H.264中基于參考幀提前截止的快速運動搜索算法

1、H.264中基于參考幀提早制止的快速活動搜刮算法摘要在高性能視頻編解碼算法H.264中，活動搜刮歷程是盤算龐大度最麋集的部門，也是影響體系及時性能的瓶頸。針對這一題目，文中提出一種基于參考幀提早制止的全局訊斷要領(lǐng)，即在活動搜刮中和整數(shù)余弦變更前舉行準全零塊訊斷。實行效果表白，在圖像質(zhì)量根本穩(wěn)定和碼率不增長的環(huán)境下，該要領(lǐng)可以大幅度淘汰活動搜刮歷程的盤算量。關(guān)鍵詞視頻編解碼；活動搜刮；絕對偏向和；提早制止遠間隔音視頻同步交互是多媒體技能應(yīng)用和生長的一個緊張標的目的和趨勢，而這此中的一個關(guān)鍵技能就是視頻壓縮技能。H.264/AV是由IS/IEPEG(活動圖像專家組)和ITU-TVPEG(視頻編碼專

2、家組)構(gòu)成的JVT(團結(jié)視頻專家組)訂定的一項視頻壓縮技能尺度，它使得活動圖像壓縮技能上升到了一個更高的階段。在較低帶寬上提供高質(zhì)量的視頻傳輸辦事是H.264/AV應(yīng)用亮點，在同樣的視覺質(zhì)量條件下，比H.263和PEG-4節(jié)省了50%的碼率1，而且對IP和無線網(wǎng)絡(luò)傳輸具有更好的支持成效。緣故原由是引入了當前視頻編碼中的很多新技能，包羅多種宏塊支解形式、多參考癥44整數(shù)變更等。新技能的利用使H.264得到良好的性能，但同時也使其龐大度大幅度增長，嚴峻限定了H.264在及時要求下的應(yīng)用。此中，大部門的編碼時間都會合在活動搜刮上2，因此，要低落編碼器的龐大度，起首要對活動搜刮算法舉行優(yōu)化。在視頻 、

3、視頻集會等低比特率的視頻應(yīng)用中，圖像序列每每是活動平緩、配景靜止的頭肩序列。這些序列經(jīng)活動賠償后殘差的絕對值一樣平常都很小，再顛末DT變更和量化后很輕易成為全零塊。假設(shè)能提早猜測出這些準全零塊，就可以節(jié)省大量的編碼時間。本文根據(jù)H.264中接納的44整數(shù)DT變更和量化的原理，給出了準全零塊的檢測條件，然后通過活動搜刮的中心值SAD，將檢測條件與搜刮算法有機團結(jié)在一起，有用進步了編碼服從。為了辦理以往視頻編碼尺度中DT正反變更的失配題目，H.264中接納了基于44子塊的整數(shù)DT變更，其正向變更公式3為：1此中，X是44塊殘差信號；是二維DT的變更核，通過加減法和移位運算就能完成；Q稱為正變更尺度

4、調(diào)解矩陣；標記表現(xiàn)中的每個元素乘以矩陣Q中對應(yīng)位置上的系數(shù)值的運算；正變更矩陣f界說為：2H.264接納標量量化技能，將每個圖像樣點編碼映射成較小的數(shù)值，并機動地利用盤算本領(lǐng)，制止了除法和浮點運算。詳細的量化歷程的運算為：3此中，ij為的系數(shù)，f是一個修正參數(shù)，對付幀內(nèi)編碼宏塊取2qbits/3，對付幀間編碼宏塊取2qbits/6。倍增因子F在差異位置的取值為：4當r=0時，(i,j)=(0,0)，(0,2)，(2,0)，(2,2)；當r=1時，(i,j)=(0,1)，(0,3)，(1,0)，(1,2)，(2,1)，(2,3)，(3,0)，(3,2)；當r=2時，(i,j)=(1,1)，(1,

5、3)，(3,1)，(3,3)。在量化歷程中，量化參數(shù)QP共有52個值。當QP取最大值51時，表現(xiàn)最粗糙的量化，當取最小值0時，代表最精致的量化。在現(xiàn)實應(yīng)用中，可以根據(jù)必要在051范疇內(nèi)機動選擇。從量化公式可以看出，H.264中的量化為整數(shù)運算，而且制止了利用除法，確保用16位算法來處置懲罰數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了最小的運算龐大度?；顒铀压问菍こ霎斍昂陦K在參考圖像中最匹配位置的歷程，即在指定的搜刮途徑中探求最匹配的活動矢量。在全部的匹配搜刮算法中，全局搜刮法可以得到最正確的匹配效果，但盤算量很大。由于視頻序列的時間相干性宏大于其空間相干性，假設(shè)被編碼宏塊相對靜止或僅有小范疇內(nèi)的平動，顛末活動賠償所得到的殘差

6、信號通常比力小，再經(jīng)整數(shù)變更和量化后將成為全零，在這種環(huán)境下，繼承舉行搜刮必將白費大量的時間?；诖?，在活動搜刮的歷程中設(shè)置得當?shù)拈T限，如許，量化后成為全零的宏塊將被提早檢測出來，最匹配的活動矢量便為小于該門限的第一個矢量。下面通過推導(dǎo)給出全零塊的檢測門限。在公式3中，的系數(shù)ij可以表述為：5此中，iu為jv的系數(shù)f，殘差矩陣的系數(shù)為Xuv。根據(jù)三角不等式的特點，對上式舉行變形，可得：6又由正變更矩陣f的界說，在差異位置的最大值歸納如下：7將6式中不等號右邊的式子睜開，并代入7式的效果，得到該部門的最大值：8此中，根據(jù)以上各分支的推導(dǎo)，3式中量化值的上限為：9在9式中，恰恰為44塊的絕對差和S

