本發(fā)明涉及一種快速的視頻編碼方法。

背景技術(shù)：

隨著多媒體信息技術(shù)的發(fā)展，視頻越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于錄像資料存儲(chǔ)、遠(yuǎn)程視頻網(wǎng)絡(luò)、視頻直播、家庭影院等諸多領(lǐng)域。當(dāng)前視頻傳輸中最為重要的編碼標(biāo)準(zhǔn)有MPEG-2、H.264、H.265、AVS和AVS+等，隨著編碼標(biāo)準(zhǔn)的不斷改進(jìn)，壓縮效率也越來(lái)越高，但是隨之而來(lái)的計(jì)算復(fù)雜度也越來(lái)越大。如何降低計(jì)算復(fù)雜度，提升編碼速度是視頻編碼技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵問題。

視頻圖像數(shù)據(jù)有極強(qiáng)的相關(guān)性，一幀圖像內(nèi)部有很多鄰近像素的數(shù)據(jù)是相似或相同的，這就是空域冗余，而視頻中鄰近幀之間的數(shù)據(jù)也存在很多相似或重復(fù)，這就是時(shí)域冗余，編碼壓縮就是將數(shù)據(jù)中的這些冗余信息去掉，幀內(nèi)編碼技術(shù)可以去除空域冗余，而幀間編碼技術(shù)則可以去除時(shí)域冗余。

幀間編碼利用鄰近幀之間存在的相關(guān)性，將一幀圖像分成若干個(gè)編碼塊，并設(shè)法搜索出每個(gè)塊在鄰近幀中對(duì)應(yīng)的匹配塊，計(jì)算出兩者之間的空間位置的相對(duì)偏移量，得到的相對(duì)偏移量就是MV(Motion Vector，運(yùn)動(dòng)矢量)，而得到MV的過程被稱為運(yùn)動(dòng)估計(jì)。由于搜索匹配塊的次數(shù)多，運(yùn)動(dòng)估計(jì)的時(shí)間在編碼過程中占據(jù)30％甚至更多，因此，如何優(yōu)化運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法是提升編碼整體速度的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)主要包括整像素搜索和分像素搜索，下面以H.265編碼標(biāo)準(zhǔn)為例分析整像素搜索和分像素搜索。

整像素搜索主要包括以下步驟：

1.在編碼當(dāng)前塊時(shí)，利用空域和時(shí)域上相鄰編碼塊的MV組成一個(gè)MV集合，從這個(gè)MV集合中尋找失真最小的MV做為當(dāng)前編碼塊的初始MV，從而確定當(dāng)前編碼塊在鄰近幀中的整像素搜索起始點(diǎn)；

2.以整像素搜索起始點(diǎn)為中心，分別以步長(zhǎng)為1，2，4，8，16，32，64進(jìn)行菱形搜索，選擇失真最小的點(diǎn)做為下一步的搜索中心點(diǎn)；

3.如果步驟2中計(jì)算出的搜索中心點(diǎn)與步驟1中的整像素搜索起始點(diǎn)距離大于步長(zhǎng)3，則以步驟2中計(jì)算出的搜索中心點(diǎn)為起點(diǎn)，做步長(zhǎng)為3的全遍歷搜索；否則，進(jìn)入步驟4；

4.跳回步驟2，直到最優(yōu)整像素點(diǎn)出現(xiàn)在搜索中心位置才退出循環(huán)。

分像素搜索主要包括以下步驟：

1.以最優(yōu)整像素點(diǎn)為中心，利用離散余弦變換插值濾波器進(jìn)行插值得到該預(yù)測(cè)塊中的1/2像素點(diǎn)，并比較最優(yōu)整像素點(diǎn)和周圍8個(gè)1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，選取率失真代價(jià)最小的點(diǎn)為最優(yōu)1/2像素點(diǎn)；

