基于SATD准则的HEVC快速帧内预测算法

相比于H.264/AVC视频编码标准,高效视频编码（HEVC）具有更大的压缩率和计算复杂度。HEVC更多的帧内预测模式显著地提升了编码器的率失真性能,但更高的算法复杂度使得编码时间大大增加。通过对典型序列编码的统计分析,提出一种基于变换残差绝对值和（SATD）的帧内预测模式快速选择算法,以降低HEVC帧内预测过程的计算复杂度。所提算法通过比较SATD来加速帧内预测模式的判决,避免了耗时的率失真代价（RD-Cost）计算,并且选择性地降低候选预测模式的数量,以减少总体编码时间。通过与现有其他HEVC快速算法进行比较测试,结果表明,所提算法平均减少了12.90%~19.89%的编码时间（编码器不进行任何优化）,而BD-Rate码率指标仅增加了0.5%~0.96%,几种算法的率失真性能基本一致。     

一种快速HEVC帧内预测模式决策算法

高性能视频编码(HEVC)标准是视频编码联合小组提出的新的视频编码标准。针对HEVC帧内预测模式决策的高计算复杂度问题,提出一种基于边缘方向强度检测的快速帧内预测模式决策算法。将35种帧内预测模式根据5个基本方向分为5个预测候选模式集合,每个集合中有11种预测模式。分别计算预测单元(PU)的5个方向的方向强度,以及每个方向所占比例,选择比例最大的方向所对应的候选模式集合为该PU块的候选预测模式,有效减少帧内预测的计算复杂度。实验结果证明,与HM8.0相比,该算法能够以保证视频质量为前提,在高效率条件和低复杂度条件下平均节省15%和18%的编码时间。     

一种面向HEVC的编码单元深度决策算法

新一代高性能视频编码(HEVC)标准采用灵活的四叉树自适应存储结构、可变尺寸的编码块、35种帧内预测模式等新技术,能够有效提升HEVC的编码效率,但也造成了更高的编码复杂度。为此,提出一种基于时空相关性的编码单元深度决策算法。融合关联帧编码单元的深度信息及当前帧相邻编码单元的深度信息,从而预测当前编码单元的深度范围。实验结果表明,与HEVC标准测试算法相比,该算法能在不明显影响编码质量的基础上平均减少30.2%的编码时间。     

基于改进的Canny算子的HEVC帧内模式选择

针对HEVC中帧内预测模式选择算法复杂度问题,提出了一种基于改进的Canny算子的HEVC帧内模式选择算法. 首先,通过改进的Canny边缘检测算子提前分析预测块的方向,将此方向相应的角度预测模式加入到候选模式集中;其次,利用图像空间相关性,将相邻预测单元的最优帧内预测模式添加到候选模式集中,最后,通过RDO代价进行帧内模式选择. 实验结果表明,与粗选择模式相比,该算法将候选模式数目从35种减少到不超过9种,算法编码时间平均减少32%,而BD-Rate损失仅为0.096%,并且编码后的主观图像质量基本没有变化.     

基于HEVC的帧内预测模式快速选择算法

为了节省高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC）中的帧内编码时间,提出一种帧内预测模式快速选择算法,通过判断预测编码单元的大小,分别采用像素梯度和方向强度来预测候选模式,利用像素梯度能减少选择候选模式过程的计算量,而方向强度判断能减少候选模式数量。实验结果表明,提出的算法与测试平台HM13.0的快速算法相比,帧内预测时间平均减少了27.15%。达到了降低计算复杂度的目的,有效节省了编码时间。     