7、AD44，假設(shè)的上限小于1,那么當前的44塊為全零塊，即全零塊肯定滿意下面的條件：10通過闡發(fā)4、9和10式，可知r取差異值時，門限Tr和量化值的干系如下：11由于和Tr都是r的函數(shù)，r產(chǎn)生變革，兩者的干系也在相應(yīng)的改變，Tr有三種取值狀態(tài)，當Tr取T0或T1時，或r=0,1位置的量化值為零，即r=1,2或r=2時的值不定，為了使在全部位置上取值為零，將T2作為44塊的檢測門限。別的，如圖1所示，此中宏塊根據(jù)四種方法支解，即1616、816、168和88，88形式還可以繼承剖析為48、84和44三種亞宏塊。在活動搜刮歷程中，匹配搜刮算法必要在每一種塊形式中睜開，假設(shè)能及時確定宏塊支解形式，形式

8、選擇的開銷也一定會低落。圖17種宏塊支解形式思量到多種宏塊編碼形式，團結(jié)44塊檢測門限的界說，得出得當于種種塊形式的門限如下：12此中,N=4、8或16，BN是N塊中44塊的個數(shù)，a2為r=2時a的取值。在訊斷公式10給定的環(huán)境下，自順應(yīng)門限值會隨著量化參數(shù)、F、和塊形式的改變而改變，當與活動搜刮算法團結(jié)利用時，只需在匹配搜刮歷程中，將門限作為制止搜刮的條件，其間用到的SAD由于是活動搜刮的中心效果，對它的調(diào)用并不會增長編碼器的龐大性。基于以上闡發(fā)，活動搜刮的提早中斷算法為：對付一種塊形式N，盤算其包羅的每一個44塊的值，得到自順應(yīng)門限TN后，將其與當前塊的SAD舉行比力，假設(shè)SAD小于該門限

9、，確定最匹配的活動矢量和塊形式，同時跳出當前塊的活動搜刮；不然，記載當前的最正確矢量和塊形式，并實行下一形式的搜刮。實行接納J9.0測試模子，拔取了四種有代表性的QIF序列issa，therDaughter，Silent和Fran，此中，F(xiàn)ran的活動最為劇烈，且人物和鏡頭都在晃動；Silent的配景紋理龐大度最高，活動龐大度一樣平常：issa和therDaughter簡稱：D中人物活動幅度較平緩，issa的配景紋理最不顯著。為了測試效果的正確性，各序列均取其前150鄭重要的編碼參數(shù)設(shè)置如下：搜刮范疇為16，5個參考幀，幀率為30幀/秒，編碼布局為I,AVL熵編碼，Hadaard變更，率失真優(yōu)

10、化(RD)和快速全活動搜刮(FFS)算法。表1表1通過比力FFS和基于全零塊檢測的活動搜刮算法(AZBS)的運行時間，給出了運用AZBS后盤算龐大度落落的百分比(單元：%)。由表中數(shù)據(jù)可知，隨著QP的增長，各個序列盤算龐大度落落的百分比也在增長，緣故原由在于自順應(yīng)門限值門限值越大，活動搜刮中斷的越早，運行時間越短。對付活動劇烈的視頻序列，其盤算龐大度在QP為48時落落約71%；對付配景紋理龐大的序列，當QP值大于23時，其盤算龐大度落落的幅度險些不受其紋理的影響，而對付活動幅度較小的序列，其龐大度落落的均勻值為58%，最多可達82%90%。表2測試指標接納峰值信噪比(PSNR)和比特率(Bit

11、Rate)。表2為兩種算法比擬四幅序列的PSNR和比特率的變革量(負號表現(xiàn)低落)，P(單元：dB)表現(xiàn)PSNR的變革，B表現(xiàn)比特率變革的百分比。從表中可以看出，對實行中的視頻序列，基于參考幀提早制止的活動搜刮算法對PSNR和比特率影響很小，且出現(xiàn)了少數(shù)信噪比穩(wěn)定或略有上升和比特率落落的環(huán)境，可見，該算法代價很小，對圖像質(zhì)量險些沒有影響。本文創(chuàng)新點在于通過對H.264中整數(shù)DT變更和量化的理論闡發(fā)，推導(dǎo)了基于44塊的活動搜刮提早制止檢測門限，并將其舉行擴展，使其順應(yīng)7種塊形式，然后以活動搜刮的中心效果SAD為橋梁，將訊斷門限與活動搜刮算法團結(jié)起來，得出活動搜刮的提早制止條件。實行證實，在峰值信噪

12、比和比特率根本穩(wěn)定的環(huán)境下，基于參考幀提早制止的活動搜刮算法可以有用低落活動搜刮的龐大度。1Tiegand,GSullivanGBjntegaard,ALuthravervieftheH.264/AVVidedingStandardJIEEETransatinsniruitsandSystesfrVideTehnlgy2022,13(7)560-5762畢厚華新一代視頻壓縮編碼尺度H1264/AV1北京：人民郵電出書社.20223YgHnGyuYengKi,Jea-HKiAniprvedearlydetetinalgrithfrall-zerblksinH264-videenndingJIEEETransatinsniruitsandSystesfrVideTehnlgy2022,15(8)105