專利名稱：基于極大極小mv差值的h.264幀間模式優(yōu)化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是視頻編碼壓縮領(lǐng)域，主要是針對(duì)高清視頻數(shù)據(jù)量大、處理速度慢、在實(shí)際應(yīng)用中局限性大以及H. 264算法在提高編碼效率同時(shí)增大計(jì)算復(fù)雜度的缺點(diǎn)而提出的。
背景技術(shù)：
高清視頻的優(yōu)越性是公認(rèn)的，它具有直觀性、確切性、高效性、廣泛性等優(yōu)點(diǎn)。但是由于其信息量的龐大，存儲(chǔ)與傳輸高清視頻信息就會(huì)付出很大的代價(jià)，因此高效的對(duì)其進(jìn) 行壓縮編碼是一個(gè)關(guān)鍵問題。傳統(tǒng)的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有H. 261、MPEG-I、H. 262、MPEG-2、MPEG-3、H. 263、MPEG-4等，這些標(biāo)準(zhǔn)都可以在滿足一定的視頻質(zhì)量前提下達(dá)到壓縮編碼的目的。MPEG和VCEG聯(lián)合開發(fā)一個(gè)比早期研發(fā)的MPEG和H. 263性能更好的視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，即H. 264。
H.264通過采用一些關(guān)鍵技術(shù)，如多模式幀內(nèi)幀間預(yù)測、SP/SI幀技術(shù)、整數(shù)變換、CAVLC和CABAC熵編碼等，可以大大提升編碼性能。H. 264采用塊大小可變的如圖I所示的7種運(yùn)動(dòng)估計(jì)模式的窮盡搜索算法。在進(jìn)行幀間模式判決時(shí)，對(duì)每一種模式進(jìn)行搜索，最后根據(jù)率失真理論選擇最優(yōu)模式編碼，雖然提高了率失真性能，但同時(shí)也大大提高算法復(fù)雜度，降低了編碼實(shí)時(shí)性。而且運(yùn)動(dòng)估計(jì)占據(jù)整個(gè)編碼計(jì)算量的一半以上，它直接影響視頻壓縮的編碼效率和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于極大極小MV差值的H. 264幀間模式優(yōu)化方法，可以平衡失真度和運(yùn)算復(fù)雜度，在保證編碼質(zhì)量的前提下，降低算法復(fù)雜度，達(dá)到編碼實(shí)時(shí)性要求。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的該種基于極大極小MV差值的H. 264幀間模式優(yōu)化方法，包括以下步驟步驟一讀取待編碼的視頻幀，并將其劃分為16 X 16的宏塊；步驟二 對(duì)當(dāng)前需要編碼的宏塊進(jìn)行SKIP模式的多次優(yōu)先判決，如果其最佳編碼模式為SKIP模式，則進(jìn)入步驟四；如果其最佳編碼模式不為SKIP模式，則進(jìn)入步驟三；步驟三在對(duì)當(dāng)前編碼塊進(jìn)行幀間編碼時(shí)，根據(jù)相鄰已編碼塊的分割信息與運(yùn)動(dòng)矢量MV差值信息，可以判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)劇烈情況，進(jìn)而縮小搜索模式范圍，選取最佳編碼模式。步驟四根據(jù)確定的最佳編碼模式完成對(duì)當(dāng)前編碼塊的編碼，繼續(xù)下一編碼塊。進(jìn)一步，所述步驟二的最佳編碼模式判斷包括以下步驟步驟I :根據(jù)已編碼塊的SAD信息，定義用于判定宏塊編碼模式的閾值TH1、TH2 ；步驟2 :將當(dāng)前需要編碼的宏塊與前一幀圖像的相同位置的圖像進(jìn)行比較，如果像素差滿足A ( THl，則認(rèn)為當(dāng)前編碼塊是靜止塊，采取SKIP模式編碼；