2.以最優(yōu)1/2像素點(diǎn)為中心，利用離散余弦變換插值濾波器進(jìn)行插值得到該預(yù)測(cè)塊中的1/4像素點(diǎn)，并比較最優(yōu)1/2像素點(diǎn)和周圍8個(gè)1/4像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，選取率失真代價(jià)最小的點(diǎn)為最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；

分像素搜索能夠在鄰近幀中搜索出更加精確的匹配塊，但是需要搜索的點(diǎn)數(shù)較多，復(fù)雜度較大，且分像素搜索時(shí)間在整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)中占60％以上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足而提供一種快速的視頻編碼方法。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，一方面，本發(fā)明提供的一種快速的視頻編碼方法，包括如下步驟：

整像素搜索，尋找最優(yōu)整像素點(diǎn)；

設(shè)定第一閾值，判斷當(dāng)前幀是否P幀且QP小于第一閾值，第一閾值的取值范圍在[T₁，51]之間，其中T₁是一個(gè)為了平衡編碼碼率和編碼時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

根據(jù)判斷結(jié)果，利用最優(yōu)整像素點(diǎn)及周圍整像素點(diǎn)擬合為一個(gè)函數(shù)并求取函數(shù)的極小值點(diǎn)；

尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最優(yōu)分像素點(diǎn)。

優(yōu)選地，在尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最優(yōu)1/2像素點(diǎn)和最優(yōu)1/4像素點(diǎn)中的一種的步驟中，包括如下步驟：

尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最近1/2像素點(diǎn)，判斷最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)是否小于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)；

當(dāng)最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)大于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，重新搜索1/2像素點(diǎn)和1/4像素點(diǎn)，求取最優(yōu)分像素點(diǎn)；

當(dāng)最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)小于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，判斷極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離是否小于第二閾值，第二閾值的取值范圍在[0，T₂]之間，T₂是一個(gè)為了平衡計(jì)算精確度和編碼時(shí)間的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)；

當(dāng)極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離大于第二閾值，重新搜索1/4像素點(diǎn)，求取最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；

當(dāng)極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離小于第二閾值，選取最近1/2像素點(diǎn)為最優(yōu)分像素點(diǎn)。

優(yōu)選地，通過優(yōu)化運(yùn)動(dòng)估計(jì)中分像素搜索算法提升編碼效率，可應(yīng)用于H.264、H.265、AVS和AVS+視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)本發(fā)明提供的一種快速的視頻編碼方法，首先，利用最優(yōu)整像素點(diǎn)及周圍整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，根據(jù)不同的幀類型和不同的QP建立不同的失真函數(shù)，求取失真函數(shù)的極小值點(diǎn)；其次，在計(jì)算完極小值點(diǎn)后對(duì)最近1/2像素點(diǎn)和最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)進(jìn)行比較，糾正誤差較大的極小值點(diǎn)；最后，根據(jù)極小值點(diǎn)的位置進(jìn)行1/2或1/4像素搜索，從而獲取更好的搜索精度，減少了分像素的搜索時(shí)間，提升了編碼速度，本發(fā)明可以在編碼碼率增加不多的情況下節(jié)省較多的時(shí)間。

本發(fā)明通過優(yōu)化運(yùn)動(dòng)估計(jì)中分像素搜索算法提升編碼效率，可應(yīng)用于H.264、H.265、AVS和AVS+等視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的一種快速的視頻編碼方法的流程示意框圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說(shuō)明。

具體實(shí)施方式

下面詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，通過參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

在本發(fā)明的描述中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。

對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明一實(shí)施例提供了一種快速的視頻編碼方法，包括如下步驟：

整像素搜索，尋找最優(yōu)整像素點(diǎn)；

設(shè)定第一閾值，判斷當(dāng)前幀是否P幀且QP小于第一閾值，其中，第一閾值的取值范圍在[27，51]之間；

根據(jù)判斷結(jié)果，利用最優(yōu)整像素點(diǎn)及周圍整像素點(diǎn)擬合為一個(gè)函數(shù)并求取函數(shù)的極小值點(diǎn)；

尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最優(yōu)1/2像素點(diǎn)和最優(yōu)1/4像素點(diǎn)中的一種。

優(yōu)選地，在尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最優(yōu)1/2像素點(diǎn)和最優(yōu)1/4像素點(diǎn)中的一種的步驟中，包括如下步驟：

尋找極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)的最近1/2像素點(diǎn)，判斷最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)是否小于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)；

當(dāng)最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)大于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，重新搜索1/2像素點(diǎn)和1/4像素點(diǎn)，求取最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；

當(dāng)最近1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)小于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，判斷極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離是否小于第二閾值，其中，第二閾值的取值范圍在[0，0.25]之間；

當(dāng)極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離大于第二閾值，重新搜索1/4像素點(diǎn)，求取最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；

當(dāng)極小值點(diǎn)與最近1/2像素點(diǎn)的距離小于第二閾值，選取最近1/2像素點(diǎn)為最優(yōu)分像素點(diǎn)。

具體地，如圖1所示，

步驟1，整像素搜索，尋找最優(yōu)整像素點(diǎn)；

步驟2，先判斷當(dāng)前幀類型是否為P幀且當(dāng)前編碼單元的QP是否小于第一閾值其中第一閾值為預(yù)先約定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，如果不是則利用最優(yōu)整像素點(diǎn)(x₀，y₀，z₀)以及周圍i個(gè)整像素點(diǎn)(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)...(x_i，y_i，z_i)擬合為一個(gè)M₁元N₁次函數(shù)F₁并求取函數(shù)F₁的極小值點(diǎn)，其中x₀，x₁，x₂，x₃...x_i分別代表各個(gè)整像素點(diǎn)的橫坐標(biāo)，y₀，y₁，y₂，y₃...y_i分別代表各個(gè)整像素點(diǎn)的縱坐標(biāo)，z₀，z₁，z₂，z₃...z_i分別代表各個(gè)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)；如果是則利用最優(yōu)整像素點(diǎn)(x₀，y₀，z₀)以及周圍j個(gè)整像素點(diǎn)(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)...(x_j，y_j，z_j)擬合為一個(gè)M₂元N₂次函數(shù)F₂并求取函數(shù)F₂的極小值點(diǎn)；

步驟3，將步驟2中的極小值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的x、y坐標(biāo)尋找最近的1/2像素點(diǎn)，判斷該1/2像素點(diǎn)的率失真代價(jià)是否小于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，如果不是，則重新做1/2像素搜索和1/4像素搜索，求取最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；如果是則進(jìn)行步驟4；

步驟4，判斷該極小值點(diǎn)與最近的1/2像素點(diǎn)的距離是否小于第二閾值其中第二閾值為預(yù)先約定的經(jīng)驗(yàn)數(shù)值，如果不是，則做1/4像素搜索，求取最優(yōu)1/4像素點(diǎn)；如果是則進(jìn)行步驟5；

步驟5，選擇步驟4中最近的1/2像素點(diǎn)為最優(yōu)1/2像素點(diǎn)。

現(xiàn)有的免插值分像素搜索算法針對(duì)所有的幀類型(包括P幀和B幀)和所有的都采用固定的多點(diǎn)失真函數(shù)求取極小值。本發(fā)明對(duì)于B幀或者P幀中QP大于第一閾值的編碼單元，利用最優(yōu)整像素點(diǎn)(x₀，y₀，z₀)以及周圍i個(gè)整像素點(diǎn)(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)...(x_i，y_i，z_i)擬合為一個(gè)M₁元N₁次函數(shù)F₁并求取函數(shù)F₁的極小值點(diǎn)，其中第一閾值為預(yù)先約定的經(jīng)驗(yàn)值；對(duì)于P幀中QP小于第一閾值的編碼單元，則利用最優(yōu)整像素點(diǎn)(x₀，y₀，z₀)以及周圍j個(gè)整像素點(diǎn)(x₁，y₁，z₁)、(x₂，y₂，z₂)、(x₃，y₃，z₃)...(x_j，y_j，z_j)擬合為一個(gè)M₂元N₂次函數(shù)F₂并求取函數(shù)F₂的極小值點(diǎn)，這樣可以更靈活地平衡計(jì)算復(fù)雜度和搜索精度；

