CN104104947B - 一种视频编码方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种视频编码方法，所述方法包括：将目标帧的当前编码单元划分为相同大小的至少两个分块；分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度；根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择；根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。本发明实施例还公开了一种视频编码装置。采用本发明，可以有效减少帧内预测模式选择次数，从而显著地提高视频编码速度。

Description

一种视频编码方法和装置

技术领域

本发明涉及一种视频编码领域，尤其涉及一种视频编码过程中的预测模式选择方法和装置。

背景技术

随着多媒体技术的迅速发展，现代计算机技术特别是海量数据存储与传输技术的成熟，视频作为一种主要的媒体类型在人们的生活、教育、娱乐等方面日益成为不可或缺的信息载体。在现有的视频压缩编码技术中，为了获得更高的压缩效率，开始采用将编码、预测、变换的基本单元的相互独立的编码方式，预测单元和变换单元可以等于或小于编码单元，通过该三个基本单元的分离，有利于各自功能达到最优效果，进而获得更高的压缩效率，例如HEVC(HighEfficient Video Coding，高性能视频编码)标准。但是，灵活多样的CU(CodingUnit，编码单元)、PU(Prediction Unit，预测单元)、TU（transform Unit，变换单元）模式组合，给编码器的模式选择带来了极大的运算负担。为了得到最优编码模式，在视频编码过程中需要在帧间预测模式与帧内预测模式选择，而对于帧内预测，经常需要进行M×M和N×N的预测编码及其对应的变换编码，其中M×M和N×N分别为可选的预测单元大小，M大于N并且不大于CU的宽度，由于帧内预测模式的计算量非常大，导致极大的增加了预测模式选择的运算复杂度。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种视频编码方法和装置，可减少帧内预测模式的选择次数。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种视频编码方法，所述方法包括：

将目标帧的当前编码单元划分为相同大小的至少两个分块；

分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度；

根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择；

根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。

相应地，本发明实施例还提供了一种视频编码装置，所述视频编码装置包括：

预测划分模块，用于将目标帧的当前的编码单元划分为相同大小的至少两个分块；

相似度计算模块，用于分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度；

预测模式选择模块，用于根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择；

编码模块，用于根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。

本发明实施例通过判断编码单元划分得到的至少两个分块的两两相似性实现合理的跳过帧内预测模式选择，可在基本不降低编码质量的前提下，减少80%以上帧内预测模式选择次数，从而显著地提高视频编码速度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例中的一种视频编码方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中的预测模式选择方法的详细流程示意图；

图3是本发明实施例中的一种视频编码装置的结构示意图；

图4是本发明实施例的视频编码装置中预测模式选择模块的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1是本发明实施例中的一种视频编码方法的流程示意图，如图所示本发明的视频编码方法至少可以包括：

S101，将目标帧的当前编码单元划分为相同大小的至少两个分块。

具体实现中，以2N×2N大小的编码单元为例，可以将该编码单元划分为2个或2个以上的相同大小的分块，如划分成2个则得到两个2N×N的分块，划分成4个则得到4个N×N的分块，以此类推。

S102，分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度。

具体实现中，可以采用残差参数表示所述至少两个分块中两两分块之间的相似度，所述残差参数可以包括HAD(Hadamard absolute difference：哈达马变换的差异和)、SAD(Sum of Absolute Difference：绝对误差和)、SATD(Sum of AbsoluteTransformed Difference：经过变换的绝对值误差和)以及MAD(Mean AbsoluteDifference：平均绝对差值)中的任一种。

S103，根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择。

具体的，根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选可以包括：根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度判断所述编码单元中划分得到的分块之间内容差别是否较大，若差别较大、内容不平滑则表示当前编码单元不适合做大尺寸的帧内预测，进而还可以根据述至少两个分块中两两分块之间的相似度判断所述编码单元中划分得到的分块之间的内容变化是否较为平缓，若是则表示当前编码单元无需进一步划分，可跳过小尺寸的帧内预测。进一步的，若帧内预测模式筛选的结果判断所述编码单元不需要进行其中一个或部分的帧内预测，则可以在所剩的可选帧内预测模式和帧间预测模式之内进行模式选择，直到确认最优的预测模式；若帧内预测模式筛选的结果判断所述编码单元不需要进行所有帧内预测模式选择，则可以直接为该编码单元选择帧间预测模式。

S104，根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码，即根据S103选择的预测模式对应的预测结果进行后续的变换、量化以及编码处理过程。

