CN104079937A - 一种基于运动矢量分析的由h.264到hevc的快速帧间转码方法及转码装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法，具体步骤包括：(1)在H.264解码器终端对H.264码流进行解码，提取出所述的H.264码流中参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；(2)根据在H.264解码器终端得到的H.264码流的宏块的运动矢量MV确定编码单元CU划分方式；(3)根据编码单元CU的分块确定预测单元PU的划分方式；(4)通过H.264码流中提取出的运动矢量信息直接预测出当前HEVC中预测单元PU的运动矢量。本发明提供的快速帧间预测转码方法使H.264码流中的相关信息得到最大化的利用，很好地减少了HEVC编码端的复杂度；减少HEVC编码的时间，大大提高编码效率。

Description

一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法及转码装置

技术领域

本发明涉及一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法及转码装置，属于视频转码领域。

背景技术

目前应用最广泛的视频编解码标准是H.264/AVC，其广泛应用在有线电视和***、无线和移动网络、多媒体流式服务等领域。然而，随着高清视频的普及以及超高清格式的兴起，原有的H.264/AVC标准并不能很好地满足视频编解码在效果和速率上的需求。因此，国际标准化组织ITU-T和ISO/IEC提出了一种高性能视频编码HEVC作为新一代视频编码标准。HEVC在视频编解码性能方面较H.264/AVC提升了30％到50％，但是同时HEVC在编码端付出了较高的计算代价和更为复杂的存储结构。并且，现如今H.264已经更广泛应用于摄像机、手机、相距等主流的视频采集设备中。HEVC在短期内无法取代H.264的地位，也就是说在相当长一段时间内，两种视频标准将会共存。因此，对H.26/AVC4向HEVC转码的研究将有助于两种视频标准之间的融合与过渡，具有重要的现实意义。

H.264/AVC向HEVC转码的过程是对视频格式的一种转换，最直接的方法是将H.264的解码器与HEVC的编码器进行级联，H.264解码后的视频直接输入HEVC编码器中进行编码。然而，由于HEVC编码器中引入了大计算量和高复杂度的一些算法，因此，利用H.264码流中所携带的部分信息对这部分计算量和高复杂度的算法进行优化，就成为了研究的一个课题。

相对于H.264编码标准中的宏块MB，HEVC的不同点是引入了自适应四叉树结构的编码树单元CTU作为预测、变换、量化、熵编码的基本单元。一个编码树单元CTU包括一个亮度编码树块CTB和两个色度编码树块。编码树单元CTU的四叉树句法制定了它所属的亮度和色度编码块CB的尺寸和位置，通常一个亮度编码树块CTB和两个色度编码树块及它们相关的句法组成一个编码单元CU。编码单元CU的最大尺寸为其所属的亮度编码树块CTB的尺寸。编码单元CU的尺寸或包含的像素数可以设置为64×64、32×32、16×16和8×8。一般来说，编码单元CU尺寸越大，压缩性能越好。每一个编码单元CU包含着与之相关联的预测单元PU和变换单元TU。对于预测单元PU，可以分为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式。与H.264中固定宏块大小的编码单元相比，HEVC对编码图像的划分更为灵活。然而，在提高视频编码性能的同时，也增加了编码过程的复杂性。

传统的H.264向HEVC转码的方法是将H.264解码器与HEVC的编码器级联，直接对H.24标准解码得到的图像进行HEVC标准编码。这种方法遍历了编码中的所有过程，复杂度较高，没有对H.264码流中所包含的信息进行充分利用。

目前针对以往的各种视频编码标准之间的转码研究较为全面，针对H.264向HEVC转码的研究也正在进行。Tamer Shanabieh和Eduardo Peixoto等人提出了一种通过线性判别函数，在H.264码流中的特征信息与HEVC编码标准中的分块方式之间建立一个映射。利用模式分类的思想，提取H.264码流中的特征信息，直接确定出HEVC编码器中图像的编码单元的划分方式。这种方法减小了编码端确定分块方式的计算量，从而提升了编码速率。

此外，Dong Zhang和Bin Li等人提出了基于率失真优化模型的功率谱计算方法来预测帧内图像的CU和PU的分块模式。在编码效果减少不大的情况下，较大的降低了编码端的计算复杂度。

