[发明专利]从H.264/AVC标准到HEVC标准的快速帧间转码方法及其转码器

说明书

技术领域

本发明涉及图像通信领域中视频编码标准之间的转码技术问题，尤其是涉及了在两种高性能视频编码间的一种帧间转码方法。

背景技术

目前主流的视频编码标准为H.264/AVC，随着网络和传输信道等技术的发展，高清视频逐渐成为目前网络存储和传输的主要业务，H.264/AVC标准中的分块机制并不能获得很好的编码性能，为此，两大国际标准化组织ITU-T和ISO/IEC专门成立了视频编码联合协作组JCT-VC，共同开发了新一代的国际视频编码标准：高性能视频编码(HEVC)。该标准开始开发于2010年10月，至今已制定完成，压缩比相比H.264/AVC标准提高了一倍，同时保持视频质量基本不变，若把HEVC标准应用于实际视频在网络中的存储和传输，将带来很大的性能提升。然而，目前网络中已有的数以亿计的视频资源，包括AVI、MKV等格式的视频，其数据部分均是采用H.264/AVC标准。另一方面，目前主流的视频采集设备，包括摄像机、相机、智能手机、网络监控摄像头等设备，也主要是采用H.264/AVC标准。为了在把HEVC标准应用于目前的网络存储和传输的同时，能继续共享网络中存储和传输的数以亿计的视频资源，同时也不让目前主流的H.264/AVC标准的大批视频采集设备淘汰，研究从H.264/AVC标准到HEVC标准视频格式转码技术成为必然。

帧间预测是指利用序列图像的时间相关性对图像进行压缩编码的方法。由于相邻的两帧图像的相似部分很多，因此，帧间预测能够获得较高的压缩比，是目前视频编码的代表性技术。针对以往的各种视频编码标准转码问题的研究已经比较成熟，如清华大学的张宁等定义了MPEG-2标准与H.264/AVC标准之间的块模式、运动向量和绝对差之和(SAD)的相互信息量的计算方法，通过对当前视频的特征信息进行统计两者之间的互信息量，将MPEG-2标准中的模式、运动向量和SAD输入分类器，能判决当前H.264/AVC标准编码中的最佳帧间预测模式，该方法较大地节省了编码的计算复杂度。香港科技大学的W.C.Siu等通过推导分析DCT域上B帧和P帧中残差块的相关性，提出了一种从MPEG-2标准的B帧转码到H.264/AVC标准的P帧的方法，该方法降低了转码的计算复杂度。三菱电子研究实验室的J.Xin等在从MPEG-2标准的B帧转码到H.264/AVC标准的P帧时，利用了运动矢量时域上的距离伸缩的方法，该方法进一步降低了计算复杂度。上海交通大学的Wang等利用从MPEG-2标准中DCT域系数获取的块的边缘特性来判决帧间预测块的形状，对8×8块进行判决，当水平特性强于垂直时，则分为4×8，否则判为8×4，该方法降低了转码中帧间模式判决的计算复杂度。

以上方法均较有效地完成了从MPEG-2标准到H.264/AVC标准转码的帧间预测工作，但是，H.264/AVC标准采用16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4等尺寸块进行帧间预测，而HEVC标准则采用8×8、16×16、32×32和64×64尺寸的编码单元(CU)先进行分块，接着对每个CU采用最多8种不同的预测单元(PU)模式进行帧间预测，8种不同的PU模式分别为PART_2N×2N、PART_N×2N、PART_2N×N、PART_N×N、PART_nL×2N、PART_nR×2N、PAR_2N×nD、和PART_2N×nU。因此，与从MPEG-2标准到H.264/AVC标准转码不同，从H.264/AVC标准到HEVC标准转码的帧间预测是从小块转成大块，而前者则是从大块转小块。从小块转大块将牵涉从H.264/AVC标准中的小块组成HEVC标准中的大块这一新问题，另一方面，HEVC标准采用了完全不同于H.264/AVC标准的CU和PU的编码模式。因此，从MPEG-2标准到H.264/AVC标准的转码方法并不适用于从H.264/AVC标准到HEVC标准的转码。而如果直接将H.264/AVC标准的解码器与HEVC标准的编码器级联，由于要进行HEVC标准的全编码，包括帧间、帧内预测编码、变换、量化、熵编码等，计算复杂度必然很高。综上，相比从MPEG-2标准到H.264/AVC标准转码的帧间预测技术，从H.264/AVC标准到HEVC标准转码的帧间预测技术是一项全新的研究工作。

发明内容

随着高性能视频编码标准(HEVC标准)的制定完成，针对H.264/AVC标准到HEVC标准的视频格式转码的重要性，本发明的目的旨在提出一种从H.264/AVC标准到HEVC标准的快速帧间转码方法，以减少转码中帧间模式判决的计算复杂度，大幅度地减少HEVC标准的编码时间。