帧内预测模式

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H.264帧内预测快速模式选择

东北大学信息科学与工程学院，沈阳１０００４１
ＳｈｏｆＩｆｍａｉｎＳｃｅｃｎｃｏｌｏｏｒｔｏｉｎｅａｄＥｎｇｎｅｉｇＮｏｔｅｓｅＵｎｖｒｉＳｈｎａｇ１００，ｉｎｉｅｒｎ，ｒｈａｔｍｉｅｓｔｙ，ｅｙｎ０４Ｃｈｎａ１
ｌｗｅｔＳｍｆｓｌｔｒｎｆｒｅｆｅｅｃ（ＡＴ）ａｅｓｌｃｅｓｔｅｂｓｒｄｃｉｎｍｏｅＩｕ４ｏｓｕｏｏｕｅＴａｓｏＡｂｍｄＤｉｒｎｅＳＤｃｎｂｅｅｔｄａｈｅｔｅｉｔｄ．ｎｌｍａ４× ｆｐｏ
ｐｅｉｔｎｔｅａｇｒｔｍｈｏｅｒｅｐｏａｌｄｓｆｏｎｎｄｓａｅｃｎｉａｅｍｏｅ．ｍｐｒｇｔｅｔ — ｒｄｃｉ，ｈｌｏｉｏｈｃｏｓｓｈｅｒｂｂｅｍｏｅｍｉｅｍｏｅｓｔａｄｄｔｄｓＣｏａｉｔｒｈｎｈｏｔｌｃｓｆｓｘｅｎ４× ｌｃｓａｄｏｅｌｌｌｃ．ｈｅｔｂｏｋｓｚａｅｄｔｒｉｅ．ｐｒｎａｅｕｔａｏｔｏｉｔｅ４ｂｏｋｎｎｘｂｏｋｔｅｂｓｌｃｉｅｃｎｂｅｅｎｄＥｘｅｉ６６ｍｍｅｔｌｓｌｒｓｓｏｔａｈｏｉｇｔｆｔｅｐｏｏｅｍｅｈｄｉｄｃｅｓｂｕ８ｗｈｌａｎａｎｎｉｉｒＰＮＲｎｉｈｗｔｔｅｃｄｎｉｏｒｐｓｔｏＳｅｒａｅａｏｔ６％ｈｍｅｈｉｍｉｔｉｉｇｓｍｌＳｅａａｄｂｔｒｔｅｆｒａｃｆ２４ｉｔａｅｃｄｎ．ａｅｐｒｏｍｎｅｏ６ｒｎｏｉｇＨ．ｎ

H.264帧内预测模式快速判定算法研究

２０１３牟第１１期
文章编号：１００９— ２５５２（２０１３）１１— ０１６９— ０４中图分类号：ＴｔＢ９１．４１文献标识码：Ａ
Ｈ．２６４帧内预测模式快速判定算法研究
周黎明，李东新，薛东伟
ａｎｄｂｉｔｒａｔｅｃｈａｎｇｅｄｌｉｔｔｌｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｈ．２６４ｓｔａｎｄａｒｄ；ｉｎｔｒａｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ；ｔｅｘｔｕｒｅｄｉｒｅｃｉｔｏｎ；ｃｅｎｔｅｒｏｆｍａｓｓｃｏｒｄｉｎａｔｅｓ
（河海大学计算机与信息学院，南京２１１１００）
摘要：帧内预测作为Ｈ．２６４中提高编码效率的重要部分，其采用了率失真优化技术（ＲＤＯ）进行预测模式的选择，但同时编码复杂度和计算量也明显增加。为此，提出一种快速判定算法。该算法利用区域图像的质心坐标对区域图像的平坦性和方向性进行判断，算法通过判断宏块的
ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｔｅｘｔｕｒｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｏｆ４ ×４ｂｌｏｃｋｓ，ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｓｔｈｅｐｒｅｄｉｃｉｔｏｎｍｏｄｅｓｅｔ，ｒｅｄｕｃｅｓｈｅｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ．ＴｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅＨ．２６４ｃｏｄｅｃｓｔａｎｄａｒｄｒｅｆｅｒｅｎｃｅ，

HEVC帧内预测编码

HEVC帧内预测编码（一）帧内预测编码原理1、HEVC的基本编码框架如图2.1所示,其核心编码模块包括:帧内/间预测、变换和量化、炮编码、环内滤波等等。

编码器控制模块根据视频顿中不同图像块的局部特性,选择该图像块所釆用的编码模式。

（1）对帧内预测编码的块进行频域或空域预测；（2）对帧间预测编码的块进行运动补偿预测；（3）预测的残差再通过变换和量化处理形成残差系数,最后通过熵编码器生成最终的码流。