一种HEVC帧内预测快速算法

HEVC作为新一代的视频编码标准,比现有H.264标准的压缩效率提高近一倍,但其存在复杂度较高的问题。为此,针对HEVC中帧内预测最耗时的模块,即编码单元块划分模块和帧内预测模式选择模块,提出一种适合HEVC帧内预测的快速算法。该算法将率失真(RD)代价作为阈值参数,利用候选模式集中预测模式被选中概率快速递减的规律,基于RD代价进行帧内预测块划分和帧内预测模式选择。实验结果表明,该算法在相同编码质量条件下可减少59%的HM10.0帧内预测模块复杂度,相应比特率的增加幅度小于1.34%。     

利用纹理和空间相关性的HEVC帧内预测模式选择

目的 提出一种结合图像纹理方向和空间相关性的高效视频编码（HEVC）帧内模式选择快速算法,减少粗模式选择过程的候选模式数目,加快帧内模式选择速度。方法 首先,使用Sobel算子获得当前预测单元（PU）的纹理方向,利用此纹理方向选取相应的角度预测模式组成粗模式选择的候选模式列表;另外,利用图像的空间相关性,将相邻预测单元的最优帧内预测模式添加到候选模式列表中。结果 本文算法将粗模式选择过程的候选模式数目从35种减少到不超过10种,比特率升高0.41%,峰值信噪比下降0.0314 dB,编码时间缩短了34.9%。结论 实验结果显示,在保持编码质量基本不变的情况下,此算法明显减少了粗模式选择过程的预测模式数量,提高了HEVC的编码效率。     

一种HEVC帧内编码的快速算法

针对高效视频编码（HEVC）帧内预测复杂度高和耗时长的缺点,提出一种HEVC帧内编码的快速算法。首先根据相邻编码单元的时空域相关性,缩小编码单元深度遍历范围,提前中止或跳过不必要的深度,同时在选择当前编码单元的最佳模式时,根据Planar模式是否可为最佳模式,分别采取不同的方案减少预测模式数量。实验结果表明,与HM10.0相比,提出的算法能在保持编码性能的同时将编码时间减少约30%,加快了帧内编码的速度,具有很好的实用性。     

基于纹理特性与空域相关的高效视频编码帧内分级快速算法

为了降低高效视频编码(HEVC)标准的编码复杂度,提出一种基于纹理特性与空域相关性的帧内分级快速算法。首先,采用最大编码单元(LCU)级的快速算法,通过利用相邻LCU的编码深度值加权预测得到当前LCU的预测深度,并利用块标准差和自适应阈值策略确定当前LCU的纹理复杂度,将当前LCU的预测深度和纹理复杂度相结合来预测当前LCU的最有可能深度范围(MPDR);其次,采用编码单元(CU)级的深度判决快速算法(CUDD-FA),将基于边缘图的CU深度预判策略和基于率失真(RD)代价相关性的CU提前中止策略相结合,实现了CU级深度的提前确定,进一步降低了帧内编码复杂度。与原始HEVC算法相比,所提算法在全I帧编码模式下编码时间平均减少41.81%,BD-rate(Bjøntegaard Delta bit rate)仅上升0.74%,BDPSNR(Bjøntegaard Delta Peak Signal-to-Noise Rate)仅降低0.038 dB;与代表性文献算法相比,所提算法在编码时间节省更多的情况下率失真性能更好。实验结果表明,在率失真性能损失可以忽略不计的前提下,所提算法能有效降低HEVC帧内编码复杂度,特别是高分辨率视频序列,有利于HEVC的实时视频应用。     

高效视频编码帧内快速深度决策算法

针对新一代高效视频编码（HEVC）帧内预测中编码单元（CU）的编码深度选择过程中计算复杂度较高的问题,提出了一种基于空域相关性的帧内快速深度决策算法。首先,利用相邻已编码树单元（CTU）的深度通过线性加权得到当前CTU深度估计值;然后,对当前CTU深度估计值设置较为合适的深度双阈值提前终止编码树单元的划分或跳过CTU的某些深度,来缩小当前CTU的深度范围,从而减少不必要的深度计算。实验结果表明：与HM12.0相比,所提算法对比较简单的视频序列编码时间的减少比较明显,在亮度峰值信噪比（Y-PSNR）几乎不变的情况下（平均降低0.02 dB）,编码时间平均减少了34.6%。此外,所提算法容易与其他算法进行融合,能进一步降低HEVC的帧内计算复杂度,最终达到实时传送高清视频的目的。     

