本發(fā)明屬于視頻壓縮編碼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼方法，可用于粗選模塊的簡化計(jì)算。

背景技術(shù)：

高效視頻編碼hevc作為新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，在2013年由聯(lián)合視頻編碼jct-vc制定。hevc標(biāo)準(zhǔn)主要針對(duì)高清和超高清分辨率視頻的壓縮，相比于之前的h.264/avc標(biāo)準(zhǔn)，在相同壓縮效果的情況下，碼流大小僅為之前的一半。hevc分為幀內(nèi)編碼和幀間編碼兩種，分別用于去除視頻的空間和時(shí)間冗余性。幀內(nèi)編碼是幀間編碼的基礎(chǔ)，在hevc編碼中占有極其重要的作用，同時(shí)也是性能得到如此大提升的關(guān)鍵。對(duì)于幀內(nèi)編碼，它采用的是四叉樹劃分結(jié)構(gòu)來編碼視頻。它將一幀視頻切割成一個(gè)個(gè)的編碼樹單元ctu，作為編碼單元的起始節(jié)點(diǎn)，最大支持到64x64pixel，每一個(gè)64x64的編碼單元可以通過四叉樹劃分生成4個(gè)32x32的編碼單元，然后遞歸劃分直至最小尺寸為8x8，如圖1所示。對(duì)于預(yù)測(cè)單元來說，它的大小等于編碼單元大小。只有當(dāng)編碼單元?jiǎng)澐种?x8時(shí)，預(yù)測(cè)單元大小可以是8x8或者4x4。對(duì)于每一個(gè)預(yù)測(cè)單元，有35種幀內(nèi)模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。其中模式0是planar，適用于均勻光滑的區(qū)域；模式1是dc，適用于漸變平滑的區(qū)域；模式2到模式34是33種角度模式，能夠區(qū)分細(xì)小的角度趨勢(shì)，如圖2所示。

hevc幀內(nèi)預(yù)測(cè)支持的預(yù)測(cè)塊大小有5種，除了4x4塊的其他預(yù)測(cè)塊，從64x64塊到8x8塊，每一個(gè)較大塊都有劃分和不劃分兩種劃分模式，在塊大小的范圍內(nèi)尋找最優(yōu)解；同時(shí)在預(yù)測(cè)塊內(nèi)部分別計(jì)算預(yù)測(cè)模式0到模式34，在特定大小的限制下，尋找模式的最優(yōu)解。通過塊大小和模式的遍歷，能夠找到當(dāng)前ctu的最佳劃分和在此劃分情況下的最優(yōu)模式。這種雙重遍歷的做法使得其性能得到較大提升，但同時(shí)也大大提高了算法的計(jì)算復(fù)雜度，達(dá)到之前標(biāo)準(zhǔn)的4倍。一般平臺(tái)的性能難以實(shí)現(xiàn)對(duì)2k、4k等分辨率的超高清視頻的hevc實(shí)時(shí)編碼。很多人研究了各種基于hevc的快速算法，有一些也取得了不錯(cuò)的成果，但大部分都是基于滿足某種具體特征的視頻的壓縮，在滿足相應(yīng)參考量閾值條件的情況下提前終止塊大小或者模式的遍歷，這種做法是以一定的性能損失為代價(jià)人為的對(duì)模式或塊大小進(jìn)行篩選，不僅應(yīng)用面太窄，而且對(duì)于不同視頻序列其壓縮性能不穩(wěn)定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種基于satd復(fù)用的hevc幀內(nèi)預(yù)測(cè)方法，以減少幀內(nèi)預(yù)測(cè)粗選過程中的重復(fù)性的計(jì)算，降低計(jì)算復(fù)雜度，提高視頻壓縮性能的穩(wěn)定性。

本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的：

一.技術(shù)原理

對(duì)于除了4x4塊的其他4種較大的預(yù)測(cè)塊，其satd可由其作為根節(jié)點(diǎn)細(xì)分出來的四個(gè)四叉樹小塊的satd累加得到，而這些小塊的satd也可由它們細(xì)分出來的四叉樹小塊satd累加得到，因此所有大小的預(yù)測(cè)塊的satd都可以直接由4x4塊累加而成。由于這些4x4塊在不同大小塊內(nèi)的某些預(yù)測(cè)模式下用到的參考點(diǎn)是一致的，因此satd的計(jì)算結(jié)果也是相同的，可以通過復(fù)用計(jì)算過的satd結(jié)果減少其他不必要的模式的遍歷，這樣，五種預(yù)測(cè)塊大小對(duì)應(yīng)的五種深度情況下需要的遍歷的模式數(shù)就能夠大大減少，使得整個(gè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度大大降低。

