基于霍夫變換的hevc標(biāo)準(zhǔn)中幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速確定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種在國(guó)際最新視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)HEVC中進(jìn)行快速地確定幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼模式的方法。本方法先對(duì)當(dāng)前預(yù)測(cè)單元(PU)進(jìn)行邊緣檢測(cè)和霍夫(Hough)變換。然后，對(duì)檢測(cè)出的直線的方向角的正切值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以根據(jù)這些啟發(fā)式信息，提取出當(dāng)前預(yù)測(cè)單元最可能的邊緣走向，優(yōu)化地選擇候選的預(yù)測(cè)模式，供碼率與失真度粗選(RMD)過程檢測(cè)確定較優(yōu)的編碼模式(MPM)，并用碼率與失真度精選(RDO)過程進(jìn)行檢測(cè)，以確定最終的編碼模式。實(shí)驗(yàn)表明本發(fā)明所提出的方法能夠使HEVC的運(yùn)行速度提高20％以上。
【專利說明】基于霍夫變換的HEVC標(biāo)準(zhǔn)中幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及到視頻編碼領(lǐng)域中目前國(guó)際上最新的壓縮標(biāo)準(zhǔn)HEVC中加快其運(yùn)行速度的方法，尤其涉及一種采用霍夫(Hough)變換等技術(shù)加快其幀內(nèi)編碼塊的最優(yōu)編碼模式的確定的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]HEVC(High Efficiency Video Coding)是目前最新的國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。它是由IS0/IEC移動(dòng)圖像專家組(MPEG)和ITU-T視頻編碼專家組(VCEG)聯(lián)合制定的。它是繼
H.264/AVC之后的高性能視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)。它的編碼效率比H.264提高了 50%以上。HEVC仍然采用預(yù)測(cè)加變換的混合編碼框架，該框架中的技術(shù)較之前的技術(shù)比較來看，雖然大致的編碼框架內(nèi)容及流程并沒有過多的改變，但是為了提高視頻編碼效率，HEVC標(biāo)準(zhǔn)中也加入了許多新的技術(shù)。
[0003]在H.264視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)中，宏塊(Micro Block,MB)是編碼的最基本的單元。但在HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)中，由于高清視頻的普及，對(duì)達(dá)到2K、4K的超清視頻，如果再采用這樣固定大小的編碼塊的話，很難適應(yīng)高清視頻的需求。因此，HEVC沒有繼續(xù)采用MB的概念，而是采用更加靈活方式進(jìn)行塊結(jié)構(gòu)表示:編碼單元(⑶coding unit)、預(yù)測(cè)單元(PU predictionunit)、變換單元(TU transform unit)。⑶是最基本的分割單元，其最大編碼尺寸是64X64，最小編碼尺寸是8X8。是一個(gè)攜帶與預(yù)測(cè)過程相關(guān)信息的基本單元，PU尺寸小于或等于⑶尺寸。一個(gè)⑶可以包含一個(gè)或多個(gè)不同尺寸的預(yù)測(cè)單元PU，一個(gè)PU包含若干變換單元TU，TU是一個(gè)基于變換以及量化的基本單元。HEVC采用四叉樹結(jié)構(gòu)進(jìn)行編碼單元的劃分。
