專利名稱：一種基于h.264/avc標(biāo)準(zhǔn)的幀圖像的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻編碼領(lǐng)域，具體地涉及H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)中的幀圖像的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的選擇方法。
背景技術(shù)：
近兩年新出現(xiàn)的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)H.264/AVC是由ITUT和MPEG一起聯(lián)合開發(fā)的新一代視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)。H.264/AVC項(xiàng)目最初的目標(biāo)是希望新的編解碼器能夠在比相對(duì)以前的視頻標(biāo)準(zhǔn)(比如MPEG-2或者H.263)低很多的碼率下(比如說，一半或者更少)提供很好的視頻質(zhì)量；同時(shí)，并不增加很多復(fù)雜的編碼工具，使得硬件難以實(shí)現(xiàn)。另外一個(gè)目標(biāo)是可適應(yīng)性，即編解碼器能夠在一個(gè)很廣的范圍內(nèi)使用(比如說，既包含高碼率也包含低碼率，以及不同的視頻分辨率)，并且能在各種網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)上(比如組播，DVD存儲(chǔ)，RTP/IP包網(wǎng)絡(luò)，ITU-T多媒體電話系統(tǒng))工作。為了達(dá)到上述目的，許多新的技術(shù)首次在該標(biāo)準(zhǔn)中采用，例如幀內(nèi)編碼的空間預(yù)測(cè)，可變塊大小的運(yùn)動(dòng)估計(jì)補(bǔ)償，多個(gè)參考幀以及自適應(yīng)二進(jìn)制編碼，這些技術(shù)大大增加了H.264/AVC編碼器的運(yùn)算復(fù)雜度。在這些新的特性中，通過運(yùn)用可變大小塊和多個(gè)方向預(yù)測(cè)的技術(shù)，極大的豐富了幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的數(shù)目。
2002年舉行的“ISO/IEC JTC1/SC29/WG11與ITU-T SG16 Q.6，JVT第四次會(huì)議”中發(fā)表的文章《比較H.26L幀內(nèi)編碼與JPEG2000》，其中的研究結(jié)果表明，借助于這些新技術(shù)H.264/AVC幀內(nèi)編碼的性能超過了JPEG-2000的靜態(tài)圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)。H.264/AVC中采用率失真優(yōu)化(RDO)的方法來進(jìn)行幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的選擇，從而達(dá)到更高的編碼效率。
然而，現(xiàn)有技術(shù)中H.264/AVC編碼技術(shù)是有缺陷的。這是因?yàn)椋罁?jù)H.264/AVC中率失真優(yōu)化(RDO)的定義，對(duì)視頻序列進(jìn)行編碼時(shí)，對(duì)幀圖像必須使用所有的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式各測(cè)試一遍，然后找到一個(gè)從RDO角度來講最佳的預(yù)測(cè)模式。
具體的說，發(fā)表在期刊《視頻技術(shù)電路與系統(tǒng)的IEEE學(xué)報(bào)》2003年7月刊第1-19頁的文章《縱觀H.264/AVC視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)》中提到，在H.264/AVC中總共定義了13種亮度部分和4種色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，它們分別是9種4×4的亮度部分，4種16×16的亮度部分和4種8×8色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。為了選擇最佳的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，H.264/AVC要求在編碼時(shí)，必須對(duì)每一幀圖像的每一種模式都進(jìn)行一次RDO運(yùn)算。而率失真優(yōu)化(RDO)的方法是通過計(jì)算率失真度(RDcost)，根據(jù)所得的結(jié)果選擇最佳模式，其中使用的計(jì)算公式是RDcost＝D+R×λ。其中，D表示的是對(duì)應(yīng)預(yù)測(cè)模式的失真度，R表示編碼之后的碼流速率，λ表示的是一個(gè)拉格朗日系數(shù)。也就說對(duì)圖像的亮度部分總共要進(jìn)行13種預(yù)測(cè)模式的RDO計(jì)算，對(duì)圖像的色度部分也要進(jìn)行4種預(yù)測(cè)模式的RDO計(jì)算。盡管率失真優(yōu)化(RDO)的方法可以保證編碼后的圖像獲得最佳的壓縮效率和圖像質(zhì)量，但是由于率失真優(yōu)化的計(jì)算復(fù)雜度非常高，計(jì)算量龐大，它的運(yùn)算是非常占用時(shí)間的，因此，目前的H.264/AVC編碼技術(shù)不適合一些需要實(shí)時(shí)應(yīng)用的場(chǎng)合，例如視頻會(huì)議等。
