在帧内编码方面，H.264采用基于4×4子块和基于16×16宏块的2种预测模式，其中4×4模式有9个预测方向，宏块模式有4个预测方向。在最新的参考软件JM9.3中加入了基于8×8子块的预测模式。每一种预测模式都是利用相邻已编码块的样点值去预测当前块的样点值。H.264要分别计算宏块在基于4×4、16×16和8×8 3种模式下的各个预测方向的RDC值，并选择值最小的模式作为最佳帧内预测模式。如果当前编码宏块属于帧间预测帧（P帧），该最小值还要与最佳帧间编码模式的RDC值进行比较来确定最佳模式。
    H.264协议采用Lagrange代价函数计算每种模式下宏块的RDC值，其定义如下：
   
    式(1)中，J_MODE表示相应模式的RDC值，λ_MODE是Lagrange因子，其值与量化系数有关。R(s，c，MODE)指的是该模式所需的编码比特数。SSD(s，c，MODE)指的是原始宏块和重建宏块之间的平方差之和，其定义如下：
   
式(2)中，S(x，y)表示原始宏块，C(x，y)表示重建宏块。
    通过上面的分析可以看到，H.264在进行宏块模式决策时，运动估计、量化、反量化和DCT变换等操作被多次反复调用，这样的计算强度对于实时性要求较高的视频通信应用及处理能力相对较弱的手持设备而言是很难被接受的。
3  模式决策算法的快速实现
3.1 提出方法的动机
    H.264协议帧间模式决策的基本原则是：对只含有背景成分、全局运动成分或很少量局部运动成分的宏块采用大估计块模式进行编码；对于含有丰富运动成分的宏块采用小估计块模式进行编码。由此可以得出：随着7种运动估计块自大向小被调用，宏块的RDC值呈现出近似的单调变化趋势。所以，通过对这种趋势的分析，很可能在不调用所有模式的情况下得到最佳编码模式。
    使用H.264参考软件JM9.3对9个QCIF和CIF格式的图像序列进行编码实验，编码模式的分配情况如表1所示。从表中可以得到很多关于图像统计特性的信息：(1)SKIP模式被使用的概率相当高，特别是那些类似于视频通信应用的图像序列，如Claire、News等序列。这表明对这些图像进行编码时如果能够尽早确定是否采用SKIP模式，将使模式决策过程所需的时间大大减少。(2)P帧中的宏块使用帧内预测编码模式（表中INTRA列）的概率很低，所以对P帧中的宏块不采用帧内模式对编码质量不会产生大的影响。(3)对于8×8的子块采用8×4、4×8、4×4 3种子模式的概率较低，特别是在那些类似于视频通信应用的序列中，这3种子模式被使用的概率只有1%左右，而含有许多运动成分的图像序列使用这3种子模式的概率大约是2%～10%。由于算法主要针对小尺寸视频图像在移动终端设备中的应用，为了大幅度降低算法复杂度可以去掉这3种子模式。

3.2 帧间模式决策算法的快速实现
    通过分析，本文提出一种快速模式决策算法的实现方法。具体步骤如下。
    第1步：计算编码宏块SKIP模式的RDC值J_SKIP并与阈值T_SKIP比较，若小于阈值则表示SKIP模式为最佳模式，模式决策过程结束；否则，到第2步。其中阈值T_SKIP的确定方法是根据经验确定一个比较小的初值，在编码过程中利用所有用SKIP模式编码的已编码宏块的RDC值的均值动态改变它。
    第2步：计算16×16模式的RDC值J_16×16和16×8模式的代价函数值J_16×8，若J_16×8-J_16×16≥T₁₆，则表示随着运动估计块的变小，宏块RDC值增大的趋势已经明显，所以设16×16模式为最佳模式，模式决策过程结束；否则，到第3步。其中阈值T₁₆的确定方法与第1步中T_SKIP的确定方法类似。
    第3步：计算8×16模式的RDC值J_8×16，若J_8×16-J_16×16≥T₁₆，则根据与第2步相同的原因，设16×16模式为最佳模式，模式决策过程结束；若J_16×8-J_16×16≥T₁₆且J_8×16-J_16×16≥T₈，也可认为随着运动估计块的变小，宏块RDC值有增大趋势，所以设16×16模式为最佳模式，模式决策过程结束；若J_8×1616×16或J_16×816×168×16，则表示编码宏块含有2个全局运动成分或部分背景成分，所以设8×16模式或16×8模式为最佳模式，模式决策过程结束；否则，到第4步。其中阈值T₈=T₁₆*α，α∈(0，1)。
    第4步：计算8×8模式的RDC值J_8×8，并与上面得到的各种模式的值进行比较，得到最佳模式。
3.3 帧内模式决策算法的快速实现
    关于帧内预测模式决策算法的快速实现，本文提出的方法的核心思想是利用反映图像空间特性的原始图像和预测图像在变换域中的绝对差值之和（SATD）与J_MODE值之间的相关性，减少需要RDC计算的候选模式的数量。SATD定义如下：
   
式中I(x，y)表示原始图像值，P(x，y)表示预测图像值，T{}表示Hadamard变换，b_k表示取值范围，即块的大小。
    方法的具体步骤是：(1)计算每个4×4子块基于4×4预测模式的可能预测方向上的SATD值。(2)选择具有最小SATD值的3个模式进行RDC值的计算，如果由相邻的已编码块得出的最可能模式没有被包含其中，则还要计算这种模式的RDC值。(3)选出具有最小RDC值的模式为4×4子块的最佳模式。对基于8×8块的预测模式的选择采用同样的办法。
4  仿真结果
    根据本文提出的方法，修改软件JM9.3的相应部分，并对8个格式为CIF和QCIF的图像序列进行了编码仿真。具体的仿真环境：编码帧数为100，参考帧数为5，序列形式为IPPP，固定的量化系数（28、38），CAVLC熵编码。此外，采用JM软件默认的运动估计算法，搜索范围为16。本方法的仿真结果如表2所示。表中ΔPSNR-Y表示本方法与原算法编码图像亮度信号之间的PSNR差值，ΔBitrate表示比特的增加比率，Speed Up表示编码时间的减少比率。仿真结果表明，本方法虽然使得图像质量有所下降，但明显减少了编码时间。