HEVC的基本编码框架图1、基本概念（1）编码是以尺寸为]6 x 16的宏块(MB)为单位进行的。

一个宏块由一个尺寸为16 X 16的亮度像素块和两个尺寸为8x8的色度像素块Cb和Cr组成。

根据预测模式的不同,一个宏块可以划分为多个子块进行预测。

（2）编码单元（CU）：每个CU包含着与之相关联的预测单元（PU）和变换单元（TU）。

3、帧内预测模式（1）帧内预测是指通过当前帖中已编码块的重构图像预测当前块。

HEVC—共定义了35种帧内预测模式。

HEVC帧内预测模式（2）参考像素的选择设当前块的左上角第一个像素为坐标原点,(x,y)为坐标值,,R x y 表示参考像素,P(x,y)表示当前块的预测像素。

（3）模式选择利用拉格朗日率失真优化模型（RDO ）：J =D +R λ⋅选择最合适的帧内预测模式。

（4）模式编码（a ）建立一个帧内预测候选列表candModeList,表中有三种候选预测模式，用于存储相邻PU 的预测模式；（b ）candModeList 建立完成后，可利用该列表对当前PU 模式信息进行编码。

4、帧内预测过程理论上，HEVC 的帧内预测可以分为三个步骤：1、判断当前TU 相邻参考像素是否可用，获取相邻参考像素；2、对参考像素进行滤波；3、根据滤波后的参考像素以及预测模式，计算当前TU 的预测像素值。

在代码实现中，这几部分分别对应，如以下的流程图所示：（二）源代码：1、fillReferenceSamples 函数它主要功能是在真正进行帧内预测之前，使用重建后的Yuv 图像对当前PU 的相邻样点进行赋值，为接下来进行的角度预测提供参考样点值。

H.264帧内预测模式快速选择算法

ＣｌｓｍｂｒＴＮ９９８ａｓＮｕｅ］．】
１引言
Ｈ．６２４是最新的视频编码标准，用了帧内空采间预测、可变块的运动补偿、 ×４整数ＤＴ变换、４Ｃ
率，减少了编码输出码率ｌ。但是Ｈ．６２］２４参考编码器的全搜索算法对每个亮度信号既要做９４种 × ４预测又要做４种ｌ × １测，算量很大。因６６预运此，须采用快速预测算法，必降低Ｈ．６２４编码器的
ＬｕＸｉａｉｊｎｕ
（ａｃｅｇＥｇｎｅｉｇＩｓｉｔ，Ｘ ’ ｖａｉｎＥｌｙｅＳｉｅｓｙａｊ７１０）ＢｏｈｎｎｉｒｎｔｕｅｉｎＡｉｏｍｐｏｅ ’ＵｎｖｒｉＢｏｉ２０６ｅｎｔａｔｔ
ＡｂｓｒｃＴｏｒｄｃｏｕａｉｎｌｃｍｐｅｉｆｉｔａｐｅｉｔｎ，ａｆｉｉｎａｔｍｏｅｓｌｃｉｎｉｐｏｏｅ．ＴｈｔａｔｅｕｅｃｍｐｔｔａｏｏｌｘｔｏｎｒｒｄｃｉｙｏｎｅｆｅｔｆｓｄｅｅｔｓｒｐｓｄｃｏｅｐｏｏｅｌｏｉｍｓｓｈｇｏｒｌｔｎｏｒｐｓｄａｇｒｔｈｕｅｉｈｃｒｅａｉｆＲＤＯｔｂｔｅｓｒｄｃｉｎｍｏｅａｄｉｉｈｏｈｏｒｄｃｉｎｍｏｅｏＣＳｅｗｅｎｂｅｔｐｅｉｔｄｎｔｎｅｇｂｒｏｄｐｅｉｔｄ，ｏｓｏ

基于小波变换的新型帧内模式预测快速选择算法

ＡＶＣ帧内编码速度得到显著提高。关键词：小波变换；帧内预测；Ｐａｎ算法；快速选择
中图分类号：ＴＮ９１１．７３文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ７７２０（２０１３）１８ — ００３２ — ０３
ＬｕｏＧｕｏｃｈｅｎｇ，ＹｕＢｉａｏ，ＬｉｕＪｉｎ，ＷａｎｇＪｉａｙｏｕ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓ，Ｎａｎｊｉｎｇ２１００１６，Ｃｈｉｎａ）
测编码技术的研究相比，发展相对较慢，仍有很大的发展空间。对整个Ｈ．２６４／ＡＶＣ视频编码系统而言，降低帧内预测编码的复杂度有助于大幅降低Ｈ．２６４／ＡＶＣ编码
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｉｍｐｒｅｓｓｉｎｇｒａｔｉｏ，ａｆａｓｔｓｅｌｅｃｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆｉｎｔｒａ — ｌａｆｍｅｍｏｄｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｗａｖｅｌｅｔｉｓ

