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H.264/AVC由是国际电信联盟ITU-T和国际标准化组织ISO/IEC联合提出的新一代国际视频编码标准。和原先视频编码标准相比,H.264/AVC采用了许多先进的技术,包括多参考帧、4×4整数变换、亚像素精度的运动估计、率失真优化技术等。H.264为了获得极好的编码效率,采用了基于率失真优化的复杂模式选择技术,从而造成极高的计算复杂度。由于极高的计算复杂度的存在,使得H.264/AVC在实时应用和硬件设计存在着一定的限制,所以减少H.264的编码时间有着重要的实际意义。
本文首先介绍了视频编解码技术的发展以及课题研究的目标和意义。然后介绍了H.264/AVC的关键技术,包括H.264标准的体系结构、档次和级别、应用领域、码流结构、编解码器结构等技术。最后分别着重介绍了快速帧内预测算法和帧间预测算法。
本文提出了基于纹理特性的快速帧内预测算法。在帧内预测过程中,亮度4×4预测多适合于纹理细节丰富的宏块,而亮度16×16预测多适合于纹理光滑平坦的宏块,本文通过计算宏块像素的方差判断出宏块纹理的丰富程度,从而提前区分亮度4×4预测和亮度16×16预测。同时,由于亮度4×4预测、亮度16×16预测和色度8×8预测中的大部分预测模式都带有方向性,本文通过计算编码块中像素的方向梯度值,推测编码块的纹理方向,从而在所有的预测模式中选择部分预测模式进行编码。试验证明本文提出的基于纹理特性的快速帧内预测算法能够在保证PSNR和码率基本不变的情况下明显减少编码时间。
对于快速帧间预测算法,本文首先利用了DCT变化的性质及skip模式所满足的条件求出阈值,利用预测MV求出当前编码块和预测块的残差,判断出编码宏块所采用的模式是否为skip模式。因为一般残差越小,用大块预测模式(16×16,16×8,8×16)的概率越高,残差越大,用小块预测模式(8×8,8×4,4×8,4×4)的概率越高。所以本文对其余帧间预测模式进行了大块预测模式和小块预测模式的划分。根据试验结果拟合出随QP变化的阈值,从而通过残差和阈值判断出采用大块编码策略还是小块编码策略。本文提出的帧间预测算法能够获得较好的试验结果。