H.264-AVC中4×4块的快速帧内预测算法的研究.docx

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H.264/AVC中4×4块的快速帧内预测算法的研究

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论文导读：采用一项重要新技术：基于空间域的帧内预测。由于SATD与率失真(RD)性能有很强的相关性。

关键词：视频编码，帧内预测，SATD，快速帧内预测模式选择

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0、引言

H.264/AVC是由联合视频专家组JVT（JointVideoTeam）于2003年5月正式批准的新一代视频编码标准[1、2]。论文指南。与以往的标准相比较，H.264具有压缩效率高、网络适应性好和适用于交互和非交互的应用环境的显著特点，现在得到了广泛应用，并处于不断的改进中。

H.264/AVC采用一项重要新技术：基于空间域的帧内预测，它充分利用了图像的空间相关性，根据已解码的相邻块的信息来预测当前块的信息，来提高编码性能。H.264/AVC在RDO（RateDistortionOptimization）模式下进行帧内预测模式选择，用最少的比特率获得了最好的编码效果,但由于H.264/AVC支持的帧内预测模式很多,为了确定一个宏块(Macroblock，MB)的帧内预测模式,需要计算592种组合模式的率失真代价(RD_Cost),其运算量占整个模式选择的60%左右，从而使编码器的复杂度很高。在实际编码结果中Intra_4×4模式会占据编码模式中的大部分，因此对RDO模式下4×4子块的研究非常有必要，对研究快速帧内预测算法具有重要的应用价值。

1、H.264/AVC帧内预测模式

H.264/AVC支持三类帧内预测：一、Intra_4×4是针对4×4亮度块的预测，有9种预测模式，其中包括DC预测模式（即均值预测模式）和8种具有一定方向性的预测模式；二、Intra_16×16是针对16×16亮度块的预测，有4种预测模式；三、Intra_8×8是针对8×8色度块的预测，有4种预测模式，预测模式和Intra_16×16一样，只是模式编号不一样。其中Intra_4×4模式由于块尺寸较小，适用于编码细节丰富的图像，且能获得较小的差值，但同时因其模式数目较多成为帧内编码的一个瓶颈。论文指南。Intra_16×16模式则比较适用于图像平坦区域的预测。

(a)（b）

图1帧内预测模式方向

2、帧内4×4块预测的分析

2.1相邻块之间的相关性

在编码时，只需对预测值与实际值的差值进行编码即可，则充分利用帧内相邻宏块间的信息相关性来得到预测值，即是通过当前块编解码后的重建过程为紧邻的下一宏块提供预测值。具体到本文的4×4块，相邻的4×4块的预测模式之间具有很强的相关性，根据当前4×4块的左边块和上边块的预测模式可以预测当前块的最可能模式（MPM，MostProbableMode）。利用该相关性可以减少预测模式的选择数目，从而可以减少编码的比特数。

2.2RDO下全有哪些信誉好的足球投注网站（FS）的帧内预测模式选择过程

具体的帧内模式选择过程[3]如下：

(1)分别计算9种Intra_4×4模式的率失真代价(RD_Cost),选择具有最小代价的模式。代价函数RD_Cost=SSD+λmode×Rate,其中SSD(SumofSquaredDifference)表示当前块与重建块之间的差值平方和；λmode=0.85×2(QP-12)/3(QP为块的量化参数)；Rate表示熵编码后的码率。论文指南。

(2)把16个4×4块最小的RD_Cost相加得到当前宏块Intra_4×4的RD_Cost。

(3)按类似方法分别计算4种Intra_16×16模式的SAD(SumofAbsoluteDifference)，选择具有最小SAD的模式。计算该模式下的RD_Cost,得到当前宏块Intra_16×16方式下的RD_Cost。

(4)比较前两步获得的RD_Cost,选择具有最小RD_Cost的模式作为该宏块的帧内预测模式。

(5)Intra_8×8色度宏块的预测方法与亮度类似。

2.3减小帧内预测复杂度的常用方法

为了减小帧内预测的复杂度，一般有两种方法：(1)简化代价函数；(2)缩小预测模式选择的范围。此方法可以利用当前块及其周围像素的某些特征,预先排除某些可能性很小的预测模式,或提前终止某些可能性小的模式的代价计算,从而降低帧内预测的复杂度。PANFeng等利用子块边缘的变化方向从预选模式中选取最有可能的预测方向，算法中采用边缘梯度直方图的方法在几种最有可能的预测方向中选取最佳预测方向[4]；MengBojun等提出EIPMS算法，利用代价函数和多阈值的方法提高了4×4的子块的编码速度[5]；文献[6]利用下采样方法，用RD模型替代率失真方法选择预测模式；这些算法虽然大幅度降低了复杂度，但是因实现起来较麻烦、编码性能有一定的损失或是图像质量下降等问题，需要进一步的改进。

3、Intr