datasheet

H.264中基于编码模式的自适应重叠块运动补偿

2008-03-18来源: 清华大学 关键字:编码增益  块效应  编码序列  运动矢量  运动补偿  编码效率  自适应  P帧  QCIF

  摘 要:为进一步提高视频压缩效率,将重叠块运动预测补偿与H.264视频编码框架中的可变大小块运动预测相结合,根据不同块的编码模式,自适应调整重叠块运动补偿的加权系数。实验结果表明,所提出的基于编码模式的自适应重叠块运动补偿对于较复杂的序列,在较高目标码率下,最大编码增益可达0.21 dB,显著提高了H.264的编码效率

  关键词:视频压缩;重叠块运动补偿,编码模式

  随着网络和多媒体技术的发展,越来越多的数字视频业务不断涌现。H.264标准正是为适应各种业务增长对于运动图像压缩率的更高要求而制定的。在H.264中,引入了可变大小的块运动预测、多帧预测、1/4像素插值等技术,以进一步提高运动预测的精度,提高了视频压缩效率。

  在高压缩效率下,基于块运动预测和补偿(block motion compensation,BMC)的视频压缩算法会产生块效应,严重影响了重建视频的主观质量。在H.264中,在运动预测/补偿环路中引入去除块效应滤波器以降低块效应的影响。另一方面,文证明了重叠块运动补偿(overlapped blockmotion compensation,OBMC)也是降低块效应、提高预测精度的一种有效手段,并研究了最优重叠块匹配加权窗的系数设计方法。但以上算法尚未在重叠块运动补偿中有效利用H.264现有编码框架中的多种预测模式,在H.264框架中引入重叠块运动补偿,可以进一步提高其编码效率。

  本文提出了一种基于编码模式的自适应重叠块运动补偿算法。该算法根据周围已编码块的编码模式,自适应选择加权系数提高当前编码块的运动预测精度。实验结果表明,本算法在高码率时,最大编码增益可达0.21 dB,提高了H.264的编码效率。

  1 基于编码模式的自适应重叠块运动补偿

  文提出重叠块运动补偿提高了预测精度和编码效率,并均衡了失真分布。在OBMC中,对于当前编码块,可以拥有多个备选运动矢量,包括其自身的运动矢量和周围已编码块的运动矢量。通过引入一组加权系数,对每个候选的运动预测块加权得到最终的运动预测。

  考虑到H.264中最基本的编码单位是44,为了描述方便,本算法中的OBMC选择的块大小为44。在实际实现中,为了提高运算速度,可以针对不同的编码模式采取相应的OBMC块大小。对于当前帧内每个块,如图1所示,其备选运动矢量集由其自身的运动矢量和周围块的运动矢量组成。令Bc表示当前编码块,Bi(i=1,2,3,4)表示其相邻块,相应的运动矢量为vc、vi。

  

  

  如图2所示,假设p表示当前编码块内像素的坐标,表示该像素采用OBMC得到的运动预测值,则有

  其中,fn-1(p)表示参考帧中位置p处的像素值,而ωc(p)、ωi(p),1≤i≤4分别表示OBMC的加权系数,且应满足以下约束

  在对Bc块进行编码时,B2和B4块的运动矢量有可能还未进行编码(当B2、B4块与Bc块不在同一个宏块中时)。此时为了保证编、解码的同步,约定B2和B4的运动矢量设为vc。

  

  

  由于块Bi内不同位置p的加权系数是不均匀的,它们的取值构成加权矩阵Wi。Wi的设置在很大程度上影响了OBMC的编码效率。文给出了若干Wi的选取方法,然而,它针对的是运动预测块的划分为固定的情况。

  由于H.264中采取了可变大小块运动预测,从定性上来看,划分较小的运动预测块所对应的运动矢量一般来说更加精确,也更能够反映相邻块的运动趋势。基于该假设,属于较小划分的块所对应的运动矢量,在OBMC中应被赋予更大的权重,以进一步提高OBMC的运动预测精度,提高编码效率。

  根据这一推论,本算法采用了一种基于编码模式的自适应OBMC算法。对于当前编码块Bc的每个邻近块Bi,定义一个加权矩阵集合si,根据Bc和Bi的编码模式,选取合适的加权矩阵Wi∈Si。也就是说,加权矩阵的选取策略取决于2个块各自对应的编码模式。例如,假设相邻块Bl对应的运动预测块大小为88,当Bc的预测块大小为1616,相应于v1的加权系数矩阵为W161,当Bc的预测块大小为44时,相应于v1的加权系数矩阵为W41。加权矩阵的选择策略应该保证对于加权矩阵中每个位置(m,n)的系数,都有。在实际实现中,可以采用查找表来存储选择策略。同时,加权矩阵集合和相应的选择策略可以通过对若干测试序列进行训练而获得。

