基于H.264的熵编解码的研究及优化

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H.264作为新一代的视频编码标准,代表了近期视频通信领域的研究水平。较之于以往的视频编码标准,H.264在视频数据压缩效率和网络适应性等各方面都具有很好的性能。然而,随着性能的提升,H.264的算法复杂度较以往视频标准也较高,这在一定程度上影响了H.264在一些实时性要求较强的场合的应用。基于上下文的自适应可变长编码(Context-based adaptive variable length coding,CAVLC)和基于上下文的自适应二进制算术编码(Context-based Adaptive Binary ArithmeticCoding,CABAC)是H.264中采用的较为先进的熵编解码技术。与普通的熵编解码技术相比,基于上下文的自适应可变长编码和基于上下文的自适应二进制算术编码因在编解码过程中充分利用了上下文信息而进一步提高了数据的压缩效率。但是这两种熵编解码技术复杂的编解码过程增加了H.264的编解码时间,降低了H.264的编解码速度,对两种熵编解码算法进行优化来提高其编解码速度,提高H.264的实时性可以促进H.264在实际视频通信中的应用。本文首先对H.264中的帧内帧间预测编码、变换与量化等关键环节进行了简要介绍,然后对H.264中的熵编解码——基于上下文的自适应可变长编码和基于上下文的自适应二进制算术编码进行了详细分析,并对其优缺点进行了研究、总结,最后针对部分缺点对基于上下文的自适应可变长编码的解码过程和编码Ⅰ条带宏块类型时基于上下文的自适应二进制算术编码的编码过程进行了优化与改进。针对基于上下文的自适应可变长编码的缺点,本文统计了解码过程中参数NC的取值情况,以及解码非零系数个数和拖尾系数个数时读入的比特数。统计数据表明,NC=6的情况在解码过程中相对较少,同时解码非零系数个数和拖尾系数个数时读入的比特数少于等于3的情况居多。基于统计结果,本文对基于上下文的自适应可变长编码的解码过程进行了优化。实验数据表明,优化后的算法解码时间较原算法缩短了1%左右。针对基于上下文的自适应二进制算术编码的缺点,本文对编码Ⅰ条带宏块类型时基于上下文的自适应二进制算术编码的编码过程进行了改进。实验数据表明,改进后的算法较原算法对相关编码函数的调用次数减少了20%左右,同时编码时间缩短了3%左右。通过对两种熵编解码算法的改进,H.264的编解码实时性得到了进一步提高,这对于一些实时性要求较高的场合是十分重要的。
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