H.264全零块检测技术研究与实现(2)
在基于预测一变换一量化一熵编码这种混合编码算法的基本结构中，此前的优化途径之一就是进行全零块检测，所谓全零块，就是指待编码块的残差信号块经过DCT变换、量化后的系数全部为零。显然对于全零块而言，进行变换、量化、反变换和反量化都是冗余操作。如果在视频编码过程中提前检测出全零块，就可以跳过变换、量化、反变换和反量化等操作，减少相应的计算负荷，降低编码复杂度。可以说全零块检测技术，为编码器优化提供了一种可能的选择。
H．264／AVC仍采用以上这种经典的混合编码结构，加之H．264／AVC采用了更精确的预测编码技术，产生的残差信号块绝对值更小，经过DCT变换和量化后所有系数为零的可能性更大。所以在H．264／AVC编码过程中进行全零块检测，对于优化效果更为有效。然而由于H．264，AVC采用的是基于4x4块的整数变换，不同于其它标准所用的变换，因此对其进行全零块检测的方法会有所有不同，目前许多针对于H．264／AVC的全零块检测算法相继被提出，本文的重点是分析H．264／AVC中进行全零块检测的基本原理，并对比几个常用的全零块检测算法，可为研究者在实际应用中实现或选择全零块检测算法提供参考。
本文通过分析H.264中复杂耗时的变换和量化流程，实现全零块的检测算法，包括全零块检测条件的推导、公式细化等工作。实验结果表明，在进行变换和量化前进行全零块检测，能大大节省消耗在DCT变换这一费时环节的时间，同时不会影响编码质量。根据基底矩阵中元素的分布规律对亮度残差4x4块中的元素按分区集中处理。与Su和Zhang的方法比较，本文的方法可获得更高的全零块预检率。
1.1 选题背景和意义
近年来，以超大规模集成电路和互联网技术为代表的现代电子技术和计算机技术的迅猛发展使得各种新的信息传播手段不断出现。其中，多媒体技术及其应用领域是其中的热点。随着人们对信息内容要求的不断提高，简单的文字和图形应用己经不能满足人们的要求，同时因特网的出现和发展更进一步加深了人们对多媒体内容的需求。因此，在今后相当长的一段时间内，多媒体技术及其应用领域都会是技术人员研究的重点。而数字视频编码压缩技术作为多媒体技术中重要的组成部分，它的研究对于多媒体技术在信息领域的应用和发展起着极其重要的作用。随着视频技术的发展，视频标准化也被各大国际组织提上议事日程，这些国际组织中以国际标准化组织（International Standardization Organization,ISO）、国际电子学委员会（International Electronics Committee,IEC）国际电信联盟（International Telecommunication Union，ITM)影响力最大。1988年ISO/IEC成立了活动图像专家组（Moving Picture Expert Group,MPEG），随后活动图像专家组陆续推出了五种MPEG标准。同时，ITU组织下属的研究小组视频编码专家组（Video Code Expert Group,VCEG）也推出了四种H.26X标准[2]。通过这些国际组织和产业界的大力推动，目前这些标准在多媒体领域得到了广泛的应用。但是随着多媒体技术的发展和在网络上的应用的展开，对视频图像的压缩率和质量提出了更高的要求，原有的标准已经不能很好的适用当前的视频应用特别是基于网络的视频应用。因此国际电信联盟下属的视频编码专家组和国际标准化组织下属的活动图像专家组共同成立了联合视频小组（Joint Video Team，JVT),开发出一个新的视频编码标准作为MPEG-4的第10部分和国际电信联盟建议的H.264标准，简称H.264/AVC。该标准在1999年完成第一个草案，2003年3月正式成为国际标准。
H.264/AVC是视频编码技术和图像工程的最新研究成果，其性能超越了以往所有的视频编码标准。它基于预测一变换一量化一熵编码这种经典混合编码算法的基本结构，在预测模式、变换和量化的实现等方面采用了一系列先进技术。相对于H.263和MPEG-4视频标准，H.264/AVC标准有更加高的压缩效率和图像质量。在同等的图像质量条件下，H.264/AVC的数据压缩比能比当前DVD系统中使用的MPEG-2高2-3倍，比MPEG-4高1.5-2倍。H.264/AVC更高的压缩比和更低的带宽需求，为实时应用（如视频电话）和非实时应用（如存储、广播或者流媒体）提供了一个优良的视频压缩编解码通用工具。但是H.264/AVC编码效率的提高是以增加编码算法复杂度为代价的。H.264/AVC算法实现的复杂度大约是H.262的4-5倍。如何降低这巨大的编码复杂度，是目前这一领域的重要研究课题。由于在视频压缩编码中，很多视频序列都具有运动缓慢、背景静止等特点，具有很强的相关性，因此预测编码的效果极佳，所产生的残差信号绝对值也很小。如果编码块的残差信号块经过DCT变换、量化后的系数全部为零，则称这样的块为全零块。显然对于全零块而言，变换、量化、反变换和反量化都是冗余操作。而H.264/AVC编码器由于采用了更精确的预测编码技术，产生的残差信号块绝对值更小，经过DCT变换和量化后所有系数为零的可能性更大。因此，如果在H.264/AVC视频编码过程中提前检测出全零块，就可以跳过变换、量化、反变换和反量化等操作，减少相应的计算负荷，降低编码复杂度。可以说全零块检测技术，为H.264/AVC编码器优化提供了一种可能的选择。