基于H.264/AVC的视频编码研究与优化

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H.264/AVC是ITU-TVCEG和ISO/IEC MPEG联合制定的国际视频编解码标准。标准以较高的编码效率和网络友好性受到人们的广泛关注。虽然采用的依然是基于块的混合视频编码框架,但由于集中了近些年来视频编解码领域内的一系列最新技术成果,在同等图像质量条件下其压缩率较以往标准提高一倍以上。但是,编码效率和编码灵活度的提高,也带来了更大的计算复杂性。高计算复杂度明显地影响标准在实时编码方面的应用,如视频会议等。近几年,为了有效地降低H.264/AVC的计算机复杂度,视频行业内的很多公司、企业和学术提出来了许多的快速算法。   在本文中,提出了一种基于帧内预测的快速算法,主要是从视频图像的纹理特性和预测模式间的相关性为出发点,研究一种处理简单、能较好提高压缩速率的帧内预测算法。算法对标准中的帧内预测算法中的帧内宏块内分块选择、16个4x4子块的预测模式选择和4种16x16宏块预测模式的选择进行优化。本文的主要工作如下:   (1)收集并阅读了大量关于视频的资料,分析了视频编码领域的研究和应用情况,并比较了各种视频编码标准,最终选择了H.264/AVC作为了研究对象。   (2)通过深入分析H.264/AVC的编解码流程,分析标准中的各种关键技术,最终选择了帧内预测做为本文重点研究和优化的内容。   (3)分析和比较当前国内外对H.264/AVC编码标准的帧内预测的研究现状,结合当前视频编码在便携设备中的嵌入式应用,找出简单帧内预测优化的突破点。   (4)分析了H.264/AVC标准官方测试模型JM86,并根据本文的优化算法修改了JM86的相应实现。   (5)用本文的快速算法对几组不同视频序列进行编码,分析实验结果并跟标准原来算法进行比较,找出本文算法的优点和不足之处。   (6)最后总结了本课题的主要工作和本课题的不足之处,并提出以后的进一步研究拓展。   本文的创新之处主要有以下三点:   (1)根据视频图像的纹理特性和预测模式间的特点,分析视频图像的像素值分布情况,找出计算平坦度的模型和方法;   (2)根据视频图像的像素值的变化方向,提出Intra16x16帧内预测的快速预测模式决定和选择的算法;   (3)分析标准中各预测模式间的相关性,提出了基于模式相关性的Intra4x4帧内预测模式选择算法。   实验结果表明,用本文算法对CIF和QCIF格式的视频的压缩,能对psnr影响极小的情况下,节省了近60%的压缩时间,本文的提出的算法能达到较好的编码效率。
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