專利名稱：基于量化步長的零塊閾值確定方法及零塊預先判斷方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多媒體通信中的視頻壓縮編碼技術，尤其涉及一種壓縮編碼過程中的
零塊判斷方法。
背景技術：
現(xiàn)有H2.64標準中，在對預測殘差圖像塊進行變換和對變換后的變換系數(shù)進行量 化的過程引入優(yōu)化處理方法主要從以下兩個方面來考慮 (1)由于H. 264整數(shù)變換方法是一種從離散余弦變換(DCT)方法近似導出的變換 方法，即采用整數(shù)的商來近似DCT變換系數(shù)，從而消除浮點乘除運算，因此采用整數(shù)變換方 式代替DCT方式，變換效率可以得到很大提高，并且能夠將變換過程和量化過程結合成一 個過程。同時由于H. 264整數(shù)變換方式處理的圖像塊尺度是4x4塊，因此如果采用H. 264 整數(shù)變換，預測殘差圖像塊大小不是4x4塊，那么就需要把預測殘差塊劃分為多個4x4塊， 然后分別對每個4x4塊進行整數(shù)變換。 (2)預先判斷出整數(shù)變換量化后的零塊(所謂零塊即是全零變換系數(shù)塊的簡稱， 即宏塊MB中16個4x4塊的變換系數(shù)全部為零的情況)，對于變換和量化結果為零的預測殘 差圖像塊是對圖像壓縮編碼沒有任何影響的，所以可以直接省略對這些零塊的變換和量化 過程，從而提高了圖像壓縮編碼的效率；而且由于當前塊是和前幀(O，O)位置上的對應塊 之間直接不求取預測殘差的，因此如果預測殘差圖像塊變換和量化結果為全零，則后面的 運動搜索過程就可以避免了，從而可以節(jié)省每個圖像塊的運動搜索計算量，相應節(jié)省了整 個幀間預測模式選擇的計算量。 由此可見，如果能夠根據一定條件預先判斷一個預測殘差圖像塊變換量化結果是 否為零，即預先判斷出整數(shù)變換后的零塊，則可以避免大量零塊的變換計算量和變換前的 預測模式選擇過程中的部分計算量。所以在H. 264標準中，零塊預先判斷處理對于提高視 頻圖像壓縮編碼效率是十分重要的。
發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題在于提出一種基于量化步長的零塊閾值確定方法及零 塊預先判斷方法，以適合于H. 264標準壓縮編碼過程中的零塊預先判斷處理，提高H. 264標 準中的壓縮編碼效率。 為解決上述問題，本發(fā)明提出了一種基于量化步長的零塊閾值確定方法，用于 H. 264壓縮編碼過程中零塊閾值的確定，包括步驟 步驟S10 :求取視頻圖像當前幀MXN塊與參考幀相應的MXN塊的預測殘差圖像 塊； 步驟S20 :求取上述預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和&4D^^w = 1三| Xy |;
3
步驟S30 :求取判斷條件值<formula>formula see original document page 4</formula> 步驟S40 :對比絕對誤差和SADIntCTMXN與判斷條件值，將^^f^判斷條件
<formula>formula see original document page 4</formula>
值作為確定零塊的閾值。 相應地，本發(fā)明還提出了一種基于量化步長的零塊預先判斷方法，用于11.264壓 縮編碼過程中零塊預先判斷處理，包括步驟 (1)確定預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和&4D,",。,^w 〈5x^。x/:f啤為零塊
<formula>formula see original document page 4</formula>
預判條件，Qst印為量化步長； (2)針對當前圖像中的MXN塊，將當前圖像各種幀間預測模式下的當前塊劃分成 4X4塊； (3)對于當前劃分出的每個4X4塊，分別求取每個4X4塊和參考幀中相應位置的 4X4塊之間的預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和； (4)對于所述絕對誤差和滿足所述零塊預判條件的每個4X4塊，將其在當前圖像 幀中的位置信息記錄在零塊列表中； (5)在對當前圖像幀的每個當前塊與參考幀相應參考塊之間的預測殘差圖像進行 整數(shù)變換和量化前，先判斷當前塊劃分出的每個4X4塊的位置信息是否都記錄在零塊列 表中，如果是，則不必進行相應的整數(shù)變換和量化處理。 本發(fā)明能夠達到如下的有益效果本發(fā)明根據H. 264標準中4X4整數(shù)變換的數(shù)學 理論，推導確定的零塊預判閾值可以很好的適用于H. 264中的4X4整數(shù)變換過程中的零塊 預先判斷，其預判閾值具有很好的判別精確度，能夠很好的保證視頻圖像的質量。
