H.264中基于先验预测的帧间编码模式选择算法研究

帧间编码的模式选择算法是H.264视频编码器中计算量较大的部分。该文首先简要介绍了H.264帧间多模式编码原理,然后对帧间编码的最佳模式进行统计、分析,提出了一种基于先验预测的帧间编码模式选择快速算法。仿真实验结果表明该文提出的快速模式选择策略可以在保证视频编码质量的同时,很大程度上降低编码器的计算复杂度。     

基于局部残差复杂度的快速帧间模式选择

针对H.264传统帧间模式选择算法的高复杂度,提出了一种适合各种视频分辨率格式的快速帧间模式选择算法。该算法基于局部残差复杂度(local residual complexity,LRC),通过给局部残差复杂度设定阈值来决定宏块的活跃度,再根据宏块的活跃度选出候选的帧间模式,由此进行率失真优化(Rate-distortion Optimization,RDO)计算,从而减少了不必要帧间模式的RDO计算,取得了较高的编码效率。实验结果表明,与JM18.4默认的帧间模式选择算法相比,该算法在峰值信噪比和码率基本不变的前提下,可以平均减少大约60%的运动估计时间。     

基于块时空相关性的H.264快速帧间模式选择算法

针对H.264视频编码器中计算量大的帧问模式选择部分,提出一种快速帧间模式选择算法,利用块编码模式的时空相关性,在视频序列连续帧时间与空间邻域内块最佳编码模式相关性统计分析的基础上,对当前待编码块进行先验预测,确定其初始候选模式,缩小编码模式选择的范围,最后通过设定自适应门限来提前终止模式搜索.实验结果表明:本算法在保证视频图像质量和编码压缩率的前提下,显著地降低了编码器的计算复杂度.     

应用模糊隶属度的H.264帧内预测模式快速选择

H.264中采用的率失真优化技术虽然提高了编码效率,但也使计算复杂度增加,影响编码的实时实现。针对这一问题,通过分析H.264中计算复杂度较高的帧内预测模式选择部分,提出一种新的帧内预测模式选择算法。根据模糊隶属度函数预先判断宏块类型,从Intra_4×4和Intra_16×16两种预测模式中选择一种,并通过判断4×4块的纹理方向,减少候选预测模式的数量。实验结果表明,在保持图像性能和码率基本不变的情况下,该算法能有效提高H.264的编码速度,有利于实时应用。     

快速帧内预测模式选择新方法

为了提高编码性能,H.264采用了RDO(率失真优化),但与此同时带来的是计算复杂度的增加.本文着重分析了H.264中快速帧内预测模式选择的问题.为了降低帧内预测模式选择的计算复杂度,提出了一种高效的快速帧内预测模式选择算法.首先,对Pan的基于边缘方向直方图的快速算法进行了改进,同时提出了基于参考象素特征的4×4快速帧内预测模式选择算法,并将两者进行了结合.实验结果表明,本文算法和H.264校验模型JM61相比,I帧编码时间降低61%~69%,而PSNR基本保持不变,输出码率仅略有增加;与Pan的基于边缘方向直方图快速算法相比,本文算法的I帧编码时间降低12%~33%,PSNR和输出码率均基本保持不变.     

H.264/AVC帧内预测模式选择的快速算法研究

H.264/AVC标准引入RDO技术计算帧内预测最优模式,提高编码效率,但同时RDO技术的引入极大提升编码端的计算复杂度.提出了一种针对帧内预测4×4亮度块的快速模式选择算法,该算法利用亮度块SATD值与RDO技术间的相关性,优化原有算法.实验结果表明,算法能在基本不影响图像原有质量的情况下,较大程度减少编码H.264序列所需时间.     

H.264视频编码帧间与帧内预测模式算法的改进

H.264是目前应用最广泛的视频编码标准,相比于以前的标准,H.264在编码效率上得到了很大的提高.但是相应的计算复杂度也是成倍增加.在此提出一种改进的预测算法,通过时域相关性系数和空域相关性系数排除帧内预测或帧外预测的一些模式,初步减少编码复杂度,再针对分析结果利用已有的快速选择算法对帧内帧外预测模式的最优预测模式组进行预测,进一步加快编码速度.实验结果表明,改进的快速算法在不影响编码质量的同时能够有效地减少计算复杂度和提高编码速度.     

工程实现中H.264视频编码算法的优化方法研究

基于H.264的计算复杂度分析,主要从以下4个方面对H.264编码器进行了优化:函数调整、帧内预测,帧间预测、模式选择.实验结果表明,优化后的H.264编码器能够达到较高的编码速度,为以后移植到DSP平台打下了基础.     