[0004]HEVC為了克服了 H.264/AVC中預(yù)測(cè)模式個(gè)數(shù)少、預(yù)測(cè)精度不高、不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)，HEVC大大增加了可采用的預(yù)測(cè)模式的數(shù)量。HEVC幀內(nèi)預(yù)測(cè)共有35種預(yù)測(cè)模式，其中模式O表示使用平面(Planar)方式預(yù)測(cè)，模式I表示使用直流(DC)方式預(yù)測(cè)，模式2至34表示使用各種角度進(jìn)行預(yù)測(cè)。
[0005]在HEVC的參考模型HM4.0中幀內(nèi)模式的決策過程分為三個(gè)階段。首先，對(duì)適合不同尺寸PU的模式集進(jìn)行粗選，計(jì)算所有可能預(yù)測(cè)模式的率失真代價(jià)(Rate-DistortionCost, Rd-Cost)，并將其按照代價(jià)遞增順序排列，Rd-Cost值最小的一組預(yù)測(cè)模式即是粗選子集，這個(gè)過程叫做粗選模式確定(RMD)過程。這里，計(jì)算失真時(shí)，僅考慮預(yù)測(cè)殘差的失真，而不是編解碼后的失真。其次，驗(yàn)證當(dāng)前塊左側(cè)和上側(cè)參考?jí)K的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式是否包含在粗選子集中，若不在，則將其加入子集。最后，對(duì)粗選子集中的預(yù)測(cè)模式進(jìn)行率失真優(yōu)化，代價(jià)最小的模式即為最優(yōu)預(yù)測(cè)模式，這個(gè)過程叫做碼率和失真度優(yōu)化(RDO)過程。這里，RDO過程中需要計(jì)算每個(gè)候選模式的編解碼之后的失真，因此其計(jì)算量很大。由于HEVC中具有很多可選的幀內(nèi)預(yù)測(cè)的模式，其幀內(nèi)模式的確定過程具有很大的計(jì)算復(fù)雜度，非常耗時(shí)。
[0006]綜上所述，隨著HEVC中幀內(nèi)可選預(yù)測(cè)模式數(shù)量上的增加，雖然提高了預(yù)測(cè)精度和編碼效率，但同時(shí)也大大增加了 HEVC的編碼復(fù)雜度。因而，幀內(nèi)最優(yōu)預(yù)測(cè)模式的確定時(shí)間被大大地增加了。
[0007]本發(fā)明力求在保持預(yù)測(cè)精度的基礎(chǔ)上，減少HEVC中幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的確定時(shí)間。由于圖像塊中的直線的邊緣信息能給我們帶來塊中像素的走勢(shì)的方向，本發(fā)明將利用這一啟發(fā)式信息來簡(jiǎn)化和進(jìn)一步地減少候選的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明提出了一種基于Hough變換的快速幀內(nèi)模式的確定的新方法。為實(shí)現(xiàn)在減少計(jì)算量的同時(shí)盡可能地保持預(yù)測(cè)的精度的目的，本發(fā)明將首先對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)，然后采用Hough變換搜尋為直線的邊緣，接下來確定當(dāng)前圖像預(yù)測(cè)單元PU內(nèi)的直線邊緣的角度，利用統(tǒng)計(jì)直方圖確定當(dāng)前最有可能的預(yù)測(cè)方向，并根據(jù)此方向確定最有可能的候選的預(yù)測(cè)模式，以在粗選模式確定(RMD)過程RMD和碼率和失真度優(yōu)化(RDO)過程中減少要檢測(cè)的候選模式，大大地減少計(jì)算量，并同時(shí)對(duì)當(dāng)前盡可能地選擇好的預(yù)測(cè)模式。其特征在于，對(duì)于視頻圖像中的每個(gè)幀內(nèi)預(yù)測(cè)單元PU，所述方法包括:
[0009]步驟一，對(duì)當(dāng)前W，判斷其尺寸是否為4X4。如是，則進(jìn)行步長(zhǎng)為I的模式亞采樣，并直接跳到步驟八。否則，利用Canny算子對(duì)當(dāng)前PU進(jìn)行運(yùn)算。
[0010]步驟二，根據(jù)Canny算子的運(yùn)算的結(jié)果，用形態(tài)學(xué)的方法對(duì)邊緣進(jìn)行細(xì)化。