另一方面，在JVT提供的參考編解碼模塊JM98中，還提供了另外一種模式選擇方法，該方法是基于絕對(duì)變換差之和(SATD)的計(jì)算。將幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的失真度矩陣進(jìn)行一次哈達(dá)瑪(Hadamard)變換，并取變換后矩陣各個(gè)元素的絕對(duì)值，再把所有的絕對(duì)值相加就可以得到與該預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的SATD的值。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)，基于計(jì)算SATD的方法所獲得的候選的預(yù)測(cè)模式和基于計(jì)算RDcost的方法所獲得的預(yù)測(cè)模式在很大程度上是一致的。也就是說由基于率失真優(yōu)化(RDO)的方法最終所獲得的最佳模式有很大的可能性是根據(jù)計(jì)算SATD的方法所選擇的幾種優(yōu)先選擇的預(yù)測(cè)模式中的一個(gè)。而相比RDO運(yùn)算，SATD的計(jì)算在計(jì)算量和運(yùn)算時(shí)間上都有著非常明顯的優(yōu)勢(shì)。
因此，通過先計(jì)算宏塊失真度，確定預(yù)測(cè)模式的尺寸，初步減少候選預(yù)測(cè)模式的數(shù)目，再計(jì)算其SATD進(jìn)一步獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，最后對(duì)這些模式進(jìn)行RDO運(yùn)算，選擇最佳模式。這樣的方法能減少RDO運(yùn)算的次數(shù)，以此獲得一種新的幀圖像的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，使得這種新的方法相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法，具有在不降低圖像品質(zhì)的基礎(chǔ)上，計(jì)算量和運(yùn)算時(shí)間上的大幅度節(jié)省，是有可能實(shí)現(xiàn)的。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明的目的是要克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出一種應(yīng)用于H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的、能有效的減少運(yùn)算量和運(yùn)算時(shí)間的視頻編碼方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中編碼復(fù)雜度過高、運(yùn)算量過大、耗時(shí)過多而造成的應(yīng)用限制的問題，使得H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼能更具有實(shí)時(shí)應(yīng)用性。
(二)技術(shù)方案本發(fā)明提出一種H.264/AVC幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，它包括以下步驟(1)將視頻幀圖像劃分為為相應(yīng)數(shù)目的16×16大小的宏塊；
(2)設(shè)定視頻幀圖像宏塊的差異度門限值；(3)計(jì)算視頻幀圖像每個(gè)宏塊的差異度；(4)比較步驟(3)所得的差異度和步驟(2)所得的門限值；(5)根據(jù)不同的比較結(jié)果選擇不同尺寸的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，并計(jì)算每個(gè)預(yù)測(cè)模式所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)變換差之和的值(SATD)；(6)根據(jù)步驟(5)所得的SATD值，獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；(7)對(duì)步驟(6)所得的優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，通過率失真優(yōu)化(RDO)，確定最佳模式。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其中，對(duì)于步驟(2)的門限值，不是一個(gè)固定值，可以根據(jù)不同的編解碼圖像質(zhì)量和傳輸速率的要求來調(diào)整門限值的具體值。其中一種優(yōu)選的方案是，門限值D0＝150。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，一種優(yōu)選的方案是，步驟(3)中差異度的計(jì)算使用公式Discrepancy=Σx=015Σy=015(Lxy-(Σx=015Σy=015(Lxy)/256)2,]]>其中Lxy表示的是一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值；如果用一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值構(gòu)造一個(gè)矩陣，則差異度Discrepancy就是該矩陣的標(biāo)準(zhǔn)方差。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，一種優(yōu)選的方案是，步驟(3)中差異度的計(jì)算公式還可以是D=Σx=015Σy=015(Lxy-(Σx=015Σy=015(Lxy)/256)2,]]>其中Lxy表示的是一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值；這個(gè)差異度的值也表示，如果用宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值構(gòu)造一個(gè)矩陣，則差異度D就是該矩陣的方差。