由于H.264和HEVC编码的码流中，参考帧号、运动矢量、最小运动估计的预测方式等是相同的。因此，可以在H.264码流中提取参考帧号、宏块位置坐标、宏块类型、运动矢量等信息。并应用在HEVC编码端，对帧间和帧内预测等环节进行优化，从而大幅降低整个转码过程的复杂性。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明公布了一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法；

本发明还公布了一种实现上述转码方法的转码装置。

本发明的技术方案为：

一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法，具体步骤包括：

(1)在H.264解码器终端对H.264码流进行解码，在解码器终端提取出所述的H.264码流中参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；

(2)根据在H.264解码器终端得到的H.264码流的宏块的运动矢量MV确定编码单元CU划分方式，即编码单元CU的分块，具体步骤如下：

a、设定编码单元CU的初始分块尺寸为64×64；计算初始分块尺寸为64×64的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

b、根据在H.264解码端提取得到的步骤a所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

c、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸64×64就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸均为32×32的编码单元CU，进入步骤d；

d、设定编码单元CU的初始分块尺寸为32×32，计算初始分块尺寸为32×32的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

e、根据在H.264解码端提取得到的步骤d所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

f、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸32×32就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸16×16的编码单元，进入步骤g；

g、设定编码单元CU的初始分块尺寸为16×16，计算初始分块尺寸为16×16的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

h、根据在H.264解码端提取得到的步骤(g)所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

i、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸16×16就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸8×8的编码单元，此时的分块尺寸8×8就是编码单元CU划分方式；

当D_mv小于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别不大，无需进行***；D_mv大于等于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别较大，则进行***处理；

(3)根据编码单元CU的分块确定预测单元PU的划分方式，根据编码单元CU划分方式确定预测单元PU的划分方式，每个分块尺寸为2N×2N的编码单元CU有7种预测单元PU的划分方式，其中，所述的N＝4,8,16,32；所述的7种预测单元PU的划分方式分别为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式，其中，所述的7种预测单元PU的划分方式为国际标准，U为up，D为down，R为right，L为left，n为非对称模式的标识，即带n的2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N为非对称模式，没有带n的2N×2N、2N×N、N×2N为对称模式；所述的2N×nU非对称分割模式为自上而下1:3的比例划分预测单元PU；所述的2N×nD非对称分割模式为自上而下3:1的比例划分预测单元PU；所述的nL×2N非对称分割模式为自左到右1:3的比例划分预测单元PU；所述的nR×2N非对称分割模式为自左到右3:1的比例划分预测单元PU；具体步骤如下：

j、如果编码单元CU的分块尺寸为8×8时，将所述编码单元CU划分为4个分块尺寸为4×4的小块；否则，将所述的编码单元CU划分为16个分块尺寸相同的小块；

k、根据H.264码流中得到的运动矢量信息，提取出编码单元CU中各个小块的运动矢量，并计算出各个所述的小块的运动矢量的相位；

通过下式ⅱ计算7种预测单元PU的划分方式下编码单元CU中各个小块的相位的方差之和D_ψ，所述的7种预测单元PU的划分方式为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式；

D_ψ＝D_ψ1+D_ψ2   ⅱ

式ⅱ中，ψ₁,ψ₂分别代表预测单元PU划分方式中的两个分块区域； 其中，(i,j)为ψ₁分块的横纵坐标；(i′，j′)为ψ₂分块的横纵坐标；

比较所述的7种预测单元PU的划分方式情况下D_ψ,选取使得D_ψ取值最小时预测单元PU的划分方式确定为预测单元PU的划分方式；

(4)通过H.264码流中提取出的运动矢量信息直接预测出当前HEVC中预测单元PU的运动矢量，具体步骤为：

l、根据在步骤(l)中在H.264解码器终端提取出的H.264码流的运动矢量，分别找到确定划分方式的预测单元PU中包含的各个小块所对应的在参考帧单元中的最佳匹配块；所述的最佳匹配块是指与所述的预测单元PU中包含的各个小块距离最近的参考帧单元；通过下式ⅲ分别计算出参考帧单元与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离D，

