H.264帧间模式选择与运动估计算法的研究与优化

论文摘要

运动向量估计在编码过程中占运算量很大的部分,比重是50%以上。因此,为了提高编码器执行速度,最有效的方法是提高运动估计效率。目前用于计算运动向量的快速搜索法经常因为陷入局部最小而不能准确的计算到运动向量或者计算量过大让人不能接受,提高运动向量估计的计算速度对于实时视频压缩编码有着重要的意义,更重要的是要在保证估计精确度的前提下提高运动向量估计的计算速度,常见的搜索法往往不能在陷入局部最小和计算量上找到一个合适的平衡点。根据H.264视频标准,本文提出一种改进后的快速模式选择法及钻石圆方搜索法,能明显减少运动估计陷入局部最小的情况。快速模式选择法利用了序列前后两帧图像中位置相同或相近块的运动矢量之间的相关性,通过加入直接拷贝模式和宏块模式编码代价的比较,提前确定宏块模式,提高预测的速度。钻石圆方搜索法则利用相邻帧中运动矢量和图像像素的相关性,并结合了钻石搜索法搜索次数少、六边形搜索法方向性强和正方形搜索法搜索范围大的优点,通过中心点判决和同时使用两种模板,使搜索结果在搜索精确度和搜索速度上与其他快速搜索法相比,都有了一定程度上的改善。它的中心思想是根据菱形等经典快速搜索算法的优势与劣势,结合现行视频应用的需求,在运行时间和计算复杂度符合实时性要求的前提下,提出能对各种运动程度的序列进行较好的压缩处理的新算法,尤其对运动较剧烈的视频有相对较好的压缩效果。通过编程在PC仿真实验,与原来优化前的算法作对比,分析证明其可行性。最后通过实验证明,引入直接拷贝模式和宏块模式编码代价值比较的快速模式选择算法,与原算法相比,在保证PSNR值基本不变的条件下,节省了50%左右的代码运行时间,对提高系统的运行速度起到了较好的积极作用。结合多种常用的简单的搜索法的优点总结出来的钻石圆方搜索法,与其他快速搜索法相比,在运动速度能够达到视频实时传输要求的前提下,提高了运动估计的准确性,符合现时视频实时清晰的应用要求,具有一定的可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 主要视频编码标准
• 1.2.1 MPEG标准
• 1.2.2 H.26 X标准
• 1.3 本文内容安排
• 第2章 图像压缩原理
• 2.1 图像压缩基本原理
• 2.2 有损和无损压缩
• 2.3 H.264视频编码标准技术
• 2.3.1 编解码器简介
• 2.3.2 帧内预测
• 2.3.3 帧间预测
• 2.4 视频质量的评价
• 2.5 本章小结
• 第3章 帧间模式选择的优化研究
• 3.1 帧间模式选择算法简介
• 3.1.1 帧间模式选择原理
• 3.1.2 模式选择算法过程
• 3.2 率失真优化（RDO）
• 3.3 快速模式选择算法
• 3.3.1 统计分析
• Mode_Decision）'>3.3.2 快速模式选择算法描述（Fast_Mode_Decision）
• 3.3.3 快速模式选择算法（FMD）流程图
• 3.4 仿真结果和复杂度分析
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动估计算法的研究
• 4.1 块匹配运动估计算法简介
• 4.1.1 运动估计算法研究现状
• 4.1.2 运动估计和补偿的原理
• 4.2 典型运动估计搜索算法分析
• 4.2.1 全搜索算法（FS）
• 4.2.2 三步搜索法（TSS）
• 4.2.3 新三步搜索算法（NTSS）
• 4.2.4 四步搜索算法（FSS）
• 4.2.5 菱形搜索法（DS）
• 4.2.6 六边型搜索法（HS）
• 4.2.7 十字-菱形-六边形搜索（CDHS）
• 4.3 本章小结
• 第5章 改进的运动估计搜索算法
• 5.1 搜索模式分析
• 5.2 DHSS算法描述
• 5.3 DHSS算法步骤
• 5.4 DHSS算法实现
• 5.4.1 DHSS算法部分代码
• 5.4.2 DHSS算法流程图
• 5.5 DHSS算法实验结果分析
• 5.5.1 实验平台及配置
• 5.5.2 实验结果
• 5.6 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表论文