基于兰氏距离的H.264／AVC帧内快速算法

第２８卷第１２期　２００８年１２月　计算机应用　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｖ０１．２８　Ｎｏ．１２　Ｄｅｃ．２００８　

文章编号：１００１—９０８１（２００８）１２—３１５７—０３　

一种基于Ｈ．２６４／ＡＶＣ的快速帧间模式选择算法　

辛丰，罗桂娥，杨欣荣　（中南大学信息科学与工程学院，长沙４１００８３）　（ｘｉｎｆｅｎｇ３０５＠１６３．ｅｏｍ）　摘要：为了解决帧间模式选择计算量大的问题，提出了一种快速算法。算法利用编码模式的利用率信息和时　空相关性来预先判定当前宏块最可能的编码模式，从而大大加快了模式选择的过程。算法缩小了候选模式的范围，　并采用阈值来提高预测准确度。仿真结果表明，该算法在编码质量只有轻微下降的情况下明显降低了计算复杂度。　关键词：Ｈ．２６４／ＡＶＣ标准；率失真优化；快速模式选择；阂值；时空相关性　中图分类号：ＴＰ３７　文献标志码：Ａ　Ｆａｓｔ　ｉｎｔｅｒ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆ０ｒ　Ｈ．２６４／ＡＶＣ　～　ＸＩＮ　Ｆｅｎｇ　ＬＵ０　Ｇｕｉ—ｅ．ＹＡＮＧ　Ｘｉｎ—ｒｏｎｇ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　Ｈｕｎａｎ　４１００８３，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｏｌｖｅ　ｔｈｅ　ｈｉｇｈ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ｉｎ　ｉｎｔｅｒ—ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ，ａ　ｎｏｖｅｌ　ｆａｓｔ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗａｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｕｔｉｌｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ａｄｏｐｔｉｏｎ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｄｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉｏ—ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ｊｕｄｇｅ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｐｏｓｓｉｂｌｅ　ｍｏｄｅ　ｏｆ　ｃｍｘｅｎｔ　ｍａｃｒｏｂｌｏｅｋ　ｂｅｆｏｒｅｈａｎｄ，ＳＯ　ｉｔ　ｃｏｎｓｅｑｕｅｎｔｌｙ　ａｃｃｅｌｅｒａｔｅｄ　ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｇｒｅａｔｌｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｒｅｄｕｃｅｄ　ｔｈｅ　ｒａｎｇｅ　ｏｆ　ｃａｎｄｉｄａｔｅ　ｍｏｄｅｓ　ａｎｄ　ｕｓｅｄ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｓ　ｔｏ　ｈｅｉｇｈｔｅｎ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｏｆ　ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｃａｎ　ｒｅｄｕｃｅ　ｅｎｃｏｄｅｒ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ　ｗｈｉｌｅ　ｃｏｄｉｎｇ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｉｓ　ｏｎｌｙ　ｓｌｉｇｈｔｌｙ　ｄｅｃｒｅａｓｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈ．２６４／ＡＶＣ　ｓｔａｎｄａｒｄ；ｒａｔｅ　ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ（ＲＤＯ）；ｆａｓｔ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ；ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｓｐａｔｉｏ—ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｃ０ＩＴｅｌａｔｉｏｎ　

第３５卷第６期　２０１３年６月　系统工程与电子技术　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ａｎｄ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｖ０Ｉ＿３５　ＮＯ．６　Ｊｕｎｅ　２Ｏｌ３　

