H.264帧内预测标准分析

H.264作为新一代的图像压缩标准,提供了诸多优越的性能和特征。在技术上,H.264标准中有多个闪光之处,如统一的VLC符号编码,帧内预测,高精度、多模式的运动估计,基于4×4的整块变换与量化、分层的编码语法等。这些措施使得H.264算法具有很高的编码效率。本文研究分析帧内预测,评估算法的性能,对设计快速编码算法有着重要的意义。     

H.264帧内方向预测增强模式

提出了一种衡量帧内模式方向预测能力的新准则,指出H.264/AVC标准中帧内预测模式在不同方向上的预测能力存在非均衡性,因而限制了某些预测模式下帧内预测性能的发挥.为克服这一缺陷,提出了一种H.264的帧内预测扩展模式和一种灵活更改4×4编解码次序的策略.理论分析和实验结果表明,所提出的方法在没有增加新语法元素的同时,使得帧内预测的方向均衡性得到极大的改善,最弱模式的预测能力提高了30%以上,并获得了较为显著的编码增益,甚至超过了使用H.264的均值预测模式所带来的增益.     

基于邻块预测的H.264快速帧内预测模式选择算法

针对Pan提出的快速帧内预测模式选择算法存在侯选模式不够精简,以及仅利用了块内部纹理信息进行侯选模式的预测等不足,提出了一种改进的基于邻块预测的H.264快速帧内预测模式选择算法。改进算法不仅采用块内部纹理信息预测,而且利用帧内相邻已编码块进行空域预测,以得到更加精简的侯选模式,从而减少参与选择的模式数量,提高了编码速度。实验结果表明,与Pan算法和JM全搜索算法相比,该算法在保持较好的编码图像质量的同时,可有效地提高编码速度。     

H.264帧内预测快速算法

帧内预测是H.264视频编解码标准中一项重要的技术,极大地提高了H.264的编码效率。然而,帧内预测的亮度块有13种预测模式。为选出最佳模式,全搜索算法需要花费极大的计算量。为了降低帧内预测的复杂度,提出了一种基于变换域的快速帧内预测算法。实验结果表明:与全搜索相比,改进的算法在保持PSNR基本不变和码率增加很小的情况下,使帧内预测编码的速度提高70%左右。     

H.264/AVC帧内预测器的VLSI实现

提出了一种帧内预测电路的实现方法,在舍弃了平面预测模式情况下,通过多路选择器选择不同加法路径,和大量共用加法器,以较小代价实现了帧内预测所有剩余的预测模式。在基于SMIC CMOS 0.18 μm最坏工艺条件下,电路规模仅为4000门,关键路径延迟为5.7 ns。     

基于H.264的双向帧内预测研究

双向帧内预测（Bi-directional Intra Prediction,BIP）为了提高H.264的帧内编码效率,提出了两个方案：一是改变了宏块中子块的编码顺序;二是使用两种预测模式生成新的预测模式。本文采用三个典型的视频序列对双向帧内预测进行了实验,并将其与H.264标准帧内预测算法进行对比,从实验结果可以得出,使用双向帧内预测算法比不使用双向帧内预测算法的PSNR值平均增加0.25,码率平均减少了2.96%,编码时间平均增加了222%。     

一种并行结构的H.264帧内预测器

提出了一种基于可重构设计的并行结构的H.264帧内预测器.在分析17种帧内预测值求解算法的基础上,利用其运算上的相似性,将所有运算单元集中到一个运算单元中.该运算单元可根据预测模式的不同对输入的数据安排相应的运算模块及数据通路,从而达到资源的最优化利用.在实际应用中,为了达到适时解码,系统同时安排4个并行运算单元以提高处理能力.实验表明,在50.5 MHz时钟时,本结构可以适时处理720×480,30帧/s的图像.     

一种H.264帧内预测模式快速选择算法

H.264使用率失真优化提高了编码效率,但也增加了计算复杂度,不利于编码的实时实现。本文分析了H.264中计算复杂度较高的帧内预测模式选择部分,提出一种快速的帧内预测模式选择算法。根据隶属度函数预先判断宏块类型,通过求取各像素点的方向得到4×4块的纹理方向,由此确定候选模式,减少预测模式的数量。实验结果表明,在图像性能和码率基本保持不变的情况下,编码时间平均下降了约38%,大大提高了编码速度。     

基于层间预测的空间可扩展帧内编码算法

利用空间可扩展编码中的层间预测技术,提出了一种基于层间预测的空间可扩展帧内编码算法.对于空间基本层上的图像宏块,采用与H.264/AVC标准兼容的帧内编码方法进行编码.对于空间增强层上的图像宏块,除了本层中的邻块数据之外,进一步利用基本层上的对应宏块数据对其进行帧内预测编码.特别是在无法获取本层邻块数据的情况下,使用基本层上的对应宏块数据作为扩展数据源来预测编码,以提高编码效率.实验结果表明,与传统的单层帧内预测算法相比,本算法提高了增强层编码的信噪比,同时编码码率和计算复杂度基本不变.     