圖1為本發(fā)明零塊閾值確定方法的主要實現(xiàn)原理流程圖； 圖2為本發(fā)明零塊預先判斷方法在interl6X16、 interl6X8、 inter8X8、 inter8X4、 inter4X8幀間預測模式下的實現(xiàn)原理流程圖。
具體實施例方式"零塊"就是殘差像素塊在匹配準則下，經過變換和量化后，變換系數(shù)全都小于1的 塊。所謂"零塊檢測"就是利用某種算法，計算出圖像中的全零塊，從而可以提前終止對這 些全零塊的DCT/IDCT， Q/IQ以及像素塊的重構過程，因而可以節(jié)省一定的計算步驟，減少 編解碼系統(tǒng)的計算復雜度。 由于在幀間預測編碼和幀內預測編碼中存在大量的"全零塊"，利用它們來提前終
止對應像素塊的變換和量化過程，可以節(jié)省大量的計算過程，顯著的提高編碼系統(tǒng)的效率。 本發(fā)明根據現(xiàn)行基于量化參數(shù)零檢索條件的閾值計算的優(yōu)缺點提出了一種新的
基于量化步長的閾值計算方法。 1.算法推到的基礎 DCT變換計算過程如下 —維N點離散余弦變換(DCT)可表示為
11 1 1
21 -l _2
1 -1 _1 1
1 一2 2 —l
12 11
11 _1 -2
1 _1 -l 2
1 一2 1 —l
a a6 / 2 a aZ / 2 "6/2 62/4 "6/2 62/4
a6/2 62/4 62/4
在H. 264中，把Ef放入了量化過程以避免復雜的浮點數(shù)運算和除法操作. 因此在H,264中的量化過程稍顯復雜?？梢员磉_成下式
3 3
,=o y=o
(9)
(10)
尸F(xiàn):
a2,(0,0),(2，0),(0,2),(2,2) 62 / 4, (U), (U), (3,1), (3， 3) fl6A2,其他情況
(11)
_
其中f
1/2， b=》/
利用量化步長隨量化參數(shù)每增加6而增加一倍的性質，可以進一步簡化計算，設
qbits = 15+floor(QP/6)， (12)
令，
戶F
2鄉(xiāng)， (13) 其中floor()為取整函數(shù)，即其輸出值不大于輸入實數(shù)的最大整數(shù)。則(9)可以
寫成
(14) 這里，幀內時，取f = 2*"73，幀間時，取f = 2qbits/6c 2. 1原基于量化參數(shù)的全零塊檢測閾值的推導過程 對(10)式中的Wuv取絕對值得到
3 3
3 3
11H SIX,;; em c ,cjv 11|,0 3
i=0產O ':=0戶O
(15)
根據矩陣C的特性，最大元素為2，則元素之間最大的乘法為4，所以有 |CuiCjv|《4， (16) 因此，由不等式(15)可以轉化為
6<formula>formula see original document page 7</formula>
而|Xij|就是像素的殘差，因此
悉W 謡
于是(17)式轉化為 Wuv|《4SAD4X4， (19) 根據式(14)，可以得出全零塊必須滿足如下條件
I 卜 2—s - (20) 對幀間預測，取f = 2qbit76，對幀內預測取f = 2qbit73，從式(20)可以解出幀間
全零塊的閾值，得到
一44xMF _ (21)
'5243 8066 13107、
4660 7490 11916 4194 6554 10082 3647 5825 9362 3355 5243 8192
、2893 4559 7282 乂 (22) 由于是嚴格的數(shù)學推導過程，因而滿足(21)的像素塊為全零塊。當QP得值為0-5 時，MF的值見式(22)，而對于大于5的QP值，因qbits值隨QP值每增加6而加l，所以其 后的QP值所對應的MF值于QP為0-5的值一樣。但該方法所得門限值因MF的取值太多， 所以算起來并不方便。 2. 2另一種改進后基于量化參數(shù)的閾值
由式(22)可知MF的值最大為
MF00 = 13107 (23) 所以由式(20)和(23)得改進的幀間全零塊的閾值為
