一种基于方差的自适应快速视频编码方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及视频编码领域，尤其是一种基于方差的自适应快速视频编码方法。
【背景技术】
[0002] HEVC (High Efficiency Video Coding，高性能视频编码）是由 ITU-T 的 VCEG(Video Coding Experts Group)和 IS0/IEC 的MPEG(Moving Picture Experts Group) 在 2010 年 I 月成立的视频编码联合组 JCT_VC(Joint Collaborative Team on Video Coding)所制定的新一代视频编码标准。在2013年I月，HEVC正式成为最新的视频编码国 际标准。
[0003] 总体来说，相比于H. 264/AVC视频编码标准，HEVC标准具有更加优秀的编码性能， 可以在保持同等的主观视频质量的情况下，平均节省约50%的码率；但是，HEVC的编解复 杂度也比H. 264/AVC的编解码复杂度高出很多。因此，将HEVC标准应用于各种多媒体应用 领域，可以降低成本，但是也存在着很大的挑战，特别是在实时应用以及移动视频方面。
[0004] HEVC作为H. 264/AVC的下一代标准，仍然沿用了 H. 264/AVC基于块的混合编码框 架，不同之处在于HEVC对于预测编码、变换编码、量化编码和熵编码进行了细致有效的改 进，同时引入了新的视频编码技术，如图1所示。HEVC在编码过程中，输入图像会被划分为 一系列的编码单元，对于每个编码单元，编码器会遍历所有可能的编码模式组合，期间会进 行预测、变换量化和熵编码，以及相应的重建过程，直到选出率失真代价最小的编码模式组 合，这个过程是通过对编码单元进行复杂的递归划分来完成的，也就是四分树（Quad-tree) 的编码过程。另外，当每帧图像编码完成后，其重建图像会经过去块滤波和自适应样本偏置 SAO (Sample Adaptive Offset)，从而进一步去除重建图像的失真。
[0005] 然而使用新的编码技术，特别是四分树编码结构，极大地增加了 HEVC的编码复杂 度。与四分树的编码结构相匹配，HEVC引入了许多新的概念，包括编码树单元CTU(Coding Tree Unit)、编码单元⑶(Coding Unit)、预测单元PU (Prediction Unit)和变换单元 TU(Transform Unit)。其中，CTU四分树编码过程是HEVC编码器的主要编码过程，基本所 有的HEVC编码模式都会在这个过程中确立。
[0006] 在进行四分树编码时，HEVC编码器需要遍历编码单元四分树的所有可能结点，且 对于每个结点，需要遍历所有可能的PU划分模式，如图2所示。而对于每种可能的PU划分 模式，还需要遍历RQT(Residue Quadtree，方形残差四叉树结构）的所有结点，整个遍历过 程按照深度优先的方式进行的，往往需要通过函数的递归调用来实现。按照通常的编码设 置，编码单元四分树的结点个数多达85个，每个结点需要检测的PU划分模式多达8种，而 RQT的结点个数可以多达21个，因此编码单元四分树、PU划分模式和RQT形成了众多的编 码模式组合。故要在四分树编码过程中，根据RDO(Rate Distortion Optimization，率失真 最优化块）选出最佳的编码模式组合，会消耗大量时间，使得将HEVC用于实时应用以及移 动端时会遇到极大的挑战。
[0007] 综上所述，业内亟需一种在基本保持视频压缩效率和编码质量的前提下降低编码 复杂度和提尚编码速度的视频编码方法。
【发明内容】
[0008] 为了解决上述技术问题，本发明的目的是：提供一种编码复杂度低和编码速度快 的，基于方差的自适应快速视频编码方法。
[0009] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0010] 一种基于方差的自适应快速视频编码方法，包括：
[0011] A、计算当前帧⑶的方差；
[0012] B、根据当前帧CU的方差采用基于方差的PU划分模式快速判决算法进行PU划分 模式检测，得到率失真代价最小的PU划分模式以及CU不划分的最佳率失真代价；
