论文摘要
本文主要讨论视频压缩编码的运动估计与补偿技术,方块匹配方法(BMA)在非平移运动情况下的预测误差较大,同时占用编码器一半以上的运算量。本文首先讨论运动估计的快速计算方法,然后提出可变形块匹配算法(DBMA),提高运动估计的准确性。本文介绍了人眼视觉系统生理特性和视频压缩编码的理论基础,指出视频压缩的基本方法和运动估计与补偿的关键作用;介绍了视频压缩编码的系统结构,总结并比较现有的各种视频压缩编码标准,说明运动估计在实际编码系统中的使用方法及发展过程;分析真实场景的运动变化在二维图像上的参数表示方法,并概括介绍各种运动估计方法。为了降低现行系统中使用的BMA的复杂度,本文首先介绍几种有代表性的快速算法,全面总结了视频信号属性和运动场的分布特征,详细分析利用信号特征加快BMA的方法,在理论分析基础上提出自适应快速搜索算法(APFS),在相近预测质量的条件下比现行性能较好的H.264推荐算法平均减少约60%的搜索点数;提出误差曲面参数模型与搜索相结合的分数像素精度快速算法,减少约50%的分数像素精度估计运算量,实现了完整的快速BMA解决方案。本文也给出了实时转码系统的运动重估计方案,满足实际应用需要且复杂度极低。为了减小运动估计的预测误差,本文从根本上解释了BMA不能表示非平移运动的缺陷,引入基于节点位移的可变形块运动模型,给出预测精度高、运算量低且易于实现的节点位移搜索算法(NS-DBMA),有效减小预测误差。在NS-DBMA基础上,提出了快速计算方法、整数实现方法、双模式混合估计方法、分数像素精度预测方法、六边形搜索方法等改进算法,进一步降低DBMA的实现难度并提高预测精度,整个过程都以整数加法和移位运算实现,适合应用于实际编码系统。测试结果表明,综合各项改进的方法的DBMA的运算量相当于全搜索BMA的16.5%,可将预测图像质量提高3.79dB,在实际编码系统中也可以得到1.2dB的性能提升,具有广泛的应用前景。
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摘要ABSTRACT第一章 绪论1.1 视频压缩编码概述1.2 视频压缩基础1.2.1 人眼视频系统的生理特性1.2.2 视频信号表示1.2.3 经典信息论1.3 运动估计与补偿的发展和现状1.4 论文的研究内容和组织结构第二章 视频压缩编码系统与标准2.1 视频压缩编码的系统结构2.1.1 输入单元2.1.2 运动估计和运动补偿单元2.1.3 编码模式控制单元2.1.4 正交变换和量化单元2.1.5 游程编码单元2.1.6 熵编码单元2.1.7 环路滤波单元2.1.8 输出缓存与码率控制单元2.1.9 编码流程2.2 视频压缩编码标准2.2.1 H.120 标准2.2.2 H.261 标准2.2.3 H.263 标准2.2.4 MPEG-1 标准2.2.5 MPEG-2 标准2.2.6 MPEG-4 标准2.2.7 H.264 标准2.2.8 AVS 标准2.2.9 VC-1 和其它编码标准2.3 视频压缩系统的性能评价2.4 视频压缩系统的比较2.4.1 H.26x 性能比较2.4.2 MPEG-x 性能比较2.4.3 MPEG-4、H.264 和 AVS 性能比较2.5 小结第三章 视频运动模型与估计方法3.1 摄像机投影模型及其运动方式3.2 物体运动模型3.3 场景模型3.4 二维运动模型3.4.1 平移运动模型3.4.2 仿射运动模型3.4.3 双线性运动模型3.4.4 伪透视运动模型3.5 运动估计方法3.5.1 全局运动估计3.5.2 像素运动估计3.5.3 区域运动估计3.5.4 方块运动估计3.5.5 网格运动估计3.5.6 可变形块运动估计3.5.7 多分辨率运动估计3.5.8 各种运动估计方法的比较与应用3.6 小结第四章 方块匹配的运动估计算法4.1 方块匹配算法4.1.1 匹配准则4.1.2 搜索范围4.1.3 估计精度4.1.4 搜索算法4.2 快速方块匹配算法介绍4.2.1 连续排除法(SEA)4.2.2 三步搜索法(TSS)4.2.3 菱形搜索算法(DSA)4.2.4 非对称十字多层六边形搜索(UMHexagonS)4.2.5 快速 BMA 的性能比较4.3 快速BMA 的总结和分析4.3.1 误差曲面的单峰分布特性4.3.2 MV 中心分布特性4.3.3 MV 的时空相关特性4.3.4 预测子性能分析4.3.5 搜索点阵性能分析4.3.6 阈值分析4.4 一种改进的快速 BMA4.4.1 算法描述4.4.2 测试与分析4.5 分数像素精度运动估计算法4.5.1 完整邻域模型4.5.2 5 点邻域模型4.5.3 测试结果4.6 转换编码器的运动估计技术4.6.1 码率转换中的运动估计4.6.2 标准转换中的运动估计4.6.3 分辨率转换中的运动估计4.6.4 转码系统介绍与测试结果4.7 小结第五章 可变形块匹配的运动估计算法5.1 平移模型的不足和改进方法5.1.1 BMA 的局限和不足5.1.2 重叠块运动补偿算法(OBMC)5.1.3 环路滤波5.1.4 可变大小块法5.1.5 可变形块法5.2 基于节点位移的可变形块运动模型5.3 基于梯度的可变形块匹配算法(GB-DBMA)5.4 基于节点搜索的可变形块匹配算法(NS-DBMA)5.5 可变形块运动估计的实现方法5.5.1 NS-DBMA 的快速计算方法5.5.2 NS-DBMA 的整数实现方法5.6 双模式混合估计方法5.7 可变形块匹配的几项扩展5.7.1 分数像素精度预测5.7.2 六边形搜索的可变形块匹配算法(HS-DBMA)5.8 测试与分析5.8.1 BMA 与DBMA 性能比较5.8.2 NS-DBMA 的性能改进测试5.9 DBMA 在实际编码系统中的应用5.10 小结第六章 总结和展望参考文献发表论文和参加科研情况附录致谢
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