H.264视频压缩标准研究.docVIP

H.264视频压缩标准的研究 　　 摘 要： H.264视频压缩标准是图像通信研究领域的主流问题。H.264通过许多新技术使得编码性能大幅度提高，但同时也成倍增加其复杂度，这使得对H.264的研究上面临着巨大的挑战。本文以H.264的官方模型JM86作为参考对象，给出了一种分析研究H.264视频压缩编码标准的通用方法。文中主要从理论、模型选择、研究方法等几个方面给出了具体的研究过程。 　　 关键词： H.264； 视频压缩标准； JM86 　　中图分类号： TN911.73 文献标识码： A 文章编号： 1009-8631（2011）05-0105-02 　　 　　 1引言 　　 H.264/AVC是ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG 联合制定的必威体育精装版视频编码标准。其中针对帧内(Intra)和帧间(Inter)宏块的精确快速的预测模式决策算法、快速的高精度运动估计算法、高效率的熵编码算法是研究的热点和难点。本文在对H.264的官方参考模型做了深入研究后，给出H.264视频压缩编码的一些研究思路。 　　 2原理 　　 2.1 H.264视频压缩编码原理 　　 H.264仍然采用运动估计、预测、变换和熵编码等作为其编码的主要技术内容。在编码时，将视频帧分为帧内(Intra)和帧间(Inter)两种编码模式。先将视频帧分成宏块，帧内模式使用当前帧内己编码的宏块进行预测；帧间模式并不是只使用帧间编码，而是使用以往一个或多个帧作为参考进行运动预测，得到的结果与两种帧内宏块的预测结果进行比较，选择出最佳的编码方式。编码都以宏块为单位进行，对于I帧图像采用帧内模式编码，对于P帧和B帧图像则采用帧间模式编码，通过复杂的帧间预测来减少运动图像的时间冗余，通过对预测残差进行DCT变换来减少空间冗余。Intra编码的基本流程为：选择宏块的帧内预测模式→帧内编码→对残差数据进行变换和量化→对量化后的系数进行变长编码和算术编码→生成重构块(用于后继块编码时的参考)。Inter编码流程为:多模式运动估计→根据率失真优化算法选择编码模式→运动补偿产生残差数据→对残差数据进行变换、量化和编码。 　　 2.2 帧内、帧间预测 　　 帧内预测(Intra Prediction)是使用相邻块对编码块像素值进行预测，对预测残差再进行变换编码。在帧内预测模式中，预测块P是基于已编码重建块和当前块形??的。编码器通常选择使P块和编码块之间差异最小的预测模式。 　　 帧间预测和编码主要是利用视频信号的时域相关性，通过运动估计和补偿把视频信号的时域冗余信息去掉，从而达到压缩视频数据的目的。 　　 2.3 宏块分割模式 　　 进行视频编码时使用的宏块大小对编码效果有较大的影响。使用比较小的宏块可以使得运动估计更精确，从而产生较小的运动残差，达到降低码率的作用。每一个宏块具有一个运动矢量MV，一个宏块最多可以携带16个不同的运动矢量。对大的分割尺寸而言，MV的选择和分割类型只需较少比特，但运动补偿残差在多细节区域中的能量高。小尺寸分割运动补偿残差能量低，但需要较多的比特表征MV和分割选择。整体而言，大的分割尺寸适用于平坦区域，小尺寸适用于多细节区域。 　　 3 研究模型的选择 　　 H.264规定了视频比特流的句法和该比特流的解码方法，这使得各个厂商的编码器和解码器在此框架下应能够互通，这促进了编码器的灵活实现和性能的改进。目前行业内流行三种开源编码器：JM、X264及T264。 　　 3.1 编码器选择 　　 编码性能方面：T264的编码性能和JM86相比，在同样的码率下，PSNR下降1-2dB，X264的编码性能和JM86相比，对于运动剧烈的序列，如mobile，两者的编码性能相当；对于运动不剧烈的序列，X264的编码性能有提高，在相同码率下，PSNR提高0.2-1dB。 　　 编码速度方面：X264的编码速度是JM86的200-500倍(采用全有哪些信誉好的足球投注网站算法)。X264在低码率的时候其编码速度比高码率时快。T264的编码速度比X264更快。对于qcif序列，其编码速度是X264的2-2.5倍；对于cif序列，其编码速度是X264的1.5-2倍。这表明，从编码速度方面讲，T264对于低分辨率序列的效果突出。 　　 经过以上分析，X264和JM86相比，在编码性能和JM86相当甚至更好的情况下，其编码速度可以提高200-500倍。T264和JM86相比，虽然编码速度有更大的提高，但其编码性能下降太大，除了一些特殊应用场合，其它场合都不适用。 　　 本文主要是给出分析方法，所以选择H.264的官方测试模型JM86作为研究对象，对编码过程进行研究。 　　 4模型研究策略 　　 对于模型JM86的研究，再把握模型的总体后，必须根据