基于块的帧内预测编码技术研究

论文摘要

近年来,随着H.264/MPEG-4 AVC、AVS等新一代视频编码标准的制定,视频编码技术正一步步走向成熟。帧内预测技术作为混合视频编码框架中的重要组成部分,对提高视频编码效率有重要作用。然而,相对于帧间编码技术来说,帧内预测编码的效率还有很大的提高空间。针对进一步提高帧内预测编码效率的目标,本文从以下两个方面改进了帧内预测编码技术。设计基于块匹配的帧内预测算法。针对纹理信息结构相似性的特点,借鉴在帧间编码中成熟应用的块匹配技术,设计了一种基于块的帧内预测算法。与传统的帧内预测利用编码宏块周围像素的信息进行预测的方法不同,本算法利用帧内已编码宏块的信息构造当前宏块的参考帧,在参考帧中搜索与当前编码宏块最相近的块作为其预测值。本算法在CIF和QCIF格式的测试序列上PSNR平均有0.14dB的提高,特别是在纹理信息丰富的foreman CIF序列上,PSNR有0.55dB的增益。实验证明,基于纹理块匹配的帧内预测算法有效地提高了纹理信息的编码效率。设计基于匹配搜索的帧内编码算法。针对传统的混合编码框架中DCT变换在基于块匹配帧内预测算法上的性能缺失,借鉴匹配搜索（matching pursuit）的算法思想,设计了一种基于匹配搜索的块匹配帧内预测算法。算法主要包括三个部分,残差块匹配库的构建、块匹配的帧内预测技术和残差块匹配搜索算法。初步的实验结果表明该算法在提高编码效率方面有很大的提升空间。基于匹配搜索的帧内编码算法改善了基于块匹配的帧内预测算法在DCT变换过程中的性能损失,进一步提高了基于块匹配的帧内预测算法的编码效率。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 视频编码技术基础
• 1.3 视频编码标准
• 1.3.1 视频编码的国际标准
• 1.3.2 视频编码的国内标准
• 1.4 本文的研究内容及章节安排
• 第2章 帧内预测编码技术
• 2.1 帧内预测编码的基本原理
• 2.2 基于像素的帧内预测技术（PIP）
• 2.2.1 H.264/MPEG-4 AVC 中的帧内预测技术
• 2.2.2 AVS 中的帧内预测技术
• 2.3 基于块的帧内预测技术（BIP）
• 2.3.1 基于块匹配的帧内预测方法
• 2.3.2 基于模板匹配（template matching）的帧内预测方法
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于块匹配的帧内预测方法研究
• 3.1 块匹配算法（Block Matching Algorithm，BMA）
• 3.1.1 块匹配算法的分类
• 3.1.2 块匹配算法流程
• 3.1.3 宏块的划分
• 3.1.4 亚像素精度的块匹配方法
• 3.2 基于块匹配的帧内预测算法
• 3.2.1 基于块匹配的帧内预测算法框架
• 3.2.2 匹配块大小的选择
• 3.2.3 帧内预测模式的参考帧的构造和更新
• 3.2.4 运动矢量的预测
• 3.2.5 模式决策
• 3.3 实验结果与分析
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于匹配搜索的帧内编码方法研究
• 4.1 匹配搜索（matching pursuit）算法理论
• 4.2 基于匹配搜索的帧内编码算法设计
• 4.2.1 块匹配库的构建
• 4.2.2 残差块的匹配搜索
• 4.3 实验结果及分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