H.264视频编码的帧内预测模式选择算法研究

论文摘要

H.264是国际电信联盟ITU-T的视频编码专家组VCEG和国际标准化组织ISO/IEC的活动图像专家组MPEG联合制定的视频编码新标准,其目的是为了获得更好的图像压缩效果和更好地适应不同的网络环境。但是H.264视频编码的高压缩率是建立在其算法的高复杂度基础上的,H.264视频编码的巨大运算量成为其广泛应用的瓶颈。为了降低H.264视频编码算法的计算复杂度、减少运算量、提高其实时性,本文首先阐述了H.264视频编码的主要流程,着重对H.264视频编码的帧内预测算法做了研究,并在分析其计算复杂度的基础上提出两种快速帧内预测模式选择算法:基于宏块内部相邻像素差的帧内宏块类型预判算法和改进的基于边缘方向直方图Pan算法。本文完成的主要工作如下:1、在大量实验与深入研究的基础上,分析了宏块内部相邻像素差的特点和宏块预测类型的相关性,提出一种基于宏块内部相邻像素差的帧内宏块类型预判算法。在H.264测试模型JM90上实现该算法,其结果表明提出的预判算法在编码质量和码率性能基本不变的前提下,编码时间平均节省约23.47%。2、对具体帧内宏块类型下的预测模式快速选择算法进行研究,提出一种改进的基于边缘方向直方图Pan算法,并在H.264测试模型JM90上实现,其结果表明该算法在编码质量基本不变、码率稍有减小的情况下,编码时间平均节省约62.32%。;把提出的帧内宏块类型预判算法与改进的Pan算法相结合进行实验,其结果表明该结合算法在保证失真率和码率性能基本不变的前提下,编码时间平均减少了72.49%,大大提高了编码效率,对H.264的实时应用具有很大的意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 视频压缩标准的发展
• 1.1.1 H.26x 标准系列
• 1.1.2 MPEG 标准系列
• 1.1.3 H.264 视频压缩的特点
• 1.2 视频质量评价
• 1.2.1 主观评价
• 1.2.2 客观评价
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文研究方向和章节安排
• 1.5 本课题研究的意义
• 第二章 H.264 视频编码标准
• 2.1 H.264 编码器及结构
• 2.1.1 H.264 编解码器的特点
• 2.1.2 H.264 编码器
• 2.1.3 H.264 解码器
• 2.2 视频格式和宏块编码类型
• 2.3 帧内预测编码
• 2.3.1 4×4 亮度预测模式
• 2.3.2 16×16 亮度预测模式
• 2.3.3 8×8 色度预测模式
• 2.4 帧间预测
• 2.4.1 不同块大小的帧间预测
• 2.4.2 高精度的运动估计算法
• 2.4.3 多参考帧模式
• 2.5 整数变换与量化
• 2.5.1 整数变换
• 2.5.2 量化
• 2.5.3 DCT 直流系数的变换量化
• 2.6 熵编码原理
• 2.7 去块滤波
• 第三章 H.264 帧内预测算法
• 3.1 引言
• 3.2 代价函数模型
• 3.2.1 SAD 代价函数模型
• 3.2.2 RDO 代价函数模型
• 3.3 H.264 全搜索的帧内预测算法及其复杂度的分析
• 3.4 快速算法的研究现状
• 3.5 本章小结
• 第四章 本文提出的基于相邻像素差的帧内宏块类型预判算法
• 4.1 引言
• 4.2 帧内预测宏块类型的选取
• 4.3 利用相邻像素差值特点提取宏块特征
• 4.4 基于相邻像素差的宏块类型预判断算法
• 4.5 实验结果与分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 改进的基于边缘方向直方图的Pan 算法
• 5.1 基于边缘方向直方图的Pan 算法
• 5.1.1 Pan 算法的思想
• 5.1.2 Pan 算法的可行性验证
• 5.2 改进的Pan 算法
• 5.3 实验结果及分析
• 5.4 宏块类型预判算法与改进的Pan 算法结合实验仿真
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结及展望
• 6.1 本论文研究工作总结
• 6.2 进一步工作及展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间所发表的论文