基于HEVC的幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法優(yōu)化與并行化設(shè)計(jì).pdf

1、新一代高效率視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)HEVC（High Efficiency Video Coding）于2010年1月由視頻編碼聯(lián)合組JCT-VC首次提出，其核心目的是在H.264/AVC的基礎(chǔ)上，將壓縮效率提高一倍。為了達(dá)到這個(gè)目標(biāo)，HEVC必須采用更高復(fù)雜度的視頻編解碼算法，因此也引入了極高的計(jì)算復(fù)雜度。
　　本文在深入研究幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法的基礎(chǔ)上，針對(duì)算法中塊分割與預(yù)測(cè)模式選擇兩個(gè)過(guò)程，分別給出了兩種優(yōu)化方案:適合于視頻質(zhì)量要求較高場(chǎng)景下

2、的基于率失真優(yōu)化的快速編碼單元?jiǎng)澐炙惴ê瓦m合于實(shí)時(shí)性要求較高場(chǎng)景下的基于模式分組的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速選擇算法，兩種算法都有效的降低了計(jì)算復(fù)雜度，提高了幀內(nèi)編碼的效率。此外，考慮到HEVC中，幀內(nèi)預(yù)測(cè)算法的串行操作方式及35種預(yù)測(cè)模式的排隊(duì)處理，對(duì)預(yù)測(cè)編碼時(shí)間和性能的影響，本文基于西安郵電大學(xué)自主研發(fā)的面向視頻編解碼的動(dòng)態(tài)可編程可重構(gòu)的陣列處理器DPR-CODEC，提出了參考像素平滑和預(yù)測(cè)模式快速選擇的并行化方案，有效降低了單個(gè)處理單元串行

3、操作所需的數(shù)據(jù)加載的時(shí)鐘周期數(shù)以及模式預(yù)測(cè)時(shí)所需的總時(shí)間，提高了計(jì)算效率。具體工作如下:
　　1.HEVC編碼單元?jiǎng)澐址椒ǖ母倪M(jìn):通過(guò)對(duì)不同深度間的率失真代價(jià)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)研究，發(fā)現(xiàn)不進(jìn)行分割的CU率失真代價(jià)值偏小，而進(jìn)行分割的CU率失真代價(jià)值比較大并且分布比較均勻。基于該特性，本文對(duì)不同的量化參數(shù)下的率失真代價(jià)概率分布圖產(chǎn)生的閾值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到了最大編碼單元（Largest CU，LCU）劃分過(guò)程中不同深度的閾值方程，并利用該閾值提前

4、終止編碼單元的劃分，從而達(dá)到降低計(jì)算復(fù)雜度的目的。實(shí)驗(yàn)表明改進(jìn)的方法與HEVC測(cè)試模型HM10.0相比，碼率增加了0.5％，Y-PSNR降低了0.019dB，編碼時(shí)間減少了26.7％。
　　2.提出基于模式分組的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式快速選擇算法:利用候選模式集中排列第一的預(yù)測(cè)模式與最優(yōu)預(yù)測(cè)模式之間的強(qiáng)相關(guān)性，本文通過(guò)對(duì)35種預(yù)測(cè)模式進(jìn)行初次篩選和再次篩選，快速精確的找到成為最優(yōu)預(yù)測(cè)模式概率最大的候選模式。該方法大大減少了進(jìn)入RDO過(guò)程的模

5、式數(shù)量，有效地降低了原有幀內(nèi)預(yù)測(cè)編碼算法的計(jì)算復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)表明該算法在保證視頻質(zhì)量和碼率基本不變的前提下減少了41.8％的編碼時(shí)間。
　　3.參考像素平滑的并行化設(shè)計(jì):HEVC測(cè)試模型是針對(duì)單處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，其參考像素平滑以串行方式執(zhí)行時(shí)，像素點(diǎn)的濾波運(yùn)算會(huì)受到彼此數(shù)據(jù)加載的影響，導(dǎo)致處理器無(wú)法快速處理。因此，本文給出了一種將所有相關(guān)像素點(diǎn)一次性加載完畢，然后再統(tǒng)一進(jìn)行濾波計(jì)算的思路，完成了參考像素平滑的并行化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)仿真驗(yàn)證

6、，該方案串/并行加速比達(dá)到14.43。
　　4.預(yù)測(cè)模式快速選擇算法并行化設(shè)計(jì):考慮到DPR-CODEC的資源限制以及計(jì)算效率，在進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)時(shí)，根據(jù)預(yù)測(cè)方向與圖像強(qiáng)紋理方向的相關(guān)性，篩選出預(yù)測(cè)方向出現(xiàn)概率較大的模式進(jìn)行預(yù)測(cè)。其并行化思路是:每一個(gè)簇同時(shí)對(duì)預(yù)測(cè)塊的16個(gè)像素點(diǎn)進(jìn)行預(yù)測(cè)運(yùn)算，每個(gè)PE獨(dú)立完成12種模式計(jì)算。該方案解決了串行模式下，預(yù)測(cè)模式計(jì)算相互等待的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了多個(gè)像素點(diǎn)對(duì)預(yù)測(cè)模式選擇的并行處理。仿真結(jié)果表明，模式