کاهش پیچیدگی محاسباتی واحد پیش‌گویی بین‌قابی در استاندارد کدکننده‌ی ویدئویی پربازده مبتنی بر ویژگی‌های مکانی و زمانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی کامپیوتر، واحد مبارکه، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

2 گروه مهندسی کامپیوتر، واحد دولت‌‌آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

استاندارد کد‌کننده‌ی ویدئویی پربازده، آخرین استاندارد بین‌المللی فشرده‌سازی ویدئو می‌باشد که اولین نسخه آن در سال 2013 منتشر شد. در این استاندارد به دلیل افزایش تعداد بلوک‌های مورد ارزیابی و افزایش تعداد حالت‌های پیش‌‌گویی، پیچیدگی محاسباتی افزایش یافته است. لذا، استفاده از روش‌هایی که باعث کاهش حالت‌های پیش‌گویی و کاهش پیچیدگی محاسباتی شوند، ضروری است. برای این منظور، در این مقاله جهت کاهش پیچیدگی محاسبات روشی ارائه شده است که با توجه به افزونگی زمانی بین فریم‌ها، تعداد بلوک‌های مورد ارزیابی و با توجه به افزونگی مکانی تعداد حالت‌های پیش‌گویی درون‌قابی کاهش می‌یابد. ابتدا بلوک با بیشترین هم‌بستگی که بیشترین شباهت به بلوک جاری دارد و در اطراف بلوک هم مکانش در فریم مرجع می‌باشد به‌عنوان همبسته‌ترین بلوک معرفی شده و با توجه به اندازه آن بلوک، در مورد اندازه بلوک جاری تصمیم‌گیری می‌شود و از ارزیابی تعدادی از بلوک‌ها که شانس کمتری جهت انتخاب شدن دارند صرف‌نظر می‌گردد. سپس با توجه به شباهت پیکسل‌ها در جهت افقی یا عمودی تعداد حالت‌های پیش‌گویی کاهش می‌یابد. روش پیشنهادی با 10 ویدئو با رزولوشن‌های مختلف که دارای بافت‌های متفاوت می‌باشند ارزیابی شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که روش پیشنهادی می‌تواند زمان کد کردن را به‌طور متوسط 28.8 درصد کاهش دهد، در حالی که نرخ بیت دارای افزایش ناچیزی در حدود 0.9 درصد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Reduction of Computational Complexity of Inter Prediction Unit in High Efficiency Video Coding (HEVC) Standard Based on Spatial and Temporal Features

نویسندگان [English]

  • M. R. Ramezanpour 1
  • R. Khorsand 2
1 Department of Computer Engineering, Mobarakeh Branch, Islamic Azad University, Mobarakeh, Isfahan, Iran
2 Department of Computer Engineering, Dolatabad Branch, Islamic Azad University, Isfahan, Iran
چکیده [English]

High efficiency video coding standard is the latest standard of international video compression whose first version was released in 2013. In this standard, computational complexity has increased due to the increase in the number of evaluated blocks and prediction modes. Therefore, it is necessary to use methods that reduce the computational complexity and prediction modes. In this paper, in order to reduce the computational complexity, a method has been proposed in which due to the temporal redundancy between frames, the number of evaluated blocks and spatial redundancy, the number of intra-frame prediction modes decreases. First, the block with the highest correlation and similarity to the current block and is around the co-located block within the reference frame is considered as the most correlated block and according to the size of that block, the size of the current block is determined, and evaluating a number of blocks having less chance to be selected is ignored. Then, due to the similarity of pixels in the horizontal or vertical direction, the number of prediction modes decreases. The proposed method is evaluated with 10 different video resolutions having different textures. The simulation results show that the proposed method can reduce the coding time 28.8 % on average, while the BD-rate has a slight increase of 0.9 %.