二.實(shí)現(xiàn)方案

根據(jù)上述原理，本發(fā)明是在已有的hevc軟件測(cè)試平臺(tái)hm16.0的基礎(chǔ)上修改實(shí)現(xiàn)，其步驟包括如下：

(1)初始化：

創(chuàng)建4個(gè)256x35的二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64,這4個(gè)二維數(shù)組分別對(duì)應(yīng)一個(gè)ctu內(nèi)8x8，16x16，32x32，64x64層下的256個(gè)4x4塊的35種幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的可復(fù)用信息，每一個(gè)數(shù)組成員內(nèi)的數(shù)據(jù)為0或者1，1代表著該模式下該4x4小塊的預(yù)測(cè)結(jié)果能被復(fù)用，0代表不能復(fù)用；

創(chuàng)建5個(gè)有256個(gè)數(shù)組成員的一維數(shù)組cost4，cost8，cost16，cost32和cost64，用于保存計(jì)算得到的256個(gè)4x4塊在不同深度下的satd的結(jié)果；

創(chuàng)建4個(gè)變量r1，r2，r3和r4，用來保存從4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64讀取出的當(dāng)前4x4塊的當(dāng)前模式可復(fù)用信息；

(2)將64x64的ctu以4x4大小為基本單元進(jìn)行分割，得到16x16的4x4塊陣列，并按照規(guī)定的z字形的順序?qū)@些4x4塊進(jìn)行編號(hào)；

(3)根據(jù)4x4塊在ctu內(nèi)的具體位置，計(jì)算得到各層的可復(fù)用模式號(hào)，根據(jù)得到的可復(fù)用模式號(hào)給4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64中當(dāng)前4x4塊對(duì)應(yīng)的成員變量賦值；

(4)按照步驟(2)編號(hào)的順序，遍歷ctu內(nèi)所有位置的256個(gè)4x4塊，對(duì)每一個(gè)4x4塊進(jìn)行(3)的操作，直到將所有的數(shù)組成員賦值完成；

(5)對(duì)第一個(gè)4x4塊，根據(jù)其參考像素計(jì)算在4x4層下此預(yù)測(cè)塊的預(yù)測(cè)值，并與原始像素值作差，求得殘差像素，再計(jì)算該4x4塊的差值變換絕對(duì)值的和satd，將該satd保存到第一個(gè)一維數(shù)組cost4中；

(6)讀取第一個(gè)二維數(shù)組mem8中當(dāng)前4x4塊對(duì)應(yīng)的35個(gè)變量值，作為跳過可復(fù)用模式的依據(jù)，若變量值為1，則跳過此變量代表的預(yù)測(cè)模式的遍歷；若變量值為0，則在此變量代表的預(yù)測(cè)模式下進(jìn)行預(yù)測(cè)，求得該模式下的4x4塊的差值變換絕對(duì)值的和satd，并將計(jì)算結(jié)果保存到第二個(gè)一維數(shù)組cost8；

(7)重復(fù)步驟(6)，將16x16層，32x32層和64x64層中不可復(fù)用模式的差值變換絕對(duì)值的和satd計(jì)算結(jié)果分別保存到第三個(gè)到第五個(gè)一維數(shù)組cost16，cost32和cost64中；

(8)從4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32和mem64中分別讀取出當(dāng)前模式對(duì)應(yīng)的數(shù)組成員，分別賦給步驟(1)中建立的四個(gè)變量r1，r2，r3和r4；

(9)根據(jù)四個(gè)變量r1，r2，r3和r4的值，判斷當(dāng)前模式下的差值變換絕對(duì)值的和satd能否復(fù)用：

(9a)判斷當(dāng)前層數(shù)：

如果當(dāng)前層為4x4層，則執(zhí)行(9b)；如果當(dāng)前層為8x8層，則執(zhí)行(9c)；如果當(dāng)前層為16x16層，則執(zhí)行(9d)；如果當(dāng)前層為32x32層，則執(zhí)行(9e)；

(9b)根據(jù)r1的值判斷satd能否復(fù)用到8x8層：若r1＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第二個(gè)一維數(shù)組cost8，并通過r2判斷能否復(fù)用到16x16層，執(zhí)行(9c)；否則，執(zhí)行(10)；