式ⅲ中，为预测单元PU中第t个小块的位置；为PU单元中第t个小块对应的最佳匹配块的位置；

其中，与所述的预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和最小的参考帧单元即为所述的最佳匹配块；

m、如果通过步骤(l)得到一个最佳匹配块，则直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量；如果通过步骤(l)得到两个或以上最佳匹配块，则分别计算确定划分方式的预测单元PU与所述的两个或以上最佳匹配块的求和绝对误差准则SAD，选取SAD值最小的最佳匹配块作为最佳匹配块，直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量。

一种实现基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置，包括：H.264解码模块、运动矢量信息提取模块、储存模块、计算处理模块与HEVC编码模块，所述的H.264解码模块连接所述的运动矢量信息提取模块，所述的运动矢量信息提取模块连接所述储存模块，所述的储存模块连接所述的计算处理模块，所述的计算处理模块连接所述的HEVC编码模块。

根据本发明优选的，所述的H.264解码模块在H.264解码器终端对H.264码流进行解码；所述的运动矢量信息提取模块用于在H.264解码器终端提取出所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的储存模块，用于储存运动矢量信息提取模块提取出的所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的计算处理模块用于计算编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离，用于计算编码单元CU中各个小块的相位的方差之和，用于计算参考帧单元距离与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和，还用于计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移；所述的HEVC编码模块，用于根据从H.264码流中提取的运动矢量信息以及计算处理模块得到的数据结果，对当前帧进行优化编码。

本发明的有益效果为：

1、本发明提供的快速帧间预测转码方法使H.264码流中的相关信息得到最大化的利用，很好地减少了HEVC编码端的复杂度。

2、本发明可以减少HEVC编码的时间，大大提高编码效率。

附图说明：

图1为本发明一种实现基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置结构原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和实施例对本发明作进一步说明，下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1

一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法，具体步骤包括：

(1)在H.264解码器终端对H.264码流进行解码，在解码器终端提取出所述的H.264码流中参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；

(2)根据在H.264解码器终端得到的H.264码流的宏块的运动矢量MV确定编码单元CU划分方式，即编码单元CU的分块，具体步骤如下：

a、设定编码单元CU的初始分块尺寸为64×64；计算初始分块尺寸为64×64的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

b、根据在H.264解码端提取得到的步骤a所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

c、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸64×64就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸均为32×32的编码单元CU，进入步骤d；

d、设定编码单元CU的初始分块尺寸为32×32，计算初始分块尺寸为32×32的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

e、根据在H.264解码端提取得到的步骤d所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

f、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸32×32就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸16×16的编码单元，进入步骤g；

g、设定编码单元CU的初始分块尺寸为16×16，计算初始分块尺寸为16×16的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

h、根据在H.264解码端提取得到的步骤(g)所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

i、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸16×16就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸8×8的编码单元，此时的分块尺寸8×8就是编码单元CU划分方式；

当D_mv小于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别不大，无需进行***；D_mv大于等于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别较大，则进行***处理；

(3)根据编码单元CU的分块确定预测单元PU的划分方式，根据编码单元CU划分方式确定预测单元PU的划分方式，每个分块尺寸为2N×2N的编码单元CU有7种预测单元PU的划分方式，其中，所述的N＝4,8,16,32；所述的7种预测单元PU的划分方式分别为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式，其中，所述的7种预测单元PU的划分方式为国际标准，U为up，D为down，R为right，L为left，n为非对称模式的标识，即带n的2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N为非对称模式，没有带n的2N×2N、2N×N、N×2N为对称模式；所述的2N×nU非对称分割模式为自上而下1:3的比例划分预测单元PU；所述的2N×nD非对称分割模式为自上而下3:1的比例划分预测单元PU；所述的nL×2N非对称分割模式为自左到右1:3的比例划分预测单元PU；所述的nR×2N非对称分割模式为自左到右3:1的比例划分预测单元PU；具体步骤如下：

j、如果编码单元CU的分块尺寸为8×8时，将所述编码单元CU划分为4个分块尺寸为4×4的小块；否则，将所述的编码单元CU划分为16个分块尺寸相同的小块；

k、根据H.264码流中得到的运动矢量信息，提取出编码单元CU中各个小块的运动矢量，并计算出各个所述的小块的运动矢量的相位；

通过下式ⅱ计算7种预测单元PU的划分方式下编码单元CU中各个小块的相位的方差之和D_ψ，所述的7种预测单元PU的划分方式为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式；

