视频压缩中的预处理及运动估计算法的研究

论文摘要

随着现代数字通信技术和信息处理技术的不断发展,以及数字电视、网络视频流和DVD技术的广泛应用,视频压缩技术越来越受到人们的重视。视频压缩作为计算机多媒体技术的一个重要分支,近年来正逐渐成为国内外研究的热点。视频压缩的最根本目的是以尽量少的比特数来表征视频流,同时保证视频的主观质量,使其符合各种应用场合的要求。因此,探讨高效的编码方法,即在提高压缩比的同时以更低的计算复杂度来获得更高质量的图像,一直是视频编码研究的热点问题。为此,本文在研究多媒体技术发展的现状以及目前各种视频压缩技术的基础上,分别对视频压缩中的预处理和运动估计算法进行了详细研究,提出了相应的改进方案,并经实验验证了其有效性。主要工作和研究成果包括:1.对视频压缩中的预处理方式进行了研究。人眼是视频信号的最终接收者,因此视频的压缩编码应当考虑人眼的主观视觉特性。由于人的视觉能力有限,对有些失真很难察觉,因此只要失真在人眼视觉系统可容忍的范围之内或者能够满足特定的应用要求,便可以允许压缩编码后的重建图像存在一定程度的失真。基于此观点,本文通过利用人眼的视觉特性,对视频图像进行适当优化处理,将视频压缩时会产生较大失真的敏感部分进行抑制,再进行正常的压缩编码,从而在一定程度上实现图像压缩比的提高和图像主观质量的改善。实验结果表明,本文提出的预处理算法在提高压缩比的同时可以有效保证视频的主观质量;在对原始视频进行较大程度压缩时,采用预处理后的解码图像主观质量明显好于未经处理而压缩的结果。2.对视频压缩中的运动估计算法进行了研究。运动估计作为视频压缩的核心技术,是压缩编码中运算最复杂,也是最耗时的环节,因此高效的运动估计算法一直是实时视频编解码技术研究的重点。为降低运动估计算法的计算复杂度,提高运动估计效率,本文首先对传统的快速搜索算法以及ARPS算法进行了研究,然后从四方面对APRS算法进行了改进:利用邻块的运动矢量来预测当前块的搜索起点;引入基于运动矢量中心分布的初始搜索;采用自适应的非对称的十字形搜索模板;结合早期终止机制提前结束搜索。实验结果表明,与TSS、DS和ARPS等搜索算法相比,改进后的算法不仅能够降低计算复杂度,而且可以有效地保证搜索精度。另外,本文对H.264标准JM中采纳的快速运动估计算法UMHexagonS也进行了相应的研究,针对其中的非对称十字形模板进行了改进,提出了一种新的自适应的十字形搜索模板,并在JM10.2中进行了实验验证。实验结果显示,采用改进模板的搜索算法不仅可以提高运动估计效率,而且可以有效保证甚至改善编码图像的质量。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 视频编码技术的发展历程
• 1.3 本文的研究内容和章节安排
• 第二章 视频压缩国际标准
• 2.1 H.26X系列视频压缩标准
• 2.1.1 H.261标准
• 2.1.2 H.263标准
• 2.2 MPEG-X系列视频压缩标准
• 2.2.1 MPEG-1标准
• 2.2.2 MPEG-2标准
• 2.2.3 MPEG-4标准
• 2.3 H.264/AVC标准
• 2.4 AVS及其他视频压缩标准
• 第三章 H.264/AVC视频压缩标准关键技术
• 3.1 帧内预测
• 3.2 帧间预测
• 3.3 变换量化技术
• 3.4 熵编码技术
• 3.5 去块效应滤波器
• 3.6 SP/SI帧
• 3.7 H.264/AVC标准的应用
• 第四章 视频压缩中预处理算法的研究
• 4.1 人眼的视觉构造
• 4.2 人眼的视觉特性
• 4.3 视频压缩预处理算法
• 4.3.1 预处理方式
• 4.3.2 实验结果及分析
• 4.4 预处理方式的改进
• 4.4.1 预处理方式改进的方法
• 4.4.2 实验结果及分析
• 4.4.3 结论
• 第五章 视频压缩中运动估计算法的研究
• 5.1 运动估计的基本原理
• 5.2 常用的运动估计算法
• 5.3 运动估计的主要技术
• 5.4 一种改进的ARPS算法
• 5.4.1 运动矢量的分布特性
• 5.4.2 E-ARPS的实现
• 5.4.3 实验结果及分析
• 5.4.4 结论
• 5.5 基于快速运动估计算法UMHEXAGONS的研究
• 5.5.1 UMHexagonS算法
• 5.5.2 基于UMHexagonS算法的改进
• 5.5.3 实验结果及分析
• 5.5.4 结论
• 第六章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学位论文
• 学位论文评阅及答辩情况表