H.264帧内预测快速模式选择算法研究

论文摘要

H.264视频编解码标准是由ITU-T的视频编码专家组（VCEG）和ISO/IEC的运动图像专家组（MPEG）共同组建的联合视频工作组（JVT）开发制定。不同于之前的视频编解码标准,H.264视频编解码标准第一次在像素域引入了帧内预测编码技术。为了达到最佳编码性能,H.264帧内预测编码采用全搜索算法,即用率失真优化（RDO）技术检查所有帧内预测模式,从中选择一种编码代价最小的模式作为待编码块的最终编码模式。全搜索算法计算量巨大,消耗时间长,不适合实时编码的需要。本论文提出一种基于方向变化强度（DVS）的帧内预测快速模式选择算法。该算法通过比较宏块的方向变化强度与两个阈值的大小,首先确定宏块的编码类型。接下来,利用方向变化强度提取出块内边界信息,进而根据块内边界信息有效减少率失真优化技术所要计算编码代价的备选预测模式数量。整个算法通过C语言在H.264视频编解码软件JM模型上进行实现。实验结果表明,与全搜索算法相比,本文提出的快速模式选择算法能够显著减少70%的帧内预测编码时间。同时,编码性能几乎与全搜索算法相当——平均峰值信噪比（PSNR）损失低于0.2dB,平均码率增加少于3%。与已经提出的面向帧内预测快速模式选择的Pan算法,Wang算法和Tsai算法相比,本文所提出的算法能够进一步节约帧内预测编码时间近10%。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与来源
• 1.2 H.264 视频编解码标准和技术简介
• 1.3 论文的主要内容与章节安排
• 第二章 H.264 帧内预测编码技术
• 2.1 H.264 帧内预测编码
• 2.2 H.264 帧内预测模式
• 4×4 帧内预测模式'>2.2.1 Intra₄×4 帧内预测模式
• 16×16 帧内预测模式'>2.2.2 Intra₁6×16 帧内预测模式
• 8×8 帧内预测模式'>2.2.3 Chroma₈×8 帧内预测模式
• 2.3 率失真优化技术（Rate-Distortion Optimization Technique）
• 2.3.1 率失真优化（RDO）技术框图
• 2.3.2 拉格朗日（Lagrangian）函数
• 2.3.3 RDO 技术确定H.264 帧内预测编码模式
• 2.4 现有 H.264 帧内预测快速模式选择算法介绍
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于方向变化强度的帧内预测快速模式选择算法
• 3.1 对H.264 帧内预测快速模式选择算法的分析
• 3.2 方向变化强度（Direction Variation Strengths）
• 3.3 基于方向变化强度（DVS）的宏块编码类型选择
• 3.4 基于方向变化强度（DVS）的块内边界类型检测
• 3.5 RDO 技术计算编码代价的备选模式选择
• 3.6 阈值的确定
• 3.7 本章小结
• 第四章 算法实现和性能评估
• 4.1 H.264 视频编解码模式（Joint Model）简介
• 4.2 DVS 快速模式选择算法流程图
• 4.3 实验硬件平台及编码器配置参数设置
• 4.4 快速模式选择算法的性能评估方法
• 4.5 实验数据及算法性能对比
• 4.6 本章小结
• 第五章 结束语
• 5.1 主要工作与创新点
• 5.2 后续研究工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文