基于HEVC的幀內(nèi)預測算法優(yōu)化與并行化設計.pdf

1、新一代高效率視頻編碼標準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的基礎上，將壓縮效率提高一倍。為了達到這個目標，HEVC必須采用更高復雜度的視頻編解碼算法，因此也引入了極高的計算復雜度。
　　本文在深入研究幀內(nèi)預測算法的基礎上，針對算法中塊分割與預測模式選擇兩個過程，分別給出了兩種優(yōu)化方案:適合于視頻質(zhì)量要求較高場景下

2、的基于率失真優(yōu)化的快速編碼單元劃分算法和適合于實時性要求較高場景下的基于模式分組的幀內(nèi)預測模式快速選擇算法，兩種算法都有效的降低了計算復雜度，提高了幀內(nèi)編碼的效率。此外，考慮到HEVC中，幀內(nèi)預測算法的串行操作方式及35種預測模式的排隊處理，對預測編碼時間和性能的影響，本文基于西安郵電大學自主研發(fā)的面向視頻編解碼的動態(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測模式快速選擇的并行化方案，有效降低了單個處理單元串行

3、操作所需的數(shù)據(jù)加載的時鐘周期數(shù)以及模式預測時所需的總時間，提高了計算效率。具體工作如下:
　　1.HEVC編碼單元劃分方法的改進:通過對不同深度間的率失真代價進行統(tǒng)計研究，發(fā)現(xiàn)不進行分割的CU率失真代價值偏小，而進行分割的CU率失真代價值比較大并且分布比較均勻?；谠撎匦裕疚膶Σ煌牧炕瘏?shù)下的率失真代價概率分布圖產(chǎn)生的閾值進行統(tǒng)計，得到了最大編碼單元（Largest CU，LCU）劃分過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，從而達到降低計算復雜度的目的。實驗表明改進的方法與HEVC測試模型HM10.0相比，碼率增加了0.5％，Y-PSNR降低了0.019dB，編碼時間減少了26.7％。
　　2.提出基于模式分組的幀內(nèi)預測模式快速選擇算法:利用候選模式集中排列第一的預測模式與最優(yōu)預測模式之間的強相關(guān)性，本文通過對35種預測模式進行初次篩選和再次篩選，快速精確的找到成為最優(yōu)預測模式概率最大的候選模式。該方法大大減少了進入RDO過程的模

5、式數(shù)量，有效地降低了原有幀內(nèi)預測編碼算法的計算復雜度。實驗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％的編碼時間。
　　3.參考像素平滑的并行化設計:HEVC測試模型是針對單處理器系統(tǒng)設計的，其參考像素平滑以串行方式執(zhí)行時，像素點的濾波運算會受到彼此數(shù)據(jù)加載的影響，導致處理器無法快速處理。因此，本文給出了一種將所有相關(guān)像素點一次性加載完畢，然后再統(tǒng)一進行濾波計算的思路，完成了參考像素平滑的并行化設計。經(jīng)過仿真驗證

6、，該方案串/并行加速比達到14.43。
　　4.預測模式快速選擇算法并行化設計:考慮到DPR-CODEC的資源限制以及計算效率，在進行幀內(nèi)預測時，根據(jù)預測方向與圖像強紋理方向的相關(guān)性，篩選出預測方向出現(xiàn)概率較大的模式進行預測。其并行化思路是:每一個簇同時對預測塊的16個像素點進行預測運算，每個PE獨立完成12種模式計算。該方案解決了串行模式下，預測模式計算相互等待的問題，實現(xiàn)了多個像素點對預測模式選擇的并行處理。仿真結(jié)果表明，模式