D_ψ＝D_ψ1+D_ψ2   ⅱ

式ⅱ中，ψ₁,ψ₂分别代表预测单元PU划分方式中的两个分块区域； 其中，(i,j)为ψ₁分块的横纵坐标；(i′，j′)为ψ₂分块的横纵坐标；

比较所述的7种预测单元PU的划分方式情况下D_ψ,选取使得D_ψ取值最小时预测单元PU的划分方式确定为预测单元PU的划分方式；

(4)通过H.264码流中提取出的运动矢量信息直接预测出当前HEVC中预测单元PU的运动矢量，具体步骤为：

l、根据在步骤(l)中在H.264解码器终端提取出的H.264码流的运动矢量，分别找到确定划分方式的预测单元PU中包含的各个小块所对应的在参考帧单元中的最佳匹配块；所述的最佳匹配块是指与所述的预测单元PU中包含的各个小块距离最近的参考帧单元；通过下式ⅲ分别计算出参考帧单元与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离D，

式ⅲ中，为预测单元PU中第t个小块的位置；为PU单元中第t个小块对应的最佳匹配块的位置；

其中，与所述的预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和最小的参考帧单元即为所述的最佳匹配块；

m、通过步骤(l)得到一个最佳匹配块，则直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量。

实施例2

一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法，具体步骤包括：

(1)在H.264解码器终端对H.264码流进行解码，在解码器终端提取出所述的H.264码流中参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；

(2)根据在H.264解码器终端得到的H.264码流的宏块的运动矢量MV确定编码单元CU划分方式，即编码单元CU的分块，具体步骤如下：

a、设定编码单元CU的初始分块尺寸为64×64；计算初始分块尺寸为64×64的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

b、根据在H.264解码端提取得到的步骤a所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

c、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸64×64就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸均为32×32的编码单元CU，进入步骤d；

d、设定编码单元CU的初始分块尺寸为32×32，计算初始分块尺寸为32×32的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

e、根据在H.264解码端提取得到的步骤d所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

f、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸32×32就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸16×16的编码单元，进入步骤g；

g、设定编码单元CU的初始分块尺寸为16×16，计算初始分块尺寸为16×16的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

h、根据在H.264解码端提取得到的步骤(g)所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

i、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸16×16就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸8×8的编码单元，此时的分块尺寸8×8就是编码单元CU划分方式；

当D_mv小于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别不大，无需进行***；D_mv大于等于T₁时，即分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量差别较大，则进行***处理；

(3)根据编码单元CU的分块确定预测单元PU的划分方式，根据编码单元CU划分方式确定预测单元PU的划分方式，每个分块尺寸为2N×2N的编码单元CU有7种预测单元PU的划分方式，其中，所述的N＝4,8,16,32；所述的7种预测单元PU的划分方式分别为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式，其中，所述的7种预测单元PU的划分方式为国际标准，U为up，D为down，R为right，L为left，n为非对称模式的标识，即带n的2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N为非对称模式，没有带n的2N×2N、2N×N、N×2N为对称模式；所述的2N×nU非对称分割模式为自上而下1:3的比例划分预测单元PU；所述的2N×nD非对称分割模式为自上而下3:1的比例划分预测单元PU；所述的nL×2N非对称分割模式为自左到右1:3的比例划分预测单元PU；所述的nR×2N非对称分割模式为自左到右3:1的比例划分预测单元PU；具体步骤如下：

j、如果编码单元CU的分块尺寸为8×8时，将所述编码单元CU划分为4个分块尺寸为4×4的小块；否则，将所述的编码单元CU划分为16个分块尺寸相同的小块；

k、根据H.264码流中得到的运动矢量信息，提取出编码单元CU中各个小块的运动矢量，并计算出各个所述的小块的运动矢量的相位；

通过下式ⅱ计算7种预测单元PU的划分方式下编码单元CU中各个小块的相位的方差之和D_ψ，所述的7种预测单元PU的划分方式为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式；

