H.264像素块及运动补偿资源-CSDN文库

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H.264 像素块预测与运动补偿

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摘要：本文详细分析了像素块预测与运动补偿技术。

关键词：像素块预测运动补偿信源编码

一、像素块预测

H.264/ AVC 标准中的基本预测技术是基于块，而不是基于对象的。它的编码器是利用混合的编码方案来提

高编码效率，这些方案包括高级的预测技术和有效熵编码技术。在运动预测中它使用不同的块的大小进行预

测，以树结构的方式来组织预测模式。其主要的特点也包含在多参考帧预测方式和通用 B 帧的概念

上。H.264 像素块预测编码包括帧内块预测和帧间块预测，而帧内块预测在 H.264 中占有极重要的地位。

在图像信号压缩编码中，由于亮度信号和色差信号是分别进行处理的，因此，预测又可分亮度信号预测和色

差信号预测。下面就两种不同预测方式分别加以讨论。

1. 帧内预测

在 H.264/AVC 中采用的预测编码方法与在 14496-2 标准的 MPEG-4 视频编码规范不同，帧内预测是在变

换编码之前进行的。在 H.264/AVC 标准的帧内预测中，当前块的抽样值总是利用邻块的抽样值来获取。这

样也许会因为在相邻的帧间编码的宏块的运动补偿误差而引起图像误差的扩散。因此，在图像编码过程中还

有一种限制帧内编码模式，此时只允许相邻的帧内预测宏块为已知才可以作为其他当前宏块的参考宏块。

H.264 根据相邻像素可能有相同的性质，利用相邻像素的相关性，采用了新的帧内（Intra）预测模式。通

过当前像素块的左边和上边的像素（已编码重建的像素）进行预测。只对实际值和预测值的差值进行编码，

这样就能用较少的比特数来表达帧内编码的像素块信息。在 H.264 标准中，亮度块可以有 9 种 4×4 块和 4

种 16×16 块的帧内预测模式，而色度 8×8 块的 4 种模式与亮度的 4 种 16×16 块的模式相同。对于每个

4×4 块（除了边缘块特别处置以外），每个像素都可用 17 个最接近的先前已编码的像素的不同加权和（有

的权值可为 0）来预测，即此像素所在块的左上角的 17 个像素。显然，这种帧内预测不是在时间上，而是

在空间域上进行的预测编码算法，可以除去相邻块之间的空间冗余度，取得更为有效的压缩。如图 1 所

示，4×4 方块中 a、b、…、p 为 16 个待预测的像素点，而 A、B、…、P 是已编码的像素。按照所选取的

预测参考的点不同，亮度共有 9 类不同的模式，但色度的帧内预测只有 1 类模式。

4×4 帧内预测方法用于对图像细节部分进行编码，它的基本思路是从不同的方向计算、比较块中各个像素

之间的亮度差值，即梯度值。通过选择具有最小预测误差的方向作为最佳的预测方向。下面对其中的预测模

式举例说明。如图 1 所示，其中 4×4 块中 16 个抽样值（a～p）是由先前解码邻近宏块抽样值（A～Q）利

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