新一代视频编码国际标准的研究

视频压缩编码国际标准的制定，极大地促进了多媒体通信技术的发展。本文系统地研究了由国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)制定的视频压缩编码的H．261、MPEG-1、MPEG-2、H．263、MPEG-4、MPEG-7、H．26L等国际标准，分析了这些国际标准的特点和性能，说明了它们的应用领域和发展现状。对其中最新的视频编码标准H.26L进行了重点介绍，详细分析了H．26L中用到的各种新的技术和算法。     

新一代视频编码标准H．26L及其特性分析

H.26L标准是ITU-T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IE MPEG委员会正在制定的用于视频通信的新一代视频编码标准,其设计目的是对多种图象信源实现低比特率、实时和低延迟的视频编码.H.26L采用简单有效的块处理的实现途径,获得的编码效率大大优于现有标准.在继承现有视频标准分块变换、运动估计/补偿、量化和熵编码等成熟技术的基础上,H.26L采用了多种新技术,保证了编码的有效性.在介绍H.26L标准的基础上,对运动补偿中不同的块大小的组合方式、不同的亚像元补偿精度以及两种熵编码方法进行了实验分析.实验结果表明,综合考虑压缩比、PSNR和编、解码器复杂度,对于通常视频内容,选择8×8及更大的分块模式、1/4像素运动补偿精度和通用变长编码,能够获得最经济的压缩效果.     

在TM1300上实现H.26L的4×4点整数变换

H.26L是下一代视频编码标准。它的编码性能超越了所有现存标准,包括H.263+和MPEG-4(SP)。该文分析H.26L引入的多种新的编码特性,着重讲述4×4点整数变换,并提出一种在TM1300上实现的快速变换算法。     

CAVLC编码算法及高速熵编码器的FPGA实现

H.264视频编码标准在基本档次和扩展档次采用基于上下文的自适应可变长编码(CAVLC)熵编码方法,但标准并未明确规定CAVLC的具体编码方法。从CAVLC的解码原理出发,详细分析H.264视频编码标准中的CAVLC编码算法,提出一种应用于H.264/AVC标准的高速CAVLC编码器方案,设计中综合采用了多时钟域处理技术与并行处理技术,提高了系统的处理性能;通过算术运算替换部分静态码表,降低系统对存储资源的消耗。给出了各个功能模块的详细设计原理与FPGA硬件实现方法。FPGA实验验证表明,该方案编码系统时钟可达107.97MHz,编码时延小于36个时钟周期,能满足对高清、实时应用的编码要求。     

基于H.265的安全高效的指数哥伦布编解码方案

为了解决视频安全问题,在新一代视频编码标准H.265的基础上提出一种安全高效的指数哥伦布编码方案。该方案利用混沌密钥流控制两种不同的指数哥伦布编码方式,并从算法性能和安全性等方面进行了分析。实验结果表明,该方案并没有增加编码效率和计算复杂度,使视频编码标准H.265具有安全特性,保证了视频内容信息的安全性。     

H.264/AVC视频编码技术研究

H.264是最新的视频编码标准.与以往的压缩标准相比,该标准具有更好的压缩性能和网络适应性能.文中分析和研究了H.264编码标准采用的一些新技术,并在此基础上实施了多组实验.实验采用JVT参考软件JM8.6作为测试模型,运用了Mother & Daughter、Foreman和Mobile三个测试序列.实验分别在运动补偿中不同块组合方式、多参考帧、Hadamard变换以及CABAC熵编码等的编码性能几个方面对H.264进行了验证.最后得出了实验结论并在此基础上提出了H.264编码器的优化方向.     

H．264／觚忙视频编码技术研究

H．264是最新的视频编码标准。与以往的压缩标准相比,该标准具有更好的压缩性能和网络适应性能。文中分析和研究了H．264编码标准采用的一些新技术,并在此基础上实施了多组实验。实验采用JVT参考软件JM8．6作为测试模型,运用了Mother＆Daughter、Foreman和Mobile三个测试序列。实验分别在运动补偿中不同块组合方式、多参考帧、Hadamard变换以及CABAC熵编码等的编码性能几个方面对H．264进行了验证。最后得出了实验结论并在此基础上提出了H．264编码器的优化方向。     

看得清清楚楚—揭开高清视频编码格式的盖头

我们在选购蓝光影片时,常常会看到影片的视频编码信息,譬如影片《新娘大战》采用H.264视频编码技术,影片《守望者》以VC-1视频编码技术压制。这里所说的视频编码技术就是将视频文件进行压缩编码的方式,不同的编码方式对画质的影响和对播放设备的硬件各异,目前高清视频的编码标准主要有H.264、VC-1和MPEG-2。下面大家不妨随笔者一起,看看它们都必须有什么特色吧！     