D_ψ＝D_ψ1+D_ψ2   ⅱ

式ⅱ中，ψ₁,ψ₂分别代表预测单元PU划分方式中的两个分块区域； 其中，(i,j)为ψ₁分块的横纵坐标；(i′，j′)为ψ₂分块的横纵坐标；

比较所述的7种预测单元PU的划分方式情况下D_ψ,选取使得D_ψ取值最小时预测单元PU的划分方式确定为预测单元PU的划分方式；

(4)通过H.264码流中提取出的运动矢量信息直接预测出当前HEVC中预测单元PU的运动矢量，具体步骤为：

l、根据在步骤(l)中在H.264解码器终端提取出的H.264码流的运动矢量，分别找到确定划分方式的预测单元PU中包含的各个小块所对应的在参考帧单元中的最佳匹配块；所述的最佳匹配块是指与所述的预测单元PU中包含的各个小块距离最近的参考帧单元；通过下式ⅲ分别计算出参考帧单元与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离D，

式ⅲ中，为预测单元PU中第t个小块的位置；为PU单元中第t个小块对应的最佳匹配块的位置；

其中，与所述的预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和最小的参考帧单元即为所述的最佳匹配块；

m、通过步骤(l)得到两个或以上最佳匹配块，则分别计算确定划分方式的预测单元PU与所述的两个或以上最佳匹配块的求和绝对误差准则SAD，选取SAD值最小的最佳匹配块作为最佳匹配块，直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量。

实施例3

一种实现基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置，包括：H.264解码模块、运动矢量信息提取模块、储存模块、计算处理模块与HEVC编码模块，所述的H.264解码模块连接所述的运动矢量信息提取模块，所述的运动矢量信息提取模块连接所述储存模块，所述的储存模块连接所述的计算处理模块，所述的计算处理模块连接所述的HEVC编码模块。

所述的H.264解码模块在H.264解码器终端对H.264码流进行解码；所述的运动矢量信息提取模块用于在H.264解码器终端提取出所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的储存模块，用于储存运动矢量信息提取模块提取出的所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的计算处理模块用于计算编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离，用于计算编码单元CU中各个小块的相位的方差之和，用于计算参考帧单元距离与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和，还用于计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移；所述的HEVC编码模块，用于根据从H.264码流中提取的运动矢量信息以及计算处理模块得到的数据结果，对当前帧进行优化编码。

Claims (3)

1.一种基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法，其特征在于，具体步骤包括：

(1)在H.264解码器终端对H.264码流进行解码，在解码器终端提取出所述的H.264码流中参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；

(2)根据在H.264解码器终端得到的H.264码流的宏块的运动矢量MV确定编码单元CU划分方式，即编码单元CU的分块，具体步骤如下：

a、设定编码单元CU的初始分块尺寸为64×64；计算初始分块尺寸为64×64的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

b、根据在H.264解码端提取得到的步骤a所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为64×64的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

c、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸64×64就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为64×64的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸均为32×32的编码单元CU，进入步骤d；

d、设定编码单元CU的初始分块尺寸为32×32，计算初始分块尺寸为32×32的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

e、根据在H.264解码端提取得到的步骤d所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为32×32的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

f、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸32×32就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为32×32的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸16×16的编码单元，进入步骤g；

g、设定编码单元CU的初始分块尺寸为16×16，计算初始分块尺寸为16×16的编码单元CU内包含的H.264标准下的宏块的个数和类型；

h、根据在H.264解码端提取得到的步骤(g)所述的宏块的运动矢量MV，计算分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离D_mv，

$D_{\mathrm{mv}}=\sqrt{{({\mathrm{MV}}_{x_m}-{\mathrm{MV}}_{x_n})}^2+{({\mathrm{MV}}_{y_m}-{\mathrm{MV}}_{y_n})}^2}---i$

式ⅰ中，D_mv用以表示分块尺寸为16×16的编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的差异性,其中和分别代表H.264标准中位于(x_m,y_m)和(x_n,y_n)处的m宏块和n宏块的运动矢量MV的横坐标和纵坐标；

i、设定一个阈值T₁，如果D_mv小于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU无需进行***，此时的分块尺寸16×16就是编码单元CU划分方式；如果D_mv大于等于T₁时，则分块尺寸为16×16的编码单元CU进行***处理，***成4个分块尺寸8×8的编码单元，此时的分块尺寸8×8就是编码单元CU划分方式；

