一种面向H·264/AVC的快速帧间模式选择算法

　　引　言

　　H·264/AVC是迄今为止最新的国际视频编码标准, 2003年5月正式发布。该标准由两大国际标准化组织(ISO/IEC的MPEG和ITU-T的VCEG)组成的联合视频专家组JVT(JointVideo Team)共同制定[1]。新的H·264/AVC视频编码标准与现有的视频编码标准比较有了明显的改进,在相同视觉感知质量上编码效率比MPEG-2和MPEG-4提高了50%左右,并且有更好的网络友好性,面向从高质量到低比特率,从有线到无线的各种应用。但随着其性能的提高,其运算复杂度也有所增加。H·264/AVC标准中运动估计在整个编码过程中消耗时间占60%以上,是影响编码速度的主要因素。因此,提高运动估计算法的速度是提高整个编码速度的关键。香港大学的AndyChang等人[2]提出了快速多块选择运动估计算法,首先按照8×8块类型执行ME,利用获得的4个8×8块的运动矢量,来预测16×16块尺寸是否被选择,如果确定了选用16×16块尺寸,就可以跳过其它块尺寸而免于运动估计,但是对于小块模式的宏块分割没有给出判别方法。PengYin等人[3]提出了基于模式优先权和cost平面的单调性特征来判断可能的最佳模式,该算法基于编码的复杂度来确定模式的优先级顺序,对复杂度最低的SKIP模式给予最高优先权,并基于这个顺序,假设cost平面存在单调性,根据一定的准则给出快速算法,该算法把运动估计作为模式决定的一部分,把快速模式选择与快速运动估计技术相结合,相对原来的参考软件编码,复杂度大大降低,可达85% ~90%,该算法的不足之处在于它是建立在“cost平面存在单调性”这个假设上的。新加坡的AndyC·Yu[4]提出利用当前块的DCT系数计算该块的能量,从而得到块的纹理复杂度,进行快速划分模式的选择。实验显示该算法可以在保持相似图像质量和比特率的情况下,最多节省约31%的编码时间。该算法的一个不足之处是依靠AC系数总能量来判断宏块细节的高低,这样就必须对宏块进行额外的DCT变换,而且压缩比率增加较大,一般在5%左右。[5]

　　本文基于H·264/AVC中的多模式运动估计算法,提出一种面向H·264/AVC的快速帧间预测模式选择算法。实验结果表明,本文提出的算法在保持较好的图像质量和压缩性能的基础之上,大大提高了编码速度。

　　1　H·264/AVC的帧间多模式选择

　　运动估计是去除视频序列相邻帧之间冗余信息的有效方法,对整个视频编码效果有重要的影响。以前的视频编码标准,如MPEG-4和H·263等都只支持16×16和8×8固定块大小的运动估计;而在H·264/AVC中采用了变动块大小和形状的运动估计,增强了对不同内容视频序列的适应能力。与只采用16×16块大小的运动估计相比,采用从4×4到16×16的7种块大小的运动估计可以使率失真性能提高16%[6]。然而,随着不同块大小个数的增加,编码复杂度和编码时间同时也呈线性增长。在H·264/AVC运动估计中,一个编码宏块可以分成16×16、16×8、8×16、8×8的块大小,相应的模式分别称为mode(1)、mode(2)、mode(3)、mode(P8×8)。在P8×8模式中,每个8×8块还可以进一步分成8×4、4×8以及4×4大小的块。这种灵活的宏块划分提高了各宏块之间的关联性,有助于获得更高的压缩效率。此外,帧间编码宏块还支持直接拷贝模式(标记为mode(0)或SKIP)和两个帧内编码模式mode(I16MB)和mode(I4MB)。H·264/AVC运动估计中支持的所有宏块分割大小如图1所示。