我是靠谱客的博主 大意板凳,最近开发中收集的这篇文章主要介绍H.264 QuantizationH.264 QuantizerQuantization OffsetQuantization StepNonuniformity Quantization,觉得挺不错的,现在分享给大家,希望可以做个参考。

概述

H.264 Quantizer

一般的量化器,可用下面的公式来表示:

Z=±|W|

反量化可表示为:

W=Z

量化步长

决定了量化器的编码压缩率与图像精度。如果 比较大,相应的编码长度较小,图像细节损失较多;如果 比较小,相应的编码长度较大,图像损失细节较少。编码器需根据实际图像来改变

值。

 

Quantization Offset

可以看到,这种量化器是求下整,也就是会把区间 [0,)

的值量化成0。这种量化器显然不是最优的,最优的量化器在某区间上的量化值应该为该区间的期望值。为此需要知道残差变换系数的统计分布,这个分布是经过统计实验得出来的,其中帧间比帧内分布得更为集中。

为了表明分布集中于区间的期望值,引入了参数——offset(量化偏移量) f

。相应的量化公式变为:

Z=±|W|+f

反量化保持不变:

W=±(Z)

H.264参考模型建议:当帧内预测时 f=/3

,帧间预测时 f=/6

 

另外参数 f

可以控制量化死区(量化后为0区域)大小。

f

变大时,量化死区减少;当 f 变小时,量化死区增加。死区大小可以直接影响到视频图像的主观质量。变换后,图像高频部分的数值比较小,也就是说离0值比较接近。如果死区比较大,0值附近的值会被量化为0,则图像会损失这些细节。这个特性在电影中特别有用:在电影胶片上会随机分布着一些斑点,这些斑点是胶片化学物质的结晶体,由于这些斑点与视频的内容在时间、空间上的不相关性,其值没法在预测模块中预测到。因此这些斑点表现为变换后的一些小的高频系数。为了消除这些斑点,可取较小的 f 值,这样量化死区就会较大。在字幕区域的细节比较多,可对字幕区域取比较大的 f

值。

从上方的例子可以看出,死区特征的应用是与应用直接相关的,最好能根据不同的应用相应加以调整。

我们注意到通过参数 f

可以控制量化区间的偏移,以及控制死区大小。两者耦合在一起了。JVT-K026有个直接的解耦方法:加入一个新的参数 Θ

来控制量化死区的大小,并将量化公式修改为:

Z=±|W|+Θ+f

W=±(ZΘ)

但是这种方法并没有被标准采用。

 

Quantization Step

H.264标准共设计了52个不同的量化步长 Qstep

,如下表所示,其中QP是量化参数,也就是量化步长的序号。QP由小变大,意味着量化步长的增大,也就是由精细变粗糙。

QP

Qstep

QP

Qstep

QP

Qstep

QP

Qstep

QP

Qstep

0

0.625

12

2.5

24

10

36

40

48

160

1

0.6875

13

2.75

25

11

37

44

49

176

2

0.8125

14

3.25

26

13

38

52

50

208

3

0.875

15

3.5

27

14

39

56

51

224

4

1

16

4

28

16

40

64

  

5

1.125

17

4.5

29

18

41

72

  

6

1.25

18

5

30

20

42

80

  

7

1.375

19

5.5

31

22

43

88

  

8

1.625

20

6.5

32

26

44

104

  

9

1.75

21

7

33

28

45

112

  

10

2

22

8

34

32

46

128

  

11

2.25

23

9

35

36

47

144

  

 

Qstep

变化有明显的规律:QP每增加1,量化步长就增加12.25%(即 261 );QP每增加6,量化步长就增加一倍,即 Qstep(QP+6)=2Qstep(QP) 。这样做就可以显著减少量化表与反量化表的大小,仅用0~5这6个QP的 Qstep ,通过右移就可以得到剩下所有的 Qstep ,即 Qstep(QP)=Qstep(QP%6)2QP/6