(9c)根據(jù)r2的值判斷satd能否復(fù)用到16x16層：若r2＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第三個(gè)一維數(shù)組cost16，并通過r3判斷能否復(fù)用到32x32層，執(zhí)行(9d)；否則，執(zhí)行(10)；

(9d)根據(jù)r3的值判斷satd能否復(fù)用到32x32層：若r3＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第四個(gè)一維數(shù)組cost32，并通過r4判斷能否復(fù)用到64x64層，執(zhí)行(9e)；否則，執(zhí)行(10)；

(9e)根據(jù)r4的值判斷satd能否復(fù)用到64x64層：若r4＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第五個(gè)一維數(shù)組cost64，否則，執(zhí)行(10)；

(10)定義4x4層，8x8層，16x16層，32x32層和64x64層對(duì)應(yīng)的層數(shù)為0，1，2，3和4；根據(jù)當(dāng)前模式號(hào)、層數(shù)和塊編號(hào)，選擇進(jìn)入下一次遍歷：

(10a)如果模式號(hào)為34,則層數(shù)加1，執(zhí)行(10b)；否則，模式號(hào)加1，返回執(zhí)行(8)，進(jìn)入當(dāng)前層數(shù)下的下一個(gè)模式遍歷；

(10b)如果層數(shù)大于4，則4x4塊編號(hào)加1，執(zhí)行(10c)；否則，返回執(zhí)行(8)，進(jìn)入當(dāng)前4x4塊下一層的遍歷；

(10c)如果4x4塊編號(hào)大于256，則當(dāng)前ctu的幀內(nèi)預(yù)測(cè)過程結(jié)束；否則，返回步驟(5)，進(jìn)入下一個(gè)4x4塊的遍歷。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

第一，通過創(chuàng)建四個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16,mem32和mem64，將所有的預(yù)測(cè)模式分為可復(fù)用和不可復(fù)用兩種，其中可復(fù)用模式下的差值變換絕對(duì)值的和satd可利用不可復(fù)用模式的計(jì)算結(jié)果間接獲得，減少了重復(fù)計(jì)算；相比于原h(huán)m標(biāo)準(zhǔn)算法，ctu內(nèi)模式計(jì)算數(shù)從44800種減少到30616種，減少了約1/3，幀內(nèi)預(yù)測(cè)的計(jì)算復(fù)雜度大大降低；

第二，本發(fā)明是通過利用當(dāng)前塊的位置和預(yù)測(cè)模式復(fù)用性的關(guān)系來減少模式的計(jì)算數(shù)，與待壓縮圖像的具體內(nèi)容無關(guān)，對(duì)不同的視頻測(cè)試序列，其減少的計(jì)算量相同，因而能提供穩(wěn)定的壓縮性能。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有hevc預(yù)測(cè)單元的四叉樹劃分結(jié)構(gòu)；

圖2是現(xiàn)有35種預(yù)測(cè)模式的分布；

圖3是本發(fā)明中規(guī)定的z字形順序；

圖4是本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)流程圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D4，本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)步驟如下：

步驟1：初始化。

創(chuàng)建4個(gè)256x35的二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64,這4個(gè)二維數(shù)組分別對(duì)應(yīng)一個(gè)ctu內(nèi)8x8，16x16，32x32，64x64層下的256個(gè)4x4塊的35種幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的可復(fù)用信息，每一個(gè)數(shù)組成員內(nèi)的數(shù)據(jù)為0或者1，1代表著該模式下該4x4小塊的預(yù)測(cè)結(jié)果能被復(fù)用，0代表不能復(fù)用；

創(chuàng)建5個(gè)有256個(gè)數(shù)組成員的一維數(shù)組cost4，cost8，cost16，cost32和cost64，用于保存計(jì)算得到的256個(gè)4x4塊在不同深度下的satd的結(jié)果；

創(chuàng)建4個(gè)變量r1，r2，r3和r4，用來保存從4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64讀取出的當(dāng)前4x4塊的當(dāng)前模式可復(fù)用信息。

步驟2：ctu的切割及編號(hào)。

將64x64的ctu以4x4大小為基本單元進(jìn)行分割，得到16x16的4x4塊陣列，并按照規(guī)定的z字形的順序?qū)@些4x4塊進(jìn)行編號(hào)；