  在采用OBMC后,相应运动搜索的度量准则应进行相应的修正。在本文中,为了降低实现复杂度,对运动矢量的搜索不采取迭代的方法。此时,在进行运动搜索时,当前块选取的运动矢量不仅决定了其自身的运动预测值,也会影响到其右边及下边块的运动预测值(左边及上边块的运动矢量已经确定,不再进行考虑)。为了反映这种影响,将运动搜索的准则重新定义为

  

  

  其中:第1项是当前块的预测误差的绝对误差和;第2、3项反映了对右边和下边块的预测误差影响;第4项中bv为对运动矢量的编码所需的速率。

  2 实验结果

  本实验采用H.264参考代码JMl0.1作为仿真平台,给出了各种CIF(common intermedia format)和QCIF(quarter common intermedia format)测试序列的测试结果。在本实验中,编码器设置为:率失真打开,参考帧数为1,可选的编码模式为7,采取内容自适应变长熵编码编码,运动搜索范围为1616,每个帧组包括1个I帧和49个P帧,所有帧均采用相同的量化参数。

  表1给出了各测试序列的QP设置分别为20、24、28、32时,峰值信噪比(peek signal noise ratio,PSNR)和码率的对比。按照文提出的PSNR和码率的插值算法,表2给出了对于不同测试序列本算法和标准的H.264压缩效率的对比。从这些结果可以看出:采用OBMC的编码增益随着编码速率的增加而提高。在高码率时,最高编码效率可提高0.21 dB。当编码序列的运动比较复杂时,如Coastguard和Tempete序列,编码增益也比较明显。这种现象也符合上述对OBMC优越性的分析。

  

  

  表3给出了对Foreman序列进行QP=24编码时,P帧各部分信息所占用比特数的对比。可以看到,采用OBMC算法明显降低了编码运动矢量信息和亮度残差信息的速率。为了简洁起见,没有对色度信号的运动补偿采用重叠块模式,因此,表示色度残差信号所需的码率与原算法相当。

  

  

  3 结 论

  为了将OBMC与标准中的可变块大小运动补偿结合起来,提出了根据相邻块编码模式选择OBMC加权矩阵的算法。仿真试验表明,OBMC的采用可带来平均0.1 dB以上的编码增益。对于高复杂度序列在高速率下的编码,最高增益可达0.2 dB.

  下一步将对加权系数矩阵的自适应进行研究,以进一步提高编码效率。另外,并不是每个宏块采用OBMC都可以带来编码增益。可以研究在宏块级别引入一个标志,指示该宏块是否采取OBMC。这种灵活性将进一步提高编码效率。

 

关键字:编码增益  块效应  编码序列  运动矢量  运动补偿  编码效率  自适应  P帧  QCIF

编辑:ssb 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/afdz/2008/0318/article_526.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

上一篇:基于场景切换的H.264码率控制技术
下一篇:非规则LDPC码译码改进算法及其DSP实现

关注eeworld公众号 快捷获取更多信息
关注eeworld公众号
快捷获取更多信息
关注eeworld服务号 享受更多官方福利
关注eeworld服务号
享受更多官方福利

推荐阅读

通过误差向量分析优化接收机性能

接收信号向量,由I和Q分量组成;R(k)是理想的复合参考向量。误差向量幅度是误差向量功率有效值和参考向量功率有效值的比值,用于度量接收机的性能,与SNR和BER密切相关。对于任何编码增益,EVM都与SNR的平方根成正比,如公式2所示(其中L为编码增益)。         (2)   当使用伪随机序列对原始基带数据进行扩展时(例如在CDMA扩频系统中使用的伪随机序列),编码增益会起作用。这类系统中的编码增益是码片率与基带数据速率的比值。例如,UMTS收发机以3.84Mchips/s的码片率发送一个12.2kbps的数据流,得到的编码增益为3.84×106/12.2×103=314.75,或者表示为25dB
发表于 2008-04-01

