Hevc屏幕编码中基于边缘方向的快速分块的制作方法
【专利说明】
[0001] 联合研宄
[0002] 本申请由北方工业大学与北京交通大学信息所联合研宄，并得到以下基金资助： 国家自然科学基金（No. 60903066,No. 60972085)，北京市自然科学基金（No. 4102049)， 教育部新教师基金（No. 20090009120006)，北京市属高等学校人才强教深化计划 (PHR201008187)。
技术领域
[0003] 本发明涉及图像处理领域，更具体而言，涉及在HEVC中的屏幕编码中基于边缘方 向的快速分块。
【背景技术】
[0004] 2010年4月，两大国际视频编码标准组织VCEG和MPEG成立视频压缩联合小组 JCT-VC(JointcollaborativeTeamonVideoCoding)，一 同开发高效视频编码HEVC(High efficiencyvideocoding)标准，其也称为H. 265。HEVC标准主要目标是与上一代标准 H. 264/AVC实现大幅度的编码效率的提高，尤其是针对高分辨率视频序列。其目标是在相同 视频质量（PSNR)下码率降为H. 264标准的50%。
[0005] 就目前阶段，HEVC依然沿用H. 264就开始采用的混合编码框架。帧间和帧内预测 编码：消除时间域和空间域的相关性。变换编码：对残差进行变换编码以消除空间相关性。 熵编码：消除统计上的冗余度。ffiVC将在混合编码框架内，着力研宄新的编码工具或技术， 提尚视频压缩效率。
[0006] 目前，JCT-VC组织的讨论中已经提出的许多编码的新特性，有可能会加入HEVC标 准中，各次讨论的具体文献可以从http: //wftp3.itu.int获得。
[0007] HEVC (High Efficiency Video Coding)标准在2013年一月份正式作为国际标准 发布。在ITU-T中被称作H. 265,而在IS0/IEC中被称作MPEG-H的第二部分。同时，为了使 HEVC标准能够支持更多的应用场景，开展了后续的工作，其中包括对高分辨率以及色彩格 式的支持，可伸缩编码，3-D/立体/多视角编码。
[0008] HEVC采用了多种新的技术，包括一些高复杂性的结构，比如：编码单元（⑶)，预测 单元（PU)，变换单元（TU)。率失真优化（RD0)技术在划分编码树单元（CTU)的时候被用到。 ffiVC提供了四种帧内编码块的划分方式，包括64X64，32X32，16X16，8X8大小的CU。相 比于H. 264,HEVC的编码质量更高，但是⑶划分模式的计算复杂度相对更高。HEVC中⑶的 划分模式，PU的预测模式的判决，以及变换量化占据了 57%的帧内编码计算复杂度，这使 得CU划分模式等成为了帧内预测编码的瓶颈。在实时通信系统中，像视频会议，高复杂度 的率失真策略成为了一大障碍。
[0009] 近期，为了减少编码的复杂度，很多快速算法被提出。当CU比较复杂的时候，我 们通常会将此CU划分为更小的块进行预测，然而当CU比较平滑的时候，我们通常认为此 CU适合以比较大的尺寸进行预测，这是因为CU的尺寸大小取决于CU的平滑度。文献【1】 在H. 264通过统计CU块内的边缘点个数来改进CU尺寸大小的判定，减少了计算的复杂度， 而且PSNR仅仅增加了一点点，但是在HEVC屏幕编码中，编码后的图像质量明显下降。文 献【2】提出了一种根据编码方向来判定帧内预测方向的算法，但是编码效果不是很好。文 献【3】针对屏幕编码提出了一种新的预测模式：边缘模式，在HM7. 0中编码质量明显提高， 但是在专门针对屏幕编码的测试代码中，编码质量却不是很好。在文献【4】中，作者提出 了一种根据内容的方法来确定预测模式，编码质量得到有效的提升。在文献【5】中，作者 提出了一种快速决定预测模式的算法，帧内预测复杂度降低了 50%，但是比特率却增加了 2.5%。文献【7】中设计了一种根据边缘信息和MAD自适应算法，在编码复杂度和编码质量 上都有不错的效果。在屏幕编码中，有着许多针对自然序列的编码标准所没有的技术，比如 说IntraBC(帧内块拷贝），这些技术大大降低了帧内编码比特率（高达44% )，但是都需要 大量的计算量，针对这些情况，文献【8】提出了一种快速跳过IntraBC的编码技术，减少了 21-24%的编码复杂度，并且编码质量并未降低。
[0010] 为了解决上述现有技术中存在的技术问题，本文提出了一种基于边缘方向的快速 分块算法。当前CU边缘方向是通过Sobel算子提取的，因为Sobel算子的计算复杂度很 低。在屏幕序列中，CU的边缘比自然序列中的边缘更加的复杂，但是却更加有规律，这也是 为什么IntraBC能用在屏幕编码上的原因。所以边缘方向可以帮助我们选出哪些CU需要 被划分，而哪些CU又不需要被划分。这里我们引进一个新的概念：特征值，特征值可以更加 完美阐述边缘方向和⑶划分模式之间的关系。相比于HM12.l+RExt5. 1的标准本文的算法 降低了 31%-64%的编码复杂度，而PSNR仅仅平均降低了 0.03dB。
[0011] 在本发明的说明书中，参考了以下文献：
[0012] L Cheng-yen Chang，Cheng-An Chien，Hsiu_Cheng Chang，Jia-Wei Chen，Jiun_In Guo"A two level mode decision algorithm for H. 264 high profile intra encoding''， Circuits and Systems(ISCAS)，2012 IEEE International Sysmposium. May 2012.
[0013] 2.Tiancai ye，Dongming Zhang，Feng Dai，Yongdong Zhang，"Fast mode decision algorithm for intra prediction in HEVC''，ACM，Aug 2013.
[0014] 3.Sudeng Hu，Robert A.Cohen，Anthony Vetr。，C._C.Jay Ku。，"Screen Content Coding For HEVC Using Edge Modes''，Acoustics，Speech and Signal Processing(ICASSP)，2013 IEEE International Conference，May 2013.
[0015] 4. Y. K. Lin and T. S. Chang，"Fast block type decision algorithm for intra prediction in H. 264 FRext"，Proc. ICIP，vol. 1，pp. 585-588, 2005.
[0016] 5. Sangkwon Na，Wonjae Lee and KiwonYoo, "Edge-Based Fast Mode Decision Algorithm for Intra Prediction in HEVC''，Cpnsumer Electronics (ICCE)，2014 International Conference，Jan 2014.
[0017] 6.Yule Yuan，Xiaohang Sun，"Edge Information Based Effective Intra Mode Decision Algorithm''，Signal Processing，Communication and Computing (ICSPCC)，2012 IEEE International Conference，2012.
[0018] 7. CaixiaBai，Chun Yuan，"Fast coding tree unit decision for H