現(xiàn)有的免插值分像素搜索算法在求取極小值之后，對(duì)極小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的x、y坐標(biāo)尋找最近的1/2或者1/4像素點(diǎn)作為最優(yōu)分像素點(diǎn)，但是經(jīng)過統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)此方法求取的最優(yōu)分像素點(diǎn)的率失真代價(jià)大于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)的概率達(dá)到10％甚至更高，這樣求取的最優(yōu)分像素點(diǎn)會(huì)造成較大的編碼失真。本發(fā)明則在計(jì)算完極小值點(diǎn)后，對(duì)極小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的x、y坐標(biāo)尋找最近的1/2或者1/4像素點(diǎn)作為候選分像素點(diǎn)，將其率失真代價(jià)與最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)進(jìn)行比較，如果候選分像素點(diǎn)的率失真代價(jià)大于最優(yōu)整像素點(diǎn)的率失真代價(jià)，則說(shuō)明該候選分像素點(diǎn)將會(huì)造成較大的編碼失真，需再次進(jìn)行1/2和1/4像素搜索；

現(xiàn)有的免插值分像素搜索算法在求取極小值之后，對(duì)極小值點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的x、y坐標(biāo)尋找最近的1/2或者1/4像素點(diǎn)作為最優(yōu)分像素點(diǎn)，這樣也會(huì)導(dǎo)致求取的分像素點(diǎn)不夠精確，會(huì)帶來(lái)額外的碼率增加。本發(fā)明則先判斷極小值與最近1/2像素點(diǎn)的距離是否小于第二閾值，如果是，則直接判定該1/2像素點(diǎn)為最優(yōu)分像素點(diǎn)；如果不是，，則以最近的1/4像素點(diǎn)為中心再搜索最優(yōu)的1/4像素點(diǎn)，這樣可以獲得更好的搜索精度。

將本發(fā)明算法和現(xiàn)有免插值分像素搜索算法在x265測(cè)試模型上實(shí)現(xiàn)，并分別與x265原算法算法進(jìn)行對(duì)比，分別測(cè)試IPPP和IBBBP編碼結(jié)構(gòu)。

在IPPP編碼結(jié)構(gòu)中，免插值分像素搜索算法會(huì)增加2.7％的編碼碼率，本發(fā)明雖然編碼時(shí)間比免插值分像素搜索算法略多，但是編碼碼率只增加了1.0％，可以用較少的碼率換取較快的編碼速度；在IBBBP編碼結(jié)構(gòu)中，免插值分像素搜索算法會(huì)增加1.4％的編碼碼率，本發(fā)明的編碼碼率僅僅增加了0.9％，編碼時(shí)間也能夠得到合理的控制。，總體而言，本發(fā)明可以在編碼碼率增加不多的情況下節(jié)省較多的時(shí)間。

視頻編碼中運(yùn)動(dòng)估計(jì)的計(jì)算太過復(fù)雜，它在編碼過程中占據(jù)1/3甚至更多的時(shí)間，根據(jù)本發(fā)明提供的一種快速的視頻編碼方法，通過優(yōu)化運(yùn)動(dòng)估計(jì)中分像素搜索算法，減少運(yùn)動(dòng)估計(jì)的時(shí)間，提升整體編碼速度。

在本說(shuō)明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。盡管上面已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的原理和宗旨的情況下在本發(fā)明的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。