一种新的H.264/AVC帧内编码快速算法

针对H.264/AVC帧内编码算法采用率失真优化(RDO)算法提升编码性能导致运算复杂度增加这一问题,提出了一种新的帧内编码快速算法。该算法采用待预测块的纹理方向误差值判断待编码块的纹理特征,结合相邻块的预测模式相关性减少须遍历预测模式的数量,并结合全零块检测的提前终止判定准则加快编码速度。实验结果表明,与标准算法相比,该算法在保证输出码率和图像质量基本不变的情况下能够将帧内编码时间减少约67.2%,显著提高了H.264的帧内编码效率。     

一种基于H.264的快速多参考帧选择算法

H．264采用的多参考帧运动估计极大地增加了编码器的复杂度。文中分析了各参考帧在运动估计中的作用,提出一种快速多参考帧选择算法以降低运算复杂度。该算法利用已编码相邻块参考帧的相关性,对参考帧进行预选择和排序,以避免不必要的运动搜索。可以与其它多参考帧运动估计算法相结合。实验结果表明,与H．264参考软件JM9．6中的快速算法UMHexagonS相比,提出的算法在保持编码图像质量的同时,可以进一步降低多参考帧运动估计的运算量,能够节省约35％的编码时间。     

H.264宏块模式的一种快速判决方案

H.264采用了可变块运动估计和率失真优化模式判决,极大地增加了编码器的复杂度.本文利用H.264参考软件对时间/空间相邻宏块模式之间的相关性进行了分析,相应地提出了一种快速算法以降低模式判决的运算复杂度.利用已编码相邻宏块的运动信息和模式类型比率信息预测当前宏块的候选模式类型,然后采用部分率失真优化决定当前宏块的编码模式.如果某些模式不在候选模式之列,就不再对其做运动估计.如果相邻宏块的平均失真超过了预定阈值,当前宏块就采用常规的率失真优化模式判决.实验结果表明,对于A、B类测试图像序列,采用本文方案可以明显降低编码复杂度,而编码质量只有轻微的下降.     

一种H.264帧内预测模式判决算法及VLSI实现体系

17种预测模式和率失真优化模式判决极大的增加了H.264帧内编码器硬件设计的复杂度.目前的模式判决快速算法能大量减少模式判决的复杂度,但却不易于硬件实现.本文在Sobel边缘检测模式判决算法的基础上,提出了一种面向VLSI实现的模式判决优化算法.该算法通过修改16×16宏块部分像素的Sobel边缘检测算子来减少存储器读取次数,优化预测模式区域的范围来减少硬件设计复杂度,并采用变换后残差绝对值和(SATD)来简化编码代价判决运算.实验结果表明,采用该算法的帧内硬件编码器可以在确保编码质量的前提下,显著降低硬件实现复杂度和提高编码器效率.     

A novel fast intra mode decision for versatile video coding

The latest video coding standard Versatile Video Coding (VVC) obtains superior coding efficiency compared to the High Efficiency Video Coding (HEVC), which is achieved by incorporating more effective and complex new coding tools. In this paper, we propose a novel fast intra mode decision algorithm for VVC, including following two strategies: (1) the correlation between the optimal modes of the adjacent blocks and the modes selected in the rough modes decision (RMD) process is analyzed and applied to reduce the modes in the candidate list; (2) modes in the candidate list are sorted in ascending order according to the modes’ cost calculated in the RMD process. An early termination method is proposed for terminating the optimal prediction mode decision process based on this new order early. These two strategies are incorporated into intra coding to reduce the coding complexity. Since these two strategies do not add any additional computational complexity, the proposed fast algorithm can achieve more complexity reduction. The experimental results show that the complexity reduction of the proposed algorithm is up to 44.74% compared to VVC reference software VTM2.0, and averagely 30.59% encoding time saving with 0.86% BDBR increase.     

H.264帧间模式快速判决

H.264标准采用率失真优化(RDO)技术提高了编码效率,但这是以较高的计算复杂度为代价的.提出一种快速模式判决算法,利用早期的SKIP模式判决以及运动代价来减少待选的模式.实验表明,该算法比起H.264标准显著提高了编码效率,而视频质量并没有太大的损失.     

