h.264avc視頻編碼快速算法研究

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1、西南交通大學(xué)博士學(xué)位論文H.264/AVC視頻編碼快速算法研究姓名：王正寧申請學(xué)位級別：博士專業(yè)：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)指導(dǎo)教師：諸昌鈐20070401西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第1頁摘要H．264／AVC是ITU．TVCEG和ISO／IECMPEG聯(lián)合制定的最新國際視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)以較高的編碼效率和網(wǎng)絡(luò)友好性受到人們的廣泛關(guān)注。雖然H．264／AVC采用的依然是基于塊的混合視頻編碼框架，但由于集中了近些年來視頻編解碼領(lǐng)域內(nèi)的一系列最新技術(shù)成果，在同等圖像質(zhì)量條件下其壓縮率較以往標(biāo)準(zhǔn)提高一倍以上。所采用的新技術(shù)主要包括：空間域內(nèi)的多種模式幀內(nèi)預(yù)測，1／4像素精度運(yùn)動估計(jì)，整數(shù)DCT變換量化，

2、多參考幀運(yùn)動補(bǔ)償，自適應(yīng)去塊效應(yīng)濾波以及基于內(nèi)容的熵編碼等。采用新的編碼技術(shù)雖然在編碼效率上得到了很大的提高，但與以往視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)相比，H．264／A、，c的計(jì)算復(fù)雜度卻高出幾倍甚至十幾倍。非常高的計(jì)算復(fù)雜度嚴(yán)重影響了H．264／AVC在實(shí)時(shí)編碼方面的應(yīng)用和推廣，因此如何在保證編碼效率的前提下盡可能降低編碼計(jì)算復(fù)雜度成了入們研究的熱點(diǎn)。本文針對H．264／AVC編碼部分計(jì)算量較大的三個(gè)部分：幀內(nèi)預(yù)測，幀間塊劃分模式選擇和多參考幀運(yùn)動估計(jì)，進(jìn)行了相關(guān)快速算法的研究。首先，本文在深入分析了H．264／AVC幀內(nèi)預(yù)測機(jī)制及編碼模式選擇算法的基礎(chǔ)上，提出了一種基于頻域特征的快速幀內(nèi)編碼模式預(yù)測算法

3、來有效降低幀內(nèi)預(yù)測的計(jì)算復(fù)雜度。算法首先對編碼塊進(jìn)行一次DCT變換得到所需的一些DCT系數(shù)，然后根據(jù)這些系數(shù)計(jì)算出編碼塊的紋理方向和紋理方差。接著通過計(jì)算得到的紋理方向和方差對當(dāng)前編碼塊的幀內(nèi)編碼模式進(jìn)行有效地預(yù)測。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文算法在保證編碼效率與標(biāo)準(zhǔn)算法幾乎一致的前提下將幀內(nèi)預(yù)測的計(jì)算復(fù)雜度平均降低了67．5％，而且性能方面優(yōu)于同類算法。在基于頻域特征的幀內(nèi)編碼模式快速預(yù)測算法的有效性得到驗(yàn)證之后，接著又從提高預(yù)測準(zhǔn)確性和增強(qiáng)硬件實(shí)現(xiàn)方面模塊的復(fù)用性兩方面出發(fā)，以前面本文所提算法為基礎(chǔ)提出了考慮相鄰像素點(diǎn)的5×5DCT和復(fù)用H264／Avc整數(shù)DCT變換的兩種擴(kuò)展算法，相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果也

4、分別驗(yàn)證了兩種擴(kuò)展算法的有效性。其次，本文仔細(xì)研究了H-264／AVC標(biāo)準(zhǔn)中幀間編碼時(shí)塊劃分模式的選擇算法并通過大量實(shí)驗(yàn)分析了實(shí)際編碼中塊的劃分模式選擇特點(diǎn)，提出了一種基于殘差紋理分析的快速塊劃分模式選擇算法。算法首先通過一次宏塊級的運(yùn)動搜索預(yù)處理得到各個(gè)4x4塊運(yùn)動補(bǔ)償后的殘差；然后根據(jù)得到的殘差紋理大小及分布情況對塊的幀間劃分模式做出快速選擇。大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本第1I頁西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文算法在幾乎不犧牲圖像質(zhì)量和壓縮效率的基礎(chǔ)上將這一過程的計(jì)算復(fù)雜度平均減少了59．85％。與相同時(shí)期的同類算法相比，在計(jì)算復(fù)雜度的降低程度、圖像質(zhì)量以及碼率變化方面均優(yōu)于這些算法。最后，本文在分

5、析了H．264／AVC多參考幀條件下幀間預(yù)測編碼算法特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，從如何有效減少運(yùn)動估計(jì)過程中參考幀的使用數(shù)量以及如何加快各參考幀中運(yùn)動估計(jì)的計(jì)算速度兩個(gè)角度出發(fā)，先對影響H．264／AVC多參考幀預(yù)測編碼的一些因素進(jìn)行分析，然后以視頻序列中物體運(yùn)動的連續(xù)性為基礎(chǔ)給出一種多參考幀條件下的運(yùn)動向量預(yù)測方法，并以全零塊預(yù)判技術(shù)制定出相應(yīng)的運(yùn)動搜索停止策略，最后綜合相關(guān)的因素和策略提出了一種多參考幀條件下的快速運(yùn)動估計(jì)算法。算法在不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)配置下對多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測試序列進(jìn)行編碼，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文算法以編碼效率方面較小的犧牲將這一過程的計(jì)算復(fù)雜度平均降低了63．1％。關(guān)鍵詞：視頻編碼，H．264／AVC

6、，幀內(nèi)預(yù)測，塊劃分，運(yùn)動估計(jì)，多參考幀西南交通大學(xué)博士研究生學(xué)位論文第llI頁AbstractH．264／AVCisthenewestinternationalvideocodingstandardjointlydevelopedbytheITU-TVCEGandtheISO／IECMPEGstandardscommiRees．Itrepresentsthestate—of-the—artvideocompressingtechnology，andaddressesthefullrangeofvideoapplicationsincludinglowbit-ratewirelessvideo

7、applications，standard-definitionandhigh·definitionbroadcasttelevision，andstreamingovertheIntemet．Compared謝thMPEG·4，H．263，andMPEG-2，H．264悄VCcanachieve39％，49％，and64％ofbit—ratereductionwithequivalentvideoquali