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，一種優(yōu)選的方案是，步驟(5)所選擇的不同尺寸的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，有16×16的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，和4×4的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；對(duì)于差異度小于門限值的宏塊，選用16×16的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，對(duì)于差異度大于門限值的宏塊，選用4×4的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式。對(duì)于這兩種不同尺寸的預(yù)測(cè)模式，進(jìn)一步計(jì)算每一種預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的SATD值。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，一種優(yōu)選的方案是，根據(jù)步驟(6)所得的SATD值，對(duì)9種4×4亮度預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的3種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；根據(jù)步驟(6)所得的SATD值，對(duì)4種16×16亮度預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的2種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。
上述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其中，步驟(1)和步驟(2)的操作順序可以互換。
本發(fā)明還提出一種H.264/AVC幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將視頻幀圖像劃分為為相應(yīng)數(shù)目的16×16大小的宏塊；(2)計(jì)算視頻幀圖像每個(gè)宏塊的SATD值；(3)根據(jù)步驟(2)所得的SATD值，獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；(4)對(duì)步驟(3)所得的預(yù)測(cè)模式，通過率失真優(yōu)化(RDO)，確定最佳模式。
上述的幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，一種優(yōu)選的方案是，根據(jù)步驟(3)所得的SATD值，對(duì)4種8×8色度部分幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的2種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。
本發(fā)明還提出一種H.264/AVC幀圖像的模式選擇方法，它包括上述的H.264/AVC幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，和上述的H.264/AVC幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法
(三)有益效果采用本發(fā)明的H.264/AVC幀圖像的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的實(shí)現(xiàn)方法，由于先行計(jì)算宏塊失真度確定宏塊預(yù)測(cè)模式的尺寸，初步減少了運(yùn)行RDO的次數(shù)；然后再采用基于SATD的計(jì)算進(jìn)一步獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，最后再在這些優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式中進(jìn)行RDO運(yùn)算，因此有效的減少了運(yùn)行RDO的次數(shù)。由于失真度和SATD的計(jì)算都比RDO的運(yùn)算要簡(jiǎn)單得多，因此本發(fā)明可以大幅降低運(yùn)算復(fù)雜度，從而明顯的減少了編碼耗時(shí)，而且編碼后對(duì)視頻序列在圖像質(zhì)量和比特率方面的負(fù)面影響都可以忽略。因此，很好的解決了現(xiàn)有技術(shù)中H.264/AVC視頻序列編碼過于復(fù)雜而無法廣泛應(yīng)用的問題，使得H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)可以很好的應(yīng)用于實(shí)時(shí)操作，如網(wǎng)絡(luò)傳輸和視頻會(huì)議等等。


圖1為對(duì)一段視頻序列進(jìn)行亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的流程圖；圖2為表示，基于RDO得出的最佳模式是基于SATD選出的n個(gè)優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式之一的概率，其函數(shù)關(guān)系圖；圖3為采用本發(fā)明的模式選擇方法與采用標(biāo)準(zhǔn)RDO方法，在編碼耗時(shí)方面的對(duì)比情況柱狀圖。
圖4為采用本發(fā)明的模式選擇方法與采用標(biāo)準(zhǔn)RDO方法，在平均圖像質(zhì)量方面的對(duì)比情況柱狀圖。
圖5為采用本發(fā)明的模式選擇方法與采用標(biāo)準(zhǔn)RDO方法，在編碼比特率方面的對(duì)比情況柱狀圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出的H.264/AVC幀圖像發(fā)的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的方法，結(jié)合附圖和實(shí)施例說明如下。以下實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由各權(quán)利要求限定。
