VVC/H.266快速帧内编码方法

作     者：张志 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陆宇

授予年度：2022年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 081001[工学-通信与信息系统] 

主      题：通用视频编码(VVC) 帧内预测编码 块划分 帧内模式选择 

摘      要：随着新型互联网应用的崛起,全球视频流量持续高速增长,视频已经变成信息获取的一种很重要的方式,因此对于视频的压缩编码是整个视频行业高效发展的基础。新一代国际视频编码标准,通用视频编码(Versatile Video Coding,H.266/VVC)标准的正式版本已经于2020年7月发布,主要用于弥补上一代高效视频编码(High Efficiency Video Coding,H.265/HEVC)标准中的一些不足,这也是视频压缩编码发展的趋势所在。VVC标准相比较HEVC标准拥有更加出色的编码性能以及能够适用更多的应用场景,其性能的提升是以牺牲编码复杂度为代价的,这使得VVC标准难以应用于视频的实时压缩编码。本文在详细研究VVC编码特点的基础之上,针对VVC中帧内的块划分和模式选择两部分编码复杂度过高的问题提出了两个优化方法,主要贡献如下:(1)针对VVC标准中块划分过程编码复杂度过高的问题,提出基于上下文的帧内CU快速划分算法。所提出的算法主要包含两部分,首先基于图像纹理分布将CU分为复杂纹理块和简单纹理块,对简单纹理的CU提前终止所有的划分判断;对于复杂纹理的CU,首先对于三种占比较高的正方形尺寸的CU,利用帧内模式的预测方向关联当前块上下文特征,对不同的划分结构进行提前判决。其次对于其它尺寸的CU,利用二叉树划分的先验信息结合帧内模式的预测方向对三叉树划分结构进行优化。所提出算法仿真结果表明,该算法极大简化了帧内CU的划分过程,平均可以节省52.27%的时间复杂度,同时编码码率仅增加了1.89%,在实际中有很大的应用前景。(2)针对VVC中帧内预测模式选择的编码复杂度过高的问题,通过对帧内编码不同阶段的特点以及最佳预测模式分布情况的分析,提出基于模式相关性的帧内模式选择优化方法。首先利用相邻的预测角度之间的空间相关性,简化得到新的初始角度模式集合来替代编码器原始的候选模式,同时为了进一步提高帧内粗选阶段预测的准确度,在初始角度模式选择的基础之上通过小范围搜索的方式增加相邻的角度模式。然后在细选阶段,利用粗选阶段得到的角度模式与最有可能模式(Most Probable Mode,MPM)以及最佳预测模式三者的相关性,同时结合自适应阈值,相应地减少帧内细选阶段模式的个数。所提出算法的仿真结果表明,在比特率仅损失了1.12%的条件下可以节省28.17%的编码时间,该算法在有效降低帧内编码复杂度的同时保证了编码后的视频质量。