CN108012152B - 一种快速的hevc编码方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种快速的HEVC编码方法。它具体包括如下步骤：(1)建立两个以量化参数QP为索引的阈值数组T_8x8和T_16x16，并且将T_8x8和T_16x16初始化为0；(2)设置每N个GOP作为一个GOP组，GOP组内第一个GOP为统计GOP，统计GOP内所有帧进行正常编码，计算阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值；(3)GOP组内第2个到第N个GOP为快速编码GOP，快速编码GOP内的帧使用快速算法，如果满足条件直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为CU的预测单元。本发明的有益效果是：可以最大程度节省计算量，同时基本不损失编码质量；将本发明应用到ArcVideo的265编码器普通编码质量级别，编码时间节省7％，而BDRate只增加0.5％。

Description

一种快速的HEVC编码方法
技术领域
本发明涉及视频编码相关技术领域，尤其是指一种快速的HEVC编码方法。
背景技术
HEVC作为最新一代的视频编码标准，比上一代编码标准H.264在压缩效率上提升了一倍，同时编码复杂度也大大提升。这主要是由于HEVC引入了更复杂的编码技术：包括更大更灵活的编码单元，种类更多的预测单元，更加精细的预测模式等等。具体来说：(1)、HEVC将H.264的编码单元从16x16提升到了64x64，此外HEVC支持从最大编码单元进行四叉树递归划分成四个子编码单元，最小编码单元为8x8，因此HEVC可根据场景纹理的复杂性，运动的幅度等为目标场景选择最优的编码单元，提高压缩效率，但同时更灵活的编码单元的选择意味着编码器需要做更多的编码尝试，计算量增大。(2)、HEVC在编码单元内部可进行预测单元的划分，对于帧间编码帧，预测单元包含了Merge_2Nx2N，Skip_2Nx2N，Inter_2Nx2N，Inter_2NxN，Inter_Nx2N，Inter_NxN，Inter_2NxnU，Inter_2NxnD，Inter_nLx2N，Inter_nRx2N，Intra_2Nx2N和Intra_NxN等预测模式，编码单元从众多预测单元中选择压缩率最高的预测单元，提升编码效率，相应的计算量也会大增。
编码单元计算每一种预测单元的编码代价，从中选择代价最小的作为最终预测模式，因此，预测模式的选择是编码器编码过程中计算量最大的部分。
预测模式Merge&Skip_2Nx2N利用时域和空域的相邻块的运动矢量来作为当前PU的候选运动矢量，选择其中最优MV，然后在码流中传输MV的索引号Merge_idx即可，Merge_idx消耗的比特数很少；Merge&Skip_2Nx2N之外的其他帧间预测单元都需要对每个PU进行运动搜索找到最优MV，而且需在码流中传输MVD(MV Difference)来表示MV，MVD通常比Merge_idx消耗更多比特数，而且由于有运动搜索过程，计算量相比Merge&Skip_2Nx2N通常更大。从编码结果来看，帧间编码帧选择Merge&Skip_2Nx2N的比例最高，Inter_2Nx2N，Inter_2NxN，Inter_Nx2N，Inter_NxN，Intra_2Nx2N，Intra_NxN这些预测模式的计算量占比更多，但是最终选中比例却很低，因此，可以有很大概率跳过这些预测模式，在不影响编码压缩效率的同时节省编码时间。
目前已有的快速算法方案包括利用Skip_2Nx2N来终止对编码单元进行进一步四叉树划分，从而节省子块的计算量；也有利用当前PU的RDCost来跳过后续PU计算过程的方法。论文[J Vanne，”Efficient Mode Decision Schemes for HEVC Inter Prediction”，in IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，Vol 24，Sept2014]分析了对称预测模式SMP(Inter_2NxN和Inter_Nx2N)及非对称预测模式AMP(Inter_2NxnU，Inter_2NxnD，Inter_nLx2N，Inter_nRx2N)的计算复杂度，探讨了减少SMP和AMP的算法，有效的节省了编码时间。论文[L Shen，”Adaptive Inter-Mode Decision for HEVCJointly Utilizing Inter-Level and Spatiotemporal Correlations”，in IEEETransactions on Circuits and Systems for Video Technology，Vol 24.OCTOBER2014]利用当前CU的相邻CU的PU信息及RDCost来跳过当前CU的SMP和AMP的计算过程，取得了不错的效果。不过目前已有的方案一般都需要做完Skip&Merge_2Nx2N，Inter_2Nx2N这几种预测模式，并且在HEVC编码器的实时应用中，SMP和AMP预测模式一般都是被关闭的，所以目前方案对实时编码配置效果就达不到最优了。
发明内容
本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种大大节省计算量的快速的HEVC编码方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种快速的HEVC编码方法，具体包括如下步骤：
(1)建立两个以量化参数QP为索引的阈值数组T_8x8和T_16x16，并且将T_8x8和T_16x16初始化为0；
(2)设置每N个GOP作为一个GOP组，GOP组内第一个GOP为统计GOP，统计GOP内所有帧进行正常编码，将统计GOP中的8x8和16x16的编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N及Inter_2Nx2N的RDCost按照量化参数QP进行分类统计，相同量化参数QP的编码单元CU为一组，如果某个量化参数QP下的统计样本数量大于M，则利用这组样本来计算阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值；
