视频编码中运动估计算法研究

【摘要】：随着数字电视、网络视频流和DVD技术的广泛应用，视频压缩已经成为广播和娱乐媒体的最基本的组成部分，数字视频的普及又大大推动视频编码研究的发展。近年来国际电信联盟(ITU)和国际标准化组织(ISO)提出了一系列的视频编码的国际标准，如MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4、H.263及H.264等等。这些标准采用的都是基于“运动补偿+DCT”的方案。为了去除图像序列中的时间冗余，需要在参考帧中找出当前宏块的对应块。运动估计(ME)及运动补偿(MC)技术可以有效的减少时间相关性，因此该技术被广泛应用于各种视频压缩编码方案中如MPEG和H.26x。运动估计是编码器中计算复杂度最大的地方，也一直是视频压缩领域的研究热点，因此，运动估计的速度和准确性对于缩短编码时间、提高编码质量是很关键的。 本文首先对视频编码的原理和基本概念进行了简单的阐述，然后介绍了当前应用较广泛的视频编码标准，这一部分是整个论文主要研究内容的理论基础。 论文第二部分主要讨论了运动估计技术，主要针对块匹配运动估计法，介绍了块匹配法的原理、匹配准则，详细的研究了几种重要的快速搜索算法，通过实验，对这几种算法的估计性能进行分析比较，并给出比较结果。 论文第三部分在对一些常见的运动估计算法进行比较分析后，针对一些快速估计算法过早确定了搜索方向，容易陷入局部最优，损失了搜索精度的情况，从找出相邻块的运动矢量的相关性出发，从而得到当前块的起点预测方法。在该起点预测方法的基础上，针对菱形快速估计算法中对平滑运动块搜索点数过多的问题，提出了基于预测性运动向量的块匹配的快速搜索算法。实验结果表明，与单一的DS算法相比，该算法具有更好的搜索效果。 本文最后对自己所做的工作进行了总结，并指出存在的问题和下一步继续研究的思路。