編號(hào)規(guī)則如圖3所示，每一層內(nèi)的4x4單元都是按照左上、右上、左下和右下的順序進(jìn)行排列，這樣的順序安排是為了使得編號(hào)靠后的4x4塊進(jìn)行預(yù)測(cè)時(shí)能夠使用編號(hào)靠前的4x4塊更新好的參考像素。

步驟3：計(jì)算4x4塊模式的可復(fù)用性。

根據(jù)4x4塊在ctu內(nèi)的具體位置，計(jì)算得到各層的可復(fù)用模式號(hào)，根據(jù)得到的可復(fù)用模式號(hào)給4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32，mem64中當(dāng)前4x4塊對(duì)應(yīng)的成員變量賦值，具體的步驟如下：

(3a)計(jì)算4x4層下預(yù)測(cè)模式的差值變換絕對(duì)值的和satd能否復(fù)用到8x8層的復(fù)用條件：

如果當(dāng)前模式為縱向角度模式，則可復(fù)用條件為：

(y+1)*intrapredangle[dir]+x+1＞ntbs，

如果當(dāng)前模式為橫向角度模式，則可復(fù)用條件為：

(x+1)*intrapredangle[dir]+y+1＞ntbs，

其中，ntbs是當(dāng)前層塊寬度，dir是當(dāng)前預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的角度值，intrapredangle[dir]是該角度正切值的32倍，(x，y)是由4x4預(yù)測(cè)塊相對(duì)于8x8塊的位置決定的該4x4塊的關(guān)鍵像素的坐標(biāo)；

所述此關(guān)鍵像素，按如下規(guī)則確定：

如果4x4塊處于8x8塊左下方，則關(guān)鍵像素是4x4塊的右上角像素點(diǎn)；

如果4x4塊處于8x8塊右上方，則關(guān)鍵像素是4x4塊的左下角像素點(diǎn)；

(3b)判斷當(dāng)前模式下(3a)中可復(fù)用條件是否成立，如果成立，則當(dāng)前模式是8x8層的可復(fù)用模式，否則，此模式不可復(fù)用；

(3c)重復(fù)步驟(3a)和(3b)，遍歷35種幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，篩選出35種模式中屬于8x8層的可復(fù)用模式，得到8x8層的所有可復(fù)用模式號(hào)。

步驟4：遍歷ctu內(nèi)4x4塊模式的可復(fù)用性。

按照步驟2中編號(hào)的順序，遍歷ctu內(nèi)所有位置的256個(gè)4x4塊，對(duì)每一個(gè)4x4塊進(jìn)行步驟3的操作，直到將所有的數(shù)組成員賦值完成。

步驟5：計(jì)算4x4塊差值變換絕對(duì)值的和satd。

對(duì)第一個(gè)4x4塊，根據(jù)其參考像素和原始像素計(jì)算該4x4塊的差值變換絕對(duì)值的和satd，將該satd保存到第一個(gè)一維數(shù)組cost4中，計(jì)算的具體步驟如下：

(5a)根據(jù)參考像素值計(jì)算得到4x4塊的預(yù)測(cè)值；

(5b)將像素的預(yù)測(cè)值與原始值作差，得到殘差像素矩陣；

(5c)對(duì)殘差像素矩陣進(jìn)行哈德馬變換；

(5d)對(duì)變換后的矩陣系數(shù)進(jìn)行絕對(duì)值求和，得到4x4塊的差值變換絕對(duì)值的和satd。

步驟6：保存8x8層不可復(fù)用模式計(jì)算結(jié)果。

讀取第一個(gè)二維數(shù)組mem8中當(dāng)前4x4塊對(duì)應(yīng)的35個(gè)變量值，作為跳過可復(fù)用模式的依據(jù)，若變量值為1，則跳過此變量代表的預(yù)測(cè)模式的遍歷；若變量值為0，則在此變量代表的預(yù)測(cè)模式下進(jìn)行預(yù)測(cè)，求得該模式下的4x4塊的差值變換絕對(duì)值的和satd，并將計(jì)算結(jié)果保存到第二個(gè)一維數(shù)組cost8中。

步驟7：保存16x16層，32x32層和64x64層不可復(fù)用模式計(jì)算結(jié)果。

重復(fù)步驟6，將16x16層中不可復(fù)用模式的差值變換絕對(duì)值的和satd保存到第三個(gè)一維數(shù)組cost16中，將32x32層中不可復(fù)用模式的差值變換絕對(duì)值的和satd保存到第四個(gè)一維數(shù)組cost32中，將64x64層中不可復(fù)用模式的差值變換絕對(duì)值的和satd保存到第五個(gè)一維數(shù)組cost64中。

