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1、HEVC子劃分快速?zèng)Q策算法1白彩霞袁春1清華大學(xué)深圳研究生院計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)系，深圳西麗大學(xué)城清華園區(qū)F，518055摘要：最新的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)HEVC具有極高的壓縮率，四叉樹的劃分結(jié)構(gòu)是其編碼過程中的一項(xiàng)重要技術(shù)。但是在編碼預(yù)測(cè)LCU單元時(shí)，其遞歸子劃分計(jì)算使算法極為復(fù)雜，編碼時(shí)間較長(zhǎng)。本文提出了一種子劃分快速?zèng)Q策算法。該算法在編碼LCU時(shí)，對(duì)于不同位置的CU劃分單元，或者利用相鄰LCU中的SCU劃分單元信息判斷是否提前進(jìn)入子劃分，或者根據(jù)當(dāng)前CU所在的LCU內(nèi)的相鄰CU單元的率失真值來(lái)判斷是否提前結(jié)束子劃分。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明
2、，該算法在碼率少許增加的前提下，編碼速度提高了20%左右，PSNR值基本不變。關(guān)鍵字：多媒體計(jì)算；視頻編碼；HEVC；四叉樹結(jié)構(gòu)1.引言隨著終端處理能力越來(lái)越強(qiáng)，人們對(duì)多媒體體驗(yàn)的要求也越來(lái)越高。高清、3D以及無(wú)線移動(dòng)等已經(jīng)成為視頻應(yīng)用的主流趨勢(shì)。這些應(yīng)用的出現(xiàn)對(duì)于視頻編碼的網(wǎng)絡(luò)帶寬和存儲(chǔ)消耗提出了更高的要求。而目前廣為流行的H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)由于存儲(chǔ)消耗較大已逐漸不能滿足人們的需求。為此視頻編碼聯(lián)合小組（JCT-VC）在2010年4月定制了新[1-3]的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC（highefficiencyvi
3、deocoding），該項(xiàng)目的主要目標(biāo)是在H.264/AVCHighprofile的基礎(chǔ)上，壓縮效率提高1倍。和H.264/AVC相比，現(xiàn)有的HEVC編碼算法能夠減少將近40%的比特率，然而由于高壓縮比算法的引入，導(dǎo)致整體編碼復(fù)雜度大大增加。HEVC編碼引入了靈活的四叉樹子劃分結(jié)構(gòu)，但其率失真的遞歸計(jì)算算法增加了編碼復(fù)雜度。因此，在編碼過程中，如何減少對(duì)四叉樹遞歸運(yùn)算中的率失真值計(jì)算是提高HEVC編碼速度的關(guān)鍵。關(guān)于HEVC的研究，目前已有一些集中于如何提前終止HEVC編碼中的四叉樹劃分[4][5-6]的算法。主要有閾值
4、判斷、空域時(shí)域提前預(yù)測(cè)深度算法。閾值判斷算法是通過訓(xùn)練學(xué)習(xí)得到一個(gè)閾值，當(dāng)率失真值小于閾值時(shí)退出子劃分?？沼驎r(shí)域提前深度預(yù)測(cè)提出了一種基于內(nèi)容的層次快速?zèng)Q策方式，利用時(shí)間和空間相關(guān)性，根據(jù)當(dāng)前CU單元的鄰居CU以及前一幀的co-locatedCU，提前決定當(dāng)前CU的深度。但是由于不同視頻紋理差別很大，得到的效果也不同，不具有普遍性。本文提出了一種基于相鄰CU單元的子劃分快速?zèng)Q策方法，主要有兩部分：基于相鄰LCU的SCU劃分檢測(cè)的提前進(jìn)入子劃分和基于相鄰CU子單元的率失真值的提前退出子劃分處理。該算法綜合考慮時(shí)間，PSNR
5、以及碼率等因素，兩種算法相結(jié)合使LCU劃分達(dá)到平衡，有較好的效果。聯(lián)系作者：白彩霞，E‐mail：caixiabai@gmail.com和諧人機(jī)環(huán)境2012中國(guó)廣州2.HEVC編碼技術(shù)[8]HEVC依然采用自H.263開始使用的混合編碼框架。由于HEVC是針對(duì)高清視頻編碼的，因此，在其編碼中添加了很多編碼的新特性。比如引入四叉樹的分割結(jié)構(gòu)，將H.264/AVC中宏塊大小16x16擴(kuò)展到HEVC中塊分割最大為64x64，幀內(nèi)預(yù)測(cè)的方向增加更多，運(yùn)動(dòng)估計(jì)融合技術(shù)以及基于語(yǔ)義的熵編碼技術(shù)。[9]與H.264/AVC不同，HEV
6、C標(biāo)準(zhǔn)采用更為靈活的塊結(jié)構(gòu)，包括：編碼單元（CU）、預(yù)測(cè)單元（PU）以及變換單元（TU）。CU類似于H.264/AVC中塊、宏塊的概念，每個(gè)CU的大小為2Nx2N，是HEVC中編碼的基本單元。目前，HEVC中最大的編碼單元LCU（largestcodingunit）是64x64，最小的編碼單元SCU(smallestcodingunit)是8x8。對(duì)于每一幀，均是以LCU為單位進(jìn)行編碼的，在LCU內(nèi)部按照四叉樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行劃分，直至劃分到SCU為止。每一個(gè)CU里面，可以定義兩個(gè)獨(dú)立的結(jié)構(gòu)PU和TU，PU是用來(lái)實(shí)現(xiàn)當(dāng)前CU單元
7、編碼的預(yù)測(cè)過程，PU可以是方形也可以是矩形。TU是進(jìn)行變換和量化的基本單元。HEVC采用Zigzag型的編碼方式，如圖1所示。圖1編碼單元和四叉樹結(jié)構(gòu)圖HEVC中，對(duì)于幀內(nèi)預(yù)測(cè)有2Nx2N和NxN兩種編碼方式，只有在當(dāng)前CU大小為8x8的情況下才有可能采用intraNxN編碼模式。HEVC的幀內(nèi)編碼是從LCU開始編碼，先計(jì)算其率失真值，然后對(duì)LU單元進(jìn)行子劃分，分別計(jì)算每個(gè)子單元的率失真值，最后比較當(dāng)前LU的率失真值與各子單元的率失真值總和。比較后，得到的較小的率失真值對(duì)應(yīng)的劃分模式被選為CU的劃分模式。同樣，每個(gè)劃分的
8、子單元遞歸重復(fù)上邊的過程，直到劃分的子單元大小為SCU，退出LCU編碼。HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的流程如圖2所示（本文中所有的流程圖的算法入口均是xCompressCU）。圖2HEVC幀內(nèi)編碼流程3.基于相鄰CU的子劃分快速?zèng)Q策在原有的HEVC編碼過程中，編碼LCU單元時(shí)，使用遞歸算法找到一個(gè)LCU的最佳劃分，但是該劃分并
