H.264中基于参考帧提前截止的快速运动搜索算法

1、H.264中基于参考帧提早制止的快速活动搜刮算法摘要在高性能视频编解码算法H.264中，活动搜刮历程是盘算庞大度最麋集的部门，也是影响体系及时性能的瓶颈。针对这一题目，文中提出一种基于参考帧提早制止的全局讯断要领，即在活动搜刮中和整数余弦变更前举行准全零块讯断。实行效果表白，在图像质量根本稳定和码率不增长的环境下，该要领可以大幅度淘汰活动搜刮历程的盘算量。关键词视频编解码；活动搜刮；绝对偏向和；提早制止远间隔音视频同步交互是多媒体技能应用和生长的一个紧张标的目的和趋势，而这此中的一个关键技能就是视频压缩技能。H.264/AV是由IS/IEPEG(活动图像专家组)和ITU-TVPEG(视频编码专

2、家组)构成的JVT(团结视频专家组)订定的一项视频压缩技能尺度，它使得活动图像压缩技能上升到了一个更高的阶段。在较低带宽上提供高质量的视频传输办事是H.264/AV应用亮点，在同样的视觉质量条件下，比H.263和PEG-4节省了50%的码率1，而且对IP和无线网络传输具有更好的支持成效。缘故原由是引入了当前视频编码中的很多新技能，包罗多种宏块支解形式、多参考症44整数变更等。新技能的利用使H.264得到良好的性能，但同时也使其庞大度大幅度增长，严峻限定了H.264在及时要求下的应用。此中，大部门的编码时间都会合在活动搜刮上2，因此，要低落编码器的庞大度，起首要对活动搜刮算法举行优化。在视频 、

3、视频集会等低比特率的视频应用中，图像序列每每是活动平缓、配景静止的头肩序列。这些序列经活动赔偿后残差的绝对值一样平常都很小，再颠末DT变更和量化后很轻易成为全零块。假设能提早猜测出这些准全零块，就可以节省大量的编码时间。本文根据H.264中接纳的44整数DT变更和量化的原理，给出了准全零块的检测条件，然后通过活动搜刮的中心值SAD，将检测条件与搜刮算法有机团结在一起，有用进步了编码服从。为了办理以往视频编码尺度中DT正反变更的失配题目，H.264中接纳了基于44子块的整数DT变更，其正向变更公式3为：1此中，X是44块残差信号；是二维DT的变更核，通过加减法和移位运算就能完成；Q称为正变更尺度

4、调解矩阵；标记表现中的每个元素乘以矩阵Q中对应位置上的系数值的运算；正变更矩阵f界说为：2H.264接纳标量量化技能，将每个图像样点编码映射成较小的数值，并机动地利用盘算本领，制止了除法和浮点运算。详细的量化历程的运算为：3此中，ij为的系数，f是一个修正参数，对付帧内编码宏块取2qbits/3，对付帧间编码宏块取2qbits/6。倍增因子F在差异位置的取值为：4当r=0时，(i,j)=(0,0)，(0,2)，(2,0)，(2,2)；当r=1时，(i,j)=(0,1)，(0,3)，(1,0)，(1,2)，(2,1)，(2,3)，(3,0)，(3,2)；当r=2时，(i,j)=(1,1)，(1,

5、3)，(3,1)，(3,3)。在量化历程中，量化参数QP共有52个值。当QP取最大值51时，表现最粗糙的量化，当取最小值0时，代表最精致的量化。在现实应用中，可以根据必要在051范畴内机动选择。从量化公式可以看出，H.264中的量化为整数运算，而且制止了利用除法，确保用16位算法来处置惩罚数据，实现了最小的运算庞大度。活动搜刮是寻出当前宏块在参考图像中最匹配位置的历程，即在指定的搜刮途径中探求最匹配的活动矢量。在全部的匹配搜刮算法中，全局搜刮法可以得到最正确的匹配效果，但盘算量很大。由于视频序列的时间相干性宏大于其空间相干性，假设被编码宏块相对静止或仅有小范畴内的平动，颠末活动赔偿所得到的残差

6、信号通常比力小，再经整数变更和量化后将成为全零，在这种环境下，继承举行搜刮必将白费大量的时间。基于此，在活动搜刮的历程中设置得当的门限，如许，量化后成为全零的宏块将被提早检测出来，最匹配的活动矢量便为小于该门限的第一个矢量。下面通过推导给出全零块的检测门限。在公式3中，的系数ij可以表述为：5此中，iu为jv的系数f，残差矩阵的系数为Xuv。根据三角不等式的特点，对上式举行变形，可得：6又由正变更矩阵f的界说，在差异位置的最大值归纳如下：7将6式中不等号右边的式子睁开，并代入7式的效果，得到该部门的最大值：8此中，根据以上各分支的推导，3式中量化值的上限为：9在9式中，恰恰为44块的绝对差和S

