AVS帧内预测算法的研究与优化

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伴随着人们日益增长的多媒体需求,多媒体技术有了突飞猛进的发展。而多媒体技术最核心的部分—视频编解码技术同样也得到了快速的发展。AVS是我国自主研发的音视频编解码标准,相对于其他视频编解码标准技术,具有高质量图像、低复杂度、高压缩比、低专利费用和较广的应用范围等一系列优点,AVS代表着我国音视频技术的发展水平和发展方向。本文首先介绍了视频编码的一些国际标准,并着重讨论了AVS视频编解码标准涉及到的一些关键技术,主要包括:帧内预测、帧间预测、整数变换与量化、亚像素差值、环路滤波以及熵编码等,同时将AVS视频编码标准与现在国际上主流的标准H.264/AVC进行对比,说明了AVS编码标准在视频编码产业中的发展潜力。与H.264相比较,AVS帧内部分的计算复杂度明显下降,但编码质量也相对下降了,本文正是从编码准确度的方向考虑,实现对编码器的优化,进而提高编码质量。AVS亮度帧内预测模式采用空域上的5种预测模式,亮度预测模式的种类太少,会导致编码准确性下降;并且AVS帧内预测是通过SAD模型选出最佳的帧内预测模式,SAD主要是像素与像素之间的相关性,与人的视觉是不完全一致的。本文针对以上缺陷,对影响编码质量的帧内亮度预测模式选择进行了深入研究,提出了针对帧内预测的两种改进算法。第一种改进算法针对帧内亮度预测模式选择原理的优化。原AVS代码中帧内最佳预测模式的选择是通过SAD代价函数进行的,因为SAD值是基于单个像素的,所以通过SAD选择出的最佳预测模式与人的视觉感知是有一定的误差的,而结构相似度(SSIM)则考虑到图像的亮度、对比度、结构三个方面,与人的视觉相吻合,另外由于大量实验己经证明SAD在图像对比中也是具有一定参考价值的,因此本文提出的一种新的算法,将SSIM和SAD有机结合起来共同作为帧内亮度预测模式选择的依据,这样会取得了更加有效的编码质量。第二种改进算法是扩充AVS帧内预测模式。AVS帧内预测是将16×16宏块分成4个8×8块,而每个8×8块采用5种预测模式(DC预测模式和4种方向型预测模式),但较少的预测模式势必会影响图像的编码质量,因此我们提出在每两种相邻的方向型预测模式间插入一种新的预测模式,也就是总共插入4种预测模式,将AVS帧内亮度的预测模式扩充为9种,与原来的5种预测模式相比,这种新的方案使得每一个8×8的重建块更加接近于原始块,其图像的编码质量有所提高。
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