图2是本发明实施例中的帧内预测模式筛选方法的详细流程示意图，通过具体示例说明本发明的帧内预测模式筛选方式，本实施例中的编码单元设为2N×2N，经过划分得到4个N×N的分块，记该4个分块分别为A、B、C以及D。如图所示本发明实施例中的帧内预测模式筛选过程可以包括：

S201，获取所述至少两个分块中两两分块之间的相似度。具体实现中，本发明实施例中可以采用残差参数表示所述至少两个分块中两两分块之间的相似度，由于HAD是经过哈达马变换的残差绝对值之和，比直接计算残差之和更能反映两个图像块之间相似度，且运算复杂度很低，以此本实施例中以此为示例，分别计算A与B、C与D、A与C以及B与D之间的HAD并求和记为sumHAD，用以表示划分得到的4个分块中两两分块之间的相似度。

S202，判断目标帧为非I帧并且两两分块之间的相似度满足第一预设条件。具体的，若目标帧为I帧，可以默认当前编码单元需要进行所有帧内预测模式的模式选择或默认需要进行包括预设帧内预测模式的模式选择，例如默认I帧中的编码单元需要进行M×M的帧内预测并进行后续的预测模式选择，N＜M≤2N；若目标帧为非I帧，例如P帧或B帧，则进一步判断当前编码单元中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件。本发明实施例中的视频帧序列分成多个连续的图像组（Group of Pictures，GOP）进行编码，每个图像组中包含至少一个只采用帧内编码的I帧以及至少一个非I帧，I帧（I frame）被称为内部画面(intra picture)或关键帧，I帧通常是每个GOP的第一个帧，非I帧可以包括P帧（predictive-frame，前向预测编码帧）和B帧（bi-directional interpolated predictionframe，双向预测内插编码帧），P帧和B帧可采用帧内编码和帧间编码两种方式，P帧只有前向预测模式，即只能以视频序列中按播放顺序排在当前帧之前的I帧作为参考帧进行预测编码，而B帧有前向、后向和双向预测模式。进而所述第一预设条件可以为根据两两分块之间的相似度判断分块之间的内容是否差别较大需满足的条件，本实施例中采用sumHAD表示划分得到的4个分块中两两分块之间的相似度，进而可以预先根据设定的量化参数以及所述编码单元的大小即2N×2N确定第一预设阈值，本实施例中假设确定得到第一预设阈值为1，若计算得到的sumHAD大于第一预设阈值1，则判断当前编码单元中两两分块之间的相似度满足第一预设条件，即表示当前编码单元中划分得到的分块之间的内容差别较大，进而执行S203，否则执行S204。

S203，确定不选择帧内M×M预测模式。

具体的，若S201判断目标帧为非I帧并且两两分块之间的相似度满足第一预设条件，则表示非I帧中的当前编码单元中划分得到的分块之间的内容差别较大，可以确认不选择大尺寸的帧内预测模式，本实施例中为确认当前编码单元不选择M×M的帧内预测，M为可选的预测单元的尺寸大小，N＜M≤2N。

S204，进行M×M帧内预测。

S205，判断两两分块之间的相似度是否满足第二预设条件。所述第二预设条件可以为根据两两分块之间的相似度判断分块之间的内容变化是否较为平缓需满足的条件，具体实现中，本实施例采用sumHAD表示所述4分块中两两分块之间的相似度，进而可以预先根据设定的量化参数以及所述编码单元的大小即2N×2N确定第二预设阈值，本实施例中假设确定得到第二预设阈值为2，若计算得到的sumHAD小于第二预设阈值2，则判断当前编码单元中两两分块之间的相似度满足第二预设条件，表示当前编码单元中划分得到的分块之间的内容变化较为平缓。进而若判断目标帧为非I帧并且两两分块之间的相似度满足第一预设条件，则执行S205，否则执行S206。

S206，确定不选择帧内N×N预测模式。

具体的，若S205判断两两分块之间的相似度满足第二预设条件，则表示非I帧中的当前编码单元中划分得到的分块之间的内容变化较为平缓，可以确认不需进行更小单元的帧内预测，本实施例中即可以跳过帧内N×N预测模式选择。若之前流程执行的是S203，即确定不选择帧内M×M预测模式并且确定不选择帧内N×N预测模式，这时可以选择帧间编码模式对当前编码单元进行后续编码处理；若之前流程执行的是S204，即确定不选择帧内N×N预测模式但需要进行帧内M×M预测模式选择，则可以在M×M帧内预测模式和帧间预测模式中进一步进行模式选择。