在讲述变换的时候说过,变换的

运算矩阵 Ef

可以合并到量化表中。下面来看一下该运算矩阵

Ef[i][j]=a212aba212ab12ab14b212ab14b2a212aba212ab12ab14b212ab14b2

得到量化矩阵所进行的合并运算如下(归一化为 215

)

Q(QP,i,j)=Ef[i][j]Qstep(QP)×215+QP/6=Ef[i][j]Qstep(QP%6)×2QP/6×215+QP/6=Ef[i][j]Qstep(QP%6)215

上式表明 Q(QP,i,j)=Q(QP%6,i,j)

Q(0,0,0)

为例,

Q(0,0,0)=a2Qstep(QP)×215=0.250.625×215=13107

 

把0~5这6个QP的 Qstep

分别与 运算矩阵 Ef 合并后,可以得到以下6个矩阵,即 Q(QP%6,i,j)


Q(0,i,j)=13107806613107806680665243806652431310780661310780668066524380665243

Q(1,i,j)=11916749011916749074904660749046601191674901191674907490466074904660

Q(2,i,j)=10082655410082655465544194655441941008265541008265546554419465544194

 

Q(3,i,j)=9362582593625825582536475825364793625825936258255825364758253647

Q(4,i,j)=8192524381925243524333555243335581925243819252435243335552433355

Q(5,i,j)=7282455972824559455928934559289372824559728245594559289345592893

 

Ef

矩阵中,可以看到里面有3个数值 a2,ab,b2 ,合并到量化矩阵后,就有 3×52=156 个参数。采用了上面的QP每增加6,量化步长增加一倍的方法后,参数就只有 3×6=18

个参数:

QuantMatrix[6][3]=131071191610082936281927282524346604194364733552893806674906554582552434559

 

 

采用量化矩阵的方式后,4x4整数DCT变换的量化公式为

 

Zij=YijEf[i][j]+fQstep(QP)=YijEf[i][j]+fQstep(QP%6)÷2QP/6=YijQ(QP%6,i,j)÷215+QP/6

 

同样道理,逆量化矩阵为(归一化为 210

):

R(QP,i,j)=ERf[i][j]×Qstep(QP)×210QP/6=ERf[i][j]×Qstep(QP%6)×2QP/6×210QP/6=ERf[i][j]×Qstep(QP%6)×210

上式表明 R(QP,i,j)=R(QP%6,i,j)

逆量化公式为:

Yij=ZijERf[i][j]×Qstep=ZijR(QP%6,i,j)÷210QP/6

逆量化矩阵为

dequantMat[6][3]=160176208224256288256288320368400464208224256288320368

 

Nonuniformity Quantization

非一致性量化就是4x4或8x8矩阵上各个位置的量化权重不同,通过这种方法可以在进行量化之前调整量化步长,得到更适合人类视觉系统,更真实的图像。

加入权重矩阵 Wij

后,量化矩阵与逆量化矩阵分别为:

Q(QP,i,j)=1WijEf[i][j]Qstep(QP%6)×215+QP/6

R(QP,i,j)=WijERf[i][j]×Qstep(QP%6)×210QP/6

其中 Wij

会被归一为16,即 2<<4

 

JM18.6参考代码如下

量化矩阵:

View Code

 

量化偏移矩阵

复制代码
/*!
 ************************************************************************
 * brief
 *    Init quantization offset parameters
 *
 * par Input:
 *    none
 *
 * par Output:
 *    none
 ************************************************************************
 */

void InitOffsetParam (QuantParameters *p_Quant, InputParameters *p_Inp)
{
  int i, k;
  int max_qp_luma = (4 + 6*(p_Inp->output.bit_depth[0]));
  int max_qp_cr   = (4 + 6*(p_Inp->output.bit_depth[1]));

