CN103414891B - 一种hevc帧内编码的自底向上快速四叉树裁剪算法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种HEVC帧内编码的自底向上快速四叉树裁剪算法。HEVC中采用了四叉树结构的编码单元划分方式，本发明根据自底向上裁剪的四叉树结构决策算法的特点，设计实现了一种快速算法。通过已知的四叉树底层编码单元的编码信息自适应地选择跳过当前层编码单元的模式决策过程，从而避免不必要计算，减少帧内编码的复杂度。本发明能够在不降低编码效率的情况下，有效地减少编码时间。

Description

一种HEVC帧内编码的自底向上快速四叉树裁剪算法

技术领域

本发明涉及视频编码技术领域，特别涉及一种高效视频编码标准HEVC的帧内编码的快速算法。

背景技术

高效视频编码标准（High Efficiency Video Coding，HEVC）是由国际电信联盟远程通信标准化组织（ITU-T）视频编码专家组（VCEG）和国际标准组织/国际电工委员会（ISO/IEC）移动图像专家组（MPEG）共同制定的新一代视频编码标准。VCEG和MPEG于2010年1月成立了联合视频编码工作组（Joint Collaborative Team on Video Coding，JCTVC），并经过多次JCTVC会议的讨论、研究和改进，最终ITU-T和ISO/IEC在2013年1月正式发布了HEVC标准，即ITU-T H.265和MPEG-H Part2。在相同应用条件和视频质量的前提下码率要比先前的H.264/MPEG-4AVC视频编码标准降低一半。

HEVC采用了与先前的视频编码标准H.264/MPEG-4AVC一样的混合编码的基本框架。在进行帧内编码时，一个视频帧划分成互不重叠的编码树块（Coding Tree Block，CTB），每个CTB可以由四叉树分解成多个编码块（Coding Block，CB）。CB的尺寸可以是64×64、32×32或16×16。在进行帧内预测时，一个CB可以是一个或分解成四个同等寸尺的预测块（Prediction Block，PB）；在进行变换 和量化时，一个CB又可以由四叉树分解成多个变换块（Transform Block，TB）。对于帧内预测编码，HEVC中一共定义了35种帧内预测模式，包括Intra_Planar、Intra_DC和33种方向性预测模式Intra_Angular[i]，i=2,…,34。这种灵活的分块结构以及更多的帧内预测模式使得HEVC在编码效率上比H.264/MPEG-4AVC有了很大的提高。然而，它同时也极大地增加了编码的计算复杂度。

在进行分块结构的决策时，HEVC的参考软件HM采用了一种自底向上的四叉树裁剪算法。首先，对一个CTB形成一个满四叉树，如附图1所示。其中每个节点为一个CB，我们从上至下、从左至右标记每个节点的位置为(i,j),i∈[0,3],j∈[0,4ⁱ-1]。设X_i,j为节点(i,j)不进行分解时的CB，C_i,j为节点(i,j)的最优的CB四叉树结构，J(·)为编码一个CB时最优的率失真代价。自底向上的四叉树裁剪算法通过深度优先的顺序遍历满四叉树中的每个节点，当时，裁剪节点(i,j)的子树，即：该节点上的CB不进行四叉树分解。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种HEVC帧内编码的自底向上快速四叉树裁剪算法。在不降低编码效率的情况可以有效地减少编码复杂度。虽然自底向上的四叉树裁剪算法比穷举每种CB的分块结构要更加有效，但是仍然具有较高的复杂度。对于一个四叉树层级最多为4的CTB，所需要进行帧内模式搜索的CB的数量为因此， 本发明设计了一种新颖的快速四叉树裁剪算法，通过跳过一些不必要的节点从而达到减少计算复杂度的目的。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

令Q(·)=0表示一个节点不分解，而Q(·)=1表示向下分解。若Q(C_i+1,4j+k)=1，则表示节点(i,j)的第k个子节点的CB中含有较为复杂的纹理结构，需要分解成更小的块进行帧内预测编码，从而可以推断当前节点也可能需要进行分解。因此，本发明采用作为阈值来决定是否跳过当前节点(i,j)的帧内模式搜索过程。当N_i,j≥i+1时，则跳过当前节点(i,j)。如附图2所示，节点(1,1)为子树，则跳过节点(0,0)处的模式搜索过程。

有益效果

本发明在HEVC参考软件HM8.2中实现，并采用帧内编码模式对HEVC的5个类别共20测试序列进行实验。编码器设置为默认，选择的量化参数有22、27、32以及37。与HM8.2中原始的模式决策算法相比，本发明在编码时间上节省的百分比以及率失真性能如表格1所示。可以看到，本发明能够达到超过20%的编码时间的节省，同时在编码效率上只有平均0.46%的码率增加。

附图说明

图1为满四叉树；

图2为快速裁剪实例示意图；

图3为快速的自底向上裁剪算法；

具体实施方式

实施例1

如图3所示，本发明所提的快速的自底向上裁剪算法采用一种递归的方式进行。其中D表示四叉树所允许的最多层级数。对于最底层的节点，直接进行帧内模式搜索并获得最优的率失真代价函数，记为J(C_i,j)。对于其它层级的节点(i,j),i<D-1，子节点的结构及率失真代价已知。若 $\underset{k=0}{\overset{3}{\mathrm{\&Sigma;}}}Q\left(C_{i+1,4j+k}\right)\&GreaterEqual;i+1,$ 则 $C_{i,j}={\&cup;}_{k=0}^3{C}_{i+\mathrm{1,4}j+k};$ 若则进行帧内模式搜索并获得最优的率失真代价函数J(X_i,j)，此时，若则C_i,j=X_i,j，否则 $C_{i,j}={\&cup;}_{k=0}^3{C}_{i+\mathrm{1,4}j+k}.$

表1编码时间节省的百分比及平均码率的增加

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (1)

1.一种HEVC帧内编码的自底向上快速四叉树裁剪算法，其特征在于：

令Q(·)＝0表示一个节点不分解，而Q(·)＝1表示向下分解，当Q(C_i+1,4j+k)＝1，则表示节点(i,j)的第k个子节点的CB中含有较为复杂的纹理结构，需要分解成更小的块进行帧内预测编码，推断当前节点也需要进行分解；

采用作为阈值来决定是否跳过当前节点(i,j)的帧内模式搜索过程，当N_i,j≥i+1时，跳过当前节点(i,j)。