專利名稱：基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻編碼方法，尤其是涉及一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法。
背景技術(shù)：
隨著人們對視覺體驗(yàn)的要求越來越高，市場上出現(xiàn)了三維電視(3DTV)和自由視點(diǎn)電視(FTV)等新興電子設(shè)備，多視點(diǎn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)Multi-view Video Coding(MVC)應(yīng)運(yùn)而生。MVC通過一組攝像頭從不同角度對同一場景進(jìn)行拍攝，得到的視頻數(shù)據(jù)為3DTV和FTV提供視頻源數(shù)據(jù)。一般來說，視頻序列中存在大量的冗余信息，主要分為以下三種空間冗余信息、時(shí)間冗余信息和統(tǒng)計(jì)冗余信息。視頻編碼技術(shù)通過有效合理地去除這些冗余信息，從而達(dá) 到視頻壓縮的目的。在視頻編碼中，一般通過巾貞間編碼技術(shù)對Predicted frames (P巾貞)和Bi-directional predictive frames (B巾貞)進(jìn)行編碼。B、P巾貞與前后巾貞之間存在大量相似內(nèi)容編碼B巾貞時(shí),通過參考如后兩個(gè)方向的已編碼巾貞來去除時(shí)間冗余；編碼P巾貞時(shí)，只參考前面一個(gè)方向的已編碼幀；以上方法可以去除大量的時(shí)間冗余信息。一般通過幀內(nèi)編碼技術(shù)對Intra coded frames (I巾貞)進(jìn)行編碼，I巾貞不參考其他巾貞的信息,只利用自身的信息進(jìn)行編碼。由于相鄰像素之間像素值緊密相關(guān)，可以通過鄰近像素對當(dāng)前像素進(jìn)行預(yù)測以去除空間冗余信息。對于預(yù)測之后得到的殘差信號(hào)利用信源的統(tǒng)計(jì)信息進(jìn)行變換、量化和熵編碼，從而進(jìn)行高效壓縮。和H. 264/AVC單視點(diǎn)視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)相比，MVC必須處理和攝像機(jī)數(shù)量成比例的數(shù)據(jù)量，這個(gè)數(shù)據(jù)量是極大的。在網(wǎng)絡(luò)帶寬等系統(tǒng)資源有限的情況下，如何有效處理如此巨大的數(shù)據(jù)量成為MVC應(yīng)用的一個(gè)瓶頸。除了前面所提的三種冗余信息外，MVC還存在著一種不可忽視的冗余信息，即為視差冗余信息。由于每個(gè)攝像頭都是對同一場景進(jìn)行拍攝，所不同的僅僅是對場景的取景角度，所以不同攝像頭所得到的視頻序列間存在大量相似信息。對于視差冗余信息，一般利用視差估計(jì)來去除視差冗余/[目息。作為H. 264/AVC的擴(kuò)展，MVC中宏塊大小的劃分也是靈活可變的。在MVC中，有7種宏塊劃分大小，分別是16\16(像素為單位)、16\8、8\16、8\8、8\4、4\8、4父4，如圖I所示。一般對于細(xì)節(jié)較少、圖像變化較平緩的區(qū)域，選擇的塊尺寸會(huì)大一些；對于圖像中細(xì)節(jié)較多的區(qū)域選擇的塊尺寸會(huì)小一些。對幀間預(yù)測而言，每個(gè)宏塊都要進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，并且相應(yīng)地有一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量，也就是空間位置的相對偏移量，在解碼端通過運(yùn)動(dòng)矢量指明的位置，從已經(jīng)解碼得到的鄰近參考幀中得到對應(yīng)的塊，和預(yù)測殘差相加后就得到所需要解碼的塊。另外，如果宏塊進(jìn)行視差估計(jì)，會(huì)相應(yīng)地有一個(gè)視差矢量，視差是指同一個(gè)點(diǎn)在不同視點(diǎn)的對應(yīng)圖像中投影點(diǎn)之間的位置偏差，包括各攝像機(jī)的相對運(yùn)動(dòng)及場景中對象的運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的差異。在解碼端通過視差矢量，可以從參考視點(diǎn)的對應(yīng)宏塊得到所要解碼的宏塊。