(3)根据编码单元CU的分块确定预测单元PU的划分方式，根据编码单元CU划分方式确定预测单元PU的划分方式，每个分块尺寸为2N×2N的编码单元CU有7种预测单元PU的划分方式，其中，所述的N＝4,8,16,32；所述的7种预测单元PU的划分方式分别为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式，具体步骤如下：

j、如果编码单元CU的分块尺寸为8×8时，将所述编码单元CU划分为4个分块尺寸为4×4的小块；否则，将所述的编码单元CU划分为16个分块尺寸相同的小块；

k、根据H.264码流中得到的运动矢量信息，提取出编码单元CU中各个小块的运动矢量，并计算出各个所述的小块的运动矢量的相位；

通过下式ⅱ计算7种预测单元PU的划分方式下编码单元CU中各个小块的相位的方差之和D_ψ，所述的7种预测单元PU的划分方式为2N×2N、2N×N、N×2N的对称分割模式以及2N×nU、2N×nD、nL×2N、nR×2N的非对称分割模式；

D_ψ＝D_ψ1+D_ψ2   ⅱ

式ⅱ中，ψ₁,ψ₂分别代表预测单元PU划分方式中的两个分块区域； 其中，(i,j)为ψ₁分块的横纵坐标；(i′，j′)为ψ₂分块的横纵坐标；

比较所述的7种预测单元PU的划分方式情况下D_ψ,选取使得D_ψ取值最小时预测单元PU的划分方式确定为预测单元PU的划分方式；

(4)通过H.264码流中提取出的运动矢量信息直接预测出当前HEVC中预测单元PU的运动矢量，具体步骤为：

l、根据在步骤(l)中在H.264解码器终端提取出的H.264码流的运动矢量，分别找到确定划分方式的预测单元PU中包含的各个小块所对应的在参考帧单元中的最佳匹配块；所述的最佳匹配块是指与所述的预测单元PU中包含的各个小块距离最近的参考帧单元；通过下式ⅲ分别计算出参考帧单元与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离D，

式ⅲ中，为预测单元PU中第t个小块的位置；为PU单元中第t个小块对应的最佳匹配块的位置；

其中，与所述的预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和最小的参考帧单元即为所述的最佳匹配块；

m、如果通过步骤(l)得到一个最佳匹配块，则直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量；如果通过步骤(l)得到两个或以上最佳匹配块，则分别计算确定划分方式的预测单元PU与所述的两个或以上最佳匹配块的求和绝对误差准则SAD，选取SAD值最小的最佳匹配块作为最佳匹配块，直接计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移即为所述的预测单元PU的运动矢量。

2.一种实现权利要求1所述的基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置，其特征在于，一种实现基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置，包括：H.264解码模块、运动矢量信息提取模块、储存模块、计算处理模块与HEVC编码模块，所述的H.264解码模块连接所述的运动矢量信息提取模块，所述的运动矢量信息提取模块连接所述储存模块，所述的储存模块连接所述的计算处理模块，所述的计算处理模块连接所述的HEVC编码模块。

3.根据权利要求2所述的一种实现权利要求1所述的基于运动矢量分析的由H.264到HEVC的快速帧间转码方法的转码装置，其特征在于，所述的H.264解码模块在H.264解码器终端对H.264码流进行解码；所述的运动矢量信息提取模块用于在H.264解码器终端提取出所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的储存模块，用于储存运动矢量信息提取模块提取出的所述的H.264码流中包含的参考帧信息、宏块尺寸、宏块位置、宏块的运动矢量MV、宏块的预测方式；所述的计算处理模块用于计算编码单元CU内所包含的各个宏块的运动矢量的方差距离，用于计算编码单元CU中各个小块的相位的方差之和，用于计算参考帧单元距离与预测单元PU中包含的各个小块的方差距离之和，还用于计算预测单元PU与所述的最佳匹配块之间的偏移；所述的HEVC编码模块，用于根据从H.264码流中提取的运动矢量信息以及计算处理模块得到的数据结果，对当前帧进行优化编码。