基于AVS-M的帧间预测算法研究

论文摘要

当前我国在音视频产业领域已经具备较强的产业基础,但由于没有掌握核心技术标准,相关企业长期受制于国外持有标准化专利与技术的企业和组织。为了在音视频产业领域拥有更多的自主知识产权,2002年6月21日“数字音视频编解码技术标准化工作组（AVS）”在北京正式成立。AVS工作小组制定了《信息技术先进音视频编码》系列标准,简称AVS标准。AVS标准是第一个我国自主提出的数字音视频编解码标准。AVS-M是AVS标准的第七部分:移动视频。它面向移动多媒体应用,对新一代移动多媒体通信、数字多媒体广播、便携式视听消费电子产品等产业的发展具有重要意义。AVS-M标准采用了基于块运动补偿混合编码方案,为了实现更高的编码效率,引入了许多新的编码技术,如新型帧内预测、多宏块划分、多参考帧、高精度运动估计、整数变换、环路滤波器等。这些新技术使AVS-M标准能够提供与最新的国际视频编码标准H.264/AVC相当的编码效率,但是,这些新技术的采用也极大地增加了AVS-M编码器的计算复杂度,因此需要寻找高效的优化算法,以减少巨大的计算量,提高编码速度。本文对AVS-M编码过程中复杂度最高的帧间预测进行了研究和算法优化,具体内容包括:针对帧间编码模式选择的复杂性,本文提出一种快速模式选择算法。该算法基于对最佳模式选择结果的统计分析,将全部编码模式分成不同的模式集,根据序列的时域相关性设定自适应阈值,来判断搜索不同的模式集以及模式搜索提前终止判定,并有选择性的进行帧内模式预测,有效的降低了模式选择的复杂度,提高了编码速度。运动估计是AVS-M编码器帧间预测中计算量最大的模块,本文针对分数像素运动估计的复杂性,提出了自适应分数像素运动估计快速算法。该算法采用多种运动矢量预测提高分数像素预测矢量的准确性,并且利用分数像素搜索窗口内匹配误差曲面的单峰特性,来预测匹配失真的下降方向,省略可能性小的分数像素点,利用自适应阈值的判断跳过不必要分数像素搜索过程,大幅度地减少了搜索点数量。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 数字视频编码原理
• 1.1.1 视觉冗余
• 1.1.2 时间冗余
• 1.1.3 空间冗余
• 1.1.4 统计冗余
• 1.2 数字视频编码标准
• 1.2.1 H.261 标准
• 1.2.2 H.263 标准
• 1.2.3 MPEG-1 标准
• 1.2.4 MPEG-2 标准
• 1.2.5 MPEG-4 标准
• 1.2.6 H.264/MPEG-4 AVC 标准
• 1.2.7 AVS 标准
• 1.3 课题研究背景及意义
• 1.4 本文研究内容及结构
• M 编码流程及关键技术分析'>2 AVS_M编码流程及关键技术分析
• 2.1 引言
• M 编码框架'>2.2 AVS_M编码框架
• M 编码算法流程及关键技术'>2.3 AVS_M编码算法流程及关键技术
• 2.3.1 I 帧编码
• 2.3.2 P 帧编码
• 2.3.3 变换量化
• 2.3.4 熵编码
• 2.3.5 环路滤波
• M 与H.264/AVC baseline 的比较'>2.4 AVS_M 与H.264/AVC baseline 的比较
• 2.5 本章小结
• 3 帧间模式选择快速算法
• 3.1 引言
• 3.2 不同块大小的运动补偿
• M 的模式选择'>3.3 AVS_M的模式选择
• 3.4 模式选择研究现状
• 3.5 自适应帧间预测模式选择算法
• 3.5.1 块模式分类
• 3.5.2 自适应阈值
• 3.5.3 skip 模式的提前判决
• 3.5.4 帧内模式
• 3.5.5 算法描述
• 3.5.6 实验结果分析
• 3.6 本章小结
• 4 分数像素运动估计快速算法
• 4.1 引言
• 4.2 运动估计匹配准则
• 4.3 分数像素运动估计全搜索算法
• 4.4 现有分数像素运动估计快速算法分析
• 4.4.1 基于分数像素的抛物线预测算法
• 4.4.2 中心偏置分数像素搜索算法
• 4.5 自适应分数像素运动估计快速算法
• 4.5.1 分数像素搜索区域匹配误差曲面特性
• 4.5.2 基于预测矢量的分数像素搜索
• 4.5.3 精细搜索
• 4.5.3.1 阈值判决
• 4.5.3.2 1/2 像素搜索策略
• 4.5.4 算法描述
• 4.5.5 实验结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 工作总结
• 5.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 在学期间发表的学术论文