《h264视频压缩编码优化 帧内预测 论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《h264视频压缩编码优化 帧内预测 论文（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沈阳师范大学学士学位论文【摘要】ITU-T H.264/MPEG-4 Part 10 AVC(简称H.264)是最新的视频编码国际标准，由ISO/IEC的运动图像专家组MPEG和ITU-T的视频编码专家组VCEG组成的联合视频小组JVT共同开发而成。H.264标准中包含了很多先进的视频压缩编码方法，与以前的视频编码标准相比有了明显的进步。在相同视觉感知质量的基础上，H.264的编码效率比MPEG-2提高了50%左右，并且有更好的网络友好性。然而，高编码压缩率是以很高的计算复杂度为代价的，H.264标准的计算复杂度约为H.263的3倍，所以在实际应用中必须对算法进行优化以提高其编码的时间效率。本
2、论文首先在第一章中简要介绍了视频压缩编码的基本原理方法，以及数字视频压缩标准的发展过程。在第二章简要介绍了H.264编码标准的主要功能模块。第三章详细介绍了帧内预测在第四章中我们对已有的帧内预测快速算法进行详细分析，对其中计算复杂度很高的预测模式选择部分进行了深入研究，提出一种基于自适应阈值的快速模式选择算法，该算法可以根据图像复杂度和QP值自适应的调整判决闭值，以确定是否可以将最可能的预测模式作为最终的结果，提前中止预测模式选择过程。另外，为了进一步提高模式选择的计算速度，对其他非最可能的预测模式采用分段计算的方法，首先计算其中的几种，根据计算结果选择临时最优预测模式相邻的预测模式进行比较，
3、以得到最终结果。由相关的实验结果可以看出，我们的快速方法不但在很大程度上降低了H.264帧内预测中，模式选择过程的时间复杂度，提高了编码的时间效率，并且具有很强的自适应性。特别的，该方法能够很好的支持SIMD指令优化，具有很高的实用价值。【关键词】 视频编码 H.264AVC 帧内预测 自适应快速选择H.264 video frequency compression code standard and optimization intra-prediction【Abstract】ITU-T H.264/MPEG-4 Part 10 Advanced Video Coding (commonly
4、 referred as H.264/AVC) is the newest international video coding standards. It was developed by a Joint Video Team (JVT) consisting of experts from ITU-Ts Video Coding Experts Group (VCEG) and ISO/IECs Moving Picture Experts Group (MPEG).In the process， the standard was created that improved compres
5、sion efficiency by a factor about two (on average) over MPEG-2. Several coding elements contribute to the great improvement in compression efficiency for the new standard. However，the computational complexity of the H.264/AVC encoder is dramatically increased by this optimization technique so that i
6、t is difficult to implement in real-time applications.The basic theories for video encoding and the development of video encodingstandard are introduced first, and the main parts of H.264 are introduced in Chapter 2. The third chapter in detail introduced in the H.264/AVC frame forecastThe intra-pre
7、diction method is analyzed in detail in Chapter.4 and the computionally complex part-prediction mode selection is researched deeply then a fast mode selection method based adaptive threshold is given. The threshold can be adjusted adaptively based on both the image texture and the QP value to determ
8、ine whether the most probable mode can be selected as the optimal mode to end the selection process. To decrease the complexity of mode selection further, we use a partionl comtuting method for the remaining modes. Some modes are tested first,and the neighbor modes of the temp-optimal mode are compa
