[发明专利]一种基于先入先出队列的HEVC细粒度并行预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种图像处理和视频编码领域的方法，具体是一种基于先入先出（FIFO，Fist In First Out）队列的HEVC编码树单元（CTU）内部并行预测方法。

背景技术

2013年1月国际电信联盟（ITU）通过的新一代视频编码标准HEVC（High Efficiency Video Coding）相比于上一代标准H.264/AVC，在主观质量相同的前提下压缩效率提高了一倍。但是，压缩效率的提高是以计算复杂度的急剧上升为代价的，根据多方的测试和统计，HEVC比上一代标准H.264/AVC计算复杂度要高1～2个数量级。如何在保持高压缩效率的同时降低编码的复杂度，是HEVC应用和推广面临的一个迫切问题。

另一方面，由于物理因素的限制，单核处理器近些年的发展越来越缓慢，而多核（multi-core）和众核（many-core）处理器发展迅速，为大型程序提供强大的并行处理能力，典型的产品有多核中央处理器（CPU）和众核图形处理器（GPU）。HEVC的编码框架内存在很多的并行性可供研究，充分利用处理器提供的强大并行计算性能，为HEVC设计不同层次的并行化编码策略，可以给HEVC编码器带来数倍甚至数十倍的速度提升。

发明内容

本发明针对HEVC编码树单元的最佳划分和最佳预测模式判决问题，提供一种基于先入先出队列的CU级并行预测方法。该方法针CTU内部不同CU的预测过程提供并行化便利，在无任何压缩性能损失的同时还可以达到理论上的最大并行度。

为实现上述的目的，本发明所述的基于先入先出队列的HEVC CU级并行预测方法，包括如下步骤：

第一步，初始化：创建多个先入先出队列即FIFO队列，分别用于管理不同尺寸的CU或PU；

第二步，将CTU内所有CU或PU按尺寸分别压入相应的FIFO队列，入队顺序为相应尺寸CU或PU的四叉树扫描顺序；

第三步，各FIFO队列同时工作，从各自的队列中取出一个CU或PU进行预测，串行的兄弟CU或PU完成预测时，和它们所属的父CU进行RD代价比较，选取代价较小的作为当前父CU层的最佳划分和预测模式；

第四步，重复第三步，直到所有FIFO队列均为空，得到该CTU的最佳划分和最佳预测模式信息。

本发明的基本思想是允许CTU内的多个独立CU同时进行预测，并用FIFO队列管理CU间的同步。具体地，以帧内预测、CTU32x32、最大划分深度3为例，一个CTU内存在一个32x32CU、4个16x16CU、16个8x8CU以及64个4x4CU，所有CU均是串行进行。CU的处理时间大致正比于其像素个数，因此，设一个CU4x4的处理时间为一个时间单位，则8x8、16x16和32x32分别需要4、16和64个时间单位，整个CTU需要64×1+16×4+4×16+1×16=256个时间单位才能确定其最佳划分和每个划分的最佳预测模式。本发明提出的并行化方法，可以在64个时间单位内完成整个过程，加速比256/64=4。考虑到64已经是最少所需时间（单是CU32x32就需要64个时间单位），因此本发明方法已经达到此配置下理论上的最大并行度。帧间预测时预测单元（PU，Prediction Unit）的组合更多，但原理与此类似，最大并行度也为4。另外，本方法不受编码配置的限制，不同的CTU大小、不同的划分深度下本方法均可以达到相应配置下的最大并行度。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明充分利用了CTU内部的并行性，可以达到CTU内部理论上的最大并行度，并且不会带来任何压缩性能损失，对CTU大小、划分深度、帧内、帧间预测等编码配置无特殊限制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其他特征、目的和优点将会更加明显：

图1是CTU划分和其坐标图。

图2是8x8矩阵的四叉树扫描顺序图。

图3是本发明对帧内（intra）预测实施例的示意图。

图4是对图3第一个16x16CU部分的放大。

图5是本发明对帧间（inter）预测实施例CU16x16部分的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实例对本发明进行详细说明。以下实施将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。