1、HEVC 编码预测单元多参考帧选择算法研究摘要： 目前，已经存在一些针对 HEVC 多参考帧选择的快速算法，比如，曾有人提出了一种针对多参考帧搜索的通用算法，也有人提出了一种基于图像特性分析的低复杂度多参考帧选择算法，该算法优先选择离当前帧距离较近的参考帧，还有人提出了一种基于云端计算的多参考帧选择算法。这些算法只是利用了图像的内容特性，忽视了 HEVC 编码器中不同深度 PU 之间最佳参考帧的相关性以及同一深度不同划分方式下最佳参考帧之间的相关性。如能利用上述相关性，多参考帧选择的效率还可以进一步提升。 关键词： HEVC 编码；预测单元；算法 中图分类号： TB 文献标识码：A 文章编号：
2、16723198（2015）21022601 1 编码单元模式之间最佳参考帧相关性 每个 PU 进行多参考选择时，首先针对每个参考帧进行运动搜索并搜索到最佳匹配，然后选择率失真代价最小的参考帧作为最佳参考帧。每个 CU 中，最多需要对 17 个 PU 进行多参考帧选择。同时由于这些 PU 都位于同一个 CU 中，图像内容有许多相似之处，因此不同 PU 之间的最佳参考帧之间也有很强的相关性。这就是说如果 2N2N 划分 PU 的最佳参考帧为 P，那么有很大的概率其它 PU 的最佳参考帧也是 P。利用这个特性，当 2N2N 划分 PU 的多参考帧选择结束后，可以利用每个参考帧的率失真代价来选择其它
3、刊的候选参考帧。如果对于 2Nx2N 划分 PU 的某一参考帧的率失真代价远大于最佳参考帧的率失真代价，那么这个参考帧的搜索区域与当前编码块区域有较大的差异，当其它 PU 进行多参考帧选择时，可以将这个参考帧从候选参考帧中删除。 该快速多参考帧选择算法对于所有划分 PU 的准确率都超过了 95%，对于划分为 2NxnU 和 21VnD 的 PU，准确率可到 97.5%以上，这说明了同一 CU 中不同 PU 的最佳参考帧之前具有强烈的相关性，同时该算法能够高效的去除参考队列中不合理的候选参考帧。 2 层间编码单元最佳参考帧相关性 在 HEVC 中，SKIP 模式的 CU 不仅残差为零，运动信息也
4、不需要进行传输，能够节省大量的码流。在模式选择中，只有在比较平滑的区域才有可能被编码为 SKIP 模式。同时平滑区域中的 CU 具有相似的预测信息，包括运动矢量、最佳参考帧索引等信息。如果当前 CU 为 SKIP 模式，其子 CU 所涵盖的区域有很大的可能性是平滑区域，父 CU 和子 CU 之间的最佳参考帧有很强的相关性。利用这个相关性，提出了一种基于层（深度）间编码单元相关性的快速多参考帧选择算法。当前 CU 所包含的 PU 进行帧间运动估计时，考察其父 CU 的编码模式，如果父 CU 为 SKIP 模式，那么当前 PU 的最佳参考帧为父 CU 的最佳参考帧。 为了验证本算法的有效性，将本算
5、法应用于 HM￥$.0，但不影响实际编码过程，按照前面所述的编码条件和测试序列进行编码，得到该算法对于每种划分方式多法对于每种划分方式多参考帧选择的准确性。 可以看出基于层间相关性的快速多参考帧选择算法的准确率平均都在 92%以上，对于 2Nx2N 划分的平均准确率达到 3%，这主要是因为该划分只包含一个 PU，而其他划分有两个 PU，只有当两个 PU 与其父 CU 的最佳参考帧相同时，才表示预测正确。结果表示该快速多参考帧选择算法能够准确的预测当前 PU 的最佳参考帧，降低多参考帧选择的复杂度，从而降低编码器的计算量。 在 LD，LDP 和 RA 编码配置下，快速多参考帧选择算法平均能够节省
6、28%，25%和 14%的编码时间。在 RA 编码配置下，由于在大多数的情况下，每个 PU 都只有两个参考帧，该算法并不能有效发挥作用，因此只能节省14%的编码时间。而在 LD 和 LDP 编码配置下，每个 PU 都有 4 个参考帧，该算法能够有效的减少参考帧列表中的候选参考帧数目，降低编码复杂度。在每种编码配置下，BDBR 平均增加都约为 0.52%，BDPSNR 降低平均小于 0.02dB。对于包含大量相对静止区域的序列，如 SE1（FourPeople） ，SE2（Johnny）和 SE3（KristenAndSara） ，编码时间的减少能达到 30%以上。对于运动比较剧烈的序列，如 S
7、B4（BQTerrace） ，SC3（PartyScene）和 SD3（BlowingBubbles） ，编码时间的减少相对于其它序列都较少。这说明这些序列中，层间编码单元的参考帧相关性较弱。前面的这些分析表明，利用同一 CU 中不同 PU 之间的最佳参考帧的相关性和不同层之间编码单元最佳参考帧的相关性的快速多参考帧选择算法能够有效的降低编码器复杂度。 3 结语 序列 Kimono 和 BasketbaIIPass 在 LD，LDP 和 RA 配置下的率失真曲线，从中可以看出，不论在 LD，LDP 还是 RA 编码配置下，原始 HM 8.0和使用快速多参考帧选择算法的率失真曲线几乎重合，说明本
8、节的快速算法在不同的码率条件下都能保持与原始 HM 8.0 几乎相同的率失真。 序列 Kimono 和 BasketballPass 在 LD，LDP 和 RA 配置下的编码时间减少量，从中可以看出，随着量化参数的增大，编码时间减少量也逐渐增大。这主要是因为随着量化参数的增大，SKIP 模式的 CU 数量也逐渐增多，基于层间编码单元相关性的快速多参考帧选择算法能更有效的减少参考帧列表中的候选参考帧数目，降低编码复杂度。 参考文献 1蔡晓霞，崔岩松.下一代视频编码关键技术研究J.电视技术，2012， （12）. 2Thomas Wiegand，Gary J.Sullivan， Woo-Jin Han，Jens-Rainer Ohm.Overview of the High Efficiency Video Coding（HEVC） StandardJ.IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，2012，22（12）.
