[发明专利]一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频编码领域，具体涉及一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法。

背景技术

近年来，伴随着高清和超高清（3840×2160或7680×4320）视频的发展，H.264/AVC视频压缩标准的压缩效率已经无法满足这些视频的传输和存储需求。

为了进一步提高视频压缩效率，MPEG和VCEG组织于2010年成立了视频编码联合协作小组（JCT-VC），共同开发下一代视频压缩标准。新一代视频压缩标准称为HEVC，于2013年初正式发布。

作为最新的视频压缩标准，HEVC能够在占用H.264/AVC高级层（high profile,HP）编码一半码率的条件下，提供与其质量相同的码流，新的视频标准为高清和超高清视频数据的网络传输、存储等铺平了道路。

与以前的视频压缩标准相比，HEVC继承了混合编码的基本框架，同时还提供了更多高效的视频压缩工具，包括编码单元（coding unit,CU）中递归式的四叉树块划分结构、更多的帧内预测模式、高效的参考帧管理、一种新的环内滤波器（sample adaptive offset,SAO）等。这些新的编码工具在提高编码效率的同时，也极大地增加了编码器的复杂度。根据配置的不同，HEVC编码器的复杂度为H.264/AVC HP编码器复杂度的2-3倍，其中编码器为了获得最佳CU四叉树块划分而采用的全深度搜索方法消耗了大量的计算资源，这严重阻碍了HEVC编码器的的应用。

目前已经有一些研究者针对HEVC编码器中CU四叉树块划分复杂度过高的问题，提出了快速算法。Kim等通过统计率失真代价在不同量化参数下的特性，设置每层CU是否向下划分的阈值，当CU的率失真代价小于设置阈值时，CU不进行划分。Wang等利用当前CU的残差平均值判断CU是否继续划分，当残差平均值小于设定的阈值时，CU不进行划分。这些算法都是基于阈值的，算法稳定性不强。Shen等提出了一种利用贝叶斯决策规则来判断CU是否继续划分的方法，对于某一类视频算法效率高，对于另外一类视频算法效率低。Kim等提出了一种利用周边SKIP模式CU的率失真代价提前判断当前CU是否为SKIP模式的方法。Shen等利用CU的深度时空间相关性以及CU层间信息相关性，跳过当前CU编码过程中很少使用的块划分方式。

Gweon等通过检查coded_block_flag的情况决定是否提前终止CU编码。Choi等通过判断当前CU是否为SKIP模式决定是否继续对子CU进行编码。Yang等提出了一种类似于H.264/AVC参考编码器所采用的SKIP模式检测算法。这三种算法能够有效的降低编码器复杂度，这些算法都被HEVC标准编码器采用。

Lee等利用前一帧中同一位置的CU与当前CU的块划分相关性，跳过当前CU中的某些划分，但是该方法只利用了CU与前一帧同一位置CU时间上的相关性，若能充分挖掘编码单元的时间和空间的相关性，编码器复杂度还能进一步降低。

发明内容

本发明提供了一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，利用编码单元之间深度单一性的特点，缩小编码单元的深度搜索范围，在保证率失真性能的同时，降低编码复杂度。

一种基于编码单元深度时空相关性的快速HEVC编码方法，包括以下步骤：

（1）输入原始编码序列；

（2）提取已完成编码的编码单元的深度；

（3）若当前编码单元的深度小于深度阈值，利用前一帧中两相邻编码单元的深度关系，缩小当前编码单元的深度搜索范围，规则如下：

若前一帧中两相邻编码单元的深度分别为D_{L_co}和D_Co，当前帧中位置对应的两相邻编码单元的深度分别为D_{L_cr}和D_Cr、，则：

a、若D_{L_co}<D_Co，则利用深度单一性特点确定D_Cr的范围；

b、若D_{L_co}=D_Co，则在预定范围内搜索D_Cr的深度；

c、若D_{L_co}>D_Co，则利用深度单一性特点确定D_Cr的范围；

（4）在步骤（3）所得的深度搜索范围中，按照从小到大的顺序搜索深度，至最大深度后结束深度搜索；