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一种快速AVS2帧内预测算法

发布时间:2019-09-03 06:38 来源:未知 编辑:admin

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  一种快速 AVS2 帧内预测算法 摘 要:针对目前 AVS2 帧内预测编码模式的选择和计 算过程相对复杂的问题,提出了一种基于零系数块和底层角 度判决的 AVS2 帧内预测算法。该算法先判断当前子块是否 为零系数块,避免对零系数块进行变换等帧内编码的复杂操 作。对于非零系数块,通过底层角度判决,从理论上排除了 至少 40%不可能的预测模式。实验表明,该算法对压缩效率 的影响很小,将 PSNR 下降控制在 0.2dB 内,平均比特数增 加少于 2%, 编码时间至少减少 26%, 有效地降低帧内编码的 复杂度。 关键词:AVS2;帧内预测;零系数块;编码单元;底层 角度判决 1 概述 AVS 是我国第一个拥有自主知识产权的音视频编码标准 [1]。在高清、超高清等应用需求的推动下,更高压缩效率的 视频编码技术迅速发展。在此基础的背景上,2012 年,工作 组开始准备新一代音视频编码标准的制定工作,截至 2014 年 6 月, 制定工作基本完成, 即 (Audio Video coding Standard Ⅱ,AVS2) 。经过测试发现,AVS2 的编码效率比第一代标准 提高一倍以上,与最新国际标准 HEVC(High Efficiency Video Coding)相当[2]。 AVS2 采用的关键技术主要有预测编码、 变换编码和熵编 码等。统计并比较 AVS2 各部分的编码时间可以发现,帧内 预测部分消耗的时间(约 35%)在各主要部分中占首位,新 技术在提高压缩效率的同时,也显著增加了编码复杂度。 目前针对如何降低视频编码帧内预测的计算复杂度的 研究有, 雷海军,危雄,杨张等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[3],但该算法主要针对 HEVC;陈云善,苏宛新,王春霞等提出一种基于(Sum of Absolute Transformed Difference, SATD) 准则和空间相关性的 快速帧内预测算法[4]来优化帧内预测模式的选择过程; PALOMINO D, CAVICHIOLI E, SUSIN A 提出一种基于在编码 树块的新检测顺序的快速帧内模式决策算法[5]。文章在结合 零系数块的基础上,针对如何降低帧内预测模式,提出一种 基于零系数块和底层角度判决的 AVS2 帧内预测算法。 2 AVS2 帧内预测主要结构 AVS2 采用四叉树编码结构,从图 1 中我们可以看到,将 一幅图像划分为若干个最大编码单元(Largest Coding Unit, LCU) ,其最大尺寸为 64×64。 然后按照四叉树递归的方式可 以将 LCU 划分为各种尺寸的编码单元 CU,CU 的尺寸可以表 示成 L×L 的样式,L 的取值有 8,16,32 或 64。 不同的编码单元可以通过不同的方式划分成预测单元 (prediction unit, PU) 进行预测编码, 在划分 PU 的形状中, 相比 AVS1,AVS2 增添了一种非对称的划分方法,它只适用 于亮度子块,对色度子块则不适用,通过非方形划分方式的 引入,大大降低了相互之间的预测距离,使预测精度得到提 高,因此又被称为短距离帧内预测(short distance intra predicion, SDIP) ,如图 2 所示。 在预测方向上,与 AVS1 相比,AVS2 增加了更多的预测 模式。 AVS2 的每个亮度预测模块运用了 33 种帧内预测模式, 如图 3 所示, 其中编号 3~32 属于运用于变化区域的角度预 测模式, 编号 0~2 属于运用于平滑区域的非角度预测模式, 包括 DC、Plane 和 bilinear 三种模式。 为了确定 AVS2 帧内任何一个 LCU 下所有的帧内预测模 式,不仅需要遍历所有尺寸下的 CU,还要对每个 CU 中任意 划分的所有 PU 进行 33 种角度预测模式遍历。 从遍历的过程 可以发现,AVS2 的帧内预测计算量非常庞大,同时也造成编 码复杂度的提高,如何减少遍历的模式数量和简化计算过程 成为研究的重点。 3 零系数块 3.1 零系数块的引出 在 AVS2 的参考软件中,视频原始信号先通过帧内预测 和帧间预测编码获取残差信号,而后通过编码器对残差信号 进行一系列的整数变换和量化,对得到的量化系数进行最终 的熵编码,对视频信号的编码也随之结束。经实验检验,在 全部视频序列中存在着一种特殊的编码模块,其量化系数全 部为零,这意味着对零系数块编码没有任何意义,我们称之 为全零系数块(Zero Block,ZB)[7]。 零系数块的统计情况如表 1 所示,不同的码流中零系数 块在各自宏块中占有很大的比例,并且随着量化步长的增大 而增大。因此寻找一种能够在整数变换之前,利用残差信号 的相关信息提前判断出当前子块为 ZB 的方法成为降低编码 复杂度的有效手段。

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