Fast CU size decision and mode decision algorithm for intra prediction in HEVC

In the intra prediction process, High Efficiency Video Coding (HEVC) provides a quadtree-based coding unit (CU) block partitioning structure and up to 35 kinds of prediction modes to improve the coding performance. These technologies improve the coding efficiency significantly while the coding complexity is simultaneously increased rapidly as well. In this paper, a novel fast CU size decision and mode decision algorithm is proposed for the intra prediction of HEVC. The overall algorithm consists of two processes, the fast CU size decision and fast mode decision. In the fast CU size decision process, we adopt an adaptive discretization total variation (DTV) threshold-based CU size determination algorithm to skip some specific depth levels. In the fast mode decision process, an orientation gradient-based mode decision is proposed to reduce the candidate modes involved in the rough mode decision (RMD) and the rate distortion optimization (RDO) process. The experimental results on the HEVC reference software HM demonstrate that the proposed algorithm can significantly reduce the coding time with negligible performance loss.     

一种HEVC帧内预测模式快速选择算法

针对HEVC帧内预测模式选择过程计算较为复杂的问题,提出了一种帧内预测模式快速选择算法。在统计实验数据的基础上,针对64[×]64、32[×]32、16[×]16较大尺寸的预测单元类型,采用阈值法筛选掉粗选后可能性较小的预测模式,针对8[×]8、4[×]4较小尺寸的预测单元类型,根据代价值的分布情况,直接筛减或者采用模式梯度直方图法筛选掉粗选后可能性较小的预测模式,从而减少最后进行率失真代价精密计算的帧内预测模式数量,降低帧内编码复杂度。实验结果表明,在保证图像质量和编码码率的情况下,该算法能有效提高HEVC的编码速度,有利于实时应用。     

基于帧内预测模式调制的HEVC信息隐藏方法

为了进一步提高HEVC信息隐藏过程中的嵌入效率,提出了一种HEVC帧内预测模式调制的信息隐藏方法。该方法根据密钥生成每个CTU的空间点阵维数N(N=2,3,4),利用帧内预测模式选取规则选出N个顶角处的帧内预测模式,通过空间点阵映射算法计算出映射值 F;然后从秘密信息比特文件中读取 N 个比特,转换成十进制数D。实现了在N个帧内预测模式中最多改变一个模式即可嵌入N个比特秘密信息。实验验证该方法具有高嵌入效率、小码率增加以及视频质量几乎没有下降的特性,通过抗隐写实验证实所提方法有高隐蔽性。     

A low energy intra prediction hardware for high efficiency video coding

Intra prediction algorithm in the recently developed high efficiency video coding (HEVC) standard has very high computational complexity. Therefore, in this paper, we propose pixel equality and pixel similarity based techniques for reducing amount of computations performed by HEVC intra prediction algorithm and, therefore, reducing energy consumption of HEVC intra prediction hardware. The proposed techniques significantly reduce the amount of computations performed by 4 × 4 and 8 × 8 luminance angular prediction modes with a small comparison overhead. Pixel equality based technique does not affect the PSNR and bit rate. Pixel similarity based technique increases the PSNR slightly for some video frames and it decreases the PSNR slightly for some video frames. We also designed and implemented a low energy HEVC intra prediction hardware for 4 × 4 and 8 × 8 angular prediction modes including the proposed techniques using Verilog HDL. The proposed techniques significantly reduce the energy consumption of this HEVC intra prediction hardware.     