[0011]步驟三，選擇合適的閾值進(jìn)行中邊緣點(diǎn)的提取和連接。
[0012]步驟四，對(duì)當(dāng)前利用Hough變換檢測(cè)直線邊緣像素點(diǎn)，S卩，保留處于某一直線上的邊緣點(diǎn)，去除處于曲線上的邊緣點(diǎn)。
[0013]步驟五，對(duì)各直線邊緣，確定其與水平方向上的角度差Θ，和其正切值tan Θ。
[0014]步驟六，根據(jù)各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)角度的正切值的范圍，和檢測(cè)出的當(dāng)前中各直線邊緣的正切值，用統(tǒng)計(jì)直方圖確定當(dāng)前PU中落在每一個(gè)范圍內(nèi)的直線邊緣像素點(diǎn)之和。
[0015]步驟七，根據(jù)此統(tǒng)計(jì)直方圖，確定直方圖中的直線邊緣像素之和最大的幾個(gè)預(yù)測(cè)模式。
[0016]步驟八，根據(jù)當(dāng)前的尺寸，和得到的統(tǒng)計(jì)直方圖，確定進(jìn)入模式粗選過程RMD的候選的巾貞內(nèi)模式。
[0017]步驟九，根據(jù)RMD過程，和當(dāng)前PU的尺寸，確定進(jìn)入模式精選過程RDO的候選的幀內(nèi)模式。
[0018]步驟十，根據(jù)RDO的結(jié)果，確定當(dāng)前的優(yōu)化的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。
[0019]進(jìn)一步地，所述步驟一中，對(duì)4X4的塊進(jìn)行模式亞采樣。在HEVC參考模型HM4.0中對(duì)于4X4PU適合的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式共19種，方向性預(yù)測(cè)模式分別為:7、14、6、13、1、12、5、
11、4、15、8、16、2、17、9、18、10。對(duì)4X4的塊進(jìn)行模式亞采樣只保留一半的模式，即選擇模式 7、6、1、5、4、8、2、9、10。
[0020]Canny算子邊緣檢測(cè)步驟如下:首先應(yīng)用高斯濾波器平滑圖像，在3 X 3鄰域內(nèi)求有限差分均值計(jì)算灰度梯度的幅值和方向。
[0021]進(jìn)一步地，在所述步驟二中，采用形態(tài)學(xué)的方法對(duì)檢測(cè)出的寬度粗的邊緣進(jìn)行細(xì)化，即，進(jìn)行形態(tài)學(xué)的腐蝕運(yùn)算，其腐蝕的模板元素為
【權(quán)利要求】
1.一種在國(guó)際最新視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)HEVC中進(jìn)行快速地確定幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼模式的方法。所述方法包括: 步驟一，對(duì)當(dāng)前預(yù)測(cè)單元(PU)，判斷其尺寸是否為4X4。如是，則進(jìn)行步長(zhǎng)為I的模式亞采樣，并直接跳到步驟八。否則，利用Canny算子對(duì)當(dāng)前PU進(jìn)行運(yùn)算。 步驟二，根據(jù)Canny算子的運(yùn)算的結(jié)果，用形態(tài)學(xué)的方法對(duì)邊緣進(jìn)行細(xì)化。 步驟三，選擇合適的閾值進(jìn)行PU中邊緣點(diǎn)的提取和連接。 步驟四，對(duì)當(dāng)前PU，利用Hough變換檢測(cè)直線邊緣像素點(diǎn)，即，保留處于某一直線上的邊緣點(diǎn)，去除處于曲線上的邊緣點(diǎn)。 步驟五，對(duì)各直線邊緣，確定其與水平方向上的角度差Θ，和其正切值tan Θ。步驟六，根據(jù)各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)角度的正切值的范圍，和檢測(cè)出的當(dāng)前PU中各直線邊緣的正切值，用統(tǒng)計(jì)直方圖確定當(dāng)前PU中落在每一個(gè)范圍內(nèi)的直線邊緣像素點(diǎn)之和。步驟七，根據(jù)此統(tǒng)計(jì)直方圖，確定直方圖中的直線邊緣像素之和最大的幾個(gè)預(yù)測(cè)模式。步驟八，根據(jù)當(dāng)前PU的尺寸，和得到的統(tǒng)計(jì)直方圖，確定進(jìn)入模式粗選過程(RMD)的候選的幀內(nèi)模式。 步驟九，根據(jù)RMD過程，和當(dāng)前PU的尺寸，確定進(jìn)入模式精選過程(RDO)的候選的幀內(nèi)模式。 步驟十，根據(jù)RDO的結(jié)果，確定當(dāng)前的優(yōu)化的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。