  for (i = 0; i < (p_Inp->AdaptRoundingFixed ? 1 : imax(max_qp_luma, max_qp_cr)); i++)
  {
    if (p_Inp->OffsetMatrixPresentFlag)
    {
      memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][0][0]),&(p_Quant->OffsetList4x4input[0][0]), 400 * sizeof(short)); // 25 * 16
      memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][0][0]),&(p_Quant->OffsetList8x8input[0][0]), 960 * sizeof(short)); // 15 * 64
    }
    else
    {
      if (p_Inp->OffsetMatrixFlat == 1)
      {
        // 0 (INTRA4X4_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][0][0]),&(Offset_intra_flat_intra[0]), 16 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++) // 1,2 (INTRA4X4_CHROMA_INTRA)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_flat_chroma[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 3; k < 9; k++) // 3,4,5,6,7,8 (INTRA4X4_LUMA/CHROMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_flat_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 9; k < 25; k++) // 9,10,11,12,13,14 (INTER4X4)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_inter_flat[0]),  16 * sizeof(short));
  
        // 0 (INTRA8X8_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][0][0]),&(Offset8_intra_flat_intra[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++)  // 1,2 (INTRA8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_flat_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 3; k < 5; k++)  // 3,4 (INTER8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_flat[0]),  64 * sizeof(short));
  
        // 5 (INTRA8X8_CHROMAU_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][5][0]),&(Offset8_intra_flat_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 6; k < 8; k++)  // 6,7 (INTRA8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_flat_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 8; k < 10; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_flat[0]),  64 * sizeof(short));

        // 10 (INTRA8X8_CHROMAV_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][10][0]),&(Offset8_intra_flat_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 11; k < 13; k++)  // 11,12 (INTRA8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_flat_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 13; k < 15; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_flat[0]),  64 * sizeof(short));
      }
      else if (p_Inp->OffsetMatrixFlat == 2)
      {
        // 0 (INTRA4X4_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][0][0]),&(Offset_intra_default_intra[0]), 16 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++) // 1,2 (INTRA4X4_CHROMA_INTRA)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_flat_chroma[0]),  16 * sizeof(short));
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][3][0]),&(Offset_intra_default_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 4; k < 6; k++) // 4,5 (INTRA4X4_CHROMA_INTERP)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_flat_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][6][0]),&(Offset_intra_default_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 7; k < 9; k++) // 7,8 (INTRA4X4_CHROMA_INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_flat_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 9; k < 25; k++) // 9,10,11,12,13,14 (INTER4X4)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_inter_default[0]),  16 * sizeof(short));
  
        // 0 (INTRA8X8_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][0][0]),&(Offset8_intra_default_intra[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++)  // 1,2 (INTRA8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_default_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 3; k < 5; k++)  // 3,4 (INTER8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));
  
        // 5 (INTRA8X8_CHROMAU_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][5][0]),&(Offset8_intra_flat_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 6; k < 8; k++)  // 6,7 (INTRA8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_flat_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 8; k < 10; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));

        // 10 (INTRA8X8_CHROMAV_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][10][0]),&(Offset8_intra_flat_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 11; k < 13; k++)  // 11,12 (INTRA8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_flat_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 13; k < 15; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));
      }
      else
      {
        // 0 (INTRA4X4_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][0][0]),&(Offset_intra_default_intra[0]), 16 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++) // 1,2 (INTRA4X4_CHROMA_INTRA)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_default_chroma[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 3; k < 9; k++) // 3,4,5,6,7,8 (INTRA4X4_LUMA/CHROMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_intra_default_inter[0]),  16 * sizeof(short));
        for (k = 9; k < 25; k++) // 9,10,11,12,13,14 (INTER4X4)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList4x4[i][k][0]),&(Offset_inter_default[0]),  16 * sizeof(short));
  
        // 0 (INTRA8X8_LUMA_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][0][0]),&(Offset8_intra_default_intra[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 1; k < 3; k++)  // 1,2 (INTRA8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_default_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 3; k < 5; k++)  // 3,4 (INTER8X8_LUMA_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));
  
        // 5 (INTRA8X8_CHROMAU_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][5][0]),&(Offset8_intra_default_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 6; k < 8; k++)  // 6,7 (INTRA8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_default_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 8; k < 10; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAU_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));