S207，进行N×N帧内预测。

具体的，若之前流程执行的是S203，即确定不选择帧内M×M预测模式，则后续可以在N×N帧内预测模式和帧间预测模式中进一步进行模式选择；而若之前流程执行的是S204，即确定需要进行帧内M×M和N×N预测模式选择，则可以在上述两种帧内预测模式中确定最优帧内预测模式，再与帧间预测模式中进一步进行模式选择，以最终确认对当前编码单元选择的预测模式。

图3是本发明实施例中的一种视频编码装置的结构示意图，如图所示本发明实施例的视频编码装置可以至少包括：

预测划分模块310，用于将目标帧的当前的编码单元划分为相同大小的至少两个分块。具体实现中，以2N×2N大小的编码单元为例，预测划分模块310可以将该编码单元划分为2个或2个以上的相同大小的分块，如划分成2个则得到两个2N×N的分块，划分成4个则得到4个N×N的分块，以此类推。

相似度计算模块320，用于分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度。具体实现中，可以采用残差参数表示所述至少两个分块中两两分块之间的相似度，所述残差参数可以包括HAD(Hadamard absolute difference：哈达马变换的差异和)、SAD(Sum of Absolute Difference：绝对误差和)、SATD(Sum ofAbsolute Transformed Difference：经过变换的绝对值误差和)以及MAD(MeanAbsolute Difference：平均绝对差值)中的任一种。由于HAD是经过哈达马变换的残差绝对值之和，比直接计算残差之和更能反映两个图像块之间相似度，且运算复杂度很低，以此本实施例中以此为示例，相似度计算模块320可以分别计算A与B、C与D、A与C以及B与D之间的HAD并求和记为sumHAD，用以表示划分得到的4个分块中两两分块之间的相似度。

预测模式选择模块330，用于根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择。具体实现中，预测模式选择模块330可以根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度判断所述编码单元中划分得到的分块之间内容差别是否较大，若差别较大、内容不平滑则表示当前编码单元不适合做大尺寸的帧内预测，如帧内M×M帧内预测，其中M×M为可选的预测单元的尺寸大小，M大于N并且不大于编码单元的宽度即2N，其中N×N为划分得到的分块的大小；进而预测模式选择模块330还可以根据述至少两个分块中两两分块之间的相似度判断所述编码单元中划分得到的分块之间的内容变化是否较为平缓，若是则表示当前编码单元无需进一步划分，可确认跳过小尺寸的帧内预测，如帧内N×N预测。进一步的，预测模式选择模块330若根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度得到的帧内预测模式筛选结果为判断所述编码单元不需要进行其中一个或部分的帧内预测模式选择，则预测模式选择模块330可以在所剩的可选帧内预测模式和帧间预测模式之内进行模式选择，直到确认最优的预测模式；若根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度得到的帧内预测模式筛选结果判断所述编码单元不需要进行所有帧内预测模式选择，则预测模式选择模块330可以直接为该编码单元选择帧间预测模式。

进一步，本发明实施例中的预测模式选择模块330如图4所示可以包括：第一判断单元331、第二判断单元332以及阈值确定单元333，其中：

第一判断单元331用于判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件，若是则所述预测模式选择模块不选择帧内M×M预测模式，其中M为大于N并且不大于所述编码单元的宽度的自然数，本实施例编码单元宽度即为2N，N＜M≤2N。具体实现中，所述第一预设条件可以为根据两两分块之间的相似度判断分块之间的内容是否差别较大需满足的条件，本实施例中采用计算得到的sumHAD表示划分得到的4个分块中两两分块之间的相似度，进而可以判断计算得到的sumHAD是否大于第一预设阈值，若是则判断当前编码单元中两两分块之间的相似度满足第一预设条件，即表示当前编码单元中划分得到的分块之间的内容差别较大，预测模式选择模块330从而可以确认不选择大尺寸的帧内预测，本实施例中为确认当前编码单元不选择M×M的帧内预测，N＜M≤2N。

第二判断单元332，用于判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第二预设条件，若是则所述预测模式选择模块不选择帧内N×N预测模式。具体的，所述第二预设条件可以为根据两两分块之间的相似度判断分块之间的内容变化是否较为平缓需满足的条件，本实施例采用计算得到的sumHAD表示所述4分块中两两分块之间的相似度，若计算得到的sumHAD小于第二预设阈值，则判断当前编码单元中两两分块之间的相似度满足第二预设条件，表示当前编码单元中划分得到的分块之间的内容变化较为平缓。进而若判断目标帧为非I帧并且两两分块之间的相似度满足第二预设条件，预测模式选择模块330从而可以确认不需进行更小单元的帧内预测，即可以跳过帧内N×N预测模式选择。

