基于HEVC的帧内预测优化算法研究

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近十年来,多媒体科技使用的频率在急剧上升,为满足信息互联时代对高清视频的需求,已推出的视频编码标准在不断优化自身的编码算法,但在压缩性能方面已很难达到跨越性的提升。在这种情况下,HEVC(High Efficiency Video Coding)凭借其优异的编码能力和压缩效率逐渐获得大量视频客户的青睐。在HEVC中,一方面引入了一种基于递归方式的大型编码单元CU(Coding Unit),包括PU(Prediction Unit)和TU(Transform Unit),但在递归的进行块分割时会消耗更多编码时间。另一方面,HEVC拥有比H.264更多种类的预测模式,方向更细致的预测模式会使预测值更加准确,从而提高压缩性能;但在编码过程中遍历大量的预测模式同样会增加计算复杂度,消耗更多编码时间。与H.264相比,在保证视频客观质量相同的条件下,HEVC的码率预计会降低50%。所以,算法从CU分割和预测模式决策两个角度开展研究,简化不必要的计算过程,进一步缩短编码时间,提高编码性能并保证视频质量。主要优化工作为:1)首先对HEVC整体流程作简要介绍,并深入分析帧内预测的具体过程,然后从CU分割过程中了解CU的最优分割方式,并分析PU中选择最优预测模式的条件。最后衡量率失真优化(RDO)过程中的失真测度,确定合适的率失真优化模型。2)从结束CU分割和减少预测模式两方面提出帧内预测优化算法,一方面使用平均绝对误差(MAD)法来衡量CU块的纹理性,从而提前终止CU的分割。另一方面对角度(Angular)预测模式按其大致方向归为4类,运用改良的梯度计算方法得出PU中预测模式的大致方向,从而减少参与粗选模式决策(RMD)过程的预测模式数量。3)运用参考模型HM和优化算法在码率、时间、峰值信噪比方面的差异来对实验结果分析。全帧内(All_Intra)模式下,提前终止CU分割、减少预测模式两种方式各自减少28.61%、18.66%的编码时间,均只增加很小的码率,提升了HEVC的编码性能。
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