一种AVS-M的帧内预测模式快速选择算法

ＣｍｐｔｒＥｇｎｅｉｇａｄＡｐｌａｉｎ．０１４（）１２１４ｏｕｅｎｉｅｒｎｎｐｉｔｓ２１，７８：２ —２．ｃｏ
ＡｂｔａｔＴｉｐｐｒｐｏｏｅａｋｎｆｉｔｆａｒｄｃｉｎｓｒｃ：ｈｓａｅｒｐｓｓｉｄｏｎｒｒｍｅｐｅｉｔｍｏｅｅｅｔｎｆｓｌｏｉｈｂｓｄｏｄｅｄｒｃｉｎｉｆｒａｏｄｓｌｃｉａｔａｇｒｍａｅｎｅｇｉｔｎｏ－ｏｔｅｏｍａｏａｄｓａｅａｄｉｒｌｖｎｅｎｈａａｙｉｏＶＳＭｉｔｆａｒｄｃｉｎｍｏｅｅｅｔｎｒｎｉｌ．ｈｆａｉｒｎｎｐｃｎｔｍｅｅｅａｃｏｔｅｎｌｓｓｆＡ — ｎｒｒｍｅｐｅｉｔａｏｄｓｌｃｉｐｉｃｐｅＴｅＩｒｍｅｏｃｄｎｉｏｅａｇｒｔｍｓｃｎｂｒｄｃｄ％－％，ｕｏｈＰＳｎｅｏｔｕｏｅｒｔａｅｏｏｖｏｓｃ￣ｇ，ｏｉｇｔｍｅｆｔｌｏｉｈｈａｅｅｕｅ１７２１ｂｔｂｔＮＲａｄｔｕｐｔｃｄａｅｈｖｎｂｉｕｈｈｅ
关键词：移动音视频编码标准（ＶＳＭ）视频编码；内预测；式选择Ａ — ；帧模
Ｄ：０３７／ｉｎ１０ —３１０１８０６文章编号：０２８３（０１ｏ —１２０文献标识码：ＯＩ１．８．ｓ．０２８３．１．．７ｊｓ２０３１０ —３１２１）８０２ —３Ａ中图分类号：Ｎ１．１Ｔ９９８

H.264的帧间／帧内预测模式快速选择算法

基金项目：北工业大学青年科技创新基金（０５６９５）助西２００９０７资
作者简介：周
巍（９９。１７一）西北工业大学讲师。博士，主要从事电路与系统及视频处理的研究。
维普资讯
１２Ｈ．６．２４的帧内预测模式
为了提高帧内编码的效率，２４利用相邻宏Ｈ．６块的空间相关性来进行帧内预测编码。对于一个给
定的宏块，先利用相邻的周围宏块对此宏块进行首
收稿日期：０７０— ３２０ —１０
选择顺序准则，于最优匹配的检测来进行帧间／内模式的快速选择，过不可能进一步降低率基帧略
失真代价的模式，以降低编码过程的计算复杂度，而提高编码速度。从实验结果表明，该模式与全模
式搜索相比，图像质量和码率有少量变化的前提下，在编码速度显著提高。关键词：２４模式选择，间预测，内预测，Ｈ．６，帧帧运动估计中图分类号：ＴＮ９９８１．１文献标识码：Ａ文章编号：００２５（０８０ — ０７０１０ — ７８２０）１０４ —６运动补偿。每个宏块（６６可以按４方式进行１ ×１）种分割：个１ ×１１６６块，２个１ ×８块，２个８或６或 ×
可以减少不必要计算，高运动估计的运算速度。提因
此在详细研究帧内和帧间多模式预测技术的基础上，出了帧间／内预测模式快速选择算法。提帧