以下各個(gè)實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)條件為(1)測(cè)試序列總幀數(shù)為300；(2)測(cè)試序列的幀率為30幀/秒；(3)每間隔5幀進(jìn)行一次編碼，因此實(shí)際進(jìn)行幀圖像預(yù)測(cè)編碼的幀數(shù)為50；(4)使用幀內(nèi)預(yù)測(cè)方式進(jìn)行編碼；(5)量化參數(shù)設(shè)為28；(6)對(duì)比的標(biāo)準(zhǔn)編碼測(cè)試，使用JVT提供的JM98編解碼模塊(即JVT Reference Software unofficial version JM9.8，軟件下載地址為http://bs.hhi.de/～suehring/tml/download)；(7)測(cè)試采用的視頻序列為JVT測(cè)試模型專題小組在2003年2月發(fā)布的《ISO/IEC JTC1/SC29/WG11與ITU-T SG16 Q.6草案第4版》中，《運(yùn)動(dòng)估計(jì)的評(píng)估》中推薦的典型序列；(8)實(shí)驗(yàn)采用的計(jì)算機(jī)配置為P4 Celeron 2.66GHz的CPU，256M的內(nèi)存。
以下實(shí)施例中進(jìn)行的測(cè)試，用于對(duì)比兩種方式的結(jié)果其中，一種是采用JM98原來設(shè)置對(duì)全部宏塊模式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)編碼，另一種采用本文提出的幀圖像模式選擇的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行編碼。
(實(shí)施例一)參照說明書附圖1，本實(shí)施例用于說明采用本發(fā)明的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，對(duì)一段視頻序列進(jìn)行亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇的流程。
在本實(shí)施例中，首先，把幀圖像劃分成為相應(yīng)數(shù)目的16×16大小的宏塊，并設(shè)定宏塊差異度的門限值。
然后，對(duì)每個(gè)宏塊進(jìn)行差異度D的計(jì)算，在本實(shí)施例中，使用的計(jì)算公式是D=Σx=015Σy=015(Lxy-(Σx=015Σy=015(Lxy)/256)2,]]>選擇這個(gè)公式的好處是可以避免開方的運(yùn)算。
關(guān)于門限值的確定，在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的方法的初始階段，進(jìn)行大量的測(cè)試，用于確定使用不同的門限值進(jìn)行判決，不同的門限值對(duì)應(yīng)不同的效果，這些效果包括編碼時(shí)間、編碼后的比特率、編碼后的圖像質(zhì)量值。綜合考慮這些方面之后，確定門限值。在大多數(shù)情況下，可以把這個(gè)值作為一個(gè)固定值，在往后的使用中，如果用戶沒有特殊的要求，可以直接采用這個(gè)值，而不需要重新測(cè)試。這個(gè)門限值也是可調(diào)的，對(duì)于特定的情況，例如用戶對(duì)圖像質(zhì)量的要求特別高，或者傳輸速率的要求特別高，都可以現(xiàn)有的門限值的基礎(chǔ)上對(duì)它進(jìn)行調(diào)整，以適應(yīng)特定的情況。
然后進(jìn)行判決。對(duì)于差異度大于門限值的宏塊，使用較小的尺寸即4×4的大小進(jìn)行亮度部分的預(yù)測(cè)模式選擇；對(duì)于差異度小于門限值的宏塊，使用較大的尺寸即16×16的大小進(jìn)行亮度部分的預(yù)測(cè)模式選擇。這樣的初步選擇之后，RDO運(yùn)行的次數(shù)第一次得到減少。在9種4×4亮度部分的模式中，計(jì)算每個(gè)模式的SATD值，取其中SATD最小的3種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。在4種16×16亮度部分的模式中，計(jì)算每個(gè)模式的SATD值，取其中SATD值最小的2種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。經(jīng)過這樣計(jì)算得出的亮度部分優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式一共是2種或3種。
色度部分方面，由于在H.264/AVC中僅支持4種8×8色度部分的預(yù)測(cè)模式，因此沒有必要利用每一個(gè)宏塊的差異度來進(jìn)行預(yù)測(cè)模式尺寸大小的選擇，相對(duì)亮度部分的預(yù)測(cè)模式選擇，色度部分得要簡(jiǎn)單一些。根據(jù)色度采樣值可以得到目標(biāo)宏塊各個(gè)預(yù)測(cè)模式的SATD值，在本實(shí)施例中，取其中SATD值最小的2種預(yù)測(cè)模式，所以優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式是2種。
然后對(duì)這些優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式進(jìn)形RDO運(yùn)算，獲得最優(yōu)模式。這樣，原本需要進(jìn)行的多次RDO，在本實(shí)施例中只需要2-3次。因此，大大減少了運(yùn)算量，節(jié)約編碼耗時(shí)。
表1給出了標(biāo)準(zhǔn)編碼和采用本發(fā)明的編碼，運(yùn)行RDO的次數(shù)。可以看出，采用本發(fā)明的方法進(jìn)行編碼，運(yùn)行RDO的次數(shù)明顯減少。