(3)GOP组内第2个到第N个GOP为快速编码GOP，快速编码GOP内的帧使用快速算法：具体如下，当前编码单元CU的编码量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，之后如果Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元。
其中：这里T_8x8和T_16x16不是一个数值，而是一个以QP为索引的数组，QP取值范围为0～51。GOP(Group OfPicture)是指两个I帧之间的一组连续的图像。RDCost指的是编码代价。本发明直接根据Merge&Skip_2Nx2N的编码代价跳过后续所有的预测模式计算，可以最大程度节省计算量，同时基本不损失编码质量。这是因为当Merge&Skip_2Nx2N的预测效果足够好时，则编码的失真和比特数都很小，此时对于Inter_2Nx2N而言，由于编码运动矢量相比编码Merge_Idx消耗更多比特，所以导致Inter_2Nx2N的RDCost很难再低于Merge&Skip_2Nx2N的RDCost。
作为优选，在步骤(2)中，阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值为满足如下条件的最大值：当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值T时，Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于Inter_2Nx2N的RDCost的概率大于等于98％。
作为优选，在步骤(2)中，N为10，M为1000。
作为优选，在步骤(3)中，快速编码GOP内的帧使用快速算法：针对16x16的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_16x16；如果RDCost_Merge&Skip_16x16＜T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该16x16的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小的作为编码单元CU的预测单元。
作为优选，在步骤(3)中，快速编码GOP内的帧使用快速算法：针对8x8的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_8x8；如果RDCost_Merge&Skip_8x8＜T_8x8中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该8x8的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元。
本发明的有益效果是：可以最大程度节省计算量，同时基本不损失编码质量；将本发明应用到ArcVideo的265编码器普通编码质量级别，编码时间节省7％，而BDRate只增加0.5％。
附图说明
图1是本发明实施例中Basketballdrive，QP＝32，Merge&Skip_2Nx2N及Inter_2Nx2N的RDCost分布特性图；
图2是本发明实施例中Bcactus，QP＝32，Merge&Skip_2Nx2N及Inter_2Nx2N的RDCost分布特性图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的描述。
一种快速的HEVC编码方法，具体包括如下步骤：
(1)建立两个以量化参数QP为索引的阈值数组T_8x8和T_16x16，并且将T_8x8和T_16x16初始化为0；
(2)设置每N个GOP作为一个GOP组，GOP组内第一个GOP为统计GOP，统计GOP内所有帧进行正常编码，将统计GOP中的8x8和16x16的编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N及Inter_2Nx2N的RDCost按照量化参数QP进行分类统计，相同量化参数QP的编码单元CU为一组，如果某个量化参数QP下的统计样本数量大于M，则利用这组样本来计算阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值；其中：阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值为满足如下条件的最大值：当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值T时，Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于Inter_2Nx2N的RDCost的概率大于等于98％；N为10，M为1000；
(3)GOP组内第2个到第N个GOP为快速编码GOP，快速编码GOP内的帧使用快速算法：具体如下，当前编码单元CU的编码量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，之后如果Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元。
其中：针对16x16的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_16x16；如果RDCost_Merge&Skip_16x16＜T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该16x16的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元。针对8x8的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_8x8；如果RDCost_Merge&Skip_8x8＜T_8x8中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该8x8的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元。