H.264的帧间预测改进

帧间预测采用基于块的运动补偿,从一个或者多个先前编码的图像帧中产生的一个预测模型。这种以一种预测帧之间允许达到更高的压缩率、使得相邻帧在时间上具有冗余的优势,并给出了帧间编码的基本预测模板。     

多扫描双向参考的快速帧内预测算法

为了进一步提高帧内预测算法的编码性能,提出了一种多扫描双向参考的快速帧内预测算法.首先通过边缘相关性选取最优的扫描模式,并通过预处理缩减单向参考预测模式的数量,然后以哈达马变换比为权重确定双向参考的预测模式,最后利用简化的率失真模型确定最终的预测模式,并用这些预测模式进行编码,大幅度提高了编码性能.仿真结果表明,与双扫描双向参考帧内预测算法相比,该算法在大幅度减少编码时间的情况下,不但使输出码率降低了2.74%,而且使重建图像的平均峰值信噪比提高了0.13dB.     

基于H.264码率控制帧内估计算法的研究

提出一种新的H.264速率控制的内部率估算方法.这种方法通过使用图像灰度的计算方法建立I帧的R-Q(Rate-Quantization)模型,能够准确的选择出内部编码帧的量化参数.实验结果表明,通过使用我们提出的方法能更好地进行I帧码率控制.     

HEVC帧内率失真优化预测模式的并行流水线硬件设计

近年来,随着人们对视频数据需求的不断增加,视频的分辨率和帧率也在不断地提高,而实时视频序列的压缩编码速度往往受到帧率和分辨率的影响,分辨率和帧率越大,编码所需要的时间越长。为了实现更高分辨率和更高帧率的视频序列实时压缩编码,文中设计了一种新的帧内率失真优化预测模式的并行流水线硬件架构,该架构支持最大64×64编码树单元的帧内预测编码。首先设计了9路预测模式并行方案;然后,按照Z型扫描顺序实现以4×4块为基本处理单元的流水线硬件架构,并复用32×32预测单元的预测数据,用以代替64×64预测单元的预测数据,减少运算量;最后,基于该流水线架构,提出了一种新的哈达玛变换电路,用以实现高效的流水线处理。实验结果表明：在Altera Arria 10系列的现场可编程门阵列上,该9路模式并行架构仅占用75 kb的查找表和55 kb的寄存器资源,主频可以达到207 MHz,完成一个64×64编码树单元的预测仅需要4 096个时钟周期,最大能够支持1 080 P分辨率99 f/s全I帧的实时编码;与已有设计方案相比,文中方案能够用更小的电路面积实现更高帧率的1 080 P实时视频编码。     

Attention-Based Adaptive Intra Refresh Method for Robust Video Coding

Intra refresh is an efficient and simple technique for suppressing temporal error propagation in video transmission over error-prone networks. However, most existing intra refresh algorithms do not make good use of the visual perceptual mechanism of the Human Visual System (HVS). This paper presents an intra refresh algorithm based on an attention model and a loss impact model. Intra refresh rates are allowed to vary for different image regions according to the HVS characteristic and the channel conditions to protect the most important macro-blocks against packet loss. A joint source-channel rate-distortion model was de-veloped taking into account the HVS characteristic to achieve an optimal end-to-end distortion for a better subjective quality. Tests demonstrate that, for the same bit rate and packet loss rate, this method provides a much better subjective feeling than existing intra refresh methods.     

HEVC帧内预测块尺度的快速选择方法

针对高效视频编码(High Efficiency Video Coding,HEVC)中帧内尺度模式选择计算复杂度高的问题,提出了一种HEVC帧内预测块尺度的快速选择方法。基于图像的纹理复杂度,通过提前检测帧内预测块的绝对误差均值,选择预测块尺度类型,减少穷尽搜索代价计算过程。实验结果表明,该方法能够有效降低帧内预测块尺度模式选择的计算复杂度,在比特率平均提高3.09%的情况下,编码时间能平均减少29.87%,峰值信噪比平均提高0.031%。