阈值确定单元333，用于根据预先设定的量化参数以及所述编码单元的大小确定所述第一预设阈值和/或第二预设阈值。

编码模块340，用于根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。，即根据预测模式选择模块330确认的预测模式对应的预测结果进行后续的变换、量化以及编码处理过程。

可选的，本发明实施例中的视频编码装置进一步还可以包括：

非I帧确认模块350，用于判断所述目标帧是否为非I帧，所述预测模式选择模块330根据非I帧确认模块的判断结果以及所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行预测模式选择。具体实现中，具体的，若目标帧为I帧，所述预测模式选择模块330可以默认当前编码单元需要进行所有帧内预测模式的模式选择或默认需要进行包括预设帧内预测模式的模式选择，例如默认I帧中的编码单元需要进行M×M的帧内预测并进行后续的预测模式选择；若目标帧为非I帧，例如P帧或B帧，则所述预测模式选择模块330中的第一判断单元331进一步判断当前编码单元中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件，若当前帧为非I帧并且当前编码单元中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件则可以确认不选择M×M的帧内预测。

本发明实施例通过判断编码单元划分得到的至少两个分块的两两相似性实现合理的跳过帧内预测模式选择，可在基本不降低编码质量的前提下，减少80%以上帧内预测模式选择次数，从而显著地提高视频编码速度。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-OMly Memory，ROM）或随机存储记忆体（RaMdom Access Memory，RAM）等。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (10)

1.一种视频编码方法，其特征在于，所述方法包括：

将目标帧的当前编码单元划分为相同大小的至少两个分块；

分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度；

若目标帧为非I帧，根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择；

根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。

2.如权利要求1所述的视频编码方法，其特征在于，所述分块大小为N×N，N为自然数，所述根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选包括：

判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件，若是则不选择帧内M×M预测模式，其中M为大于N并且不大于所述编码单元的宽度的自然数；和/或

判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第二预设条件，若是则不选择帧内N×N预测模式。

3.如权利要求2所述的视频编码方法，其特征在于，所述第一预设条件包括：所述至少两个分块中两两分块之间的残差参数大于第一预设阈值；

所述第二预设条件包括：所述至少两个分块中两两分块之间的残差参数小于第二预设阈值，其中所述第二预设阈值大于第一预设阈值。

4.如权利要求3所述的视频编码方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据预先设定的量化参数以及所述编码单元的大小确定所述第一预设阈值和/或第二预设阈值。

5.如权利要求2～4中任一项所述的视频编码方法，其特征在于，所述根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择包括：

若不选择帧内M×M预测模式并且不选择帧内N×N预测模式，则选择帧间编码模式。

6.一种视频编码装置，其特征在于，所述视频编码装置包括：

非I帧确认模块，用于判断目标帧是否为非I帧；

预测划分模块，用于将目标帧的当前的编码单元划分为相同大小的至少两个分块；

相似度计算模块，用于分别计算所述至少两个分块中两两分块之间的相似度；

预测模式选择模块，用于若目标帧为非I帧，根据所述至少两个分块中两两分块之间的相似度进行帧内预测模式筛选，并根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择；

编码模块，用于根据所述预测模式选择结果对所述编码单元进行编码。

7.如权利要求6所述的视频编码装置，其特征在于，所述分块大小为N×N，N为自然数，所述预测模式选择模块包括：

第一判断单元，用于判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第一预设条件，若是则所述预测模式选择模块不选择帧内M×M预测模式，其中M为大于N并且不大于所述编码单元的宽度的自然数；和/或

第二判断单元，用于判断所述至少两个分块中两两分块之间的相似度是否满足第二预设条件，若是则所述预测模式选择模块不选择帧内N×N预测模式。

8.如权利要求7所述的视频编码装置，其特征在于，所述第一预设条件包括：所述至少两个分块中两两分块之间的残差参数大于第一预设阈值；

所述第二预设条件包括：所述至少两个分块中两两分块之间的残差参数小于第二预设阈值，其中所述第二预设阈值大于第一预设阈值。

9.如权利要求8所述的视频编码装置，其特征在于，所述预测模式选择模块还包括：

阈值确定单元，用于根据预先设定的量化参数以及所述编码单元的大小确定所述第一预设阈值和/或第二预设阈值。

10.如权利要求6～9中任一项所述的视频编码装置，其特征在于，所述预测模式选择模块根据帧内预测模式筛选结果进行预测模式选择具体包括：

若不选择帧内M×M预测模式并且不选择帧内N×N预测模式，则所述预测模式选择模块选择帧间编码模式。