文章编号：１００１　５０６Ｘ（２０１３）０６—１３３０　０５　网址：ｗｗｗ．ｓｙｓ—ｅｌｅ．ＣＯＩＩ１　

基于ＭＶＭＷ的Ｈ．２６４／ＡＶＣ自适应快速　

帧间模式决策算法　

吴　笛，卿粼波，何小海　

（四川大学电子信息学院，四川成都６１００６４）　

摘　要：针对运动矢量移动窗口（ｍｏｔｉｏｎ　ｖｅｃｔｏｒ－ｂａｓｅｄ　ｍｏｖｉｎｇ　ｗｉｎｄｏｗ，ＭＶＭＷ）算法预测代价值计算不准确，且　

视频类型自适应不强等缺点，提出一种基于ＭＶＭｗ改进模式决策算法。所提算法摒弃了ＭＶＭＷ中计算较为复杂　

的比例参数矩阵，在详细统计分析编码宏块间时域和空域相关性的基础上，采用与当前帧相关性较高的前两帧参考　

帧中的已编码宏块参与计算当前块的分块预测代价值，确保了预测的有效性，其算法复杂度较ＭＶＭＷ降低较多。　

此外，所提算法采用的ＭＶＭＷ大小根据宏块分块模式自适应变化；且该算法阈值设置理论性较强，克服了ＭＶＭｗ　

算法中由于固定大小窗口和经验闽值造成预测代价值不准确的缺点，保证了预测精度。实验结果表明，所提算法较　

ＭＶＭｗ在码率和图像质量均改善提升的情况下，编码时间明显减少，其整体编码效率优于ＭＶＭｗ。　

关键词：图像处理；快速帧间编码模式选择；运动矢量移动窗口；自适应；低复杂度　中图分类号：ＴＮ　９１９．８ｌ　文献标志码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—５０６ｘ．２Ｏ１３．０６．３４　

Ａｄａｐｔｉｖｅ　ｆａｓｔ　ｉｎｔｅｒ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　

ＭＶＭＷ　ｆｏｒ　Ｈ．２６４／ＡＶＣ　

ＷＵ　Ｄｉ，ＱＩＮＧ　Ｌｉｎ—ｂｏ。ＨＥ　Ｘｉａｏ—ｈａｉ　

（Ｃｏｌｌｅｇｅ　０，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ　ａｎｄ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｉｃｈｕａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈｅｎｇｄｕ　６１００６４，Ｃｈｉｎａ）　

第３Ｏ卷增刊１　２０１０年６月　计算机应用　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ａｐｐｕｃａｔｉｏｎｓ　Ｖｏ１．３０　Ｓｕｐｐ１．１　Ｊｕｎｅ　２０１０　文章编号：１００１—９０８１（２０１０）Ｓ１—０１８８—０３　Ｈ．２６４／ＡＶＣ帧间预测快速模式选择优化算法　

王欣欣，陆中成，程欣欣　（华东理工大学信息科学与工程学院，上海２００２３７）　（２００７ｘｉｎｘｉｎ２００７＠１６３．ｃｏｍ）　摘要：为了提高编码效率，Ｈ．２６４／ＡＶＣ采用了许多新技术，多种分割模式是其重要技术，但全模式遍历法大大　增加了编码复杂度。为了减小Ｈ．２６４／ＡＶＣ的编码算法复杂度，提出了一种快速的帧间模式选择算法。该算法采取　的主要方法包括：ＳＫＩＰ模式早期终止；利用空时相关性，在候选模式范围内采取自适应阈值早期终止技术；判断是否　跳过帧内模式。实验结果表明，与ＪＭ１０．２相比，编码时间减少最大超过３０％；与ＪⅥ’算法相比，编码时间减少最大超　过ｌ０％，而码率和峰值信噪比基本不变。　关键词：Ｈ．２６４／ＡＶＣ；帧间预测；预测模式选择；白适应闲值；率失真优化　中图分类号：ＴＰ３９１．４１；ＴＰ９１９．８　文献标志码：Ａ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｆａｓｔ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ｆｏｒ　Ｈ．２６４／ＡＶＣ　ｉｎｔｅｒ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ＷＡＮＧ　Ｘｉｎ－ｘｉｎ，ＬＵ　Ｚｈｏｎｇ—ｃｈｅｎｇ，ＣＨＥＮＧ　Ｘｉｎ—ｘｉｎ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｅａｓｔ　Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆＳｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００２３７，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈ．２６４／ＡＶＣ　ｕｓｅｓ　ｍａｎｙ　ａｄｖａｎｃｅｄ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｓｕｐｅｒｉｏｒ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｉｎ　ｔｈｅｓｅ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ．ｍｕｌｔｉｐｌｅ　ｂｌｏｃｋ　ｓｉｚｅ　ｉｓ　ａｎ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｐａｒｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ａｌｌ　ｂｌｏｃｋ　ｓｉｚｅｓ　ｈａｓ　ｒｅｍａｒｋａｂｌｙ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｄｕｃｅ　ｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｆａｓｔ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　ｉｎｃｌｕｄｅ：ＳＫＩＰ　ｍｏｄｅ　ｅａｒｌｙ　ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；ｍａｋｉｎｇ　ｕｓｅ　ｏｆ　ｓｐａｃｅ・ｔｅｍｐｏｒａｌ　ｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎ　ｔｏ　ａｃｈｉｅｖｅ　ｃａｎｄｉｄａｔｅ　ｍｏｄｅ　ａｎｄ　ｔｈｅｎ　ｅａｒｌｙ　ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ；ｓｋｉｐｐｉｎｇ　ｔｈｅ　ｉｎｔｒａ　ｍｏｄｅ　ｓｅａｒｃｈ．Ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ＪＭ１０．２　ａｎｄ　ＪⅥ。ｉｔｓ　ｍａｘｉｍｕｍ　ｔｉｍｅｓａｖｉｎｇ　ｉｓ　ｍｏｒｅ　ｔｈａｎ　３０％ａｎｄ　１０％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ｗｉｔｈｏｕｔ　ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ　ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｖｉｓｕａｌ　ｑｕａｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｎｃｒｅａｓｅ　ｉｎ　ｂｉｔ　ｒａｔｅ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：Ｈ．２６４／ＡＶＣ；ｉｎｔｅｒ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ　ｍｏｄｅ　ｄｅｃｉｓｉｏｎ；ａｄａｐｔｉｖｅ　ｔｈｒｅｓｈｏｌｄｉｎｇ；ＲＤ－ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　