否則，計(jì)算16X 16模式的絕對(duì)差值和SADJf SAD與閾值TH2比較，若SAD ( TH2，則采用SKIP模式；否則，計(jì)算16X 16模式與SKIP模式的匹配誤差函數(shù)值J，若Jskip ( J16xl6，仍然采用SKIP模式編碼；步驟3 :若Jskip > J16xi6,則判斷SKIP模式不是其最佳編碼模式。進(jìn)一步，所述步驟三的最佳編碼模式判斷包括
步驟I :根據(jù)相鄰已編碼塊的MV信息，將MV分解到X和y分量，那么MV在x與y分量的差值大小就可以反映當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)情況；步驟2 :求取MV在X與y分量的極大極小值MVxmax、MVxmin、MVymax、MVymin，那么就可以得到極大極小差值IMVxmax-MVxminI與|MVymax-MVymin|，如果這兩個(gè)差值表明臨近已編碼塊的運(yùn)動(dòng)矢量較小，運(yùn)動(dòng)比較平緩，那么根據(jù)圖像塊的空間相關(guān)性與運(yùn)動(dòng)連續(xù)性，判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)幅度比較小；步驟3 :如果極大極小差值滿足 |MVxmax-MVxmin| ( THx 與 IMVymax-MVymin| ( THy,那么就可以判斷當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)比較平緩，從而把搜索范圍限制在16X16、16X8、8X16的大尺寸里，否則限制在8X8、8X4、4X8、4X4小尺寸范圍里；步驟4 :根據(jù)率失真優(yōu)化理論選取最優(yōu)編碼模式，即選取代價(jià)函數(shù)值最小的作為最佳編碼模式。進(jìn)一步，在幀間模式選取過程中，SAD與J通過以下公式計(jì)算得到SAD(SMMV)) = 3 ^,y]-4^-MV^y-MV^ \
X=Lv=IJ (MV,入)=SAD (s, c (MV)) + 入 *R (MV-PMV)；其中SAD是絕對(duì)差值和，J是匹配誤差函數(shù)，S是當(dāng)前編碼塊的原始數(shù)據(jù)，c是已編碼重建的用于進(jìn)行搜索運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紟臄?shù)據(jù)，MV是當(dāng)前模式下搜索的運(yùn)動(dòng)矢量，入為拉格朗日常數(shù)，PMV為中值預(yù)測矢量。本發(fā)明的有益效果是應(yīng)用該方案可以在保證編碼質(zhì)量的前提下，保證高清視頻質(zhì)量，同時(shí)極大地降低了算法復(fù)雜度和視頻壓縮碼率。在高清視頻的壓縮編碼領(lǐng)域里可以應(yīng)用本發(fā)明減少編碼時(shí)間，滿足實(shí)時(shí)通信，解決高清視頻數(shù)據(jù)量大難以滿足實(shí)時(shí)性的瓶頸問題。本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征在某種程度上將在隨后的說明書中進(jìn)行闡述，并且在某種程度上，基于對(duì)下文的考察研究對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員而言將是顯而易見的，或者可以從本發(fā)明的實(shí)踐中得到教導(dǎo)。本發(fā)明的目標(biāo)和其他優(yōu)點(diǎn)可以通過下面的說明書來實(shí)現(xiàn)和獲得。


為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，其中圖I運(yùn)動(dòng)估計(jì)分割模式示意圖； 圖2圖像的空間相關(guān)性示意圖；圖3幀間模式判決優(yōu)化流程圖。