        // 10 (INTRA8X8_CHROMAV_INTRA)
        memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][10][0]),&(Offset8_intra_default_chroma[0]), 64 * sizeof(short));
        for (k = 11; k < 13; k++)  // 11,12 (INTRA8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_intra_default_inter[0]),  64 * sizeof(short));
        for (k = 13; k < 15; k++)  // 8,9 (INTER8X8_CHROMAV_INTERP/INTERB)
          memcpy(&(p_Quant->OffsetList8x8[i][k][0]),&(Offset8_inter_default[0]),  64 * sizeof(short));
      }
    }
  }  
}


/*!
 ************************************************************************
 * brief
 *    Calculation of the quantization offset parameters at the frame level
 *
 * par Input:
 *    none
 *
 * par Output:
 *    none
 ************************************************************************
 */
void CalculateOffset4x4Param (VideoParameters *p_Vid)
{
  QuantParameters *p_Quant = p_Vid->p_Quant;
  int k;  
  int qp_per, qp;
  int img_type = ((p_Vid->type == SI_SLICE) ? I_SLICE : (p_Vid->type == SP_SLICE ? P_SLICE : p_Vid->type));

  int max_qp_scale = imax(p_Vid->bitdepth_luma_qp_scale, p_Vid->bitdepth_chroma_qp_scale);
  int max_qp = 51 + max_qp_scale;
  InputParameters *p_Inp = p_Vid->p_Inp;

  p_Vid->AdaptRndWeight   = p_Inp->AdaptRndWFactor  [p_Vid->nal_reference_idc != 0][img_type];
  p_Vid->AdaptRndCrWeight = p_Inp->AdaptRndCrWFactor[p_Vid->nal_reference_idc != 0][img_type];

  if (img_type == I_SLICE )
  {
    for (qp = 0; qp < max_qp + 1; qp++)
    {
      k = p_Quant->qp_per_matrix [qp];
      qp_per = Q_BITS + k - OffsetBits;
      k = p_Inp->AdaptRoundingFixed ? 0 : qp;

      // Intra4x4 luma
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[0][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 0], qp_per);
      // Intra4x4 chroma u
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[1][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 1], qp_per);
      // Intra4x4 chroma v
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[2][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 2], qp_per);
    }
  }
  else if (img_type == B_SLICE)
  {
    for (qp = 0; qp < max_qp + 1; qp++)
    {
      k = p_Quant->qp_per_matrix [qp];
      qp_per = Q_BITS + k - OffsetBits;
      k = p_Inp->AdaptRoundingFixed ? 0 : qp;

      // Inter4x4 luma
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[0][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][12], qp_per);
      // Intra4x4 luma
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[0][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 6], qp_per);
      // Inter4x4 chroma u
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[1][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][13], qp_per);
      // Intra4x4 chroma u
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[1][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 7], qp_per);
      // Inter4x4 chroma v
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[2][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][14], qp_per);      
      // Intra4x4 chroma v
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[2][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 8], qp_per);
    }
  }
  else
  {
    for (qp = 0; qp < max_qp + 1; qp++)
    {
      k = p_Quant->qp_per_matrix [qp];
      qp_per = Q_BITS + k - OffsetBits;
      k = p_Inp->AdaptRoundingFixed ? 0 : qp;

      // Inter4x4 luma
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[0][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 9], qp_per);
      // Intra4x4 luma
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[0][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 3], qp_per);
      // Inter4x4 chroma u
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[1][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][10], qp_per);
      // Intra4x4 chroma u
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[1][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 4], qp_per);
      // Inter4x4 chroma v
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[2][0][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][11], qp_per);      
      // Intra4x4 chroma v
      update_q_offset4x4(p_Quant->q_params_4x4[2][1][qp], p_Quant->OffsetList4x4[k][ 5], qp_per);
    }
  }
}

最后

以上就是大意板凳为你收集整理的H.264 QuantizationH.264 QuantizerQuantization OffsetQuantization StepNonuniformity Quantization的全部内容,希望文章能够帮你解决H.264 QuantizationH.264 QuantizerQuantization OffsetQuantization StepNonuniformity Quantization所遇到的程序开发问题。

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