Recently, a new video coding standard, High Efficiency Video Coding (HEVC), has shown greatly improved coding efficiency by adopting hierarchical structures of coding unit (CU), prediction unit (PU) and transform unit (TU). In order to best achieve the coding efficien-cy, the best combinations of CU, PU and TU must be found in the sense of the minimum rate-distortion (R-D) costs. Owing to this, a large computational complexity occurs. Among these CU, PU and TU, the determination of CU sizes most significantly affects the R-D performance of HEVC encoders, which causes large computational costs in operation with PU and TU size de-terminations. In spite of recent works in the complexity reduction of HEVC encoders, most of the research has focused on the complexity reduction with fast CU split in Intra slice coding and with early TU split in both Intra and Inter slices.
In this dissertation, we propose a fast and efficient CU encoding scheme based on spa-tio-temporal encoding parameters of HEVC encoders, which consists of an improved early CU SKIP detection method and a fast CU split decision method. For the current CU block under en-coding, the proposed scheme utilizes sample-adaptive-offset (SAO) parameters as the spatial encoding parameter to estimate the texture complexity that affects the CU partition. In addition, the motion vectors, TU size and coded block flag (cbf) information are used as the temporal en-coding parameters to estimate the temporal complexity that also affects the CU partition. The pro-posed scheme effectively utilizes the spatio-temporal encoding parameters which are the by-products during the encoding process of HEVC without additionally required computation. The proposed novel fast CU encoding scheme significantly reduces the total encoding time with neg-ligible RD-performance loss. The experimental results show that the proposed scheme achieves the total encoding time savings of average 49.6% and 42.7% only with average 1.4% and 1.0% bit-rate losses for various test sequences under random access and low delay B conditions, re-spectively. In addition, fast PU mode decision method is included with fast CU split decision. Totally, the experimental results with fast PU mode decision and fast CU split decision method work jointly show 46.9% encoding time saving only with 1.4% bit-rate loss. The proposed scheme has an advantage on implementation for parallel processing in pipeline structures of HEVC encoders due to its independency with neighboring CU blocks.
최신 비디오부호화 국제 표준 기술인 High Efficiency Video Coding (HEV)의 표준화가 완료되었다. HEVC는 부호화 블록 (CU), 움직임 예측블록 (PU), 변환 및 양자화 블록 (TU)의 계층구조를 부호화에 적용하여 기존 국제표준기술대비 약 50% 정보량감소를 달성하였다. 하지만 부호화 이득을 위해서 적용된 위의 기술들은 상당한 정도로 부호화기의 복잡도 증가를 야기하여 실시간 부호화기 구현의 장애요소가 되고 있다. 따라서 최근의 연구자들은 부호화기의 복잡도를 감소시키기 위한 연구를 활발히 진행하고 있으며 각각 고속 부호화 단위 결정방법, 화면내 예측 고속화 방법, 화면간 예측 고속화 방법, 그리고 변환 및 양자화 블록 고속 결정방법을 통해 부호화기의 고속화를 달성하고 있다.
본 박사학위 논문에서는 HEVC의 시공간적 부호화 파라미터를 이용한 조기 CU SKIP 모드 결정방법과, 고속 CU 분할 결정방법, 그리고 고속 PU 모드 결정방법을 제안한다. 현재 부호화 중인 CU와 PU의 텍스쳐 복잡도를 예측하기 위해 HEVC에 새롭게 제안된 인루프 필터인 sample-adaptive-offset (SAO)의 Edge Category파라미터가 이용된다. 또한 움직임 정보(MV), TU의 크기, 그리고 블록내의 잔차신호의 유무를 표시하는 coded block flag (cbf) 정보가 CU와 PU의 움직임 복잡도를 예측하기 위해 사용된다. 위에 언급된 부호화 파라미터들은 부호화 과정 중 자연스럽게 발생하는 부산정보로서 추가적인 연산이나 자원의 추가 없이 얻고 사용할 수 있는 정보들이다.
제안된 고속 CU 분할 결정방법과 PU 모드 결정방법은 모두 의미 있는 부호화 시간단축을 달성하였고 이 때 발생하는 RD-성능 저하는 무시할 만한 수준이다. 실험 결과를 더 자세히 살펴보면 고속 CU 분할 결정 방법은 Random access 조건과 low-delay B 부호화 조건에서 각각 49.6% 와 42.7% 의 부호화 시간 단축을 달성하였고 이때 발생한 RD-성능 저하는 각각 1.4%와 1.0%로 무시할만한 수준이다. 또한 고속 CU 분할 방법과 고속 PU 모드 결정 방법을 결합한 성능은 46.9%의 부호화 시간 단축을 달성하였고 이 때에도 마찬가지로 RD-성능 저하는 1.4% 수준으로 미미하다.
제안된 고속 부호화 방법은 주변 블록의 정보를 이용하지 않으므로 주변 블록에 대한 의존성이 존재하지 않아 하드웨어 부호화기를 설계하기에 적합한 구조를 갖는 장점이 있다.
