视频运动估计与噪声抑制滤波部件的设计

论文摘要

MPEG是一系列关于运动图像及其伴音压缩编码的国际标准,它支持多种清晰度的图像格式,尤其是MEPG-2和MPEG-4标准在视频存储、视频广播和视频流媒体传输等多个邻域有广泛的用途。根据MPEG-2和MPEG-4视频编码原理可以设计出一个适用于SoC设计的通用MPEG视频编码平台,其中噪声抑制滤波和视频运动估计是两个重要的部件。由于算法的复杂性和应用场合的实时性,这两个部件一般都采用硬件来实现。 噪声抑制滤波部件的作用是采用硬件滤波的方式,去掉原始图像中的高频噪声,使图像变得更加平滑。本文对图像噪声的类型进行了分析,针对高频图像噪声采用了中值滤波器,并提出了一种高性能的自适应中值滤波器的结构。 运动估计部件是视频压缩编码器中最重要最复杂的部分。运动估计的算法分全搜索算法和快速搜索算法两种。全搜索算法搜索精度高,其对应的硬件结构具有数据流清晰,控制结构简单的优点。但是由于全搜索算法计算量巨大,所以对应的硬件结构计算速度较慢,而且硬件开销较大。快速搜索算法能够大大提高搜索速度,但是精度有不同程度的降低。本文采用了快速搜索算法中的最优算法——三步分级搜索算法,并提出了一种简单高效的硬件结构。 本文对两个部件的性能与其他设计进行了对比分析,证明了设计的优越性。

论文目录

• 第一章 绪论
• 第一节 数字视频压缩技术及其发展概况
• 第二节 本课题的项目背景、内容及论文的安排
• 第二章 图像噪声抑制滤波原理及类型分析
• 第一节 图像噪声抑制滤波原理
• 2.1.1 图像噪声及其分类
• 2.1.1.1 光子噪声
• 2.1.1.2 热噪声
• 2.1.1.3 片上电子噪声
• 2.1.1.4 KTC噪声
• 2.1.1.5 放大器噪声
• 2.1.1.6 量化噪声
• 2.1.1.7 脉冲噪声
• 2.1.2 噪声抑制滤波原理
• 第二节 滤波器类型分析
• 2.2.1 均值滤波器
• 2.2.2 中值滤波器
• 第三章 图像噪声抑制滤波部件结构设计及性能分析
• 第一节 设计概述
• 第二节 自适应中值滤波器设计原理
• 第三节 硬件结构
• 3.3.1 移动图像窗口单元
• 3.3.2 中值计算单元
• 3.3.3 噪声像素检测单元
• 3.3.4 输出选择单元
• 第四节 性能分析
• 第四章 运动估计的原理及结构描述
• 第一节 预测编码的原理
• 4.1.1 DPCM的基本原理
• 4.1.2 DPCM预测编码为什么能压缩数据降低码率
• 4.1.3 预测编码的类型
• 第二节 帧间预测编码和运动估计原理
• 4.2.1 帧间像素差值的统计特性
• 4.2.2 帧间运动估计与运动补偿技术
• 第三节 运动估计块匹配算法分析
• 4.3.1 块匹配算法分类
• 4.3.1.1 全搜索算法（Full Search Algorithm）
• 4.3.1.2 快速搜索算法（Fast Search Algorithm）
• 4.3.2 块匹配算法硬件实现的难点及解决
• 第五章 运动估计部件的结构设计及性能分析
• 第一节 算法映射和基本结构
• 第二节 硬件结构
• 5.2.1 片上缓存配置
• 5.2.2 存储器划分
• 5.2.3 PE功能重新调配
• 5.2.4 硬件整体结构
• 第三节 性能分析
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