H.264中基于參考幀提前截止的快速運(yùn)動(dòng)搜索算法

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

2、家組)構(gòu)成的JVT(團(tuán)結(jié)視頻專(zhuān)家組)訂定的一項(xiàng)視頻壓縮技能尺度，它使得活動(dòng)圖像壓縮技能上升到了一個(gè)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(diǎn)，在同樣的視覺(jué)質(zhì)量條件下，比H.263和PEG-4節(jié)省了50%的碼率1，而且對(duì)IP和無(wú)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(dāng)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(shí)也使其龐大度大幅度增長(zhǎng)，嚴(yán)峻限定了H.264在及時(shí)要求下的應(yīng)用。此中，大部門(mén)的編碼時(shí)間都會(huì)合在活動(dòng)搜刮上2，因此，要低落編碼器的龐大度，起首要對(duì)活動(dòng)搜刮算法舉行優(yōu)化。在視頻 、

3、視頻集會(huì)等低比特率的視頻應(yīng)用中，圖像序列每每是活動(dòng)平緩、配景靜止的頭肩序列。這些序列經(jīng)活動(dòng)賠償后殘差的絕對(duì)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(cè)出這些準(zhǔn)全零塊，就可以節(jié)省大量的編碼時(shí)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(zhǔn)全零塊的檢測(cè)條件，然后通過(guò)活動(dòng)搜刮的中心值SAD，將檢測(cè)條件與搜刮算法有機(jī)團(tuán)結(jié)在一起，有用進(jìn)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(hào)；是二維DT的變更核，通過(guò)加減法和移位運(yùn)算就能完成；Q稱(chēng)為正變更尺度

4、調(diào)解矩陣；標(biāo)記表現(xiàn)中的每個(gè)元素乘以矩陣Q中對(duì)應(yīng)位置上的系數(shù)值的運(yùn)算；正變更矩陣f界說(shuō)為：2H.264接納標(biāo)量量化技能，將每個(gè)圖像樣點(diǎn)編碼映射成較小的數(shù)值，并機(jī)動(dòng)地利用盤(pán)算本領(lǐng)，制止了除法和浮點(diǎn)運(yùn)算。詳細(xì)的量化歷程的運(yùn)算為：3此中，ij為的系數(shù)，f是一個(gè)修正參數(shù)，對(duì)付幀內(nèi)編碼宏塊取2qbits/3，對(duì)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(dāng)r=0時(shí)，(i,j)=(0,0)，(0,2)，(2,0)，(2,2)；當(dāng)r=1時(shí)，(i,j)=(0,1)，(0,3)，(1,0)，(1,2)，(2,1)，(2,3)，(3,0)，(3,2)；當(dāng)r=2時(shí)，(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(gè)值。當(dāng)QP取最大值51時(shí)，表現(xiàn)最粗糙的量化，當(dāng)取最小值0時(shí)，代表最精致的量化。在現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中，可以根據(jù)必要在051范疇內(nèi)機(jī)動(dòng)選擇。從量化公式可以看出，H.264中的量化為整數(shù)運(yùn)算，而且制止了利用除法，確保用16位算法來(lái)處置懲罰數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了最小的運(yùn)算龐大度。活動(dòng)搜刮是尋出當(dāng)前宏塊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(dòng)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(pán)算量很大。由于視頻序列的時(shí)間相干性宏大于其空間相干性，假設(shè)被編碼宏塊相對(duì)靜止或僅有小范疇內(nèi)的平動(dòng)，顛末活動(dòng)賠償所得到的殘差

6、信號(hào)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(fèi)大量的時(shí)間?；诖耍诨顒?dòng)搜刮的歷程中設(shè)置得當(dāng)?shù)拈T(mén)限，如許，量化后成為全零的宏塊將被提早檢測(cè)出來(lái)，最匹配的活動(dòng)矢量便為小于該門(mén)限的第一個(gè)矢量。下面通過(guò)推導(dǎo)給出全零塊的檢測(cè)門(mén)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(diǎn)，對(duì)上式舉行變形，可得：6又由正變更矩陣f的界說(shuō)，在差異位置的最大值歸納如下：7將6式中不等號(hào)右邊的式子睜開(kāi)，并代入7式的效果，得到該部門(mén)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(duì)差和S

7、AD44，假設(shè)的上限小于1,那么當(dāng)前的44塊為全零塊，即全零塊肯定滿意下面的條件：10通過(guò)闡發(fā)4、9和10式，可知r取差異值時(shí)，門(mén)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(dāng)Tr取T0或T1時(shí)，或r=0,1位置的量化值為零，即r=1,2或r=2時(shí)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(cè)門(mén)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(dòng)搜刮歷程中，匹配搜刮算法必要在每一種塊形式中睜開(kāi)，假設(shè)能及時(shí)確定宏塊支解形式，形式

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

9、，確定最匹配的活動(dòng)矢量和塊形式，同時(shí)跳出當(dāng)前塊的活動(dòng)搜刮；不然，記載當(dāng)前的最正確矢量和塊形式，并實(shí)行下一形式的搜刮。實(shí)行接納J9.0測(cè)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(dòng)最為劇烈，且人物和鏡頭都在晃動(dòng)；Silent的配景紋理龐大度最高，活動(dòng)龐大度一樣平常：issa和therDaughter簡(jiǎn)稱(chēng)：D中人物活動(dòng)幅度較平緩，issa的配景紋理最不顯著。為了測(cè)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(gè)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(dòng)搜刮(FFS)算法。表1表1通過(guò)比力FFS和基于全零塊檢測(cè)的活動(dòng)搜刮算法(AZBS)的運(yùn)行時(shí)間，給出了運(yùn)用AZBS后盤(pán)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(zhǎng)，各個(gè)序列盤(pán)算龐大度落落的百分比也在增長(zhǎng)，緣故原由在于自順應(yīng)門(mén)限值門(mén)限值越大，活動(dòng)搜刮中斷的越早，運(yùn)行時(shí)間越短。對(duì)付活動(dòng)劇烈的視頻序列，其盤(pán)算龐大度在QP為48時(shí)落落約71%；對(duì)付配景紋理龐大的序列，當(dāng)QP值大于23時(shí)，其盤(pán)算龐大度落落的幅度險(xiǎn)些不受其紋理的影響，而對(duì)付活動(dòng)幅度較小的序列，其龐大度落落的均勻值為58%，最多可達(dá)82%90%。表2測(cè)試指標(biāo)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(fù)號(hào)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(duì)實(shí)行中的視頻序列，基于參考幀提早制止的活動(dòng)搜刮算法對(duì)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(jiàn)，該算法代價(jià)很小，對(duì)圖像質(zhì)量險(xiǎn)些沒(méi)有影響。本文創(chuàng)新點(diǎn)在于通過(guò)對(duì)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(dòng)搜刮提早制止檢測(cè)門(mén)限，并將其舉行擴(kuò)展，使其順應(yīng)7種塊形式，然后以活動(dòng)搜刮的中心效果SAD為橋梁，將訊斷門(mén)限與活動(dòng)搜刮算法團(tuán)結(jié)起來(lái)，得出活動(dòng)搜刮的提早制止條件。實(shí)行證實(shí)，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(dòng)搜刮算法可以有用低落活動(dòng)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(shū)社.20223YgHnGyuYengKi,Jea-HKiAniprvedearlydetetinalgrithfrall-zerblksinH264-videenndingJIEEETransatinsniruitsandSystesfrVideTehnlgy2022,15(8)105