基于H.264/AVC标准的视频编码关键技术研究及软件实现

论文摘要

新一代视频压缩标准H.264/AVC于2004年底正式推出,其高效的压缩性能使其对视频移动通信、流媒体和高清电视等领域的视频传输和存储产生极其深远的影响。为了充分发挥其优势,本文对其部分关键技术进行了深入研究,主要研究内容如下:根据帧内预测编码的基本原理,分析了H.264/AVC标准中帧内预测模式选择算法的一些技术细节,介绍了Sobel算子边缘检测算法,并对其进行了MATLAB直方图仿真,由仿真结果总结了Sobel算子边缘检测算法的优劣性。针对H.264参考代码中帧内预测模式选择算法计算复杂度较大的弊端,提出了一种基于边缘信息检测和亚采样技术的快速帧内预测模式选择算法。快速算法强调DC预测模式的重要性,并结合SATD阀值排除法预先对候选模式进行筛选,以加速帧内预测模式中最耗时的4×4亮度块模式的选择过程。实验结果表明,该算法在保持PSNR和比特率基本不变的前提下,编码速度比原全搜索模式选择算法提高了45%左右,比运用Sobel边缘检测技术的模式选择算法的编码速度提高了约10%。针对H.264/AVC视频压缩编码中帧间预测编码的运动估计算法进行系统研究。基于运动估计原理和经典块匹配算法,提出一种基于块分类的自适应运动估计搜索算法。新算法的创新性体现在:基于运动矢量在时空域的相关性,提出描述相邻块运动矢量相关性的相关参数CP,结合相关参数CP,利用前一帧中块运动矢量提供的信息,将当前帧中对应位置的块划分为独立块或者相关块,减少了运动估计搜索范围。算法仿真结果表明,与参加仿真的经典块匹配算法相比,新算法所用的平均搜索点数最少,平均峰值信噪比(PSNR)与全搜索算法更接近,明显优于其他方法。在搜索精度上,新算法最接近于全搜索法,优于NPSA、4SS等快速估计算法。除全搜索(FS)外,新算法较高的PSNR和较低的SAD表明,对搜索区域的预测准确,使得在该预测区域搜索到最佳匹配参考块的可能性高,可望获得高精确的运动估计。总的而言,新算法比现有的一些经典块匹配算法具有更高的PSNR和更低的计算复杂度。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 视频编码技术及发展现状
• 1.3 视频编码标准发展概况
• 1.3.1 国际视频编码标准的发展
• 1.3.2 H.264/AVC 国内外应用概况及发展趋势
• 1.4 论文的主要工作和安排
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 主要研究内容
• 2 H.264/AVC 编码器及其关键技术
• 2.1 H.264/AVC 编码原理
• 2.2 功能结构和关键技术
• 2.2.1 功能结构
• 2.2.2 关键技术
• 2.3 本章小结
• 3 帧内预测
• 3.1 帧内预测编码的基本原理
• 3.2 预测模式
• 3.3 信号化帧内预测模式
• 3.4 帧内预测模式选择
• 3.4.1 帧内预测过程
• 4×4 快速帧内模式选择算法'>3.4.2 Intra₄×4 快速帧内模式选择算法
• 3.5 本章小结
• 4 视频编码中的运动估计算法
• 4.1 运动估计的基本概念
• 4.2 运动搜索算法分类
• 4.3 基于块的运动搜索算法
• 4.3.1 基本概念
• 4.3.2 匹配函数
• 4.3.3 经典块匹配算法
• 4.4 基于块分类的自适应运动估计搜索算法
• 4.4.1 算法介绍
• 4.4.2 改进算法性能评测及分析
• 4.5 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 未来展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录