架構於視訊壓縮標準H.264/AVC下有關畫面內模式預測與運動估計快速演算法之研究

Abstract

由於近幾年數位電視系統的興起與普及，使得對於視訊影片的品質要求愈來愈高。加上 網路的方便性與頻寬限制性，促使了新的視訊壓縮標準H.264/AVC 的制定。此標準雖仍延用 預測、轉換、量化和entropy 編碼四大部份，但在各部份中都採取許多新技術與觀念，以達 高壓縮效能。相較於過去的標準，H.264 節省了50%的儲存空間，但其運算複雜度卻是太高。 其運算瓶頸主要集中在以下三個部份：(1) 多種畫面內(Intra)模式預測：對畫面中不適合或無 法使用運動估計預測的區域提供多種畫面內預測模式，以減少失真及表示位元。如對4×4 的 方塊提供九種不同方向的預測模式，對16×16 的方塊提供四種；(2) 多重參考畫面：運動估 計的參考畫面不再侷限於使用最接近的一張畫面，而可由過去已編碼過的數張畫面中搜尋並 選擇最佳的運動向量； (3)可調式大小區塊模式選擇：運動估計的區塊大小不再是固定大小， 而是可變動的。依照區域的特性，系統將選擇最適合的區塊大小。在H.264 參考軟體裡，因 為對於上述三個部份皆採暴力法，因此非常耗時，不符實際需求。因此本計畫擬對上述三個 部份提出解決方法，以期改善其執行速度。 本計畫為三年期計畫。在第一年中，我們將針對Intra 編碼的預測模式進行分析，並且 將對畫面內模式選擇提供一套有效率的演算法。我們將提出一快速過濾畫面內模式方法，可 快速地選擇一些模式為候選模式，只針對候選模式作進ㄧ步的運算。同時我們也將使用一些 空間上的資訊，使畫面內預測的演算法提早結束，達到加快編碼的效果。在第二年中，我們 將針對多重參考畫面的預測進行分析，並且將對多重參考畫面的選擇提供一套有效率演算 法。由於在影片中相鄰兩畫面背景通常都是極為相似的，所以我們將利用此特性對於欲編碼 的畫面利用全域運動估計法找出兩畫面的背景部份，凡落在此背景上的區塊，我們將直接取 其前一畫面當作參考畫面以求能快速決定最佳的參考區塊所位於的參考畫面。在第三年中， 我們將針對可調式大小區塊模式選擇進行分析，且提出一能快速選擇大小區塊模式演算法。 我們將利用區塊內的同質性、背景資訊、運動估計後殘餘資料等資訊來預測可能之模式，將 測試的區塊模式數目降低，以達增快速度之效。同時，我們也將針對所提出的三個演算法， 提供實驗結果，以顯示我們的演算法確實比暴力搜尋法節省很多編碼時間，且能維持相同的 品質及類似的位元率。此外，我們也將與最近幾年裡已發表的方法比較，以顯示我們所提方 法之效能。