淺析HEVC 參考幀設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準， 在傳統的混合視頻編碼框架下，采用了更精細的變換單元、運動融合技術等先進技術，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，將達到更加出色的效果。然而，HEVC 的壓縮性能越強，計算復雜度也就越高，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解碼的圖像進行管理方法以及對四叉樹的塊劃分策略進行深入分析，結果表明通過參考幀設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。
【關鍵詞】
HEVC ；視頻編碼；參考幀設置；壓縮
0 引言
隨著社會科技的飛速發展，信息技術以及多媒體技術也趨于成熟，多媒體信息在網絡中的傳輸已經成為現代人們的主要互通、交流的方式，壓縮技術成為了研究的熱點。目前，視頻媒體的發展迅速， 視頻數據非常龐大，尤其是涉及到高清視頻，使用當前的壓縮技術仍然不能得到很好的壓縮效果，視頻在網絡中的傳輸以及存儲將面臨著很大的挑戰。因此，在視頻分辨率不斷提高，3D 視頻技術不斷成熟的今天，急需一種新型的視頻壓縮技術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—— HEVC 視頻壓縮技術進行研究，HEVC 應用了多種先進技術，有著比傳統壓縮技術更強的壓縮性能，但是算法復雜度也隨之升高，并且相應的軟間與硬件的設計難度也變得更高。本文主要針對HEVC 壓縮算法進行優化，從HEVC 視頻編碼技術中的參考幀技術以及塊劃分算法兩個方面進行探索，降低算法的復雜度，提高視頻壓縮效果。
1 參考幀設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生相應的變化，然而在HEVC 視頻編碼技術中，傳輸的參考幀擁有絕對地址。當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 頭部進行傳遞，從而能夠有效的抵抗數據單元丟失引起的錯誤。關于參考幀設置，HEVC 使用參考幀集對圖像緩存中的已經解碼的圖像進行管理。其中，圖像緩存中應用圖像序列號標識身份，標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的編碼樹單元進行劃分，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。在實際的HEVC 編碼中，編碼樹塊的大小將作為一個重要的參數傳入編碼器中，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細粒度的劃分為編碼單元，運用四叉樹的遞歸劃分技術。例如，在編碼樹塊為64x64 時，將其進行深度為4 的塊劃分，則細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，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。編碼單元的計算方法為1+4+16+64=85， 即一共85 個編碼單元。依據全搜索的思路進行編碼單元的遍歷，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預測的所有模式以及幀內所有的預測單元劃分。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。
在設計具體的HEVC 視頻壓縮編碼器時，設計人員可以設定編碼樹塊的大小，而且可以設定塊劃分的深度，以滿足不同應用場景的需求。
2 結束語
本文對HEVC 的參考幀設置與塊劃分快速算法的關鍵技術進行深入探索。首先進行了多參考幀技術的研究，對HEVC 編碼中的參考幀設置進行深入探討，設計了優化的參考幀設置方案。其次，文章對HEVC 的塊劃分技術進行深入的分析，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，并且加強了高清視頻的壓縮效果。
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