HEVC熵编码算法优化

计算机与现代化

2013年第12期

JISUANJI YU XIANDAIHUA

总第220期

文章编号：1006-

2475（2013）12-001-04收稿日期：2013-09-12基金项目：国家自然科学基金资助项目（61272502）作者简介：徐飞（1989-），男，重庆人，北京航空航天大学计算机学院硕士研究生，研究方向：视频编码与传输；张永飞

（1982-），男，陕西岐山人，讲师，硕士生导师，博士，研究方向：高效图像，视频编码与传输；李哲（1983-），男，博士研究生，研究方向：视频编码与传输。

HEVC 熵编码算法优化

徐

飞1，张永飞1，2，李

哲

1

(1．北京航空航天大学计算机学院数字媒体北京市重点实验室，北京100191;2．北京航空航天大学虚拟现实技术与系统国家重点实验室，北京100191)

摘要：新一代视频编码标准HEVC 提供了更加灵活的编码工具选择，在提高压缩率的同时也提高了编码的计算复杂度。由于可选择更大的变换单元以及编码中更强的系数间依赖关系，在率失真优化(ＲDO )模式选择过程中，HEVC 熵编码的计算复杂度显著高于H．264/AVC 。为了解决这一问题，本文对HEVC 熵编码算法进行优化，通过优化熵编码的上下文空间选择过程、非零系数的编码结构，以及对不同大小的变换矩阵进行整体优化。实验结果表明，本文提出的优化算法能够在保证视频编码质量基本不变的同时，平均降低约43%的熵编码时间。关键词：视频编码;HEVC ;熵编码中图分类号：TP301．6

文献标识码：A

doi :10．3969/j．issn．1006-2475．2013．12．001

Optimization Algorithm of HEVC Entropy Coding

XU Fei 1，ZHANG Yong-fei 1，2

，LI Zhe 1

（1．Beijing Key Laboratory of Digital Media ，School of Computer Science and Engineering ，Beihang University ，Beijing 100191，China ；

2．State Key Laboratory of Virtual Ｒeality Technology and Systems ，Beihang University ，Beijing 100191，China ）Abstract ：The latest video compression standard HEVC adopts more flexible compression tools to reach a higher compression rate

compared to its predecessor H．264/AVC ，meanwhile the computation of HEVC is more complicated．Mainly because the larger Transform Unit and the stronger dependence between transform coefficient ，entropy coding of HEVC in ＲDO （Ｒate-Distortion Op-timization ）is much more complex than that in H．264/AVC．This paper proposed several techniques to optimize the entropy cod-ing process of HEVC ，including context selection optimization ，significant coefficient coding optimization and different size coeffi-cient block optimization．Experiment results show that the proposed schemes can reduce on average 43%of the entropy coding time in ＲDO without losing compression performance．Key words ：video compression ；HEVC ；entropy coding

0引言

ITU-T VCEG 与ISO /IEC MPEG 于2011年组成

视频编码联合工作组（JCT-VC ），制定新一代视频编

码标准High Efficiency Video Coding （HEVC ）［1］

，并已于2013年4月发布最终标准。HEVC 是继H．264/AVC ［2］之后的新一代高性能视频编码标准，着重提升高清视频的编码压缩效率，同时对于增强精度和色彩

格式、

可伸缩视频编码以及3D /Stereo /Multiview 视频编码也会在标准中给出相应的支持方案。目前，JCT-VC 发布最新的草案为Test Specification Draft 10，最

新的测试模型（Tmuc ）为HM10［1］

。

HEVC 继承了H．264/AVC 中采用的基于块的混合编码框架，与H．264/AVC 编码标准的主要差异在于增加了更多可选的编码模式以及编码工具的具体

实现不同［3］

。在复杂度有一定增加的前提下，

降低了50%的比特率。

在模式选择过程中，

HEVC 依然采用率失真优化（ＲDO ）模式选择方法，计算出每一种模式的率失真

性能，选择拉格朗日代价（Lagrange-Cost ）最小的编码模式作为最佳模式：

J =D +λˑＲ

（1）

在公式（1）中，λ为Lagrange 算子；D 为重建失真；Ｒ是编码所需的码流位数。为了获得精确的编码