AVS视频编码标准中运动估计技术的研究

论文摘要

为了节约传输带宽、存储空间,视频编码早已成为国内外研究和工业应用的热点之一。至今国际上已制定了一系列的视频编码标准,如MPEG-x,H.26x等。为了推动中国视频技术的发展,我国于2002年6月成立了“数字音视频编解码技术标准工作组”,联合国内从事数字音视频解码技术研发的科研机构和企业,制定具有我国自主知识产权的数字音视频编解码标准——AVS（Audio Video coding Standard）标准。AVS标准具有性能高、复杂度低等优点,具有广阔的发展前景。在视频编码系统中,运动估计技术对降低视频序列时间冗余度、提高编码效率起着非常关键的作用。一方面,运动估计的准确程度将决定视频编码效率。另一方面,运动估计算法的复杂度将直接决定视频压缩编码系统的复杂度。本文针对AVS视频编码标准中复杂度较高的运动估计技术进行了深入的研究,包括整像素运动估计和分数像素运动估计。对于整像素部分,考虑到UMHexagonS（Unsymmetrical-cross Multi-Hexagon-grid Search）算法在高效的起始点搜索后,还要再继续进行六边形或小菱形的搜索,造成一定的搜索冗余;另外算法中的部分搜索模板过于固定,没有根据不同的块大小采取不同的措施,也造成不同程度的搜索冗余。在此基础上,本文提出在原算法的起始点预测后,添加一个阈值判断以提前终止搜索,减少不必要的运动估计耗时;另外,对原算法中的一些固定的搜索模板,进行了自适应的调整,提高了搜索效率。对分数像素部分,原算法在处理块尺寸大小为16×16、16×8和8×16的块时采用HFPS（Hierarchical Fractional Pel Search）算法。HFPS算法属于亚像素的全搜索法,它的特点无疑是性能最佳,但最大的缺点就是速度最慢。考虑到亚像素运动估计时运动矢量集中在初始搜索点附近的规律,本文提出一种基于十字搜索模型的、能自适应调整搜索模板的算法,通过预先判断匹配点的位置,决定下一步的搜索模板。实验结果表明,和原算法相比,这两种算法都只需要牺牲很少的比特率,就可以在保证不影响编码质量的前提下,减少运动估计耗时,实现了预期的研究目标。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景及意义
• 1.2 数字视频编码技术的发展历程
• 1.2.1 国外视频编码标准
• 1.2.2 我国自主研发的视频编码标准AVS
• 1.3 运动估计在视频编码中的重要性
• 1.4 本文的主要工作和结构安排
• 1.5 本章小结
• 第二章 AVS视频编码技术
• 2.1 视频编码原理
• 2.2 AVS标准相关理论基础
• 2.2.1 视频捕获
• 2.2.2 色彩空间
• 2.2.3 编码比特流的结构
• 2.3 AVS视频编码器结构及关键技术
• 2.3.1 变换量化
• 2.3.2 帧内预测
• 2.3.3 帧间预测
• 2.3.4 环路滤波
• 2.3.5 熵编码
• 2.4 AVS编码性能评价
• 2.5 本章小结
• 第三章 运动估计算法分析
• 3.1 运动估计基本原理
• 3.2 运动补偿技术
• 3.3 分数像素的运动估计
• 3.4 块匹配准则
• 3.5 典型运动估计算法分析
• 3.5.1 全搜索法
• 3.5.2 三步搜索法
• 3.5.3 新三步搜索法
• 3.5.4 菱形搜索法
• 3.5.5 六边形搜索法
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于AVS的高性能运动估计算法研究
• 4.1 整像素UMHexagonS运动估计算法描述
• 4.1.1 起始搜索点预测
• 4.1.2 非对称十字型搜索
• 4.1.3 非均匀多层六边形格点搜索
• 4.1.4 基于扩展六边形的搜索
• 4.2 整像素UMHexagonS运动估计算法分析与改进
• 4.2.1 UMHexagonS算法分析
• 4.2.2 UMHexagonS算法改进
• 4.2.3 实验结果与分析
• 4.3 分数像素运动估计算法描述
• 4.3.1 HFPS算法
• 4.3.2 CBFPS算法
• 4.4 分数像素运动估计算法的分析与改进
• 4.4.1 HFPS算法分析与改进
• 4.4.2 实验结果与分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间公开发表的论文和科研情况