毪８１９９９０

中国甜学技蒜夫季

硕士学位论文

论文题目Ｈ：至丝丛选士亟型丝盎ｉ鳖墨选堑杰

作者姓名壅些堡一

学科专业通篮鱼焦皇：垒绫

导师姓名佥丝盗熬堡奎星堡型塾筮

单位垫至墨堡鱼焦皇：登望釜一

勿反棚鸟．中国科学技术大学硕士学位论文摘要

摘要

ｔｔ．２６４／ＡＶＣ是最新的视频编码标准，具有压缩效率高、网络友好性好等显著优点，适用于交互和非交互应用环境。与以前的视频编码标准相比，Ｈ．２６４／ＡＶＣ在率失真效率方面得到了实质性的增强。Ｈ．２６４／ＡＶＣ性能的提高是由于它采用了一些先进的编码技术，包括帧内预测、可变块尺寸和ｔ／４像素精度运动补偿、去块效应滤波器、新的熵编码方法等。ｔｔ．２６４／ＡＶＣ支持许多种帧内、帧间预测模式，从所有预测模式中选择最优的编码模式对其编码性能的提高至关重要。为了确定最优的编码模式，Ｈ．２６４／ＡＶＣ采用率失真优化（ＲＤ０）方法，并且取得非常好的效果。然而，这是以大幅度增加编码器复杂度为代价的，因此本文重点研究ＲＤ０模式下快速的帧内、帧间预测模式选择算法，以减小编码器的复杂度。本文首先详细分析了１ｆ．２６４／ＡＶＣ编码器的关键技术，包括帧内预测、帧间预测、变换和量化、去块效应滤波器、熵编码五个编码模块。然后重点讨论了视频编码的优化技术以及ＲＤ０模式下的预测模式选择过程。最后提出了两种ＲＤＯ模式下的快速帧内、帧间模式选择算法，有效地降低了预测模式选择过程的复杂度。本文提出的快速帧内预测模式选择算法，充分利用了预测误差的频域特征以及相邻块的预测模式之间的相关性，可预先排除６５％以上的Ｉｎｔｒａ＿４×４模式，从而大幅度降低帧内预测的复杂度。该算法简单有效，适用于不同码率的编码环境。实验结果显示该算法平均可减少编码时ＩＮ３０％一４０％，同时基本保持了原来的编码性能。本文提出的快速帧间预测模式选择算法，充分利用相邻宏块率失真特征以及预测模式的时空相关性，对预测模式进行判断或简单分类，取得了很好的效果。实验结果显示该算法平均可减少序列的编码时间２５％．４６％，同时基本保持了原来的编码性能。以上两种快速算法实现简单，可有效降低不同码率环境下的帧内、帧间预测复杂度，并且算法未改变Ｈ２６４／ＡＶＣ的任何语法结构，与标准完全兼容，对Ｈ２６４／ＡＶＣ的实时实现具有重要意义。