2.如權(quán)利要求1所述的一種對(duì)寬度大于3的邊緣的細(xì)化的方法。在所述步驟二中，采用形態(tài)學(xué)的方法對(duì)檢測(cè)出的寬度大于3的邊緣進(jìn)行細(xì)化，即，進(jìn)行形態(tài)學(xué)的腐蝕運(yùn)算，其腐蝕的模板元素為
3.如權(quán)利要求1所述的一種采用迭代法選取最佳閾值提取邊緣點(diǎn)的方法。所述步驟三中，采用閾值Th進(jìn)行邊緣點(diǎn)提取。采用迭代法選取最佳閾值。迭代法實(shí)現(xiàn)步驟如下: 求出圖像當(dāng)前PU中最小值Zmin、最大值Zmax，則初始閥值Ttl= (Zmin+Zmax) /2。根據(jù)閥值Tk (k為迭代次數(shù))將圖像分割成邊緣像素點(diǎn)和非邊緣像素點(diǎn)，計(jì)算兩部分的平均值4、Zb,即
4.如權(quán)利要求1所述的采用雙閾值方法。即，從候選邊緣點(diǎn)中檢測(cè)和連接最終邊緣像素點(diǎn)的方法。在所述步驟三中，在邊緣點(diǎn)的提取時(shí)，所采用的閾值為Th，邊緣點(diǎn)的連接時(shí)采用的閾值應(yīng)當(dāng)比Th小，以連接邊緣。本發(fā)明中在邊緣點(diǎn)的連接時(shí)采用的閾值為Th/2。BP,經(jīng)第一和第二步處理后，值大于Th的像素點(diǎn)為邊緣點(diǎn)。然后以這些邊緣點(diǎn)為種子，尋找與其相鄰的值大于Th/2的像素點(diǎn)，加為邊緣像素點(diǎn)。然后，重復(fù)這一過程，直到PU中所有的像素點(diǎn)都掃描過一遍。
5.如權(quán)利要求1所述的確定當(dāng)前PU的邊緣走向的方法。即，根據(jù)各幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的預(yù)測(cè)角度的正切值的范圍，和檢測(cè)出的當(dāng)前I3U中各直線邊緣的正切值，用統(tǒng)計(jì)直方圖確定當(dāng)前I3U中落在每一個(gè)范圍內(nèi)的直線邊緣像素點(diǎn)之和。
6.如權(quán)利要求1所述的，根據(jù)當(dāng)前PU的尺寸，和得到的統(tǒng)計(jì)直方圖，確定進(jìn)入RMD檢測(cè)過程的候選模式的方法。對(duì)尺寸4*4、8*8、16*16、32*32、和64*64，分別選擇9、7、5、3、I個(gè)候選模式進(jìn)入到RMD的檢測(cè)過程。其中對(duì)PU尺寸為8X8、16X16、32X32、和64 X 64的預(yù)測(cè)單元，選擇統(tǒng)計(jì)直方圖中直線邊緣像素點(diǎn)之和大的候選模式進(jìn)入到RMD檢測(cè)過程。
7.如權(quán)利要求1所述的，根據(jù)當(dāng)前PU的尺寸，和RMD的結(jié)果，確定進(jìn)入RDO檢測(cè)過程的候選模式的方法。對(duì)尺寸4*4、8*8、16*16、32*32、和64*64，分別選擇5、4、3、2、1個(gè)候選模式進(jìn)入到RDO的檢測(cè)過程。選擇的標(biāo)準(zhǔn)為RMD過程后，碼率和預(yù)測(cè)失真度小的候選模式進(jìn)入到RDO的檢測(cè)過程。
【文檔編號(hào)】G06T7/00GK103905818SQ201410161592
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年4月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月13日
【發(fā)明者】端木春江, 董朵 申請(qǐng)人:浙江師范大學(xué)