H.264/AVC帧内模式快速选择算法的研究与优化

摘要

H.264/AVC标准是由ITU-T的VCEG专家组和ISO/IEC的MPEG专家组共同制定的视频编码标准。作为最新的视频编码标准，它吸收了以往多个音视频编码国际标准的先进技术，也采用了许多用于改善编码效果的新技术，从而获得了优异的编码效果以及良好的网络交互性。但这些新技术的引入使H.264/AVC标准的编码器极为复杂，限制了H.264/AVC标准在各个领域的应用。
　　 本文首先介绍了视频编码的原理及常用技术；然后简单地概述了目前已有的数字视频编码标准，如MPEG-1、MPEG-2和H.263等等；接着详细介绍了H.264/AVC标准，阐述了它的产生过程、编码器和解码器的框架及各个模块的主要技术特点；最后本文重点对H.264/AVC标准的帧内预测技术进行了深入地研究，概括了亮度块和色度块最佳编码方式的选择过程。由于帧内预测模式的多样性和率失真代价函数的复杂性，使帧内预测成为视频编码过程中比较费时的过程之一。本文在分析了H.264/AVC标准帧内预测过程的基础上，提出了一种H.264/AVC帧内预测模式的快速选择算法。
　　 本文的主要工作集中在以下几个方面：
　　 (1) 引入了图像失真模糊度量准则的概念，并对Lai提出的模糊度量准则进行改进，将其应用到H.264/AVC的帧内预测过程中，从而加快了H.264/AVC标准的帧内模式选择过程。
　　 (2) 提出了宏块模糊度量值的概念，利用其快速判定当前宏块的平坦程度，直接将细节较多的宏块最佳编码方式确定为Intra_4×4模式，因而可以避免Intra_16×16各个预测模式代价值的计算，提高了编码速度。
　　 (3) 统计发现，Intra_4×4模式在帧内模式中占有很大的比例(85％以上)。因此，本文提前采用改进的平方梯度法判定4×4块的纹理方向，将与纹理方向差别较大的编码模式排除掉，因而可以加快Intra_4×4编码模式选择的速度，从而减少整个编码器的计算量。
　　 (4) 由于图像失真模糊度量准则和平方梯度法的计算比较复杂，又考虑到H.264/AVC是以16×16的宏块为处理单元的。本文引入了相关的快速算法，具体计算时将一些系数常量化，以减少计算量，从而进一步加快计算速度。
　　 为了验证本文提出的快速算法的性能，本文利用H.264/AVC的参考模型JM13.2作为实验平台，对算法进行了实验仿真，并将实验结果与全搜索算法的实验结果进行比较。结果表明，在峰值信噪比平均减少0.06dB和编码码率仅增加1.62％的前提下，快速算法的编码时间减少了52.14％，显著地提高了编码速度。