7、AD44，假设的上限小于1,那么当前的44块为全零块，即全零块肯定满意下面的条件：10通过阐发4、9和10式，可知r取差异值时，门限Tr和量化值的干系如下：11由于和Tr都是r的函数，r产生变革，两者的干系也在相应的改变，Tr有三种取值状态，当Tr取T0或T1时，或r=0,1位置的量化值为零，即r=1,2或r=2时的值不定，为了使在全部位置上取值为零，将T2作为44块的检测门限。别的，如图1所示，此中宏块根据四种方法支解，即1616、816、168和88，88形式还可以继承剖析为48、84和44三种亚宏块。在活动搜刮历程中，匹配搜刮算法必要在每一种块形式中睁开，假设能及时确定宏块支解形式，形式

8、选择的开销也一定会低落。图17种宏块支解形式思量到多种宏块编码形式，团结44块检测门限的界说，得出得当于种种块形式的门限如下：12此中,N=4、8或16，BN是N块中44块的个数，a2为r=2时a的取值。在讯断公式10给定的环境下，自顺应门限值会随着量化参数、F、和块形式的改变而改变，当与活动搜刮算法团结利用时，只需在匹配搜刮历程中，将门限作为制止搜刮的条件，其间用到的SAD由于是活动搜刮的中心效果，对它的调用并不会增长编码器的庞大性。基于以上阐发，活动搜刮的提早中断算法为：对付一种块形式N，盘算其包罗的每一个44块的值，得到自顺应门限TN后，将其与当前块的SAD举行比力，假设SAD小于该门限

9、，确定最匹配的活动矢量和块形式，同时跳出当前块的活动搜刮；不然，记载当前的最正确矢量和块形式，并实行下一形式的搜刮。实行接纳J9.0测试模子，拔取了四种有代表性的QIF序列issa，therDaughter，Silent和Fran，此中，Fran的活动最为剧烈，且人物和镜头都在晃动；Silent的配景纹理庞大度最高，活动庞大度一样平常：issa和therDaughter简称：D中人物活动幅度较平缓，issa的配景纹理最不显着。为了测试效果的正确性，各序列均取其前150郑重要的编码参数设置如下：搜刮范畴为16，5个参考帧，帧率为30帧/秒，编码布局为I,AVL熵编码，Hadaard变更，率失真优

10、化(RD)和快速全活动搜刮(FFS)算法。表1表1通过比力FFS和基于全零块检测的活动搜刮算法(AZBS)的运行时间，给出了运用AZBS后盘算庞大度落落的百分比(单元：%)。由表中数据可知，随着QP的增长，各个序列盘算庞大度落落的百分比也在增长，缘故原由在于自顺应门限值门限值越大，活动搜刮中断的越早，运行时间越短。对付活动剧烈的视频序列，其盘算庞大度在QP为48时落落约71%；对付配景纹理庞大的序列，当QP值大于23时，其盘算庞大度落落的幅度险些不受其纹理的影响，而对付活动幅度较小的序列，其庞大度落落的均匀值为58%，最多可达82%90%。表2测试指标接纳峰值信噪比(PSNR)和比特率(Bit

11、Rate)。表2为两种算法比拟四幅序列的PSNR和比特率的变革量(负号表现低落)，P(单元：dB)表现PSNR的变革，B表现比特率变革的百分比。从表中可以看出，对实行中的视频序列，基于参考帧提早制止的活动搜刮算法对PSNR和比特率影响很小，且出现了少数信噪比稳定或略有上升和比特率落落的环境，可见，该算法代价很小，对图像质量险些没有影响。本文创新点在于通过对H.264中整数DT变更和量化的理论阐发，推导了基于44块的活动搜刮提早制止检测门限，并将其举行扩展，使其顺应7种块形式，然后以活动搜刮的中心效果SAD为桥梁，将讯断门限与活动搜刮算法团结起来，得出活动搜刮的提早制止条件。实行证实，在峰值信噪

12、比和比特率根本稳定的环境下，基于参考帧提早制止的活动搜刮算法可以有用低落活动搜刮的庞大度。1Tiegand,GSullivanGBjntegaard,ALuthravervieftheH.264/AVVidedingStandardJIEEETransatinsniruitsandSystesfrVideTehnlgy2022,13(7)560-5762毕厚华新一代视频压缩编码尺度H1264/AV1北京：人民邮电出书社.20223YgHnGyuYengKi,Jea-HKiAniprvedearlydetetinalgrithfrall-zerblksinH264-videenndingJIEEETransatinsniruitsandSystesfrVideTehnlgy2022,15(8)105