度确定每个HEVC编码树单元的搜索深度范围； 

(3)针对每个编码树单元，按照对应的搜索深度范围逐级进行运动估计，若预测单元的模式为Inter模式时，进行步骤3-1： 

若预测单元的模式为Skip模式或者Intra模式时，利用现有技术进行HEVC重编码。 

3-1、利用步骤(1)中得到的H.264码流中当前预测单元的DCT块，计算相应DCT块的能量En_4×4(i,j)，公式如下： 

En_4×4(i,j)＝|DC(i,j)|+|AC₀₁(i,j)|+|AC₁₀(i,j)|+|AC₁₁(i,j)| 

其中，DC，AC₀₁，AC₁₀和AC₁₁为每个DCT块的左上角熵编码系数； 

(i，j)为DCT块在当前解码帧中的坐标； 

3-2、利用下式对步骤（1）中得到的运动矢量进行滤波： 

其中，FMV(i,j)为滤波后的运动矢量； 

MV(i,j)为步骤（1）中得到的运动矢量； 

Th_MV为设定的阈值； 

3-3、对步骤3-2得到的滤波后的运动矢量进行聚类，具体步骤如下：