<formula>formula see original document page 7</formula> 該門限值雖然計算起來很方便，但顯然只有QP的值每增加6才會改變一次，即每 6個QP所對應的門限值都是一樣的，所以誤差太大。 3.結合上述優(yōu)缺點提出一種新的基于量化步長的閾值計算方法
由式(13)和(20)得新的幀間全零塊的閾值為
; 2一= 2一x^嘩=^嘩 48xJkfF 4,8x尸F(xiàn)x2—"4.8x尸F(xiàn)， (25) 對于幀間預測，有不同幀間i央選擇模式4x4，4x8，8x4，8x8，16x8，8xl6和16x16這
七種模式，更通用的是用M和N來代表像素塊的長和寬。所以，對幀間SAD閾值SADIntCTMXN
的門限值，可以表述為下式
她'歸^384xPF， (26) 基于上述推導過程，同時參考圖l，因此，本發(fā)明方法提出的一種基于量化步長的 零塊閾值的確定方法，用于H. 264壓縮編碼過程中零塊閾值的確定，其特征在于，包括步
驟
步驟S10 :求取視頻圖像MXN塊與前幀參考MXN塊的預測殘差圖像塊；
步驟S20 :求取上述預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和&4Aww = AI;
;x A/ x TV x 0y嘩
步驟S30:求取判斷條件值」
384x尸F(xiàn)
;x m x iv x gs嘩
步驟S40 :對比絕對誤差和SADIntCTMXN與判斷條件值，將，Q/1 D- ,判斷條件
384 x尸F(xiàn)
值作為確定零塊的閾值。
&吻 對于4X4塊幀間預測，步驟30中零塊判斷條件值計算公式為^^T步驟40中
對比絕對誤差和SADIntCT4x4與判斷條件值，將&4D,。w <7^^判斷條件值作為確定零塊
4.8 x尸F(xiàn)
的閾值。 請參閱圖2，是本發(fā)明零塊預先判斷方法在interl6X 16、 interl6X8、 inter8X8、 inter8X4、 inter4X8幀間預測模式下的實現(xiàn)原理流程圖；其主要實現(xiàn)過程如 下 (1)確定預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和&4化,，,^^ 〈5x^。x/:f嘩為零塊
384 x尸F(xiàn)
預判條件，Qst印為量化步長； (2)針對當前圖像中的MXN塊，將當前圖像各種幀間預測模式下的當前劃分成 4X4塊； (3)對于當前劃分出的每個4X4塊，分別找到其在前幀初始位置的參考4X4 ±央， 分別求取每個4X4塊和相應初始位置參考4X4塊之間的預測殘差圖像塊對應的絕對誤差 和； (4)對于所述絕對誤差和滿足所述零塊預判條件的每個4X4塊，將其在當前圖 像幀中的位置信息記錄在零塊列表中，位置信息是指4X4塊在當前圖像中的行、列坐標信 息；
(41)分別完成其在參考幀的運動搜索，找到其在參考幀最優(yōu)位置的參考4X4塊， 分別求取每個4X4塊和相應最優(yōu)位置參考4X4塊之間的預測殘差圖像對應的絕對誤差 和； (42)對該當前塊劃分出的每個4X4塊與參考幀相應參考4X4塊之間的預測殘差 圖像塊進行整數(shù)變換和量化處理。 (5)在對當前圖像幀的每個當前塊與參考幀相應參考塊之間的預測殘差圖像進行 整數(shù)變換和量化前，先判斷當前塊劃分出的每個4X4塊的位置信息是否都記錄在零塊列 表中，如果是，則不必進行相應的整數(shù)變換和量化處理。
效果比較實驗 實驗條件碼率為384KB， foreman, cif測試流。把由本發(fā)明計算所得的全零塊閾
值運用的pskip判斷的模塊進行優(yōu)化，可以獲得較好的視頻圖像質量。 采用本發(fā)明計算"零塊"檢索閾值，不僅計算復雜度低，誤差也較小。因此在不采用
率失真優(yōu)化時，并且代價函數(shù)為SAD時，當失真函數(shù)SAD滿足上式(26)，就可以認為是"零
塊"，可以跳過這些塊的變換、量化與重構步驟，而直接處理下一像素塊。 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精
神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
