浅析HEVC 参考帧设置与块划分快速算法研究

李柔梦 江苏省南京邮电大学 210003

【文章摘要】

HEVC 作为新一代的视频编码标准， 在传统的混合视频编码框架下，采用了更精细的变换单元、运动融合技术等先进技术，使得HEVC 的压缩性能得到很大的提高，尤其针对高分辨率的视频压缩，将达到更加出色的效果。然而，HEVC 的压缩性能越强，计算复杂度也就越高，为了降低压缩编码时间， 本文探讨了参考帧设置以及块划分的解决方案，通过对HEVC 的参考帧集对图像缓存中的已经解码的图像进行管理方法以及对四叉树的块划分策略进行深入分析，结果表明通过参考帧设置以及块划分能够有效的解决HEVC 的编码时间，提高了压缩效率。

【关键词】

HEVC ；视频编码；参考帧设置；压缩

0 引言

随着社会科技的飞速发展，信息技术以及多媒体技术也趋于成熟，多媒体信息在网络中的传输已经成为现代人们的主要互通、交流的方式，压缩技术成为了研究的热点。目前，视频媒体的发展迅速，视频数据非常庞大，尤其是涉及到高清视频，使用当前的压缩技术仍然不能得到很好的压缩效果，视频在网络中的传输以及存储将面临着很大的挑战。因此，在视频分辨率不断提高，3D 视频技术不断成熟的今天，急需一种新型的视频压缩技术来解决视频传输以及存储的问题。

本文主要针对新一代压缩技术—— HEVC 视频压缩技术进行研究，HEVC 应用了多种先进技术，有着比传统压缩技术更强的压缩性能，但是算法复杂度也随之升高，并且相应的软间与硬件的设计难度也变得更高。本文主要针对HEVC 压缩算法进行优化，从HEVC 视频编码技术中的参考帧技术以及块划分算法两个方面进行探索，降低算法的复杂度，提高视频压缩效果。

1 参考帧设置与块划分快速算法分析

在H.264/AVC 视频压缩编码中，编码器传输参考帧会发生相应的变化，然而在HEVC 视频编码技术中，传输的参考帧拥有绝对地址。当解码端由于某种情况丢失一个NAL 单元或者某幅图像，拥有绝对地址的HEVC 将不会引起参考帧的错误，因此HEVC 有着很好的鲁棒性。HEVC 中显示编码的参考帧能够在图像中所有的Slice 头部进行传递，从而能够有效的抵抗数据单元丢失引起的错误。关于参考帧设置，HEVC 使用参考帧集对图像缓存中的已经解码的图像进行管理。其中，图像缓存中应用图像序列号标识身份，标识方式分为三种类型：第一类为短期参考帧，第二种类型为长期参考帧，第三种类型为不适用的参考帧。其中，图像缓存中的图像假如被标记为第三类，则从图像缓存中删除。

针对HEVC 的块划分快速算法，具体的过程如下：假如一幅图像被一系列空间连续的编码树单元进行划分，编码树单元有三部分组成，一部分是亮度编码树块，另外两部分是两个色度编码树块。在亮度编码树块中，取值范围通常为16、32 以及64。一般来说，被压缩的视频的分辨率越高，亮度编码树块的取值范围就越大， 因此HEVC 的亮度编码树块的值通常选取为64。在实际的HEVC 编码中，编码树块的大小将作为一个重要的参数传入编码器中，在编码器的输出流中，编码树块的大小被记录在NAL（序列参考集）中。HEVC 视频编码将编码树块继续细粒度的划分为编码单元，运用四叉树的递归划分技术。例如，在编码树块为64x64 时，将其进行深度为4 的块划分，则细粒度划分后的编码单元有如下类型，32x32,16x16 以及8x8 三种类型。下面将描述四层深度中编码单元的配置个数，在深度为第二层中，有四个32x32 的编码单元，在深度为第三层中，有十六个32x32 的编码单元，深度为第四层中，有64 个8x8 的编码单元。编码单元的计算方法为1+4+16+64=85， 即一共85 个编码单元。依据全搜索的思路进行编码单元的遍历，需要遍历全部的编码单元。即通过子层的四个编码单元与父层的编码单元进行综合判断，从而选择最佳的划分模式，这样能够使整个编码树单元得到最佳的划分策略。在编码树单元的划分策略中，每个编码单元做的工作是将一个编码单元遍历帧内预测的所有模式以及帧内所有的预测单元划分。这种针对HEVC 的块划分快速算法能够有效的降低编码时间，同时将码率得到有效的提升。

在设计具体的HEVC 视频压缩编码器时，设计人员可以设定编码树块的大小，而且可以设定块划分的深度，以满足不同应用场景的需求。

2 结束语

本文对HEVC 的参考帧设置与块划分快速算法的关键技术进行深入探索。首先进行了多参考帧技术的研究，对HEVC 编码中的参考帧设置进行深入探讨，设计了优化的参考帧设置方案。其次，文章对HEVC 的块划分技术进行深入的分析，研究了编码树模块的划分过程。通过本文的研究，有效的减少了HEVC 编码时间，并且加强了高清视频的压缩效果。

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