具體實(shí)施例方式以下將參照附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。應(yīng)當(dāng)理解，優(yōu)選實(shí)施例僅為了說明本發(fā)明，而不是為了限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。傳統(tǒng)的幀間模式預(yù)測是對(duì)7種模式按照16X 16到4X4進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，然后根據(jù)率失真理論獲取最優(yōu)的預(yù)測模式。但是各種分塊模式在圖像壓縮編碼里不是等概率分布，往往差別還很大，那么如果提前限制預(yù)測模式的范圍，就可以大大減少搜索時(shí)間與計(jì)算量。本發(fā)明就是基于這種思想，根據(jù)一定的閾值比較結(jié)果，提前排除一些小概率的預(yù)測模式。根據(jù)統(tǒng)計(jì)表明一幅圖像的平坦部分一般占據(jù)了大部分，而細(xì)節(jié)部分只有小部分。對(duì)于這些圖像的多數(shù)編碼塊圖像進(jìn)行殘差變換、量化、編碼的結(jié)果會(huì)全是零或接近于零，使得所有的編碼操作都是冗余的。那么優(yōu)先進(jìn)行這種SKIP模式多次判決就可以最快得到最 優(yōu)預(yù)測模式，去除后面不必要的模式判斷。在幀間模式的I種模式里,可以分為16X16、16X8、8X16大尺寸分割與8X8、8X4、4X8、4X4小尺寸兩種分割模式。對(duì)于運(yùn)動(dòng)平緩的塊，可以在大尺寸模式范圍里搜索，反之，對(duì)于運(yùn)動(dòng)劇烈的塊就可在小尺寸模式范圍里搜索。如圖I所示的預(yù)測模式里，對(duì)于細(xì)節(jié)較多的編碼塊可以選取小尺寸模式，對(duì)于細(xì)節(jié)較少的編碼塊可以選取大尺寸模式，這樣就可以使得MV、分割類型、殘差信息等的比特?cái)?shù)最少，達(dá)到壓縮的目的。對(duì)于不同的尺寸分割，基于運(yùn)動(dòng)矢量MV、分割類型比特?cái)?shù)與殘差比特?cái)?shù)的平衡，快速選取最優(yōu)預(yù)測模式是一個(gè)提高編碼效率與性能的關(guān)鍵問題。一幅圖像的空間相鄰塊具有如圖2所示的相關(guān)性，所以它們的運(yùn)動(dòng)趨勢也是具有相關(guān)性的。根據(jù)相鄰已編碼塊的模式信息可以判斷當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)情況，從而確定預(yù)測模式范圍。本發(fā)明根據(jù)上述優(yōu)化思想提出基于極大極小MV差值的H. 264幀間模式優(yōu)化方案，應(yīng)用該方案可以保證高清視頻質(zhì)量，同時(shí)極大降低算法復(fù)雜度和視頻壓縮碼率。如圖3所示，本發(fā)明的優(yōu)化方法包括以下步驟步驟一讀取待編碼的視頻幀，并將其劃分為16 X 16的宏塊；步驟二 對(duì)當(dāng)前需要編碼的宏塊進(jìn)行SKIP模式的多次優(yōu)先判決，如果其最佳編碼模式為SKIP模式，則進(jìn)入步驟四；如果其最佳編碼模式不為SKIP模式，則進(jìn)入步驟三；步驟三在對(duì)當(dāng)前編碼塊進(jìn)行幀間編碼時(shí)，根據(jù)相鄰已編碼塊的分割信息與運(yùn)動(dòng)矢量MV差值信息，可以判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)劇烈情況，進(jìn)而縮小搜索模式范圍，選取最佳編碼模式；步驟四根據(jù)確定的最佳編碼模式完成對(duì)當(dāng)前編碼塊的編碼，繼續(xù)下一編碼塊。其中，上述步驟二的最佳編碼模式判斷可以采用多種方法，如圖像數(shù)據(jù)塊的均勻性檢驗(yàn)、圖像的紋理特征、編碼模式的統(tǒng)計(jì)分類選擇等，本實(shí)施例中采用的方法包括以下步驟步驟I :根據(jù)已編碼塊的SAD信息，定義用于判定宏塊編碼模式的閾值TH1、TH2 ；步驟2 :將當(dāng)前需要編碼的宏塊與前一幀圖像的相同位置的圖像進(jìn)行比較，如果像素差滿足A ( THl，則認(rèn)為當(dāng)前編碼塊是靜止塊，采取SKIP模式編碼；否則，計(jì)算16X 16模式的絕對(duì)差值和SAD，將SAD與閾值TH2比較，若SAD ( TH2，則采用SKIP模式；否則，計(jì)算16X 16模式與SKIP模式的匹配誤差函數(shù)值J，若Jskip ( J16xl6，仍然采用SKIP模式編碼；