步驟8：給r1，r2，r3和r4賦值。

從4個(gè)二維數(shù)組mem8，mem16，mem32和mem64中分別讀取出當(dāng)前模式對(duì)應(yīng)的數(shù)組成員，分別賦給步驟1中建立的四個(gè)變量r1，r2，r3和r4中。

步驟9：保存可復(fù)用模式下計(jì)算結(jié)果。

根據(jù)四個(gè)變量r1，r2，r3和r4的值，判斷當(dāng)前模式下的差值變換絕對(duì)值的和satd能否復(fù)用：

(9a)判斷當(dāng)前層數(shù)：

如果當(dāng)前層為4x4層，則執(zhí)行(9b)；如果當(dāng)前層為8x8層，則執(zhí)行(9c)；如果當(dāng)前層為16x16層，則執(zhí)行(9d)；如果當(dāng)前層為32x32層，則執(zhí)行(9e)；

(9b)根據(jù)r1的值判斷satd能否復(fù)用到8x8層：若r1＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第二個(gè)一維數(shù)組cost8，并通過r2判斷能否復(fù)用到16x16層，執(zhí)行(9c)；否則，執(zhí)行步驟10；

(9c)根據(jù)r2的值判斷satd能否復(fù)用到16x16層：若r2＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第三個(gè)一維數(shù)組cost16，并通過r3判斷能否復(fù)用到32x32層，執(zhí)行(9d)；否則，執(zhí)行步驟10；

(9d)根據(jù)r3的值判斷satd能否復(fù)用到32x32層：若r3＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第四個(gè)一維數(shù)組cost32，并通過r4判斷能否復(fù)用到64x64層，執(zhí)行(9e)；否則，執(zhí)行步驟10；

(9e)根據(jù)r4的值判斷satd能否復(fù)用到64x64層：若r4＝1，則將當(dāng)前模式的satd保存到第五個(gè)一維數(shù)組cost64，否則，執(zhí)行步驟10。

步驟10：選擇進(jìn)入下一次遍歷。

定義4x4層，8x8層，16x16層，32x32層和64x64層對(duì)應(yīng)的層數(shù)為0，1，2，3和4；根據(jù)當(dāng)前模式號(hào)、層數(shù)和塊編號(hào)，選擇進(jìn)入下一次遍歷：

(10a)如果模式號(hào)為34,則層數(shù)加1，執(zhí)行(10b)；否則，模式號(hào)加1，返回步驟8，進(jìn)入當(dāng)前層數(shù)下的下一個(gè)模式遍歷；

(10b)如果層數(shù)大于4，則4x4塊編號(hào)加1，執(zhí)行(10c)；否則，返回步驟8，進(jìn)入當(dāng)前4x4塊下一層的遍歷；

(10c)如果4x4塊編號(hào)大于256，則當(dāng)前ctu的幀內(nèi)預(yù)測(cè)過程結(jié)束；否則，返回步驟5，進(jìn)入下一個(gè)4x4塊的遍歷。

本發(fā)明的效果可以用以下實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步說明：

1.測(cè)試條件

選擇主機(jī)處理器為intelcore2duocpu，內(nèi)存為4gb，系統(tǒng)類型為64位操作系統(tǒng)，測(cè)試平臺(tái)是hm16.0。

2.測(cè)試內(nèi)容

在測(cè)試平臺(tái)hm16.0上，用本發(fā)明方法和現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)方法對(duì)多個(gè)視頻測(cè)試序列進(jìn)行測(cè)試并進(jìn)行比較，結(jié)果如表1。

表1本發(fā)明與標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)試結(jié)果的比較

表1覆蓋了三種不同分辨率的測(cè)試序列。

測(cè)試結(jié)果表明：對(duì)于不同分辨率的視頻測(cè)試序列，本發(fā)明的方法都能使得粗選時(shí)間減少約1/3，大大降低了編碼過程的計(jì)算復(fù)雜度，且?guī)淼男阅軗p失bd-rate可以忽略不計(jì)，代價(jià)僅僅是使用了額外的緩存資源將中間過程的差值變換絕對(duì)值的和satd進(jìn)行緩存。