基于块像素的快速运动估计算法的研究与实现

论文摘要

运动估计算法是视频压缩编码标准中最关键的算法之一,它将视频中相邻的两帧图像转换为少量的运动向量与残差信号进行存储与传输,降低了视频图像的时间冗余度,实现高比率的数据压缩。运动估计算法种类繁多,其中基于块匹配的运动估计算法由于方法简单,估计效果好,易于实现,已被许多国际视频编码标准所采用。在实际应用中,块匹配算法计算量占编码算法总计算量的40%到60%,是视频编码速度提高的主要瓶颈之一。降低块匹配算法的计算量,提高匹配效果是目前图像编码技术的研究热点之一。在运动估计算法中引入块像素,根据块像素值的计算特性对匹配准则、运动向量精度进行分析与改进,是改进算法的重要途径之一。为解决引入块像素导致运动向量精度降低的问题,通过对块像素尺寸进行改进,详细介绍了分数倍块像素及运动向量精度渐进提高的搜索策略。陷入局部最优是快速块匹配算法的固有缺陷,为了减少陷入局部最优的概率,详细讲述了块像素匹配的搜索模板与搜索步骤。主观评价标准与客观评价标准实验表明,与钻石法相比,新算法估计速度最大提高了23%,平均峰值信噪比最大提高1.5dB。随着视频产业的发展和视频编解码芯片的大量应用,设计运动估计硬件模块是提高芯片产品竞争力的主要途径之一。通过使用Verilog硬件描述语言,设计了新算法运动估计搜索引擎,根据块像素值的计算特点讲解系统中所有模块的原理、功能与内部结构,介绍数据的存储结构和格式。最后使用仿真软件对每一个模块进行功能仿真,验证结果证明算法模块工作正常,计算结果准确,实现了预定的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 运动估计算法国内外研究现状
• 1.3 论文章节安排和主要内容介绍
• 第二章 基于块像素的新运动估计算法
• 2.1 运动估计算法概述
• 2.2 块像素的分析与改进
• 2.3 匹配准则的分析与改进
• 2.4 运动向量精度的分析与改进
• 2.5 运动估计搜索策略的分析与改进
• 2.6 新运动估计算法概述
• 2.7 本章小结
• 第三章 新运动估计算法仿真与分析
• 3.1 运动估计性能评估标准
• 3.2 新运动估计算法仿真与分析
• 3.2.1 主观评价标准比较
• 3.2.2 客观评价标准比较
• 3.2.3 仿真结果分析
• 3.3 本章小结
• 第四章 基于FPGA 平台的新运动估计算法的实现
• 4.1 运动估计算法硬件实现方案
• 4.2 新算法硬件系统模块设计
• 4.2.1 地址发生器
• 4.2.2 块像素值计算模块
• 4.2.3 匹配模块设计
• 4.2.4 搜索策略模块
• 4.3 新算法硬件系统仿真与分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 本文总结
• 5.2 工作展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