降低解碼輔助HEVC畫面間預測計算複雜度之研究

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李承恩(Cheng-En Lee) 查詢紙本館藏

畢業系所

通訊工程學系

論文名稱

降低解碼輔助HEVC畫面間預測計算複雜度之研究
(Reducing Computational Complexity of Decoding-assisted HEVC Inter Prediction)

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摘要(中)

近年來發展出越來越多支援高解析度的多媒體產品，為了能夠有效壓縮伴隨高解析度視訊檔案而來的龐大資料量，HEVC使用許多技術來進行編碼得以降低位元率。回顧先前的研究，利用雙向絕對誤差(Sum of Absolute Bi-Prediction Difference/SABPD)和模板匹配(Template Matching /TM)之解碼端輔助演算法應用於擴充型合併模式與畫面間模式決策，利用已編碼完成之資訊進行預測，在解碼端搜尋相同預測畫面，以減少需要傳送之標頭檔碼字，來節省位元率，但編碼時間也因為計算複雜度的提升有所增加。為了能夠降低畫面間預測的計算複雜度，本論文利用零區塊演算法來提早終止編碼單元的分塊，以及利用加權RDO(Rate-distortion optimization)閥值、CBF、運動向量差在預測單元合併模式和2Nx2N模式的提早終止，來節省編碼計算的時間。在最後將其結合，由實驗結果得知，與解碼端輔助HEVC相比BDBR僅上升0.894%，但編碼時間減少了55.85%之多；與HEVC標準模式相比BDBR可以下降-2.355%，編碼時間減少了48.58%之多。

摘要(英)

In recent years, a lot of high resolution multimedia devices have been developed. In order to compress the significant data effectively, HEVC utilize multiple techniques to decrease bitrate efficiently. Review the previous research, using Sum of Absolute Bi-Prediction Differences(SABPD) and Template Matching(TM) algorithm in extended merge mode decision and inter mode decision, the Decoding-assisted HEVC utilize encoded information to predict. Decoder can predict with same information, so we can reduce transmitting header information to decrease bitrate. However, the coding time might be longer due to the increase of computational complexity. In this thesis, in order to reduce computational complexity, we proposed the Zero-block algorithm is utilized to early terminate the segmentation of Coding Unit(CU), and on the other hand, weighted RDO threshold, Coded Block Flag(CBF) and motion vector difference are utilized to early terminate the prediction mode decision in merge mode and Inter2Nx2N mode. Finally, we combine these two algorithm. According to experiment results, our proposed algorithm achieves that encoding time was reduced by 55.85% and BDBR only increased by 0.894%. Compare with HEVC, we can not only reduced encoding time by 48.58% but also decreased BDBR by 2.355%.

關鍵字(中)

★ HEVC
★ 雙向絕對誤差和
★ 畫面間預測
★ 模板匹配
★ 零區塊
★ 編碼單元
★ 預測單元
★ 鄰近RDO
★ 提早終止
★ 模式決策

關鍵字(英)

★ HEVC
★ Sum of Absolute Bi-Prediction Differences
★ Inter Prediction
★ Template Matching
★ Zero-block
★ coding unit
★ prediction unit
★ Neighboring RDO
★ early termination
★ mode decision

