基于纹理相似度判断的帧内预测快速算法研究-控制理论与控制工程专业论文.docx

西安电子科技大学 学位论文独创性（或创新性）声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章署名单位仍然为西安电子科技大学。 （保密的论文在解密后遵守此规定） 本学位论文属于保密，在 年解密后适用本授权书。 本人签名： 日期 导师签名： 日期 摘要 摘要 H.264/AVC 是 ITU-T VCEG 和 ISO/IEC MPEG 联合制定的视频压缩标准，目 前被广泛应用于视频播放与通信中，它和正在制定中的下一代视频编码标准 HEVC (High Efficiency Video Coding) 均使用了帧间和帧内编码帧作为其主要的 帧类型。由于当前帧内编码技术采用了多种方向预测、可变块划分、率失真优化 （Rate Distortion Optimization, RDO）全搜索算法等技术，使得在编码端进行预测 方向选择时运算复杂度较高，限制了终端设备在某些场合下对视频的采集。同时， 由于帧内编码帧仅仅利用了图像相邻像素的空域相关性，压缩率相对较低，不利 于视频的实时传输和超高清应用。因此，研究如何有效降低编码端计算复杂度并 提高编码性能具有十分重要的意义。 针对上述问题，本文主要以 H.264/AVC 为研究对象，系统研究了 H.264 提供 的 RDO 全搜索算法以及经典的帧内预测快速算法，并在此基础上提出了一种基 于纹理相似度判断的帧内预测快速算法。主要工作和贡献包括以下方面： 1. 归纳总结了视频编解码的技术背景、应用领域和研究现状，并深入研究了帧内 编码技术中存在的问题，为本文的研究指明了方向。对 H.264/AVC 的编解码 原理以及关键技术进行了细致研究，包括 H.264 的编解码器工作框架，帧内预 测、帧间预测、变换和量化、熵编码等关键技术。 2. 系统研究了RDO全搜索算法以及几种经典的帧内预测快速算法，并在此基础上 提出了基于纹理相似度判断的帧内预测快速算法，该算法基于帧内预测所占模 式比重的统计结果，对用于预测的参考像素进行相似度检测，当参考像素相似 度高时，直接使用平均模式进行预测；否则就在竖直与水平模式中选择一个较 优预测模式，进而对该较优预测模式及其相邻模式进行RDO计算，部分省略了 用于传输预测模式的比特数并减少了用于率失真优化所需的计算量，降低了码 率和计算复杂度。 3. 结合H.264/AVC的参考模型JM16.1使用VC++6.0实现所提算法并验证改进算法 的有效性。实验结果表明，本文所提出的算法在PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) 值基本不变的条件下，相对于RDO全搜索算法，不但能够减少平均32.4%的编 码时间，而且能使码率降低平均1.47%，具有明显的实用价值。 关键字：H.264 帧内预测 纹理分析 相似度判断 快速算法 Ab Abstract Ab Abstract Abstract H.264/AVC is established jointly by the ITU-T VCEG (Video Coding Experts Group) and the ISO/IEC MPEG (Moving Picture Experts Group), which has widely application in video display and communication. Both H.264/AVC and the ongoing next generation coding standard--HEVC choose inter coding frame and intra coding frame as their main kinds of coding frames. Because the existing coding