9、red to get the best one.The simulation results show that without considerable performance degradation the proposed method decreases complexity of the intra-prediction mode decision part in H.264, and saves the computing costs greatly. And the method supports SIMD instructions well, so its very usefu
10、l for assembly optimization in applications.【Keywords】video coding H.264AVC intra-prediction adaptive mode selectionI目录前言1第一章 视频压缩编码简介21.1 数字视频压缩编码原理21.2 数字视频压缩编码标准3第二章H.264编码标准简介62.1概述62.2 H.264的关键技术62.2.1帧内预测62.2.2多种块模式的帧间预测62.2.3 1/4和1/8精度的运动估计72.2.4 支持多参考帧72.2.5整数变换及量化72.2.6去块滤波器82.2.7熵编码82.3小结8
11、第三章 H.264/AVC的帧内预测93.1 H.264/AVC帧内预测模式93.1.1 44亮度块的帧内预测模式Intra_4493.1.2 1616亮度块的帧内预测模式Intra_1616103.1.3 88色度块的帧内预测模式Intra_88103.2 44亮度块的帧内预测过程103.3预测模式全搜索方法15第四章 帧内预测模式的选择方法164.1快速选择方法164.1.1快速选择方法研究现状164.1.2基于RDO的帧内预测模式快速选择方法164.1.3基干SAD的帧内预测模式快速选择方法174.1.4基于最佳预测模式概率的帧内预测快速方法174.1.5一类基于阈值的帧内预测快速方法1
12、74.2帧内预测模式的自适应选择方法184.2.1自适应阈值确定方法184.2.2减少剩余模式的计算数目194.2.3基于自适应阈值的快速模式选择算法流程194.3与全搜索方法的计算复杂度比较204.4实验结果204.5小结22全文总结23致谢24参考文献25前言多媒体信息主要包括文字、图形、图像、音频和视频等，其中视频是多媒体信息中最重要的组成部分之一参见文献1。这是因为视频信息具有直观、形象、准确、高效和应用广泛等特点，极易被人类接受，据统计人类接受的信息大约70%来自于视觉。参见文献2但与文本和音频等数据相比，巨大的数据量使得未经压缩的数字视频难以方便使用。例如：对于普通PAL制彩色电视
13、信号，每采样点86it量化，色度格式为4：2：2时，每秒数据量高达27MB，不便于图像的传输和存储。显然数字视频都必须经过极大的压缩才能具有实际意义，这就使得视频压缩技术成为多媒体技术的关键所在。参见文献3 随着数字图像处理和计算机网络等技术的不断发展，以信源压缩、总线传输、图像数据库等技术为标志的第三代视频监视系统己开始形成。其基本原理是使用视频压缩编码技术将视频采集单元输出的模拟信号直接进行数字化压缩，然后通过计算机网络传输到接收端进行解码、播放和存储等操作。在第三代视频监控系统中不管从传输、存储还是图像质量方面考虑，视频压缩编码技术都至关重要。尤其在面对网络传输的带宽瓶颈问题时显得尤为突
14、出，为此需要一个合适的编解码标准。参见文献5第一章 视频压缩编码简介1.1 数字视频压缩编码原理视频序列在空间和时间上都包含许多冗余信息，所以视频压缩的目的是用较少的比特数来表示视频内容。视频序列中的冗余主要包含空间冗余、时间冗余和编码冗余等。空间冗余是指在一帧图像中，相邻的像素间存在的相关性。特别是当这些相邻像素位于同一视频对象中时，相关性极强。时间冗余是指视频序列中的前后两帧往往包含与当前帧相同的背景和对象。只是由于镜头的转动或对象的移动使得其空间位置发生变化，因此视频序列在时域存在极强的相关性。编码冗余是指对于编码符号，其平均码长高于所表示信息的信息熵，这个差值就形成了编码冗余。空间冗余
15、、时间冗余和编码冗余都依赖图像数据的统计特性，可以统称为统计冗余。 在目前的图像编码国际标准中，绝大多数都是采用基于DCT (Discrete Cosine Transform)的混合编码算法。利用DCT变换消除空间冗余，使用运动预测和运动补偿消除时间冗余。根据信息码字出现概率的分布特征而进行统计压缩编码，寻找概率与码字长度间的最优匹配。这些编码技术都是非常优秀的纹理编码，它们能够在中等压缩率的情况下，提供非常好的图像质量。但在非常低的位率情况下，无法为一般的序列提供令人满意的质量。究其原因是由于这些技术都没有利用图像的结构特点，因此它们也就只能以像素或块作为编码的对象。另外，这些技术在设计编码器时也没有充分利用人的视觉生理、心理和图像信源的各种特征，实现从“波形”编码到“模型”编码的转变，以便获得更高压缩比。参见文献8新一代的编码方法主要有：基于分形的编码、基于模型的编码和基于区域分割的编码等。基于分形的编码方法适用于自相似性较强的自然景物图像。例如：海岸线、云彩、大树等。基于模型的编码方法把计算机视觉和计算机图形学中的方法应用到视频编码中，在编码端通过各种分析手段，提取所建模型的