如果宏塊劃分地很細(xì)致，那么所得到的子塊數(shù)量會(huì)增多，相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)矢量/視差矢量也會(huì)增多，用來表示運(yùn)動(dòng)矢量/視差矢量的比特?cái)?shù)也相應(yīng)地增加，需編碼的視頻信息量就會(huì)變大，所以如何選擇宏塊尺寸大小就顯得極為重要。在視頻編碼中，不僅存在不同大小的宏塊，每一個(gè)宏塊還有Intra，Inter, SKIP三種可選編碼方式。Intra模式又包含Intra4X4、Intra8X8和Intral6X 16三種。對宏塊的亮度分量而言，Intra4X4和Intra8X8分別有9種預(yù)測方向，分別是垂直預(yù)測、水平預(yù)測、平均預(yù)測、左對角預(yù)測、右對角預(yù)測、垂直右對角預(yù)測、水平向下預(yù)測、垂直左對角預(yù)測和水平向上預(yù)測。對于Intral6X16存在4種預(yù)測方向，分別是水平預(yù)測、垂直預(yù)測、平均預(yù)測和平面預(yù)測。對于宏塊的Intra8X8色度塊預(yù)測,存在的4種預(yù)測方向和Intral6X 16的4種預(yù)測方向相同，并且兩種色度成分常用同一種預(yù)測方向。在如此眾多的預(yù)測方式中，如何選擇最佳方式對當(dāng)前宏塊進(jìn)行編碼是極為重要 的。最簡單的方法是遍歷所有模式，從中選出一個(gè)最佳的方式，這樣就存在一個(gè)選擇標(biāo)準(zhǔn)。在MVC中，采用拉格朗日率失真優(yōu)化策略(Rate Distortion Optimization, RD0)作為評(píng)價(jià)準(zhǔn)則，即通過遍歷所有可能的模式，最后選擇率失真代價(jià)最小的模式作為最佳編碼模式，公式為J(s,c,m|QP, λ m) = D (s, c, m | QP) + λ mR(s, c, m | QP)式中，QP是宏塊的量化參數(shù)；λ m是拉格朗日常數(shù)，與QP有關(guān)；D是原始像素塊s與重建像素塊c之間的失真；R是利用模式m進(jìn)行編碼的比特?cái)?shù)。對每一個(gè)宏塊，MVC都需要從以上的模式中選擇出最佳的模式進(jìn)行編碼。遍歷所有模式一方面可以提高M(jìn)VC的壓縮率和視頻質(zhì)量，另一方面又不可避免地增加了編碼計(jì)算復(fù)雜度，具體表現(xiàn)在編碼時(shí)間極長。這就需要快速算法來縮短編碼時(shí)間以滿足實(shí)際需要，同時(shí)又在一定范圍內(nèi)滿足視頻質(zhì)量的要求。最優(yōu)停止理論問題可以歸結(jié)如下存在一個(gè)聯(lián)合分布已知的隨機(jī)變量的序列和一組實(shí)值獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)，決策者按照順序檢查這些變量，同時(shí)獲得相應(yīng)的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)值，并且在合適的時(shí)間停止檢查余下的變量，最終的目的是在最短的檢查時(shí)間內(nèi)，使獲得的獎(jiǎng)勵(lì)函數(shù)值最大，在這種情況下獲得的候選變量是最佳的概率也最大。在最優(yōu)停止理論的研究過程中，F(xiàn)erguson等人提出了名為“持續(xù)問題”的最優(yōu)停止問題，簡單敘述為在決策的過程中，如果某個(gè)變量比其他變量的觀測值更好，那么它便成為一個(gè)相對最佳目標(biāo)(Relative BestObject, RB0)。持續(xù)問題的目標(biāo)是在遇到下一個(gè)RBO之前，找到一個(gè)適當(dāng)?shù)臅r(shí)間停止觀測，同時(shí)獲得的變量具有最大觀測值。持續(xù)問題的期望值越大，表明在停止點(diǎn)之后遇到下一個(gè)RBO的時(shí)間越長，同時(shí)能夠節(jié)省的不必要時(shí)間開銷也越多。換句話說，持續(xù)問題的解決方法在判定準(zhǔn)確性和時(shí)間減少比例上能夠很好地進(jìn)行權(quán)衡，這點(diǎn)可以借鑒到視頻編碼的快速算法中，相對應(yīng)的是既要盡可能選擇到編碼的最佳模式，同時(shí)又要盡量減少編碼時(shí)間，這和持續(xù)問題的目的很相似。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可縮短編碼時(shí)間、降低計(jì)算量、實(shí)用性強(qiáng)的基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)
