高清視頻編碼的幀內(nèi)預(yù)測編碼器的架構(gòu)設(shè)計(jì).pdf

1、論文研究用于下一代視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn) HEVC(高效視頻編碼)的低復(fù)雜度幀內(nèi)預(yù)測編碼器。HEVC和上一代標(biāo)準(zhǔn)H.264相比,可以取得2倍的壓縮效率。在獲得更高壓縮率的同時(shí),HEVC的編碼復(fù)雜度也變得很高。在新標(biāo)準(zhǔn)HEVC中,幀內(nèi)預(yù)測仍然扮演著很重要的角色,在實(shí)現(xiàn)幀內(nèi)預(yù)測編碼器的過程中,有三個(gè)問題會(huì)導(dǎo)致高復(fù)雜度,首先是HEVC提供了更多幀內(nèi)預(yù)測塊和預(yù)測模式,遍歷所有的塊和模式會(huì)帶來很大的復(fù)雜度。其次是HEVC采用碼率-扭曲率(R-D)代價(jià)來做模

2、式判決,R-D代價(jià)的計(jì)算方法復(fù)雜且計(jì)算量大。最后是HEVC提供了大尺寸的正/反變換,導(dǎo)致很大硬件資源的開銷。
　　為了減少需要完整處理的幀內(nèi)預(yù)測塊和模式的個(gè)數(shù),本文首先提出了一個(gè)HEVC幀內(nèi)預(yù)測塊和預(yù)測模式的快速選擇算法。其中,作者首先提出了一個(gè)低復(fù)雜度預(yù)估hadamard(HAD)代價(jià)的方法和一個(gè)線下訓(xùn)練閾值的方法。通過比較預(yù)估代價(jià)和訓(xùn)練得到的閾值,一些幀內(nèi)預(yù)測塊被過濾,然后從5層幀內(nèi)預(yù)測塊中挑選出相鄰2層的預(yù)測塊,進(jìn)行完整預(yù)測

3、。同時(shí),預(yù)估HAD代價(jià)小的模式可以直接判定為候選模式,避免了計(jì)算實(shí)際HAD代價(jià)。為了充分利用大尺寸變換對(duì)編碼性能的提升,本文提出了一個(gè)預(yù)測塊32x32的補(bǔ)償策略。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,和原始的HEVC測試模型(HM)相比,作者設(shè)計(jì)的HEVC幀內(nèi)預(yù)測塊和預(yù)測模式快速選擇算法可以減少50％以上的編碼復(fù)雜度,并保證編碼質(zhì)量損失少于2%。
　　為了降低R-D代價(jià)實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度,本文又提出了一個(gè)HEVC低復(fù)雜度R-D代價(jià)預(yù)估算法。完整R-D代價(jià)需要經(jīng)

4、過重建回路得到扭曲率,并且計(jì)算熵編碼才能得到碼率。為了省去熵編碼的計(jì)算并且避免重建回路引起的數(shù)據(jù)依賴問題,我們用變換系數(shù)去預(yù)估R-D代價(jià)的兩個(gè)部分,碼率和扭曲率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,和原始的HEVC測試模型(HM)相比,設(shè)計(jì)的R-D預(yù)估模型可以減少60%以上的R-D運(yùn)算時(shí)間,并保證編碼性能損失小于2.5%。
　　為了降低大尺寸正/反變換的硬件開銷,本文在最后提出了一個(gè)HEVC正/反變換的低代價(jià)算法和架構(gòu)。首先,為了降低正變換的硬件資源,

5、作者提出并進(jìn)串出的方法,在每個(gè)周期內(nèi)都輸出固定數(shù)量的正變換結(jié)果。對(duì)應(yīng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)在不同的周期內(nèi)可以被重用,從而降低硬件開銷。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,設(shè)計(jì)的正變換架構(gòu)較之前的研究可以減少19%的硬件資源。和正變換類似,為了降低反變換的硬件開銷,作者提出了一個(gè)重新排序的并進(jìn)串出算法,該架構(gòu)在不同周期內(nèi)也可以被重用。另外,我們還調(diào)換了反變換輸出點(diǎn)的順序,從而能共享反變換中蝴蝶架構(gòu)的輸入值,減少了中間變量的計(jì)算量。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,作者提出的反變換架構(gòu)較之前的