视频编码中运动估计技术的研究与实现

论文摘要

随着计算机和通讯技术的飞速发展,人们期望越来越多的面向网络的多媒体应用服务。但这些多媒体应用服务对数据传输带宽及数据实时性传输有很高的要求,尤其是视频数据。因此,视频压缩编码技术成为目前研究的热点。影响视频压缩编码质量和效率的因素很多,运动估计是其中最有影响力的因素之一,在整个视频编码过程中是最为耗时的过程。通过这几年的各国学者的不懈努力,运动估计算法的性能已经通过多种途径得到了很大提升,能否找到新的突破点成为了这类算法能否取得更大发展的关键。在运动估计中,不同形状不同步长的搜索模式和运动矢量分布的中心偏置特性对搜索速度和性能有着重大的影响。本文针对视频编码运动估计中降低搜索运动量和提高搜索精度这对相互关联的矛盾,进行了算法上的研究与改进,提出了一种快速三步搜索法(FTSS)。FTSS是在三步搜索法(TSS)基础上提出来的,但在搜索最佳匹配点范围作了调整。考虑到FTSS算法是基于单模态误差平面假设(UESA)提出来的,即当匹配块的位置远离全局最小匹配误差块所在位置时,其匹配误差单调增加。这也就意味着最小值不可能同时出现在两个相反的方向上。所以,FTSS中可以先检测两个任意正交的方向,那么FTSS的每一步搜索范围就从最开始的九个点限制到三个点。实验结果表明,在多种快速算法中,由于三步搜索法的运算量低,计算简单以及较好的性能,使得三步搜索法更加适用于实时编码以及低码率通讯中。简单搜索法只需要三步搜索法一半的运算量,但是却不能保持和三步搜索法相同的视频质量。这两种算法都有各自的优缺点。本文提出的快速三步搜索法,它综合了三步搜索法和简单搜索法各自的优势,具有更低的运算量,而且保持了和TSS相同效果的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题背景及实用意义
• 1.1.1 数据压缩的必要性和可能性
• 1.1.2 数据压缩的应用领域
• 1.2 国内外研究现状及未来的发展方向
• 1.2.1 国外视频编码的发展现状
• 1.2.2 国内视频编码的发展现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 1.4 本章小结
• 2 视频编码技术及其标准
• 2.1 视频图像压缩编码的基本原理及基本概念
• 2.1.1 视频信号采样
• 2.1.2 运动估计与预测
• 2.1.3 空间域变换
• 2.1.4 量化与熵编码
• 2.2 视频图像压缩编码标准
• 2.2.1 H.261 标准
• 2.2.2 H.263 标准
• 2.2.3 H.264/AVC 标准
• 2.2.4 MPEG-1 标准
• 2.2.5 MPEG-2 标准
• 2.2.6 MPEG-4 标准
• 2.2.7 MPEG-7 标准
• 2.2.8 MPEG-21 标准
• 2.2.9 AVS 标准
• 2.3 视频编码国际标准的应用和性能比较
• 2.4 本章小结
• 3 视频编码中的运动估计
• 3.1 运动估计模型
• 3.1.1 参数模型
• 3.1.2 非参数模型
• 3.2 光流法
• 3.3 相位相关法
• 3.4 像素递归法
• 3.5 块匹配法
• 3.6 本章小结
• 4 块匹配估计法
• 4.1 块匹配运动估计的基本原理
• 4.2 块匹配运动估计的相关技术
• 4.2.1 块的形状和大小
• 4.2.2 块匹配准则
• 4.2.3 像素搜索精度
• 4.2.4 搜索策略
• 4.2.5 搜索起点的预测
• 4.3 块匹配运动估计的评价
• 4.4 本章小结
• 5 几种经典的块匹配运动估计算法
• 5.1 全搜索法
• 5.2 二维对数法
• 5.3 三步搜索法
• 5.4 新三步搜索法
• 5.5 四步搜索法
• 5.6 菱形搜索法
• 5.7 试验结果及分析
• 5.8 本章小结
• 6 基于MPEG-4 的运动估计算法改进
• 6.1 MPEG-4 标准简介
• 6.1.1 MPEG-4 标准的特性
• 6.1.2 MPEG-4 标准的构成
• 6.1.3 MPEG-4 的发展现状及应用领域
• 6.2 MPEG-4 的关键技术
• 6.2.1 形状编码
• 6.2.2 运动信息编码
• 6.2.3 纹理编码
• 6.3 快速三步搜索法
• 6.3.1 快速三步搜索法的理论背景
• 6.3.2 快速三步搜索法的算法描述
• 6.3.3 实验结果及分析
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结与展望
• 7.1 全文总结
• 7.2 后续工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录