H.264帧内预测优化与帧内方向预测的研究

论文摘要

21世纪的人类社会是信息化的社会,数字化后的信息,尤其是视频和音频信息具有数据海量性,它给存储和传输造成较大的困难。数字视频内在的高带宽特性限制了多媒体业务的扩展,故必须对视频数据进行压缩。ISO/IEC和ITU-T联合制定的H.264标准,是高度压缩数字视频编解码器的标准。H.264的技术特点可以归纳为三个方面,一是注重实用;二是注重对移动和IP网络的适应;三是在混合编码器的基本框架下,对其主要关键部件都做了重大改进,如多模式运动估计、帧内预测、多参考帧、基于内容的变长编码、4×4二维整数变换等。在关注H.264的优越性能的同时必然需要衡量其实现难度。从总体上说,H.264性能的改进是以增加复杂性为代价而获得的。据估计,H.264编码的计算复杂度大约相当于H.263的3倍,解码复杂度大约相当于H.263的2倍,对H.264编解码的速度和性能优化关系到H.264的应用和推广。本文首先论述了H.264视频编解码标准的基本原理和关键技术,研究和分析了H.264帧内预测模式选择的复杂性。其次,在研究了H.264帧内预测相关的快速选择算法之后,提出改进的优化算法,用Intra16×16预测的结果与设定的阈值进行比较,作为判断是否进行Intra4×4预测的依据,从而缩短了编码时间,提高了编码效率。经过大量的编码实现和实验,以及与原始算法的对比表明,该算法基本保持了H.264的编码性能的同时,使得编码时间下降了20%左右。最后,本文对Intra4×4预测在不同方向的预测能力进行了分析,指出在不同帧内预测模式中预测能力存在差异。为了解决这一问题,提出一种更改编解码次序的方式对预测能力较差的模式进行编解码。理论分析和实验验证表明,本文提出的方法可以使预测能力较差的模式的预测能力得到改善。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.2 视频压缩的研究意义
• 1.3 视频编码的主要标准
• 1.4 本文所做工作及创新点
• 1.5 本文组织结构
• 第二章 H.264 系统概述及关键技术
• 2.1 H.264 系统概述
• 2.1.1 H.264 的档次
• 2.1.2 H.264 语法结构
• 2.1.3 H.264 分层设计
• 2.1.4 H.264 采用的新技术
• 2.2 H.264 视频编解码器结构
• 2.2.1 H.264 编码器
• 2.2.2 H.264 解码器
• 2.3 视频压缩编码的基本原理
• 2.3.1 帧间预测编码
• 2.3.2 整数变换和量化
• 2.3.3 环路去方块滤波
• 2.3.4 熵编码
• 本章小结
• 第三章 H.264 帧内预测算法研究
• 3.1 H.264 标准的帧内预测
• 3.1.1 代价函数模型介绍
• 3.1.2 全搜索的帧内预测模式选择算法及其复杂度分析
• 3.2 H.264 中帧内预测模式现有的快速选择算法
• 3.2.1 利用图像边缘信息的快速选择算法
• 3.2.2 基于RDO 的帧内预测模式快速选择方法
• 3.2.3 基于SATD 的帧内预测模式快速选择方法
• 3.2.4 基于最佳预测模式概率的快速算法（AOPDE）
• 3.2.5 基于递推模式的帧内预测算法
• 3.2.6 基于阈值的帧内预测快速方法
• 3.3 改进的帧内模式选择算法
• 3.3.1 算法思想
• 3.3.2 算法步骤
• 3.3.3 仿真实验结果及其分析
• 本章小结
• 第四章 H.264 帧内预测能力的研究
• 4.1 预测能力的分析
• 4.2 改进的帧内预测模式
• 4.2 实验及实验分析
• 本章小结
• 结论及展望
• 论文工作总结
• 下一步研究工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