一種基于量化步長的零塊閾值的確定方法，用于H.264壓縮編碼過程中零塊閾值的確定，其特征在于，包括步驟步驟S10求取當前幀M×N塊與參考幀相應的參考M×N塊的預測殘差圖像塊；步驟S20求取上述預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和 <mrow><msub> <mi>SAD</mi> <mrow><mi>InterM</mi><mo>×</mo><mi>N</mi> </mrow></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>M</mi></munderover><munderover> <mi>Σ</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>0</mn> </mrow> <mi>N</mi></munderover><mo>|</mo><msub> <mi>X</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>|</mo><mo>;</mo> </mrow>步驟S30求取判斷條件值步驟S40對比絕對誤差和SADInterM×N與判斷條件值，將 <mrow><msub> <mi>SAD</mi> <mrow><mi>InterM</mi><mo>×</mo><mi>N</mi> </mrow></msub><mo><</mo><mfrac> <mrow><mn>5</mn><mo>×</mo><mi>M</mi><mo>×</mo><mi>N</mi><mo>×</mo><mi>Qstep</mi> </mrow> <mrow><mn>384</mn><mo>×</mo><mi>PF</mi> </mrow></mfrac> </mrow>判斷條件值作為確定零塊的閾值。F2009101106943C00012.tif
2. 如權利要求1所述的零塊閾值的確定方法，其特征在于，對于4X4塊幀間預測，步0s嘩條件值，將&4Z),^m < ^f^判斷條件值作為確定零塊的閾值。4.8 x尸F(xiàn)
3. 如權利要求1或2所述的零塊閾值的確定方法，其特征在于，所述<formula>formula see original document page 2</formula>
4. 一種基于量化步長的零塊預先判斷方法，用于H. 264壓縮編碼過程中零塊預先判斷處理，其特征在于，包括步驟(1) 確定預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和^D 5xMxJVxgs嘩為零塊預判條件，Qst印為量化步長；(2) 將當前幀中的待編碼塊(MXNi央)劃分為若干4X4塊；(3) 對于當前劃分出的每個4X4塊，分別求取每個4X4塊和參考幀中相應位置的4X4塊之間的預測殘差圖像塊對應的絕對誤差和；(4) 對于所述絕對誤差和滿足所述零塊預判條件的每個4X4塊，將其在當前幀中的位置信息記錄在零塊列表中；(5) 在對當前幀的-待編碼塊與參考幀相應參考塊之間的預測殘差值進行整數(shù)變換和量化之前，先判斷當前塊劃分出的每個4X4塊的位置信息是否都記錄在零塊列表中，如果是，則不必進行相應的整數(shù)變換和量化處理，否則，則按原264算法繼續(xù)計算相應的整數(shù)變化和量化處理。
5. 如權利要求4所述的基于量化步長的零塊預先判斷方法，其特征在于所述位置信息是指4 X 4塊在當前圖像中的行、列坐標信息。
6. 如權利要求4所述的基于量化步長的零塊預先判斷方法，其特征在于步驟(2)中所述幀間預領W莫式包括interl6X16、 interl6X8、 inter8X8、 inter8X4、 inter4X8。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于量化步長的零塊閾值的確定方法及零塊預先判斷方法，用于H.264壓縮編碼過程中零塊閾值的確定，其中零塊閾值的確定方法包括步驟求取視頻圖像當前幀M×N塊與參考幀相應的M×N塊的預測殘差值；求取上述預測殘差值對應的絕對誤差和求取判斷條件值對比絕對誤差和SADInterM×N與判斷條件值，將判斷條件值作為確定零塊的閾值。相應地，本發(fā)明還提出了一種零塊預先判斷方法，通過本發(fā)明可以提高H.264標準中的壓縮編碼效率。
文檔編號H04N7/50GK101795404SQ20091011069
公開日2010年8月4日 申請日期2009年10月21日 優(yōu)先權日2009年10月21日
發(fā)明者黃汝靜 申請人:深圳市融創(chuàng)天下科技發(fā)展有限公司