一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，該方法包括以下步驟I)將N個(gè)候選模式映射為持續(xù)問題中的N個(gè)變量，并獲取當(dāng)前待編碼宏塊在每個(gè)模式下對應(yīng)的概率Pk (k= 1，2，...，N)；2)將N個(gè)候選模式按其概率降序排列；3)應(yīng)用最優(yōu)停止理論根據(jù)步驟2)的順序依次檢查各候選模式，計(jì)算并獲得最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)；4)根據(jù)當(dāng)前最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)更新參數(shù)，并返回步驟I)，直至整個(gè)視頻序列編碼完成。所述的當(dāng)前待編碼宏塊在每個(gè)模式下對應(yīng)的概率Pk通過以下公式獲取
權(quán)利要求
1.一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，其特征在于，該方法包括以下步驟 1)將N個(gè)候選模式映射為持續(xù)問題中的N個(gè)變量，并獲取當(dāng)前待編碼宏塊在每個(gè)模式下對應(yīng)的概率Pk (k= 1,2,... ,N)； 2)將N個(gè)候選模式按其概率降序排列； 3)應(yīng)用最優(yōu)停止理論根據(jù)步驟2)的順序依次檢查各候選模式，計(jì)算并獲得最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)； 4)根據(jù)當(dāng)前最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)更新參數(shù)，并返回步驟I)，直至整個(gè)視頻序列編碼完成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，其特征在于，所述的當(dāng)前待編碼宏塊在每個(gè)模式下對應(yīng)的概率Pk通過以下公式獲取
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，其特征在于，所述的步驟3)具體為 3.I)依次檢查各候選模式,在第k個(gè)模式停止檢查,設(shè)在模式k后的下一個(gè)相對最佳目標(biāo)為Tk,則Tk = j (j為自然數(shù)且e (k, N])的概率為
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，其特征在于，所述的更新參數(shù)是指根據(jù)當(dāng)前的編碼模式對各概率預(yù)測矩陣進(jìn)行更新，更新公式如下T' (M，k) = T(M，k) · (I-y)+pm · Y 其中，T(M，k)為更新前的概率預(yù)測矩陣，T' (M，k)為更新后的概率預(yù)測矩陣，Y為更新參數(shù)，Pm表示在已編碼宏塊的最佳模式為j，且滿足j ≤K*的前提下，模式m成為最佳模式的后驗(yàn)概率，由以下公式計(jì)算得到
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于最優(yōu)停止理論的編碼模式快速自動(dòng)選擇方法，該方法包括以下步驟1)將N個(gè)候選模式映射為持續(xù)問題中的N個(gè)變量，并獲取當(dāng)前待編碼宏塊在每個(gè)模式下對應(yīng)的概率pk；2)將N個(gè)候選模式按其概率降序排列；3)應(yīng)用最優(yōu)停止理論根據(jù)步驟2)的順序依次檢查各候選模式，計(jì)算并獲得最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)；4)根據(jù)當(dāng)前最佳編碼模式和最優(yōu)停止點(diǎn)更新參數(shù)，并返回步驟1)，直至整個(gè)視頻序列編碼完成。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可縮短編碼時(shí)間、降低計(jì)算量、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)H04N13/00GK102957932SQ20121043526
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月2日
發(fā)明者王瀚漓, 衡岳 申請人:同濟(jì)大學(xué)