表1(實(shí)施例二)本實(shí)施例用于說明采用現(xiàn)有技術(shù)所獲得的最佳預(yù)測(cè)模式，正好是采用基于SATD的計(jì)算所獲得的幾個(gè)優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式中的一個(gè)的概率。具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果參看圖2，圖2的橫坐標(biāo)表示基于SATD選出的優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式的個(gè)數(shù)(n)，縱坐標(biāo)表示的是基于RDO得出的最佳預(yù)測(cè)模式剛好落在這n個(gè)模式中的概率。
本實(shí)施例采用了4個(gè)典型序列包括“foreman”、“clarie”、“news”、“carphone”。其中，橫軸表示使用SATD計(jì)算來選擇的優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式的個(gè)數(shù)，縱軸表示當(dāng)前的模式個(gè)數(shù)的情況下，采用現(xiàn)有技術(shù)所獲得的最佳預(yù)測(cè)模式，正好是采用基于SATD的計(jì)算所獲得的幾個(gè)優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式中的一個(gè)的概率。從圖中可以看出，對(duì)于不同的4個(gè)測(cè)試序列，采用基于SATD的計(jì)算來選擇優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式時(shí)，當(dāng)選擇的模式個(gè)數(shù)大于或等于3時(shí)，這些優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式與采用現(xiàn)有技術(shù)所得的最佳模式，90％以上的概率是等同的，而其中，對(duì)于比較好的情況，例如序列“news”，97％的概率是等同的。也就是說，對(duì)于本發(fā)明的方法，采用基于SATD的計(jì)算獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，當(dāng)所選擇的預(yù)測(cè)模式個(gè)數(shù)不小于3時(shí)，再對(duì)這些模式進(jìn)行RDO運(yùn)算獲得最佳模式，相比起現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法，兩者的效果在非常大程度上是等同的。由于SATD的計(jì)算相對(duì)于RDcost的計(jì)算要簡(jiǎn)單得多，因此，采用本發(fā)明的方法，能在很大程度上減少運(yùn)算量，節(jié)省運(yùn)算時(shí)間。
(實(shí)施例三)本實(shí)施例用于比較采用不同的差異度門限值，對(duì)圖像編碼的效果影響。因?yàn)椴町惗乳T限值的確定在本發(fā)明的方法中很關(guān)鍵，所以本發(fā)明的初始階段，進(jìn)行了大量的測(cè)試，獲得大量的測(cè)試數(shù)據(jù)，針對(duì)不同的門限值所獲得的不同的編碼效果。限于篇幅，本實(shí)施例僅列出了5個(gè)不同的門限值D0，以此來說明不同門限值對(duì)最終編碼性能的影響，具體的評(píng)價(jià)參數(shù)包括編碼耗時(shí)的差異、圖像質(zhì)量的影響、比特率變化。其中，編碼耗時(shí)變化的負(fù)號(hào)表示采用本發(fā)明的方法編碼后，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)編碼所節(jié)省的時(shí)間百分比；圖像質(zhì)量的負(fù)號(hào)表示采用本發(fā)明的方法編碼后，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)編碼在圖像質(zhì)量方面的下降分貝。
表2給出了本實(shí)施例的結(jié)果，測(cè)試序列為“Foreman”?？梢钥闯?，門限值D0設(shè)置得越大，編碼時(shí)間就越少，編碼所需的時(shí)間越短，實(shí)時(shí)性就會(huì)越好，但圖像質(zhì)量會(huì)變差。因此用戶或系統(tǒng)可以根據(jù)圖像質(zhì)量的具體要求和網(wǎng)絡(luò)的情況，設(shè)置具體的門限值，綜合考慮當(dāng)前情況所需得圖像質(zhì)量和編碼耗時(shí)，以達(dá)到合適的效果。


表2從表2可以看出，D0＝150的情況下，編碼耗時(shí)可以節(jié)省40％以上，而圖像質(zhì)量的下降只有0.04分貝，比特率的變化也只有0.4％，這樣的負(fù)面影響是可以忽略的。因此，在往后的使用中，只要用戶對(duì)編碼效果沒有特殊的要求，那么D0＝150可以作為一個(gè)相對(duì)固定的門限值，不需要用戶再重復(fù)測(cè)試以獲得門限值。如果用戶對(duì)編碼效果有特殊的要求，例如需要獲得特別清晰的圖像質(zhì)量，則可以在D0＝150的基礎(chǔ)上調(diào)整這個(gè)門限值，例如使用D0＝50；如果用戶對(duì)傳輸速度的要求特別高，卻不要求精確的圖像質(zhì)量，可以使用高一些的門限值，例如D0＝400。
(實(shí)施例四)本實(shí)施例用于說明針對(duì)不同的典型序列，采用本發(fā)明的模式選擇方法所獲得的結(jié)果，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法，在編碼耗時(shí)、圖像質(zhì)量損失、比特率變化方面的比較。其中所用的6個(gè)測(cè)試序列分別是“News”、“Foreman”、“Bike”、“Mobile”、“Bus”、“Silent”。本實(shí)施例中所用的門限值為D0＝150，從實(shí)施例3可以看出，這個(gè)值是對(duì)編碼耗時(shí)、圖像質(zhì)量和比特率變化的一個(gè)折中。在沒有特殊要求的情況下，D0＝150可以作為一個(gè)固定值在大多數(shù)情況下使用，因此本實(shí)施例中選用了這個(gè)值。