基于模式分组的帧内预测模式快速选择算法

针对高效率视频编码(HEVC)帧内预测中增加的预测模式引起的的粗选择模式(RMD)与率失真优化(RDO)算法计算复杂度高的问题。本文充分利用候选模式集中排列第一的预测模式与最优预测模式之间的强相关性,提出了一种基于模式分组的帧内预测模式快速选择算法,有效的降低了HEVC帧内预测算法的计算复杂度。实验表明本文所提出的算法与HEVC的测试模型HM10.0相比,在保证视频质量和码率基本不变的前提下(码率仅增加了0.78%,Y-PSNR只降低了0.12dB),减少了41.8％的编码时间,提高了编码效率。     

利用纹理结构的HEVC快速帧内模式选择算法

高性能视频编码（HEVC）是刚确立的最新一代的视频编码标准。对于帧内编码,HEVC最大的特点是采用了从64×64至8×8的编码单元划分和35种帧内预测模式,HEVC通过遍历所有的分块和帧内预测模式,选取最优的预测方式,这种帧内预测方式在提高预测精度的同时也大大增加了编码的计算复杂度。为了降低帧内预测的计算复杂度,HM2.0版以上的HEVC测试软件采用一种基于两步预测的快速帧内模式选择算法。在此基础上本文首先提出了一种基于纹理方向的快速粗选方案,减少参与计算的粗选模式数,进而提出基于结构相关的决策方法,利用同质图像区域的纹理相似性,减少参与率失真代价函数计算的候选模式数量,进一步降低了帧内预测计算复杂度。实验结果表明,本文所提出的快速算法,在保持编码质量基本不变的条件下,可以使基于两步预测的快速帧内模式选择时间缩短25%。      

Adaptive mode decision for H.264 encoder

An adaptive mode decision algorithm is presented, with rate-distortion optimisation that reduces the complexity of the H.264 encoder without loss of image quality and compression ratio. The proposed algorithm uses the property of an all-zero coefficients block that is produced by quantisation and coefficient thresholding to effectively skip unnecessary modes. Experimental results show that the speed of the adaptive mode decision algorithm is two times faster than the full-mode decision algorithm of the JM72 reference encoder, without any coding loss.     

3σ-rule-based early termination algorithm for mode decision in H.264

A low-complexity early termination algorithm for mode decision in H.264 is presented. The proposed algorithm is based on the statistical distribution of per-pixel motion cost, and it can skip the mode decision of the candidate macroblock modes with low probability. Simulation results reveal that the proposed algorithm can reduce the encoding time by 16.25% on average with the limited performance loss of about 0.023% dB.     

低复杂度的多视点视频编码宏块模式决策算法

为了降低多视点视频编码(MVC)的计算复杂度,提出了一种基于全局-局部率失真代价的低复杂度宏块模式决策算法。首先根据宏块候选模式的块尺寸和率失真代价特点,将所有候选模式分为大尺寸模式(Skip/Direct、Inter16×16和Intra16×16)和小尺寸模式(Inter16×8、Inter8×16、Inter8×8、Intra8×8和Intra4×4);接着统计已编码帧中这两类宏块模式的平均率失真代价,并利用这些平均率失真代价计算当前帧宏块模式决策的全局率失真代价;最后利用得到的全局率失真代价,并结合当前宏块已估计模式的局部率失真代价和空间邻近宏块的模式信息提前终止模式决策,具体包括对大尺寸宏块模式进行提前判定以及对小尺寸候选模式进行逐级选择。实验结果表明:与MVC参考代码中的全搜索模式决策算法相比,本文算法在时域预测视点和视点域预测视点上分别节省了74%和82%的平均编码时间,同时保持了良好的编码率失真性能;与现有模式决策快速算法相比,本文算法降低了更多的编码时间,并具有更好的编码率失真性能。     

Fast block mode decision algorithm in H.264/AVC video coding

The recent video coding standard H.264/AVC show extremely higher coding efficiency compare to any other previous standards. H.264/AVC can achieve over 50% of bit rate saving with same quality using the rate–distortion process, but it brings high computational complexity. In this paper, we propose an algorithm that can reduce the complexity of the codec by reducing the block mode decision process adaptively. Block mode decision process in H.264/AVC consists of inter mode decision process and intra mode decision process. We deal with reduction method for inter and intra mode decision. In this paper an efficient method is proposed to reduce the inter mode decision complexity using the direct prediction methods based on block correlation and adaptive rate distortion cost threshold for early stopping. The fast intra mode reduction algorithm based on inter mode information is also proposed to reduce the computational complexity. The experimental results show that the proposed algorithm can achieve up to 63.34–77.39% speed up ratio with a little PSNR loss. Increment in bit requirement is also not much noticeable.