HEVC帧内预测算法优化及其硬件实现

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1、硕士学位论文HEVC帧内预测算法优化及其硬件实现作者姓名易欢学科专业电路与系统指导教师秦华标教授所在学院电子与信息学院论文提交日期2018年4月AlgorithmOptimizationandHardwareImplementationofHEVCIntraPredictionADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate:HuanYiSupervisor:Prof.HuabiaoQinSouthChinaUniversityofTechnologyGu

2、angzhou,China本文专业术语缩略词缩略词英文全称中文HEVCHighEffectiveVideoCoding高性能视频编解码MPMMostPossibleMode最有可能的预测模式ISOInternationalStandardization国际标准化组织OrganizationITUInternationalTelecommunication国际电信联盟UnionMPEGMovingPictureExpertsGroup动态图像专家组CUCodeUnit编码单元SATDSumofAbsoluteT

3、ransformed哈达玛变换绝对值和DifferenceRDORateDistortionOptimation率失真优化PUPredictionUnit预测单元CTUCodeTreeUnit编码树单元LCULargeCodeUnit最大编码单元SAOSampleAdaptiveOffest样点自适应补偿TUTransformUnit变换单元摘要随着信息技术的发展，人们对于超高清视频的需求日渐加深。HEVC作为下一代超高清视频编解码的标准，其具备广泛的应用前景。HEVC是在H.264/AVC的基础上制定产生，

4、与以往编码标准一样，HEVC同样采用混合编码框架，但是HEVC在内部模块的实现技术作出了较大改进。然而，制约着HEVC全面取代H.264/AVC的问题在于HEVC内部算法过于复杂，编码时间过长，无法进行实时的视频通信。HEVC采用四叉树单元划分结构以及35种帧内预测模式。然而，编码单元四叉树的划分以及帧内预测模式数量的增加，造成帧内预测模块编码复杂度的增加。本文通过对HEVC帧内预测进行研究，深入理解其内部实现技术，主要进行了以下工作：(1)HEVC帧内预测模式算法优化。首先对HEVC帧内预测算法进行研究。对

5、于4*4大小编码单元,本文通过prewitt算子来提取编码单元像素变化率最大的方向，该方向的垂直方向与所需最佳角度预测模式相差不大。为降低纹理方向不明显所带来的误差，本文提出纹理方向明显与否的衡量方法。对于大于4*4的编码单元，通过统计发现，MPM作为最佳预测模式的概率很大，因此本文提出利用MPM对经过粗选择得到候选模式列表进行筛选，从而减少参与细选择过程的预测模式数量。上述方法能够有效降低帧内预测的计算复杂度，通过比较优化后的算法与源码中算法的编码时间，表明该方法能够有效缩短编码时间。(2)HEVC帧内预测

6、硬件实现。由于软件编码耗时过长，本文通过硬件并行编码的方法加速编码进行。HEVC帧内预测中预测模式高达35种，各种预测模式之间的计算是独立的，因此可以将35种预测模式进行并行化计算。通过对预测模式的计算的分析，将预测模式的计算分为几类，进行并行计算，从而加快帧内预测的编码速度。在帧内预测的计算过程中，编码单元之间的计算也是相互独立的，因此，编码单元之间的计算同样可以使用并行化计算。为了保证并行化路径之间计算量的平衡性，本文衡量编码单元之间的计算复杂度，提出了利用三条并行化路径处理编码单元。关键词：HEVC；帧

7、内预测；优化；硬件ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,people'sdemandforultra-high-definitionvideoisdeepeningdaybyday.Asthenextgenerationofultra-high-definitionvideocodingstandard,theapplicationprospectsofHEVCareundoubtedlyquitebroad.HEVCisdevelope

8、donthebasisofH.264/AVC.And,likeH.264,HEVCalsousesahybridcodingframework,thedifferenceofthemisthattherealizationoftheinternalmoduletechnologyhasimproved.However,theproblemthatconstraintsofHEVCtocomplete