H.264中基于编码模式的自适应重叠块运动补偿

了其自身的运动预测值,也会影响到其右边及下边块的运动预测值(左边及上边块的运动矢量已经确定,不再进行考虑)。为了反映这种影响,将运动搜索的准则重新定义为         其中:第1项是当前块的预测误差的绝对误差和;第2、3项反映了对右边和下边块的预测误差影响;第4项中bv为对运动矢量的编码所需的速率。   2 实验结果   本实验采用H.264参考代码JMl0.1作为仿真平台,给出了各种CIF(common intermedia format)和QCIF(quarter common intermedia format)测试序列的测试结果。在本实验中,编码器设置为:率失真打开,参考帧数为1,可选的编码模式为7,采取内容
发表于 2008-03-18

5G效应带动PCB板块需求增长

白酒、家电、地产、有色等权重板块表现低迷,部分前期热点个股同样高位回落,拖累三大股指集体下挫,沪指日线遭遇四连阴,创业板指数则止步八连阳。全球PCB 打样服务商了解到,截至昨日收盘,上证指数报2787.26点,下跌0.39%;深证成指报9195.24点,下跌0.97%;创业板指数报1607.88点,下跌0.85%。沪深两市合计成交3374亿元,较前一日小幅放量,但仍处于年内低位。作为近期盘面的热点主线之一,5G效应呈现扩散态势,PCB(印制电路板)板块昨日掀起涨停潮。申万PCB行业22只个股中,有8只个股昨日收获涨停。其中,金安国纪、博敏电子、丹邦科技股价“一字涨停”,显示短线资金买入意愿十分强烈。据捷多邦了解,作为5G射频前端
发表于 2018-07-19
5G效应带动PCB板块需求增长

大陆力推IC设计 人才板块转移效应显现

    工研院产经中心(IEK)昨(6)日提出预警,认为中国大陆正透过政府政策结合市场驱动,全力推动IC设计产业的发展,预期2015年大陆IC设计业将追上台湾,人才的板块转移效应也正在酝酿,联发科、瑞昱、义隆等台厂将备受威胁。国内IC设计业者对此说法持平看待,联发科认为,大陆IC设计公司受到当地政府积极扶植,台湾政府能否也创造类似环境厚植企业竞争力,是工研院这份报告背后的主要意涵。联发科认为,工研院以第三方角度提醒国内企业注意大陆崛起的影响,但对联发科来说,是站在全世界的角度看待竞争问题;事实上,除了大陆,连韩国都运用政府资源在扶植企业,台湾政府是否看到这样的现象进而有相关配套?才是协助企业永续发展
发表于 2012-11-07
大陆力推IC设计 人才板块转移效应显现

H.264解码器中一种新颖的去块效应滤波器设计

  引 言   图像的编解码技术是多媒体技术的关键,H.264/AVC是国际上最先进的视频压缩技术,其主要特点是采用小尺寸整数余弦变换、1/4像素的运动估计精度、多参考帧预测,基于上下文可变长度编码和环路内去块效应滤波器等技术。由于去块效应滤波器大约占整个解码器1/3的运算量,因此该部分的设计成为整个解码器设计的瓶颈,在此研究了一种新颖的环路内去块效应滤波器设计。设计中采用5阶流水线的去块效应模块,利用混合滤波顺序与打乱的存储更新机制的方法提高了流水线畅顺性,滤波一个16×16大小的宏块仅需要198个时钟周期。   1 H.264/AVC的去块效应   在基于块的视频编码方法中,各个块的编解码是互相独立的,由于预测、补偿
发表于 2009-11-23

太阳能模块厂骨牌效应 从亚洲蔓延到欧洲

  受金融风暴的影响,使得太阳能模块跌价过速,从最初传出大陆中、小型模块厂无法承受环境压力歇业约200家,2009年第3季景气反转,却因价格仍维持低档,使得欧洲电池及模块订单有大量移往亚洲的倾向,太阳能业者认为,金融风暴所带动的模块厂骨牌效应恐怕会由亚洲延续到欧洲。   2009年第3季景气反转需求开始回温,但金融风暴阴影仍存,终端系统厂借贷仍有压力,导致系统厂采购时价格导向明显,进而将电池及模块订单转往价格较具竞争力的亚洲地区,也造成成本相对较高的欧洲电池及模块厂未感受到这波景气回温,造成亚洲电池模块热、欧洲冷的现象。   2008年第4季金融风暴及西班牙补助案更动使市场需求急冻,市场由原本供不应求状态变成供过于求,使得大陆
发表于 2009-08-14

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 视频监控 智能卡 防盗报警 智能管理 处理器 传感器 其他技术 综合资讯 安防论坛

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2018 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved
pt type="text/javascript" src="//v3.jiathis.com/code/jia.js?uid=2113614" charset="utf-8">