論文目次

章節目錄
第一章緒論 1
1.1 HEVC視訊壓縮標準介紹 1
1.2 研究動機及目的 2
1.3 論文架構 3
1.4 HEVC視訊壓縮架構介紹 3
1.5 畫面間預測介紹(Inter Prediction) 10
1.5.1合併模式決策介紹(Merge Mode Decision) 10
1.5.2.畫面間模式決策介紹(Inter Mode Decision) 14
第二章合併模式與畫面間模式論文回顧 18
2.1 擴充型合併模式決策回顧 18
2.2畫面間模式決策回顧 24
第三章畫面間預測之減少CU編碼複雜度演算法研究 33
3.1 零區塊(Zero Block)演算法介紹及相關文獻回顧 33
3.2 利用零區塊減少CU編碼複雜度演算法之研究 36
3.2.1 各層CU分塊提早終止之條件 37
3.2.2 利用零區塊減少CU編碼複雜度演算法介紹 45
3.2.3 效能分析與討論 48
第四章畫面間預測之減少PU計算複雜度之研究 55
4.1 利用RDO與Coded block flag(CBF)探討畫面間預測合併模式之提早決策研究 56
4.1.1根據鄰近RDO資訊之畫面間預測合併模式之提早決策 56
4.1.2根據鄰近RDO資訊及合併模式Coded block flag(CBF)之畫面間合併模式提早決策 59
4.2 利用2Nx2N模式之Coded block flag(CBF)以及運動向量差探討畫面間2Nx2N模式之提早終止研究 62
4.2.1 2Nx2N模式之Coded block flag(CBF)以及運動向量差在畫面間模式之特性 62
4.2.2畫面間預測之減少PU計算複雜度之演算法效能分析與討論 67
4.3 HEVC畫面間預測減少CU編碼計算複雜度以及PU編碼計算複雜度演算法結合之效能與探討 69
第五章結論 78
參考文獻 80
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圖目錄
圖1.1 HEVC編碼端架構圖 4
圖1.2編碼單元深度切割示意圖 5
圖1.3 畫面內與畫面間之預測單元切割模式 6
圖1.4 Low Delay架構示意圖 8
圖1.5 Random Access架構示意圖 9
圖1.6合併模式示意圖 10
圖1.7合併模式空間域與時間域之候選區塊位置示意圖 11
圖1.8尋找時間域上候選區塊示意圖 12
圖1.9 Combine bi-predictive和Zero merge示意圖 13
圖1.10 進階移動向量選取候選區塊之示意圖 14
圖1.11 單向預測之示意圖 15
圖1.12 不同搜尋法之示意圖 16
圖1.13小數點搜尋示意圖 16
圖1.14 雙向預測示意圖 17
圖2.1擴充型合併模式額外7組候選區塊分布位置 19
圖2.2雙向絕對誤差和與模板匹配應用在擴充型畫面間合併模式流程圖 20
圖2.3雙向絕對誤差和決策與模板匹配演算法示意圖 21
圖2.4單向預測之模板匹配示意圖 24
圖2.5雙向預測之示意圖 25
圖2.6雙向預測之雙向絕對誤差和與模板匹配示意圖 26
圖2.7雙向絕對誤差和與模板匹配應用於畫面間模式流程圖 27
圖2.8 MergeSABPD/TM與InterSABPD/TM結合之流程圖 31
圖3.1 4 ZB32×32零區塊分塊示意圖 37
圖3.2 16 ZB16×16零區塊分塊示意圖 39
圖3.3零區塊減少CU編碼複雜度演算法流程圖 47
圖3.4不同量化參數下碼率失真曲線及編碼時間之比較 53
圖4.1鄰近LCU之示意圖 57
圖4.2運動向量差示意圖 63
圖4.3畫面間預測減少CU編碼計算複雜度以及PU編碼複雜度演算法結合之流程圖 70
圖4.4不同量化參數下碼率失真曲線及編碼時間之比較 77

表目錄
表1.1編碼單元與轉換單元尺寸對應表 6
表1.2 Wk對應值 8
表2.1合併索引之對應碼字 18
表2.2擴充型合併索引之對應碼字 19
表2.3 擴充型合併模式索引之使用機率 23
表2.4畫面間模式使用雙向絕對誤差和與模板匹配架構之機率 28
表2.5 模擬環境參數設定 29
表2.6 測試影像視訊樣本 30
表2.7 MergeSABPD/TM+InterSABPD/TM結合之編碼效能 32
表3.1 各種區塊大小的Cmax值 34
表3.2 經由整數DCT/Q後之零區塊的臨界值 35
表3.3 編碼單元支援之轉轉換單元尺寸對應表 36
表3.4 CU0 4ZB32×32零區塊統計 38
表3.5 CU0 16ZB16×16零區塊統計 40
表3.6 CU1 ZB32×32零區塊統計 42
表3.7 CU2 ZB16×16零區塊統計 44
表3.8 零區塊減少CU編碼複雜度演算法 table 46
表3.9 零區塊CU模式決策演算法之BD效能比較 48
表4.1 Inter mode 在各深度分布與平均 55
表4.2 加權RDO閥值提前終止之編碼效能 58
表4.3 加權RDO閥值&CBFmerge提前終止之部分編碼效能 60
表4.4加權RDO閥值&CBFmerge提前終止之編碼效能 61
表4.5 MVDA為0在各深度發生之機率 64
表4.6 MVDA為0在各深度之PU模式分布 65
表4.7 Inter 2Nx2N之畫面間預測提早決策編碼效能比較 66
表4.8 PU模式提早終止Table 67
表4.9 畫面間預測之減少PU計算複雜度演算法之編碼效能比較 68
表4.10 CU零區塊提早終止Table 70
表4.11 畫面間預測減少CU編碼計算複雜度以及PU編碼複雜度演算法結合之編碼效能比較 72

參考文獻

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指導教授

林銀議(Yinyi Lin)

審核日期

2018-7-20

推文