[发明专利]一种HEVC快速帧间预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频通信领域中的视频信息处理领域，特别涉及一种HEVC快速帧间预测方法。

背景技术

随着科技的不断进步，人们对视觉和听觉质量的要求越来越高，高清视频和超高清视频开始被普遍关注。10年之前创立的第二代视频编码标准H.264/AVC已不能满足人们对于实际应用的要求，工业界和学术界对新一代视频编码标准的渴望越来越强烈。在这一形势下，VCEG和MPEG两大标准组织开始进行合作开发，在2010年1月成立了称为JCT-VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)的联合组织，开始统一制定下一代视频编码标准并取名为High Efficiency Video Coding(HEVC，高效率视频编码)，并于2013年1月26号正式成为国际视频编码标准。

HEVC虽然跟以往的视频编码标准一样都采用基于块的编码框架，但HEVC做了大量的技术创新。首次提出三个编码单元概念：CU(Coding Unit，编码单元)，PU(Prediction Unit，预测单元)，TU(Transform Unit，变换单元)。对于CU创新性地了采用基于四叉树的块尺寸递归分割结构，最大尺寸可达64×64。如图1所示，对于帧间预测，各个深度级的CU(即CU₀、CU₁、CU₂、CU₃、)均有SKIP(跳过模式，该模式无残差)、2N×2N(不分割模式)、2N×N(长度是宽度的2倍的分割模式)、N×2N(宽度是长度的2倍的分割模式)等帧间预测模式；如果CU的深度不为3，那么该CU的帧间预测模式还包含AMP(不对称分割)模式：2N×nU(该模式以上方长度是宽度的4倍、下方宽度是长度的3/4来划分)、2N×nD(该模式以上方宽度是长度的3/4、下方长度是宽度的4倍来划分)、nL×2N(该模式以左侧长度是宽度的4倍、右侧宽度是长度的3/4来划分)、nR×2N(该模式以左侧宽度是长度的3/4、右侧长度是宽度的4倍来划分)。对于TU采用一种称为RQT(Residual Quad-tree Transform，残差四叉树)分割结构，其变换块的大小可根据残差的特性进行自适应的调整。上述所列的技术只是HEVC引进的众多技术中最为突出的部分。引进的这些创新技术使得HEVC跟H.264相比在保证相同视频质量的同时，码率可减少50％左右。可见，随着对未来高清以及超高清视频的不断需求，以及移动设备的大力发展，在可用带宽限制的前提下，HEVC展现出了巨大的市场应用潜力。但在取得高增益的同时，HEVC也面临着一个巨大的问题，跟H.264相比，HEVC的编码复杂度至少是其4倍，不利于实时应用。而HEVC中的模式选择又占到整个编码时间的80％以上，可见研究一种高效的快速模式选择算法对于降低HEVC的编码复杂度显得尤为重要。

对于帧间CU与PU的快速决策，目前已提出了众多的提案，如基于SKIP模式的子树提前修剪算法，该方法首先检查当前CU是否为SKIP模式，若是则提前结束其分割过程，该方法简单有效，称为ECU；此外还提出了一种CFM，即检查当前亮度块与对应的两个色度块的cbf(coded block flag)是否全部为0，若是，则终止当前CU深度余下的PU模式处理；同样还提出了一种提前检测SKIP模式的方法，首先对2N×2N模式进行运动估计，之后检查的其DMV(motion vector difference)与cbf是否全部为0，若是则当前PU最优模式为SKIP模式，该方法称为ESD。目前这三种方法，已被HEVC标准采纳，但HEVC的编码复杂度还是相当巨大。本发明以与这三者不同的角度提供了一种适用于帧间简单且高效的快速CU与PU决策方法，本发明方法有助于实现HEVC编码器的实时应用。