[发明专利]基于多层次分类的HEVC快速帧间编码方法

说明书

本发明公开了基于多层次分类的HEVC快速帧间编码方法。本发明包括运用CU层次的分类树、PU层次的分类树和TU层次的分类树实现HEVC快速帧间编码，其内容包括基于CU深度分类树的快速CU划分方法、基于帧间模式分类树的快速PU选择方法和基于TU深度分类树的TU划分方法。本发明利用了HEVC编码过程中CU深度、PU模式和TU深度在时空上的相似性，减少了CU划分的复杂度，简化了帧间预测模式的选择过程，同时利用TU的变换系数特征，降低了TU划分的复杂度。

技术领域

本发明属于视频编码技术领域，尤其涉及一种低复杂度的视频快速帧间编码方法。

背景技术

近年来，随着高清甚至超高清视频的大量出现，现有的存储技术与网络带宽的发展远远不能满足现阶段对于超高清视频的有效存储与传输，因此对于视频压缩编码的技术革新与发展始终没有停止过。为了应对高清甚至超高清视频的传输与存储需求，国际电信联盟通信标准化组织下的视频编码专家组以及国际电工委员会下的动态图像专家组成立了视频编码联合专家组研究制定出新一代的高效视频编码标准，在2013年完成了高效视频编码HEVC(High Efficiency Video Coding)标准，也称H.265。HEVC是继H.264之后的新一代视频编码标准，它的主要目的是解决传统H.264/MPEG-4AVC标准不能解决的高分辨率和并行处理问题，并在保持视频主观质量的前提下节省30％～50％的码率。为了编码1080P、2K、4K甚至8K等高清及超高清视频并降低他们传输的比特率，HEVC编码器采用了灵活的四叉树结构、角度帧内预测技术、非对称帧间预测技术、先进的运动矢量预测、多帧运动补偿预测等大量的新技术。

在编码过程中，HEVC采用了灵活的块划分结构，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，而每个CU又可以继续划分为4个大小相等的CU，直到最小的CU(8×8)。整个编码过程中，HEVC会对所有CU，从深度0到深度3遍历。对应于CU的划分，TU也相应地可划分为32×32、16×16、8×8、4×4四种深度，图1表示了一个CTU中CU和TU的划分情况。每个CU都有对应的PU和TU,PU是帧内预测、帧间预测的基本单元。对于一个2N×2N的CU，帧间预测单元PU的划分模式有八种：2N×2N(Merge/Skip)，2N×N，N×2N，N×N，2N×nU，2N×nD，nL×2N，nR×2N，其中2N×N，N×2N，N×N为对称划分(SMP),2N×nU，2N×nD，nL×2N，nR×2N为非对称划分(AMP)，如图2所示。为了得到最佳的帧间预测模式，对于每个CU，都需要遍历所有PU模式来获得最佳帧间模式。HEVC的块划分和模式选择方法在获得较高压缩性能的同时也引入了较高的编码复杂度，不适用于实时编码。因此如何在保证压缩效率不被影响的同时优化编码模式，降低编码复杂度，提高编码速度，并保持原有的编码质量，是目前HEVC研究方向的热点之一。

发明内容

本发明的目的是针对现有HEVC视频编码复杂度高的缺点，提出一种基于多层次分类的HEVC快速帧间编码方法，在保证编码质量的同时降低编码复杂度。

本发明主要运用CU层次的分类树、PU层次的分类树和TU层次的分类树实现HEVC快速帧间编码，其内容包括基于CU深度分类树的快速CU划分方法、基于帧间模式分类树的快速PU选择方法和基于TU深度分类树的TU划分方法。

基于CU深度分类树的快速CU划分方法是先计算当前帧CU与前一帧同位置的CU的相关特征，通过时域CU深度分类树将CU划分为帧间相似CU和非帧间相似CU两类。分别运用时域CU深度分类树和空域CU深度分类树来实现CU的快速划分。

基于帧间模式分类树的快速PU选择方法，利用当前CU与其空间相邻CU的PU模式相关性，运用PU帧间模式分类树实现PU的快速选择。