视频编码中的运动估计算法研究与并行化实现

论文摘要

由于运动估计算法作为现在视频压缩的主要技术,在实现视频高压缩率方面起到重要作用,但由于其计算复杂度的影响,严重限制了其在实时视频编码领域的应用,因此对运动估计算法的研究具有重要的研究价值和广泛的应用前景。随着高质量视频应用在可视电话、会议电视、安全监控、高清晰度电视等领域的扩展,使得快速运动估计算法的研究具有重要的实际应用价值。国内外对快速运动估计算法的研究成果较多,主要采用的技术包括,起始搜索点预测技术、设定提前终止阈值技术、减少不必要参考帧使用技术等。这些技术的使用降低了运动估计算法的计算复杂度。目前,虽然已经有很多快速的运动估计算法提出,但运动估计算法仍有进一步优化的空间。本文针对X264编码器中UMHexagonS算法的不足,提出了3个方面的改进。这些改进分别是去除原点重复检测、改变运动搜索策略和动态调整搜索窗大小。测试结果表明,对算法中的3个不足进行改进之后,算法在图像客观质量和编码后码率基本保持不变的情况下,编码速度有8.223%-16.063%的提高。在编码H.264/AVC标准中的一个宏块区域时,需要依次进行多种模式的运动估计,以及X264在实现时的特点。对此本文设计了一种可并行执行的程序框架,并分别利用OpenMP技术和Windows多线程技术实现。测试结果表明,设计的并行结构相比串行结构,在对编码质量和编码后码率影响不是很明显的情况下,编码速度有14.208%-40.984%的提高。如果关闭X264中已有的多媒体指令集加速,编码速度则有32.757%-53.089%的提高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 运动估计研究现状
• 1.2.2 H.264/AVC并行编码研究现状
• 1.3 研究意义
• 1.4 论文组织结构
• 第2章 相关知识介绍
• 2.1 视频压缩的基本原理
• 2.1.1 预测编码
• 2.1.2 变换编码
• 2.1.3 熵编码
• 2.2 H.264/AVC标准介绍
• 2.2.1 H.264/AVC的结构
• 2.2.2 H.264/AVC主要编码技术
• 2.2.3 帧内预测
• 2.2.4 帧间预测
• 2.2.5 变换和量化
• 2.2.6 环路滤波
• 2.2.7 熵编码
• 2.3 多核平台介绍
• 2.4 多线程程序设计工具
• 2.5 本章小结
• 第3章 运动估计算法介绍
• 3.1 运动估计的定义
• 3.2 运动估计的分类
• 3.3 匹配准则
• 3.4 基于块的运动估计算法介绍
• 3.4.1 全搜索算法
• 3.4.2 菱形搜索算法
• 3.4.3 六边形搜索算法
• 3.4.4 非对称十字型多层次六边形格点搜索算法
• 3.5 本章小结
• 第4章 运动估计算法改进
• 4.1 X264中UMHexagonS算法描述
• 4.2 X264中UMHexagonS算法优化分析与实现
• 4.3 对比实验
• 4.3.1 测试环境
• 4.3.2 起始点预测改进测试
• 4.3.3 搜索策略改进测试
• 4.3.4 搜索窗口大小改进测试
• 4.3.5 所有改进集成测试
• 4.4 本章小结
• 第5章 运动估计算法并行化
• 5.1 运动估计可并行部分分析
• 5.2 运动估计并行部分实现
• 5.3 对比实验
• 5.3.1 测试环境
• 5.3.2 OpenMP并行测试
• 5.3.3 Windows多线程并行测试
• 5.4 两种并行方式分析对比
• 5.5 本章小结
• 第6章 结束语
• 6.1 工作总结
• 6.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