基于H.264/AVC的块匹配运动估计算法研究与优化

论文摘要

H.264/AVC是ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG联合制定的最新国际视频编解码标准。由于H.264/AVC标准集中了近年来的一系列最新技术成果,在同等图像质量条件下其压缩率较以往标准提高一倍以上,受到了业界的广泛关注。采用新的编码技术虽然在编码效率上得到了很大的提高,但与以往视频编解码标准相比,H.264/AVC的计算复杂度却高出几倍甚至十几倍。极高的计算复杂度严重影响了其在实时编码方面的应用和推广,因此如何在保证编码效率的前提下尽可能降低编码计算复杂度成了目前H.264/AVC领域的研究热点。论文重点研究了H.264/AVC快速块匹配运动估计算法,具体研究内容如下:（1）对新一代视频编码标准H.264/AVC的编解码原理及实现进行了研究,对H.264/AVC中的关键技术进行了深入的探讨和分析,对其主要技术亮点进行了性能测试,与以往的视频编码标准进行了比较。（2）研究了块匹配运动估计的基本原理和匹配准则,并对部分典型的运动估计算法进行了深入研究、分析及性能测试。（3）深入研究了多参考帧技术,并根据最近参考帧、短期参考帧和长期参考帧的不同,使用了不同的搜索起点预测方法。在最近参考帧的预测过程中引入并研究了初始搜索点集（ISPS）的概念。（4）综合采用初始搜索中心预测、UMHexagonS搜索算法和阈值跳转等技术,在UMHexgonS算法的基础上,研究了一种改进的双十字起点快速搜索算法（MRFDUMHS）。（5）在PMVFAST技术和EPZS算法思想的基础上,结合多模板匹配模式、局部简易搜索技术和提前终止准则,研究了一种基于多模板的预测运动矢量场自适应选择搜索模式的快速搜索算法（MPPMVFAS）。（6）软件测试。在JM8.6测试平台上采用全搜索算法、UMHexgonS算法、EPZS算法和本文研究的两种改进算法,对FOREMAN等五个测试序列进行100帧编码,得到各实验样本的Y/U/V分量峰值信噪比（PSNR）、编码时间、平均编码比特率,并根据统计数据比较、分析了各算法的性能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的目的和意义
• 1.2 国内外发展和研究现状
• 1.3 论文工作的主要内容
• 第2章 H.264/AVC视频压缩编码研究及性能测试
• 2.1 H.264/AVC视频编码标准简介
• 2.1.1 H.264/AVC视频编解码框架
• 2.1.2 H.264/AVC的档次与分级
• 2.1.3 H.264/AVC的分层结构
• 2.2 H.264/AVC视频编码的关键技术
• 2.2.1 帧内编码
• 2.2.2 帧间编码
• 2.2.3 整数变换与量化
• 2.2.4 熵编码
• 2.2.5 灵活的宏块顺序（FMO）
• 2.2.6 去块效应滤波
• 2.3 H.264/AVC的优越性及广泛应用
• 2.4 H.264/AVC的编码性能测试
• 2.5 本章小结
• 第3章 基于H.264/AVC的运动估计算法研究与仿真
• 3.1 运动估计原理和特征
• 3.2 块匹配运动估计算法的关键技术
• 3.2.1 块匹配运动估计算法概述
• 3.2.2 搜索起点的预测
• 3.2.3 块匹配准则函数
• 3.2.4 搜索策略和模式选择
• 3.3 典型运动估计算法研究与分析
• 3.3.1 全搜索算法（FS）
• 3.3.2 菱形搜索算法（DS）
• 3.3.3 UMHexgonS算法（JVT-F017）
• 3.3.4 EPZS搜索算法（JVT-E023）
• 3.4 各算法性能测试
• 3.5 本章小结
• 第4章 改进的H.264快速运动估计算法研究与实现
• 4.1 一种基于多参考帧的双起点六边形快速搜索算法
• 4.1.1 多参考帧技术
• 4.1.2 多参考帧搜索起点的预测
• 4.1.3 搜索策略
• 4.2 一种基于多模板的预测运动矢量场自适应搜索算法
• 4.2.1 PMVFAST技术概述
• 4.2.2 搜索起点预测
• 4.2.3 搜索策略
• 4.3 改进算法性能初步测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 运动估计算法实现及实验结果分析
• 5.1 实验条件
• 5.1.1 JM测试模型概述
• 5.1.2 测试条件及JM测试模型编码端参数设置说明
• 5.1.3 测试序列
• 5.2 实验方案
• 5.3 实验结果及分析
• 5.3.1 测试结果
• 5.3.2 测试结果分析
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 论文工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位发表论文和参加科研情况