[发明专利]一种基于率失真代价和模式频率的快速帧间模式选择方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频图像帧间编码模式选择方法，尤其涉及一种减小跳过宏块和帧间宏块搜索和计算开销，在基本不牺牲图像质量的条件下，提高帧间模式选择速度的方法，属于计算机视觉技术领域。

背景技术

帧间预测是视频和图像处理领域中一项基础而关键的技术，已应用于H.261、H.263、H.264、MPEG-1、MPEG-2和MPEG-4等国际编码标准中。帧间预测用于获得两幅图像中宏块之间的相互关系。目前最新的视频编码国际标准H.264中采用的多模式帧间预测方法具有适用范围广、预测精度高等优点，是较为理想的帧间预测方法。多模式帧间预测方法将待编码宏块划分为不同的组合，通过比较不同组合方式的编码代价得到最优帧间编码模式。由于H.264标准中推荐的全模式决策方法FMD(Full ModeDecision)需要遍历所有的组合方式，而每一种组合方式都需要进行编码过程中最耗时的运动估计，因此该方法的计算复杂度非常高。

多模式帧间预测包括七种模式，可以分为宏块级和块级预测。宏块级帧间预测以16×16尺寸的图像块为基础，对16×16、16×8和8×16尺寸的图像块进行预测；块级帧间预测是则以8×8尺寸的图像块为基础，对8×8、8×4、4×8和4×4尺寸的图像块进行预测。实验表明，多模式帧间预测能够更加准确地描述图像块之间的关系，有效地提高编码效率。因此成为当前许多应用领域中的研究热点。

H.264标准中推荐的多模式帧间预测方法首先进行宏块级预测，对16×16、16×8和8×16的图像块分别进行运动估计，并记录各种模式的最小率失真代价值；然后对8×8、8×4、4×8和4×4尺寸的图像块进行预测。在块级预测时，因为每一个8×8图像块都有4种划分模式，而每个图像块的划分模式又是独立的，所以必须对4个8×8尺寸的图像块分别计算4种划分的最小率失真代价值，并且每一次最小率失真代价值计算过程中还需要进行若干次运动估计。这种穷举式的帧间模式选择方法运算复杂度非常高。

发明内容

本发明的目的是提供一种快速帧间模式选择方法。该方法可以利用已编码宏块的率失真代价值和及其帧间编码模式出现的频率信息，在不进行模式遍历的情况下，直接预测得到当前编码块可能的帧间编码模式或模式集合。并且在可能编码模式集合的预测过程中设置了提前终止条件。此外，为了保障率失真代价值和帧间编码模式等统计信息的准确性，该方法还通过定期进行全模式决策来更新上述统计信息，使统计信息能够随视频内容的变化而变化，提高该方法对视频场景的自适应性。

为实现上述目的，本发明采用下述的技术方案。其特征在于包括以下步骤：

步骤一：定期对视频序列中的若干帧图像进行全模式决策，得到所述若干帧图像中各宏块的最优编码模式，保存全模式决策过程中得到的所述各宏块的最小率失真代价值和对应的编码模式，并统计各种编码模式平均率失真代价值及其出现的频率；

步骤二：比较当前待编码宏块的跳过模式所对应的率失真代价值与步骤一中统计得到的跳过模式平均率失真代价值，如果当前待编码宏块采用跳过模式时的率失真代价值小于步骤一中统计得到的跳过模式的平均率失真代价值，则判断当前待编码宏块应编码为跳过模式，并退出帧间编码模式预测过程；

步骤三：根据步骤一中得到的与当前待编码宏块在时间和空间上相邻的若干已编码宏块的最优编码模式所属的编码模式集合，判定当前待编码宏块所属的帧间预测候选模式集合，所述判定当前待编码宏块所属的帧间预测候选模式集合的步骤为：检查与当前待编码宏块在时间和空间上相邻的多个已编码宏块，如果其编码模式都属于同一个自定义的编码模式集合，则认为当前待编码宏块最优的编码模式也属于该自定义的编码模式集合，设置所述自定义的编码模式集合为当前待编码宏块的帧间预测候选模式集合；

步骤四：根据步骤一中得到的各种编码模式的出现频率，对步骤三中得到的帧间预测候选模式集合内的各编码模式进行降序排列，然后按照排列后的顺序对各编码模式依次进行预测，在预测过程中，比较相应率失真代价值与该编码模式平均率失真代价值之间的关系，如果该编码模式所对应的率失真代价值小于其平均率失真代价值，则认为该编码模式的率失真代价值已经可以接受，直接终止对所述帧间预测候选模式集合内剩余编码模式的预测。

较优的，所述自定义的编码模式集合包括宏块编码模式集合与亚宏块编码模式集合，其中所述宏块编码模式集合中包含跳过模式、16×16模式、16×8模式和8×16模式，所述亚宏块编码模式集合中包含8×8模式、8×4模式、4×8模式、4×4模式、Intra16模式和Intra4模式。