具體的測(cè)試數(shù)值見表3。其中，耗時(shí)變化的負(fù)號(hào)表示采用本發(fā)明的方法編碼后，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)編碼所節(jié)省的時(shí)間百分比；圖像質(zhì)量的負(fù)號(hào)表示采用本發(fā)明的方法編碼后，相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)編碼在圖像質(zhì)量方面的下降分貝。

表3從結(jié)果數(shù)據(jù)可見，在門限值為150的情況下，對(duì)于比較好的情況，編碼耗時(shí)最多可節(jié)省68.5％(序列“Silent”)，即使是比較不理想的情況，也可以節(jié)省30％(序列“News”)。而無論對(duì)于哪個(gè)測(cè)試序列，它們的圖像質(zhì)量的影響都不大于0.04分貝，這樣的程度的影響是可以忽略的，而比特率的變化也不高于0.5％，同樣是可以忽略的?？梢?，采用本發(fā)明的方法，可以在節(jié)省運(yùn)算量的情況下，明顯的減少編碼耗時(shí)，同時(shí)幾乎不會(huì)對(duì)圖像質(zhì)量或比特率造成不可忽略的影響。
圖3顯示了對(duì)測(cè)試序列“Foreman”，采用現(xiàn)有技術(shù)的RDO標(biāo)準(zhǔn)方法和采用本發(fā)明的方法對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行編碼后，對(duì)于不同的編碼幀數(shù)，在編碼耗時(shí)方面的比較。其中，有斜線填充的柱體表示現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況，無填充的柱體表示本發(fā)明的方法的情況。橫軸表示不同的編碼幀數(shù)，單位是“幀”，縱軸是編碼耗時(shí)，單位是“秒”。
圖4顯示了對(duì)測(cè)試序列“Foreman”，采用現(xiàn)有技術(shù)的RDO標(biāo)準(zhǔn)方法和采用本發(fā)明的方法對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行編碼后，隨著對(duì)于不同的編碼幀數(shù)，在圖像質(zhì)量方面的比較。其中，有斜線填充的柱體表示現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況，無填充的柱體表示本發(fā)明的方法的情況，橫軸表示不同的編碼幀數(shù)，單位是“幀”，縱軸是圖像質(zhì)量，單位是“分貝”。
圖5顯示了對(duì)測(cè)試序列“Foreman”，采用現(xiàn)有技術(shù)的RDO標(biāo)準(zhǔn)方法和采用本發(fā)明的方法對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行編碼后，隨著對(duì)于不同的編碼幀數(shù)，在比特率方面的比較。其中，有斜線填充的柱體表示現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法的情況，無填充的柱體表示本發(fā)明的方法的情況。橫軸表示不同的編碼幀數(shù)，單位是“幀”，縱軸是比特率，單位是“Kbps”。
可以看出，采用本發(fā)明的方法和采用現(xiàn)有技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)RDO的方法對(duì)測(cè)試序列進(jìn)行編碼，兩者的結(jié)果在圖像質(zhì)量和比特率方面基本相同，但是編碼耗時(shí)方面，采用本發(fā)明的方法顯然能大幅節(jié)省時(shí)間，實(shí)際所用耗時(shí)只需標(biāo)準(zhǔn)RDO的方法的41％到46％的編碼時(shí)間。
權(quán)利要求
1.一種H.264/AVC幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將視頻幀圖像劃分為為相應(yīng)數(shù)目的16×16大小的宏塊；(2)設(shè)定視頻幀圖像宏塊的差異度門限值；(3)計(jì)算視頻幀圖像每個(gè)宏塊的差異度；(4)比較步驟(3)所得的差異度和步驟(2)所得的門限值；(5)根據(jù)不同的比較結(jié)果選擇不同尺寸的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，并計(jì)算每個(gè)預(yù)測(cè)模式所對(duì)應(yīng)的絕對(duì)變換差之和的值(SATD)；(6)根據(jù)步驟(5)所得的SATD值，獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；(7)對(duì)步驟(6)所得的優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，通過率失真優(yōu)化(RDO)，確定最佳模式。
2.如權(quán)利要求1所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，對(duì)于步驟(2)的門限值，不是一個(gè)固定值，可以根據(jù)不同的編解碼圖像質(zhì)量和傳輸速率的要求來調(diào)整門限值的具體值。
3.如權(quán)利要求2所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，步驟(3)中差異度的計(jì)算使用公式Discrepancy=Σx=015Σy=015(Lxy-(Σx=015Σy=015(Lxy)/256)2,]]>其中Lxy表示的是一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值；如果用一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值構(gòu)造一個(gè)矩陣，則差異度Discrepancy就是該矩陣的標(biāo)準(zhǔn)方差。