步驟3 :若Jskip > J16xi6,則判斷SKIP模式不是其最佳編碼模式。本實(shí)施例中，上述步驟三的最佳編碼模式判斷包括以下步驟步驟I :根據(jù)相鄰已編碼塊的MV信息，將MV分解到X和y分量，那么MV在x與y分量的差值大小就可以反映當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)情況；步驟2 :求取MV在X與y分量的極大極小值MVxmax、MVxmin、MVymax、MVymin，那么就可以得到極大極小差值IMVxmax-MVxminI與|MVymax-MVymin|，如果這兩個(gè)差值表明臨近已編碼塊的運(yùn)動(dòng)矢量都比較小，運(yùn)動(dòng)比較平緩，根據(jù)圖像塊的空間相關(guān)性與運(yùn)動(dòng)連續(xù)性，判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)幅度比較??；步驟3 :如果極大極小差值滿足 |MVxmax-MVxmin| ( THx 與 IMVymax-MVymin| ( THy,那么就可以判斷當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)比較平緩，從而把搜索范圍限制在16X16、16X8、8X16的大尺寸里，否則限制在8X8、8X4、4X8、4X4小尺寸范圍里；步驟4 :根據(jù)率失真優(yōu)化理論選取最優(yōu)編碼模式，即選取代價(jià)函數(shù)值最小的作為最佳編碼模式，需要說明的是根據(jù)率失真優(yōu)化理論選擇最佳編碼模式的方法是H. 264里的常用方法，在此不再贅述。在上述的幀間模式選取過程中，SAD與J通過以下公式計(jì)算得到^/)(.v,C(MK)) = Zl 啦，) ’]-c[a:- - .WJ |J (MV,入)=SAD (s, c (MV)) + 入 *R (MV-PMV)；其中SAD是絕對(duì)差值和，J是匹配誤差函數(shù)。S是當(dāng)前編碼塊的原始數(shù)據(jù)，c是已編碼重建的用于進(jìn)行搜索運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紟臄?shù)據(jù)，MV是當(dāng)前模式下搜索的運(yùn)動(dòng)矢量，入為拉格朗日常數(shù)，PMV為中值預(yù)測矢量。最后說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.基于極大極小MV差值的H.264幀間模式優(yōu)化方法，其特征在于所述優(yōu)化方法包括以下步驟 步驟一讀取待編碼的視頻幀，并將其劃分為16X16的宏塊； 步驟二 對(duì)當(dāng)前需要編碼的宏塊進(jìn)行SKIP模式的多次優(yōu)先判決，如果其最佳編碼模式為SKIP模式，則進(jìn)入步驟四；如果其最 佳編碼模式不為SKIP模式，則進(jìn)入步驟三； 步驟三在對(duì)當(dāng)前編碼塊進(jìn)行幀間編碼時(shí)，根據(jù)相鄰已編碼塊的分割信息與運(yùn)動(dòng)矢量MV差值信息，可以判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)劇烈情況，進(jìn)而縮小搜索模式范圍，選取最佳編碼模式； 步驟四根據(jù)確定的最佳編碼模式完成對(duì)當(dāng)前編碼塊的編碼，繼續(xù)下一編碼塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于極大極小MV差值的H.264幀間模式優(yōu)化方法，其特征在于所述步驟二的最佳編碼模式判斷包括以下步驟 步驟I :根據(jù)已編碼塊的SAD信息，定義用于判定宏塊編碼模式的閾值TH1、TH2 ； 步驟2:將當(dāng)前需要編碼的宏塊與前一幀圖像的相同位置的圖像進(jìn)行比較，如果像素差滿足A ( THl，則認(rèn)為當(dāng)前編碼塊是靜止塊，采取SKIP模式編碼； 否則，計(jì)算16 X 16模式的絕對(duì)差值和SAD，將SAD與閾值TH2比較，若SAD ( TH2，則采用SKIP模式；否則，計(jì)算16 X 16模式與SKIP模式的匹配誤差函數(shù)值J，若Jskip ( J16xi6,仍然采用SKIP模式編碼； 步驟3 :若Jskip > J16xi6,則判斷SKIP模式不是其最佳編碼模式。