H.264快速帧内预测模式选择算法

ｈｔｉｉｌｈｒｃｅｓｃｆｅｉｔｎｍｏｅａｔｅｓｔｔａｃａａｔｒｔｓｏｒｄｃｏｄｄｔｒｓｏｄｊｄｅａｌｒｉａｉｎｔｒｕｈｔｅｍｏｅ２Ｄａｄｒｆｒｎｅｐｘｌｕｃａｓｃｉｉｐｉｎｗｏｔｅｈｌｇｄｉｅｒｔｍｎｔｏｇｄ（Ｃ）ｅｅｅｃｉｅｑｉｋｈｕｎｙｅｏｈｈｎ
中分号：Ｎ１８图类Ｔ９・９１
Ｈ．６２４快速帧内预测模式选择算法
张志禹，高源
（安理工大学自西动化与信息工程学院，西安７０４）１０８
摘
要：为降低视频图像帧内预测的复杂度，提出一种快速的帧内预测模式选择算法。根据图像的自身特征和预测模式的统计特征，参考
（ａｕｔｆｔｍａｉｎａｄＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉｇＸｉｉｅｓｙｏＴｃｎｌｇ， ’ｎ７０４，ｈｎ）ＦｃｌｏＡｕｏｔｎｏｍａｉｎｉｅｒ， ’ ＵｎｖｒｉｆｅｈｏｏｙＸｉ１０８Ｃｉａｙｏｎｏｎｎａｔａ
ＤＣ模式提前终止算法和像素快速选择算法中的阈值判断准则，结合８种帧内预测模式中最优模式和次优模式的方向相关性，进一步减少预测的计算量。实验结果表明，该算法能降低３％－５０４％的帧内预测计算量，同时保持视频的图像质量基本不变。关健词：Ｈ２４．标准；帧内预测；模式选择；率失真优化；阈值判断６
［ｓｒｃ］Ｔｄｃｅｏｌｘｔｆｎｒｒｄｃｉｎａａｔｎｒｒｄｃｉｎｍｏｅｓｌｔｎａｇｒｈｉｐｏｏｅ．ａｅｎｔｅｉｇｓｌａｄＡｂｔａｔｏｒｕｅｔｍｐｅｉｏｔｐｅｉｏ，ｓｉｔｐｅｉｔｄｅｉｌｏｉｍｒｐｓｄＢｓｄｏｅｉｅｆｎｅｈｃｙｉａｔｆａｏｅｃｏｔｓｈｍａｔ

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帧内宏块预测编码模式的改进：主要是提前退出，从而减少运算次数，达到提高运动估计速度的目标。

或者根据周围块的预测编码模式提前预判本块可能的编码模式，减少计算量。

还可以采取减少编码模式的策略，将很少使用的编码模式直接省略。

利用纹理信息预先排除不可能的编码模式。

1、提前预判编码模式：根据周围块的预测模式提前预判本块编码模式。

（1）16X16块时
当LEFT和TOP都存在时，其编码模式最多有4种，I_PRED_16x16_V | I_PRED_16x16_H | I_PRED_16x16_DC | I_PRED_16x16_P；
当只有左块LEFT存在时，其编码模式有两种：I_PRED_16x16_DC_LEFT | I_PRED_16x16_H；
当只有上块TOP存在时，其编码模式有两种：I_PRED_16x16_DC_TOP | I_PRED_16x16_V；当左块和上块都不存在时，其编码模式只能为：I_PRED_16x16_DC_128。

（3）提前预判准则：在预测编码中，由于每帧图像的第一列宏块和第一行宏块的编码模式对其他块的编码模式起着非常重要的作用，所以对第一行和第一列宏块的编码模式不进行提前预判别。

除此之外，当左块和上块都存在且它们的编码模式相同时：PRED_MODE = LEFT_MODE = TOP_MODE。

（包括4X4分块及16X16宏块）考虑其最可能的预测模式为垂直模式，所以当垂直模式与水平模式代价相等时，首选垂直模式为其最优模式。

2、提前跳出：主要针对是否进行4X4分块；如果进行4X4分块，能否提前结束4X4块的编码模式代价运算。

（1）当左块和上块都存在，且其最小代价编码模式都为16X16时，不进行4X4分块运算。

（2）对于16X16宏块，当该16X16块的某次编码模式代价很小时（某个阈值），直接结束代价运算，并把该次编码模式选定为该16X16块代价最小16X16编码模式
（3）如果进行4X4分块运算，当该4X4块的某个编码模式代价很小时（某个阈值），直接结束代价运算，并把该次编码模式选定为该4X4块代价最小4X4编码模式。

（4）如果4X4块编码代价和已经大于16X16模式时，提前结束4X4分块代价运算，并且选用16X16模式为最小代价编码模式。

3、利用纹理信息：根据纹理信息预先排除或者选择可能的编码模式
（1）16X16块时
（A）当纹理信息极其复杂（可以计算宏块像素点差值的平方和，即当其大于某个阈值时，也即无明显边界），直接将该16X16块编码模式设置为I_PRED_16x16_DC_128。

（B）如果纹理很复杂时，直接进行4X4块子编码模式代价计算（可以计算宏块像素点差值的平方和，即当其大于某个阈值且不满足A中的条件时）
（C）如果纹理信息很简单，则直接跳过4X4编码模式代价计算（可以计算宏块像素点差值的平方和，即当其小于某个阈值时），且将其编码模式预设为水平模式或垂直模式。

（2）4X4块时
（A）当4X4块像素点差值的平方和为0时或者小于某个阈值时，可将其编码模式预设为水平模式或垂直模式。

（B）当纹理信息极其复杂，（可以计算宏块像素点差值的平方和，即当其大于某个阈值时，也即无明显边界），直接将该4X4块编码模式设置为I_PRED_4x4_DC_128。

（3）其他更精确的纹理信息获取方式。