HEVC快速帧内模式决策算法

在高效视频编码(HEVC)标准中,为降低编码单元和预测单元算法的计算复杂度,提出一种基于编码单元纹理和预测单元模式决策的快速帧内预测算法。通过统计编码单元的纹理复杂度,分析编码单元纹理的相关性,设定合理的纹理阈值,快速地决策当前编码单元的大小。改进预测单元模式决策算法,利用三步搜索方法,减少候选模式数量和帧内模式预测时间。算法结合了编码单元和预测单元的特点,仿真结果表明,与HEVC参考软件HM8.0相比,在增加较少码率,降低较少峰值信噪比的情况下,该算法的编码时间平均缩减40.9%,降低了编码复杂度。     

高效率视频编码帧内快速算法

针对高效率视频编码(HEVC)帧内预测过程中较高的计算复杂度,首先在编码单元(CU)决策的层面上,提出了一种基于绝对误差和(SATD)的CU分割提前终止方案：对于每个深度级的CU,判断该CU最小的SATD值是否小于给定的阈值;若是,则终止该CU的分割过程。同时,基于统计的分析,依照各候选模式成为最优预测模式的概率,进一步排除低概率的候选模式。实验结果表明,同原始HM10.1相比,所提算法可以节省编码时间30.5%,并且保持视频质量几乎不变（平均Y方向峰值信噪比仅降低0.02dB）。此外,所提算法软硬件实现简单,而且容易与其他算法进一步融合,进一步降低HEVC的帧内编码复杂度。     

3D-HEVC深度图帧内预测快速算法

目的 多视点纹理加深度视频（MVD）格式逐渐成为立体视频的主流表现形式之一。新一代高效率立体视频编码（3D-HEVC）继承了HEVC的编码结构并引入一些新的编码技术,导致深度图帧内编码过程具有较高的计算复杂度。针对这一问题,提出了一种深度图帧内编码快速算法。方法 本文算法利用深度图的特征分别对CU分割过程和粗略模式选择（RMD）过程进行优化。首先在四叉树编码结构上,利用基于纹理元的图像分析方法计算编码单元的梯度矩阵,若梯度矩阵中的梯度值之和小于给定的阈值,则终止该CU的分割进程。同时,对大尺寸的PU和小尺寸的PU分别利用纹理特征与粗略模式选择过程中Planar和DC进行低复杂度率失真计算后的最小率失真代价,跳过RMD中角度模式的检查过程。结果 实验结果表明,与原始算法相比,本文算法平均节省40.64%的深度图编码时间,而合成视点的平均比特率仅仅增加了0.17%。本文算法不仅能对平坦的CU跳过不必要的深度决策过程,而且有效地减少了RMD中需要遍历的模式数目,提高了编码器的效率。结论 该算法对CU分割进程和粗略模式选择过程都进行优化,在合成视点的视频质量几乎不变的前提下,有效降低了深度图的帧内编码复杂度。     

基于HEVC的帧内预测模式决策和编码单元划分快速算法

针对高效视频编码（HEVC）帧内预测过程中的高计算复杂度问题,提出一种基于纹理特征的预测模式选择和编码单元划分的快速帧内预测算法。利用每一深度层纹理方向强度判断编码单元是否需要进行分割,并且减少候选模式数量。首先,在每一深度层编码单元上结合像素方差,以像素点为单位计算相应的纹理方向强度,确定其纹理复杂度并结合阈值策略预测最终划分深度;其次,比较垂直和水平方向强度关系及统计预测候选模式概率分布,以减少预测模式数量,确定最优候选模式子集,进一步降低编码复杂度。所提算法与平台HM15.0相比,编码时间平均节省51.997%,BDPSNR（Bjontegaard Delta Peak Signal-to-Noise Rate）仅降低0.059 dB,BDBR（Bjontegaard Delta Bit Rate）仅上升了1.018%。实验数据表明,在保证信噪比和比特率基本不变的同时,所提算法能有效降低编码复杂度,利于HEVC的实时视频应用。