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于極大極小MV差值的H.264幀間模式優(yōu)化方法，其特征在于所訴步驟三的最佳編碼模式判斷包括以下步驟 步驟I :根據(jù)相鄰已編碼塊的MV信息，將MV分解到X和y分量，那么MV在X與y分量的差值大小就可以反映當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)情況； 步驟2 :求取MV在X與y分量的極大極小值MVXmax、MVXmin、MVymax、MVymin，那么就可以得到極大極小差值IMVxmax-MVxminI與|MVymax-MVymin|，如果這兩個(gè)差值表明臨近已編碼塊的運(yùn)動(dòng)矢量較小，運(yùn)動(dòng)比較平緩，那么根據(jù)圖像塊的空間相關(guān)性與運(yùn)動(dòng)連續(xù)性，判定當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)幅度比較小； 步驟3 :如果極大極小差值滿足|MVXmax-MVXmin| STHx與I MVymax-MVymin | STHy，那么就可以判斷當(dāng)前編碼塊的運(yùn)動(dòng)比較平緩，從而把搜索范圍限制在16X16、16X8、8X16的大尺寸里，否則限制在8X8、8X4、4X8、4X4小尺寸范圍里； 步驟4 :根據(jù)率失真優(yōu)化理論選取最優(yōu)編碼模式，即選取代價(jià)函數(shù)值最小的作為最佳編碼模式。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于極大極小MV差值的H.264幀間模式優(yōu)化方法，其特征在于在幀間模式選取過程中，SAD與J通過以下公式計(jì)算得到 其中SAD是絕對(duì)差值和，J是匹配誤差函數(shù)，S是當(dāng)前編碼塊的原始數(shù)據(jù)，c是已編碼重建的用于進(jìn)行搜索運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膮⒖紟臄?shù)據(jù)，MV是當(dāng)前模式下搜索的運(yùn)動(dòng)矢量，\為拉格朗日常數(shù)，PMV為 中值預(yù)測矢量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于極大極小MV差值的H.264幀間模式優(yōu)化方法，包括以下步驟步驟一讀取待編碼的視頻幀，并將其劃分為16×16的宏塊；步驟二對(duì)當(dāng)前需要編碼的宏塊進(jìn)行SKIP模式的多次優(yōu)先判決，如果其最佳編碼模式為SKIP模式，則進(jìn)入步驟四；如果其最佳編碼模式不為SKIP模式，則進(jìn)入步驟三；步驟三根據(jù)本發(fā)明的基于極大極小MV差值判決方法，縮小幀間模式選取范圍，最后根據(jù)率失真優(yōu)化理論選擇最佳編碼模式；步驟四根據(jù)確定的最佳編碼模式完成對(duì)當(dāng)前編碼塊的編碼，繼續(xù)下一編碼塊。應(yīng)用本方法可以在保證視頻編碼質(zhì)量的前提下，同時(shí)極大地降低算法復(fù)雜度和視頻壓縮碼率，滿足編碼實(shí)時(shí)性要求。
文檔編號(hào)H04N7/26GK102647598SQ20121014398
公開日2012年8月22日 申請(qǐng)日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者劉衍軍, 姜忠兵, 徐世成, 楊曉花, 羅鈞 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)