[0013] C、根据当前帧CU的方差采用基于方差的CU划分模式快速判决算法进行CU划分 判决，确定率失真代价最小的CU划分模式；
[0014] D、根据率失真代价最小的PU划分模式和CU划分模式进行编码。
[0015] 进一步，所述步骤A，其具体为：
[0016] 计算当前帧CU的方差，所述CU的方差的计算公式为：
[0017]
[0018] 其中，CU对应区域的大小为NXM，{Plj|0彡i彡N-1，0彡j彡M-1，i G Z，j G Z} 表示CU对应区域内的所有原始像素值，P是CU对应区域内所有原始像素的均值，而V是 CU对应区域内原始像素的方差。
[0019] 进一步，所述步骤B，其包括：
[0020] B1、判断当前帧的编码配置是否为AI或AIlO编码配置，若是，则执行步骤B2,反 之，则执行步骤B3 ;
[0021] B2、判断当前帧是否满足⑶需要划分的直接判断条件，若是，则跳至步骤M，反 之，则执行步骤B3,所述CU需要划分的直接判断条件为：
[0022]
[0023] 其中，为当前帧⑶的方差，β是第一自适应调整因子，是当前帧⑶的最 大方差，bitd印th是编码器所使用的内部比特深度；
[0024] B3、采用基于方差的PU划分模式快速判决算法进行PU划分模式检测，选出率失真 代价最小的PU划分模式及CU不划分的最佳率失真代价；
[0025] B4、直接判定当前帧⑶需要进行划分，并递归遍历当前帧⑶的子⑶。
[0026] 进一步，所述步骤B2,其包括：
[0027] B21、更新p的值为++p，所述p是前一帧四分树编码中所检测的⑶总数；
[0028] B22、判断当前帧是否满足CU需要划分的直接判断条件，若是，则在更新q的值为 ++q后执行步骤M，反之，则执行步骤B3,其中，q是前一帧四分树编码中满足CU需要划分 的直接判断条件的⑶总数。
[0029] 进一步，所述第一自适应调整因子β的自适应调整方法为：
[0030] 若q小于ρ的10%，则以当前帧四分树编码前一次自适应调整后的β值减去0. 1 所得的值作为当前CU的β值；
[0031] 若q大于等于ρ的10%且小于等于ρ的15%，则当前⑶的β值为当前帧四分树 编码前一次自适应调整后的β值；
[0032] 若q大于ρ的15%，则以当前帧四分树编码前一次自适应调整后的β值加上0.1 所得的值作为当前CU的β值；
[0033] 若β小于0. 1，则将当前⑶的β值设为0. 1 ;
[0034] 其中，第一自适应调整的因子β的初始值为1。
[0035] 进一步，所述步骤Β3,其包括：
[0036] Β31、对SKIP模式进行测试，得到SKIP模式下的率失真代价；
[0037] B32、计算Part_Nx2N划分模式所对应的两个PU的方差，并判断这两个PU的方差 是否均不小于给定的PU方差阈值，若是，则执行步骤B34,反之，则执行步骤B33 ;
[0038] B33、对Part_Nx2N划分模式进行测试，得到Part_Nx2N划分模式下的率失真代价， 然后执行步骤B34;
[0039] B34、计算Part_2NxN划分模式所对应的两个PU的方差，并判断这两个PU的方差 是否均不小于给定的PU方差阈值，若是，则执行步骤B36,反之，则执行步骤B35 ;
[0040] B35、对Part_2NxN划分模式进行测试，得到Part_2NxN划分模式下的率失真代价， 然后执行步骤B36;
[0041] B36、对AMP模式进行测试，选出率失真代价最小的PU划分模式及CU不划分的最 佳率失真代价，所述AMP模式包括PART_nRx2N划分模式、PART_nLx2N划分模式、PART_2NxnU 划分模式和PART_2NxnD划分模式。
[0042] 进一步，所述给定的HJ方差阈值为当前帧⑶的方差的一半。
[0043] 进一步，所述步骤C，其包括：
[0044] CU判断当前帧CU的方差是否小于当前帧不划分CU的平均方差，若是，则执行步 骤C2,反之，则执行步骤C4;
[0045] C2、更新m的值为++m，然后判断当前帧CU是否满足CU的划分判决条件，若是，则 在更新η的值为++η后执行步骤C3,反之，则执行步骤C4,所述CU的划分