[发明专利]一种基于RC预测的HEVC帧间预测快速算法

说明书

本发明公开了一种基于RC预测的HEVC帧间预测快速算法，属于信源编码通信领域，本发明通过比较残差值确定编码深度，再通过运动强度指标划分运动区域，处在不同运动区域对应不同候选预测模式，排除不同运动区域中不必要帧间预测模式，减少不必要模式判定过程，达到减少运动复杂度的目的，使编码效率进一步提高。

技术领域

本发明属于信源编码通信领域，特别是涉及一种基于RC预测的HEVC帧间预测快速算法。

背景技术

在码率控制(RC)阶段，视频编码器对原始数据进行编码压缩以获得尽可能小的重建失真或得到尽可能低的码率。为此采用了很多新技术如更复杂的帧间/内预测算法、可变块大小运动补偿、多模式块的划分、变尺寸块变换、支持1/4像素精度的运动矢量、率失真优化技术等。而这些压缩性能的提升，都是以增加大量的计算量为代价，给视频实时编码通信带来极大的不便。

国际标准组织ITU-T的运动图像专家组VCEG和ISO的移动图像专家组MPEG成立了视频编码合作组JCT-VC，制定了新一代高性能视频编码标准HEVC。HEVC编码标准的主要目标是在H.264/AVC标准的基础上将高分辨率/高保真的视频图像压缩效率提高一倍，即在保证相同视频图像质量的前提下，使视频流的码率减少50％，进而更好地适应各种不同的网络环境，HEVC编码效率提高1倍的目标已经实现，但由于在编码结构上使用了四叉树结构(quadtree structure)和更大的编码单元(LCU)，导致编码器的计算复杂度显著提高，编码时间上无法满足实时性要求，HEVC在获得高压缩性能的同时也带来了极高的计算复杂度，这对于视频编码技术的长期发展来说显然是不利的。因此，如何在保存HEVC编码压缩效率和图像质量的前提下，显著地降低编码的计算量，加快编码速度就变得尤其重要。

为了提高压缩效率，HEVC中CU(编码单元)采用四叉树递归划分，以CU的尺寸和深度Depth来表征CU的两大特征。每一帧图像首先按顺序依次被分割为64*64大小的LCU，每一个LCU编码深度从0到3，被递归的分割成4种深度的(尺寸大小分别为64*64，32*32，16*16，8*8)的CU，构成四叉树编码结构。在HEVC帧间编码过程中，处于每一种编码深度下的CU，都有其对应的PU划分模式，进行运动估计ME与运动补偿MC。如图1所示，对于某一深度d下的CU，其帧间预测模式包括SKIP/merge、正方形分割(Square，Inter2N*2N，InterN*N)、对称分割(SMP，Inter 2N*N，InterN*2N)、非对称分割(AMP，Inter 2N*nU，Inter 2N*nD，InternL*2N，InternR*2N,)、以及intra modes(intra 2N*2N,intraN*N)。

HEVC编码器针对不同深度下的CU，都会自顶向下地对所有分割方式(SKIP/merge、Square、SMP、AMP以及intra modes)进行运动估计与运动补偿，在参考软件HM中程序调用的过程如图2所示，由LCU(编码深度d＝0)开始直至最小编码单元SCU(编码深度d＝3)结束，对每一层深度的CU中分别执行图2中的函数调用流程，对其中每一种帧间预测模式逐一比较率失真代价大小，找到率失真代价最小的PU分割方式作为当前CU的最佳PU预测模式。显然，这种遍历计算过程使得编码端的计算复杂度非常高，进行视频压缩所消耗的编码时间较长，无法满足实时性视频压缩需求。由此可见，HEVC的帧间预测过程引入了大量运算复杂度，如何有效降低编码器的运算量成为目前亟待解决的问题。