如图1、图2中四个子图分别对应8x8、16x16、32x32和64x64的编码单元CU的统计情况，横坐标为Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，纵坐标为(RDCost_Merge&Skip_2Nx2N-RDCost_Inter_2Nx2N)/RDCost_Merge&Skip_2Nx2N。因此，如果某个点纵坐标小于0，则表示Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于Inter_2Nx2N的RDCost，编码最终选择Merge&Skip_2Nx2N。从图1、图2可以看出，当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于某个阈值T，则所有的点都落到了y＜0的区域(对于8x8和16x16的编码单元CU尤为明显)。这是因为当Merge&Skip_2Nx2N的预测效果足够好时，则编码的失真和比特数都很小，此时对于Inter_2Nx2N而言，由于编码运动矢量相比编码Merge_Idx消耗更多比特，所以导致Inter_2Nx2N的RDCost很难再低于Merge&Skip_2Nx2N的RDCost。
从图1中得出，量化参数QP＝32时，对8x8的CU，当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值2381时，98.82％的点落在y＜0的区域；对16x16的CU，当Merge&Skip的RDCost小于阈值3816时，98.75％的点落在y＜0的区域。从图2得出，量化参数QP＝32时，对8x8的CU，当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值2601时，98.82％的点落在y＜0的区域；对16x16的CU，当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值3974时，98.75％的点落在y＜0的区域。通过对不同序列不同QP进行统计，对8x8和16x16而言，相同QP下，阈值都比较接近；不同QP阈值不一样：QP越大，阈值越大。
将本发明应用到ArcVideo的265编码器普通编码质量级别，编码时间节省7％，而BDRate只增加0.5％。

Claims (3)

1.一种快速的HEVC编码方法，其特征是，具体包括如下步骤：
（1）建立两个以量化参数QP为索引的阈值数组T_8x8和T_16x16，并且将T_8x8和T_16x16初始化为0；
（2）设置每N个GOP作为一个GOP组，GOP组内第一个GOP为统计GOP，统计GOP内所有帧进行正常编码，将统计GOP中的8x8和16x16的编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N及Inter_2Nx2N的RDCost按照量化参数QP进行分类统计，相同量化参数QP的编码单元CU为一组，如果某个量化参数QP下的统计样本数量大于M，则利用这组样本来计算阈值数组T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值；阈值数组T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值为满足如下条件的最大值：当Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于某个阈值 T时，Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于Inter_2Nx2N的RDCost的概率大于等于98%；
（3）GOP组内第2个到第N个GOP为快速编码GOP，快速编码GOP内的帧使用快速算法：具体如下，当前编码单元CU的编码量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，之后如果Merge&Skip_2Nx2N的RDCost小于阈值数组T_8x8或T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小作为编码单元CU的预测单元；其中，快速编码GOP内的帧使用快速算法：针对16x16的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_16x16；如果RDCost_Merge&Skip_16x16 < T_16x16中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该16x16的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小的作为编码单元CU的预测单元。
2.根据权利要求1所述的一种快速的HEVC编码方法，其特征是，在步骤（2）中，N为10， M为1000。
3.根据权利要求1所述的一种快速的HEVC编码方法，其特征是，在步骤（3）中，快速编码GOP内的帧使用快速算法：针对8x8的编码单元CU，编码的量化参数为QP，首先计算Merge&Skip_2Nx2N的RDCost，结果为RDCost_Merge&Skip_8x8；如果RDCost_Merge&Skip_8x8 < T_8x8中以量化参数QP为索引的数组元素的值，则该8x8的编码单元CU直接选择Merge&Skip_2Nx2N，跳过后续其他预测单元的计算；否则，需要计算所有预测模式的RDCost，选择RDCost最小的作为编码单元CU的预测单元。
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