淺析HEVC 參考幀設(shè)置與塊劃分快速算法研究

【文章摘要】
HEVC 作為新一代的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)， 在傳統(tǒng)的混合視頻編碼框架下，采用了更精細(xì)的變換單元、運(yùn)動融合技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，使得HEVC 的壓縮性能得到很大的提高，尤其針對高分辨率的視頻壓縮，將達(dá)到更加出色的效果。然而，HEVC 的壓縮性能越強(qiáng)，計(jì)算復(fù)雜度也就越高，為了降低壓縮編碼時間， 本文探討了參考幀設(shè)置以及塊劃分的解決方案，通過對HEVC 的參考幀集對圖像緩存中的已經(jīng)解碼的圖像進(jìn)行管理方法以及對四叉樹的塊劃分策略進(jìn)行深入分析，結(jié)果表明通過參考幀設(shè)置以及塊劃分能夠有效的解決HEVC 的編碼時間，提高了壓縮效率。
【關(guān)鍵詞】
HEVC ；視頻編碼；參考幀設(shè)置；壓縮
0 引言
隨著社會科技的飛速發(fā)展，信息技術(shù)以及多媒體技術(shù)也趨于成熟，多媒體信息在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸已經(jīng)成為現(xiàn)代人們的主要互通、交流的方式，壓縮技術(shù)成為了研究的熱點(diǎn)。目前，視頻媒體的發(fā)展迅速， 視頻數(shù)據(jù)非常龐大，尤其是涉及到高清視頻，使用當(dāng)前的壓縮技術(shù)仍然不能得到很好的壓縮效果，視頻在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸以及存儲將面臨著很大的挑戰(zhàn)。因此，在視頻分辨率不斷提高，3D 視頻技術(shù)不斷成熟的今天，急需一種新型的視頻壓縮技術(shù)來解決視頻傳輸以及存儲的問題。
本文主要針對新一代壓縮技術(shù)—— HEVC 視頻壓縮技術(shù)進(jìn)行研究，HEVC 應(yīng)用了多種先進(jìn)技術(shù)，有著比傳統(tǒng)壓縮技術(shù)更強(qiáng)的壓縮性能，但是算法復(fù)雜度也隨之升高，并且相應(yīng)的軟間與硬件的設(shè)計(jì)難度也變得更高。本文主要針對HEVC 壓縮算法進(jìn)行優(yōu)化，從HEVC 視頻編碼技術(shù)中的參考幀技術(shù)以及塊劃分算法兩個方面進(jìn)行探索，降低算法的復(fù)雜度，提高視頻壓縮效果。
1 參考幀設(shè)置與塊劃分快速算法分析
在H.264/AVC 視頻壓縮編碼中，編碼器傳輸參考幀會發(fā)生相應(yīng)的變化，然而在HEVC 視頻編碼技術(shù)中，傳輸?shù)膮⒖紟瑩碛薪^對地址。當(dāng)解碼端由于某種情況丟失一個NAL 單元或者某幅圖像，擁有絕對地址的HEVC 將不會引起參考幀的錯誤，因此HEVC 有著很好的魯棒性。HEVC 中顯示編碼的參考幀能夠在圖像中所有的Slice 頭部進(jìn)行傳遞，從而能夠有效的抵抗數(shù)據(jù)單元丟失引起的錯誤。關(guān)于參考幀設(shè)置，HEVC 使用參考幀集對圖像緩存中的已經(jīng)解碼的圖像進(jìn)行管理。其中，圖像緩存中應(yīng)用圖像序列號標(biāo)識身份，標(biāo)識方式分為三種類型：第一類為短期參考幀，第二種類型為長期參考幀，第三種類型為不適用的參考幀。其中，圖像緩存中的圖像假如被標(biāo)記為第三類，則從圖像緩存中刪除。
針對HEVC 的塊劃分快速算法，具體的過程如下：假如一幅圖像被一系列空間連續(xù)的編碼樹單元進(jìn)行劃分，編碼樹單元有三部分組成，一部分是亮度編碼樹塊， 另外兩部分是兩個色度編碼樹塊。在亮度編碼樹塊中，取值范圍通常為16、32 以及64。一般來說，被壓縮的視頻的分辨率越高，亮度編碼樹塊的取值范圍就越大， 因此HEVC 的亮度編碼樹塊的值通常選取為64。在實(shí)際的HEVC 編碼中，編碼樹塊的大小將作為一個重要的參數(shù)傳入編碼器中，在編碼器的輸出流中，編碼樹塊的大小被記錄在NAL（序列參考集）中。HEVC 視頻編碼將編碼樹塊繼續(xù)細(xì)粒度的劃分為編碼單元，運(yùn)用四叉樹的遞歸劃分技術(shù)。例如，在編碼樹塊為64x64 時，將其進(jìn)行深度為4 的塊劃分，則細(xì)粒度劃分后的編碼單元有如下類型，32x32,16x16 以及8x8 三種類型。下面將描述四層深度中編碼單元的配置個數(shù)，在深度為第二層中，有四個32x32 的編碼單元，在深度為第三層中，有十六個32x32 的編碼單元，深度為第四層中，有64 個8x8 的編碼單元。編碼單元的計(jì)算方法為1+4+16+64=85， 即一共85 個編碼單元。依據(jù)全搜索的思路進(jìn)行編碼單元的遍歷，需要遍歷全部的編碼單元。即通過子層的四個編碼單元與父層的編碼單元進(jìn)行綜合判斷，從而選擇最佳的劃分模式，這樣能夠使整個編碼樹單元得到最佳的劃分策略。在編碼樹單元的劃分策略中，每個編碼單元做的工作是將一個編碼單元遍歷幀內(nèi)預(yù)測的所有模式以及幀內(nèi)所有的預(yù)測單元劃分。這種針對HEVC 的塊劃分快速算法能夠有效的降低編碼時間，同時將碼率得到有效的提升。
在設(shè)計(jì)具體的HEVC 視頻壓縮編碼器時，設(shè)計(jì)人員可以設(shè)定編碼樹塊的大小，而且可以設(shè)定塊劃分的深度，以滿足不同應(yīng)用場景的需求。
2 結(jié)束語
本文對HEVC 的參考幀設(shè)置與塊劃分快速算法的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入探索。首先進(jìn)行了多參考幀技術(shù)的研究，對HEVC 編碼中的參考幀設(shè)置進(jìn)行深入探討，設(shè)計(jì)了優(yōu)化的參考幀設(shè)置方案。其次，文章對HEVC 的塊劃分技術(shù)進(jìn)行深入的分析，研究了編碼樹模塊的劃分過程。通過本文的研究，有效的減少了HEVC 編碼時間，并且加強(qiáng)了高清視頻的壓縮效果。
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