[发明专利]一种基于分层B帧结构的编码单元深度预测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于分层B帧结构的编码单元深度预测方法及装置，该方法根据分层B帧结构的特性，结合同位CU的深度、运动矢量和量化参数等参数预测CU四叉树划分的深度，从而跳过某些非最优深度的帧内帧间预测和率失真代价计算，节省了编码时间；本发明算法简单，计算量小，可方便地投入实际应用。

技术领域

本发明属于视频编码领域，特别涉及一种基于分层B帧结构的编码单元深度预测方法及装置。

背景技术

HEVC是高效视频编码标准的简称，该标准于2013年4月13日被ITU-T(国际电信联盟电信标准化部门)正式接受为国际标准。HEVC采用了如图1所示的基于四叉树的块分割结构，即将输入编码器的帧划分为互不重叠且相等大小的CTU(编码树单元)，然后以CTU为根节点进行循环四叉树划分，得到的子块称为CU(编码单元)，CU最小可到8×8。因此CTU是最大的CU，其大小为64×64。图中CU所在的层次称为CU的深度，大小为64×64的CU深度为0，大小为32×32的CU深度为1，依此类推，CU的深度最小为0，最大为3。在CTU划分过程中，先计算当前CU的率失真代价，然后计算各个子CU的率失真代价。最后比较当前CU的率失真代价与其子CU的率失真代价之和的大小，选择率失真代价较小的作为最佳编码结果。由此可见，HEVC编码一个CTU至少需要进行1+4+16+64＝85次率失真代价计算，复杂度很高，因此需要提高编码速度以满足实时应用需求。

分层B帧结构是在H.264编码标准中提出来的一种编码结构，通常被用于视频编码的图片组(GOP)中生成不同帧率以提高编码时域延展性。以GOP大小为16为例，分层B帧结构如图2所示。由图可见，GOP大小为16时，GOP被分成了5层：level 0、level 1、level 2、level3、level 4。GOP中的帧在分层B帧结构的层次称为时间层(temporal level)。不论GOP大小为多少，在分层B帧结构中，level 0的帧类型总是I帧或P帧，其他层的帧类型均为B帧。图中的箭头指示了当前帧的参考帧位置，可见在分层B帧结构中，帧的时间层越高，则与自身参考帧的距离越近，因此在编码时，在高时间层的CU深度通常比低时间层的CU的深度要小。

虽然目前有许多针对分层B帧结构的视频编码算法，如Manoranjan Paul等学者在2014年10月的IEEE Transactions on Circuits and Systems上提出了一种基于分层B帧结构的长远参考帧的视频编码算法，该算法有效地提高了各视频编码器的压缩率，但同时其高复杂度也提高了编码时间。另外虽有基于分层B帧结构的快速编码算法，但都是针对H.264编码标准的，在HEVC标准编码器上并不适用。因此如何使HEVC标准编码器在保证视觉质量的前提下降低编码时间是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是针对HEVC标准编码器HM编码时间长的缺陷以及现有技术的不足，提出一种HEVC编码标准的基于分层B帧的深度预测方法及装置，缩短其编码时间，提高其实际应用性。

一种基于分层B帧结构的编码单元深度预测方法，在对视频帧编码过程中，依据编码单元所在帧的时间层，跳过一部分深度为0的CU的帧内帧间预测和率失真计算或者提前终止CU的四叉划分，完成编码单元的深度预测。

进一步地，若当前CU所在的帧位于最低时间层时，跳过符合以下条件的当前CU的帧内帧间预测和率失真计算：

CurDepth＝＝0&&ColDepth>CurDepth (1)

其中，CurDepth为当前CU的深度，ColDepth为当前CU的同位CU的深度，“&&”表示逻辑与运算符。

在HEVC编码标准中CU的深度范围为0到3的正整数。

进一步地，若当前CU所在的帧位于最高时间层时，若当前CU满足以下两个条件中任意一个，则提前终止当前CU的四叉划分：