کلیدواژه‌ها [English]

  • High efficiency video coding standard
  • Temporal and Spatial Redundancy
  • Inter Prediction
  • Intra Prediction

مراجع

[1] J. Wang, L. Li, G. Zhi, Z. Zhang and H. Zhang, "Efficient algorithms for HEVC bitrate transcoding," Multimedia Tools and Applications, vol. 76, no. 24, pp. 26581–26601, 2017.
[2] I.-K. Kim, K. McCann, K. Sugimoto, B. Bross, W.-J. Han, and G. Sullivan, “High efficiency video coding (HEVC) test model 15 (HM15) encoder description,” In: Joint Collaborative Team on Video Coding (JCT-VC), Document of JCTVC-Q1002, 17th Meeting Valencia, 2014.
[3] X. Wang, and Y. Xue , “Fast HEVC inter prediction algorithm based on spatio-temporal block information”, IEEE International Symposium on Broadband Multimedia Systems and Broadcasting (BMSB), pp. 1-5, 2017.
[4] C.E. Rhee, K. Lee, T.S. Kim, and H.J. Lee, "A Survey of Fast Mode Decision Algorithms for Inter-Prediction and Their Applications to High Efficiency Video Coding," IEEE Transaction on Consumer Electronics, vol. 58, no. 4, pp. 1375-1383, 2013.
[5] X. Li, X. He, X. Peng and S. Xiong, "An image feature-based method to efficiently determine inter-coding depth in HEVC," AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 71, pp. 96-104, 2017.
[6] J. Xiong, H. Li , F. Meng, Q. Wu and K. N. Ngan , "Fast HEVC Inter CU Decision Based on Latent SAD Estimation," IEEE Transactions on Multimedia, vol. 17, no. 12, pp. 2147 - 2159, 2015.
[7] S.h. Jung and H. W. Park, "A fast mode decision method in HEVC using adaptive ordering of modes," IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol. 26, no. 10, pp. 1846 - 1858, 2016.
[8] M.J. Chen, Y.D. Wu, C.H. Yeh, K.M. Lin, and S.D. Lin, “Efficient CU and PU Decision Based on Motion Information for Inter-Prediction of HEVC,” IEEE Transactions on Industrial Informatics, 2018.
[9] Z. Liu, T.-L. Lin and C.-C. Chou, "Efficient prediction of CU depth and PU mode for fast HEVC encoding using statistical analysis," Journal of Visual Communication and Image Representation, vol. 38, pp. 474-486, 2016.
[10] H. Li,  K. Fan, R. Wang, G. Li, and W. Wang, “A motion aided merge mode for HEVC”, IEEE Transaction on Circuits and Systems for Video Technology, pp.28-50, 2018.
[11] K. Saurty, P.C. Catherine, and K.M. Soyjaudah, “Inter Prediction Complexity Reduction for HEVC Base on Residuals Characteristics”, International Journal of Advanced Computer Science and Applications, vol. 7, no. 10, pp. 1649-1668, 2016.
[12] X. Huang, Q. Zhang, X. Zhao, W. Zhang, Y. Zhang and Y. Gan, "Fast inter-prediction mode decision algorithm for HEVC," Signal, Image and Video Processing, vol. 11, no. 1, pp. 33-40, 2017.
[13] J. Tariq, S. Kwong and H. Yuan, "Spatial/temporal motion consistency based merge mode early decision for HEVC," Journal of Visual Communication and Image Representation, vol. 44, pp. 198-213, 2018.
[14] D.G. Fernandez, A.A. Del Barrio, G. Botteal, and R. Hermida, "Complexity Reduction in HEVC Standard Based on Smooth Region Classification," Digital Signal Processing, vol. 73, pp. 24-39, 2018.
[15] J. Vanne, M. Viitanen, D. Timmo, “ Efficient Mode Decision Schemes for HEVC Inter Prediction”. IEEE Transaction on Circuits and Systems for video Technology, vol. 24, no. 9, pp. 1579-1593, 2014.
[16] H. Nan, E. Yang, “Fast inter mode decision for HEVC based on transparent Composite model”, IEEE International Conference on image Processing, 2015.
[17] هادی شکری، محمدحسین کهایی، «حسگری فشرده تصاویر ابرطیفی با دسته‌بندی طیفی و بازسازی با تنظیم کننده تغییرات کلی طیفی-مکانی»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 47، شماره 4، صفحه 1513-1521، 1396.
[18] سید محمد علوی، محسن بیات، «ارسال تصویر از طریق سیستم‌های چند ورودی-چند خروجی با تخصیص توان ارسالی نامتقارن»، مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز، دوره 45، شماره 4، صفحه 139-152، 1394.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار