H.264编码模式选择的研究

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H．2—64编码模式选择的研究

魏霞

(华南理工大学计算机科学与工程学院广东广州510000)

[摘要】研究H．264的编码模式选择方案。根据视频序列的时域相关性和空域相关性的关系，模式选择包括帧内预测和帧间预测。帧间预测基于率失真函数，在一帧图像的编码中则可以采用提前终止预测方向的方法降低编码器端的复杂度。

【关键词]H．264帧内预测帧间预测模式选择

中图分类号：TP3文献标识码：^文章编号：1671--7597(2008)0620036--01

由于H．264中采用的技术更加成熟，编码性能更加高，因此目前的网络视频编码比较趋向于采用这种编码技术，但巨联网和无线信道视频传输I IJ发生的分组丢失、误码和延迟等导致视频质量严霞下降，在加快视频传输速度的同时减少传输错误和优化视频编码韵模式选择【3]是实现网卜实时网络视频服务的必需。

一、H．264标准编码模式选择

n．264标准中的编码模式的选择采用的都是基于拉格朗日率失真最优模式的优化模型。在H．264宏块编码时，首先要在编码宏块中选择出一种基于拉格朗日率失真最优模式的最优宏块分块方式，每种方式中义要对其最优预测方式进行计算(同样也是基于拉格朗日率失真最优模式)，在具体决定H．264宏块的所采用的模式时要经过大量的计算，通过对H．264编码标准的参考软件Jm的研究，发现其帧内4X4与16×16编码模式选择部分流程如下：

1．用代价函数分别计算4种I nt ra l6×16预测模式的率失真代价(rdcos t)，并比较选择最小代价的一种作为最优Int r a l6X16预测模式。

2．对每一个Int r a4X4块分别计算其9种预测模式的r dc os t，选择最小代价的一种预测模式。

3．把这个宏块的16个Int ra4X4块的最优预测模式的rdc os t相加，得到最优I nt r a4×4预测模式。

4．对(a)和(c)中得到的r dcos t进行比较，选择具有最小r dcos t的模式作为该宏块的帧内亮度预测模式。

5．对每一种8×8色度宏块的帧内预测模式(两个色度宏块使用相同的模式)计算相应的r dcos t，并重复以上(a)一(d)，获得相应的宏块组合r dc os t作为该宏块组合的最佳帧内预测模式。

依照这种编码模式选择方法，编码器需要对每个宏块所有可能的模式分别进行全部的搜索检查，然后才能确定合适的编码模式。由于采用了．率失真优化的方法，还需要按照各种模式及子模式分别对宏块进行编码，从而得到相应的码率和信噪比，以此为根据来进行模式选择。显然，这种方法是相当耗时的，难以达到实时视频通信的要求。

二、■内快速模式选撵

在H．264t h选择‘个I nt r a4X4块的最佳预测模式要计算全部9种模式的率失真代价。根据对大量图像的统计结果显示，I nt ra4×4块的预测方向常常和它所属的I nt r al6X16块的预测方向有相同或者相近的关系。因此在对i nt ra4X4块预测模式时可以根据I nt r al6×16宏块的最佳预测模式来减少其要预测的个数。这样，就可以根据宏块的预测方向来排除一些可能性小的预测模式，朱达到减少编码时间的目的。可以采用以下简单的排除规则来提前中l hI nt r a4x4的九种预测方向：

三、帧内快遮攫式选择仿真

为了验证其在实际应用中的可行性，在m a t l ab中仿真此帧内快速模式选择案。在pr ef as t．m中仿真其采用这种帧内快速预测算法时的过程，并得到其各种预测方向的图像，计算其预测时间；在pr eor i．I l l中仿真其原来的帧内选择方式，得到其各种预测方向的图像，并计算其预测时间。

四、仿真结果

在实验中采用的是L e na图像，由于计算的数据太大，在本实验中中子水平预测、上水平预测和下水平预测取的是整幅图像的1／16。

结果分析：

1．M i nsa d=14．648，m ode=l即16×16宏块的最优预测模式是水平预测：

2．S m i nsad=11．475，子宏块根据快速算法只要进行水平预测、上水平预测、下水平预测并选择其中SA D值最小的就是其最优模式，即子宏块的最优预测模式是上水平预测：

3．整个预测时间为t i m e=O．6560。

对于几幅图像做相似仿真得到的预测时间数据如下：。表

1快速预测对比表

Sh o t S a n g S s ho r Su ho r Sd hO r Ssa n g T i m e(s)节约实验

(％)

13．418．92．149．699．559．550．6l C锄ef25．7

13．418．99．809．699．559．550．45

14．622．92．2911．4711．4911．50O．75 Le n a43．7

14．622．912．1l11．4711．4911．500．42

10．215．21．926．746．696．660．75

f om m aa64．7

10．215．26．660．26计算三组实验中测得的数据显示其各自节约时间为：25．7％、43．7％、64．7％，但是其sad值也有所下降。由以上实验数据可以看出采用帧内的快速预测方式可以节约大量时间，原因在于在子宏块中根据整个宏块的预测结果提前终止了了几种预测方向。

五、结语

视频传输编码选择方案是一个重要的问题，考虑H．264视频编码标准的编码模式选择流程，在保证视频质量的前提下采取提前预测的方案可以大大降低视频编码的时间，从而达到较好的实时效果。

参考文献；

[1]沈兰荪、卓力等．小波编码与网络视频传输．北京：科学出版社，2005．

[2]毕厚杰．新一代视频压缩编码标准一-H．264／A V C视频通信技术的新发展．北京：人民邮电出版社。2005．