H.263自适应量化和可变长编码的最优化设计

该文首先概述了低码率图象编码标准H．263,然后着重讨论了自适应量化以及Huffman编码的联合优化设计,其中包括算法设计流程和相应的实现代码,最后给出了有关的实验结果和分析,结果表明该算法能有效地加快编码和解码器的运行速度,同时又能保证一定的图象质量。     

H.264/AVC编码模式选择

H．264／AVC是最新的视频编码标准。与以前的视频标准相比编码模式更多,压缩效率更高,同时在编码模式的选择上也更复杂,计算量更大。编码时如何选择合适的编码模式对H.264／AVC的压缩性能和计算复杂度是非常关键的。本文讲述了JVT的参考软件是如何实现H．264／AVC编码模式选择。     

A Very Low Bit Rate Video Coding Combined with Fast Adaptive Block Size Motion Estimation and Nonuniform Scalar Quantization Multiwavelet Transform

We describe a very low bit rate video coding framework in which motion correlation between successive video frames is exploited in the multiwavelet transform domain. Some complicated techniques, such as spatial prediction in intra coding, adaptive block size motion estimation, more than one previous frames for prediction in inter frames, and content adaptive binary arithmetic coding (CABAC) are used in H.26L standard. The testing results show that H.26L can greatly outperform MPEG-4 ASP in both PSNR and visual quality. However, the encoding of H.26L costs too much time for it is complex to use fast motion search in adaptive block size motion estimation, and CABAC needs much time to generate the code list for entropy coding. Whereas, only four types of symbol are generated after zero tree wavelet coding so that the entropy coding can cost less time than CABAC. Moreover, if we select 8× 8 sized block as a basic mode, which can be united into the large size mode if neighbored 8× 8 sized blocks have same reference frame and motion vector, then the fast motion estimation can be feasible. Accordingly, a fast motion search algorithm, multiwavelet transform, and a novel adaptive quantization schemer are applied to the proposed coding frame. Experimental results reveal 0.2–0.5 dB increase in coded PSNR at low bit rates over the state-of-the-art H.26L recommendation, and similar improvements over MPEG-4 at high bit rates, with a considerable improvement in subjective reconstruction quality, while simultaneously supporting a scalable representation.Jiazhong Chen was born in 1970. He received the M.S. degree in computation mathematics in 1999 and Ph.D. degree in computer system architecture in 2003 from HUST. He is now a lecturer at School of Computer science and technology of HUST. His main research interests include signal processing and wavelet analysis, image and video coding.Jingli Zhou was born in 1946. She received the B.E. degree in 1969. She is a Professor and doctor advisor at university of science and technology. She had been a visiting scholar in USA from 1995 to 1996 and has been honor of the State Department Special Allowance since 1999. Her main field of research: computer network and multimedia signal processing.Shengsheng Yu was born in 1944. Received the B.E. degree in 1967. He is a Professor and doctor advisor at university of science and technology. He had been a visiting scholar in west Germany from 1982 to 1983. His main field of research: computer network and storage, discrete signal processing and communication.Jun Xu was born in 1981. He received the B.S. degree from HUST, Wuhan, P. R. China, in 2003. He is now pursuing his M.S. degree in the School of Computer Science and Technology of HUST. His research interests are wavelet analysis, image compression and video processing and communications.     

Lapped transform‐based codec for frame‐memory reduction in super‐quality LCD overdrive

Abstract— Overdrive is commonly used to reduce the liquid‐crystal response time and motion blur in liquid‐crystal displays (LCDs). However, overdrive requires a large frame memory in order to store the previous frame for reference. In this paper, a lapped transform‐based codec (LTC) is proposed to reduce the frame memory needed for LCD overdrive. In the latest literature, a directional prediction‐based codec (DPC) employs eight directional predictions, which takes up a large percentage of the computational complexity of the codec and does not consider the de‐correlation of the inter‐blocks. Therefore, the LTC first uses the lapped transform to decompose the correlation of the inter‐blocks in the YUV color space. A hadamard transform is then used for energy compaction. The reordered coefficients are pre‐quantized and encoded using the proposed adaptive bit‐plane coding (ABPC) method for a simple hardware implementation. The simulation results show that the proposed LTC significantly improves the DPC in both subjective and objective performance and outperforms the block truncation coding (BTC) and adaptive multi‐level BTC (AM‐BTC), which have been described in the literature.     