4.如權(quán)利要求2所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，步驟(3)中差異度的計(jì)算公式還可以是D=Σx=015Σy=015(Lxy-(Σx=015Σy=015(Lxy)/256)2,]]>其中Lxy表示的是一個(gè)宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值；這個(gè)差異度的值也表示，如果用宏塊中的象素點(diǎn)的亮度值構(gòu)造一個(gè)矩陣，則差異度D就是該矩陣的方差。
5.如權(quán)利要求3或4所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，步驟(5)所選擇的不同尺寸的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，有16×16的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，和4×4的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；對(duì)于差異度小于門限值的宏塊，選用16×16的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，對(duì)于差異度大于門限值的宏塊，選用4×4的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式；對(duì)于這兩種尺寸的預(yù)測(cè)模式，計(jì)算每一種預(yù)測(cè)模式對(duì)應(yīng)的SATD值。
6.如權(quán)利要求1所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，根據(jù)步驟(5)所得的SATD值，對(duì)9種4×4亮度預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的3種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；對(duì)4種16×16亮度預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的2種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。
7.如權(quán)利要求1所述的幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，步驟(1)和步驟(2)的操作順序可以互換。
8.一種H.264/AVC幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，它包括以下步驟(1)將視頻幀圖像劃分為為相應(yīng)數(shù)目的16×16大小的宏塊；(2)計(jì)算視頻幀圖像每個(gè)宏塊的SATD值；(3)根據(jù)步驟(2)所得的SATD值，獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式；(4)對(duì)步驟(3)所得的預(yù)測(cè)模式，通過率失真優(yōu)化(RDO)，確定最佳模式。
9.如權(quán)利要求8所述的幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，其特征在于，根據(jù)步驟(3)所得的SATD值，對(duì)4種8×8色度幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式，取其中SATD值最小的2種模式，作為優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式。
10.一種H.264/AVC幀圖像的模式選擇方法，其特征在于，它包括如權(quán)利要求1所述的H.264/AVC幀圖像亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，和如權(quán)利要求8所述的H.264/AVC幀圖像色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法。
全文摘要
本發(fā)明提出一種基于H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)的幀圖像的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的選擇方法，它包括亮度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法，和色度部分的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法。其中，亮度部分的選擇方法的步驟是，先把幀圖像劃分為多個(gè)宏塊，設(shè)定差異度門限值，計(jì)算每個(gè)宏塊的差異度，比較所得的差異度和門限值，根據(jù)不同的比較結(jié)果使用不同尺寸的預(yù)測(cè)模式，然后計(jì)算每種預(yù)測(cè)模式的SATD值，根據(jù)所得的值，獲得優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式，對(duì)這些優(yōu)選的預(yù)測(cè)模式運(yùn)行率失真優(yōu)化，最終確定最佳模式。本發(fā)明的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇方法在沒有降低圖像質(zhì)量的前提下，能很大幅降低編碼運(yùn)算量，明顯減少視頻編碼耗時(shí)，使得H.264/AVC的視頻具有更好的實(shí)時(shí)實(shí)用性。
文檔編號(hào)H04N7/32GK1753500SQ20051008674
公開日2006年3月29日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者李剛, 程飛, 劉昌賀, 徐展, 梁睿, 郭更生, 王民 申請(qǐng)人:連展科技(天津)有限公司