基于运动矢量差（MVD）的CABAC新算法*

在H.264/AVC视频编码标准中,基于上下文的自适应二进制算术编码（CABAC）主要应用于主要档次中,并且具有较高的压缩效率。首先分析了CABAC编码原理和运动矢量差（MVD）各分量的上下文模型选择原理,而后提出了在帧间编码分割块尺寸下,充分地利用当前块MVD与当前块MV的相关性、当前块MVD与已编码相邻块MVD的相关性以及当前块MVD中各分量之间相关性的CABAC优化算法（CABAC₁算法）。通过实验表明:较基准CABAC算法,CABAC₁算法一方面能有效地降低2%左右的编码时间及确保了编码序列的视觉质量;另一方面能够有效地节约在编码中帧间编码帧的码流（比特流）,其中P帧平均节约了10%左右的比特流,B帧节约了5%左右的比特流。因此,CABAC₁算法是一种有效的优化算法。     

自适应阈值的宏块MAD快速帧内算法

最新的视频压缩标准H.264/AVC具有极高的压缩率,但其算法极其复杂,编码时间较长,无法达到实时应用的要求。针对其帧内预测算法的特点,提出了一种基于MAD的自适应阈值快速帧内预测算法。算法充分利用宏块的MAD（平均绝对误差,Mean Absolute Differences）信息及时空相关性,在进行帧内预测之前先对宏块预判,同时采用自适应阈值的方法在帧内4×4（I4）和帧内16×16（I16）预测模式之间快速进行选择;然后针对I4预测,采用阈值法在9种预测模式间快速选择,从而减少了算法的复杂度,提高了压缩速度。实验结果表明,所提的算法在码率只有少许增加的情况下,编码时间平均减少61.3%,PSNR值基本不变。     

一种基于自适应阈值的H.264/AVC帧内预测模式快速选择算法

在H.264/AVC中,帧内编码采用帧内预测来提高编码效率.色度块尺寸为8×8,亮度块包括4×4和16×16两种尺寸,每种块提供多种预测模式,因此这种多模式选择极大地增加了编码复杂性.本文利用色度块和亮度块以及亮度4×4和16×16块模式选择之间的相关性,提出一种基于RDO(Rate distortion optimization)不同判决依据的快速帧内预测模式选择算法,并能够自适应调整阈值.实验结果表明与校验模型JM7.2相比在信噪比和码率变化不大的同时,能够使Ⅰ帧编码速度平均提高6倍,并可节约P帧25%的编码时间.     

一种基于H.264的可变块快速运动估计算法

H.264是最新的视频编码标准,它相对于以前的视频编码标准在编码效率上有了巨大的提高。高编码效率得益于采用了一系列新的编码技术,这也导致了较高的计算复杂度。H.264运用了可变块运动估计方法,这也是H.264编码过程中最耗时的模块。提出了一种基于H.264的可变块快速运动估计算法。该算法基于以下3种策略:静止块的预测、非静止块的预测搜索和合并过程中的自适应精细搜索。试验结果证明,该算法能够将计算复杂度降低到快速全搜索运动估计算法的3%,而PSNR和码率几乎与快速全搜索算法得到的结果相当。     

Modified block truncation coding for image compression

This paper presents a modified block truncation coding scheme for the compression of images. We first design a set of binary edge patterns, which are visually significant, to approximate the bit plane of an image block. An interblock coding scheme, utilizing the spatial correlation between neighboring blocks, is then developed for coding of the sample mean and standard deviation of a block. Simulation results indicate that the bit rate is significantly reduced without introducing noticeable degradation in the reconstructed images.     

一种基于H.264/AVC的帧内预测模式快速选择算法

在H.264/AVC中,帧内编码是采用帧内预测来提高编码效率,其色度块尺寸为8×8,亮度块包括4×4和16×16两种尺寸。由于每种块可提供多种预测模式,因此这种多模式选择大大增加了编码的复杂性。针对这种多模式选择,为了加快编码速度,利用色度块和亮度块以及亮度4×4和16×16块模式选择之间的关系,提出一种基于RDO(rate d istortion optim ization)的不同判决依据的快速帧内预测模式选择算法。实验证明,在信噪比和码率变化不大的同时,该算法可使编码速度平均提高6倍。     

一种适用于H.264的时域差错掩盖改进算法

视频压缩码流在信道传输时 ,由于受到信道带宽或者稳定性的影响 ,容易发生数据的损坏或者丢失 ,这样不仅会对当前的视频帧产生影响 ,而且差错会延续到随后的视频帧 ,因此 ,需要采用某种技术来降低差错的影响。针对这一问题 ,在对最新视频压缩标准 H.2 6 4研究的基础上 ,基于 H.2 6 4标准的框架 ,对已有的差错掩盖算法进行了改进 ,提出了适合 H.2 6 4编码标准的时域子块匹配差错掩盖算法。该算法首先采用 8× 8的子块代替 16× 16的宏块 ,作为差错掩盖的运算单元 ,然后对不同的子块采用不同的边界像素 ,利用边界匹配算法 ,并通过改进的 1/ 4像素精度菱形搜索法在参考帧内找到最佳匹配块。实验结果证明 ,由于该算法有效地利用了 H.2 6 4压缩码流里的信息 ,因此 ,同传统的时域差错掩盖算法相比 ,对差错信号有更好的恢复效果。