高清实时编码器中帧间预测器的关键技术研究

【摘要】：随着通信领域的技术发展,视频通信的应用越来越广泛,视频信号的数据量也随着视频分辨率的增加而急剧增加。与之相应,视频编码技术也快速发展,历经多代视频编码标准,视频编码的压缩率成倍提高,而算法复杂度也成倍增加。然而在高清实时编码领域,由于算法特性与编码器硬件资源的制约,编码器不能实现编码标准所允许的所有编码工具,导致实际编码增益与标准所能达到的最优增益存在较大差距。为了提升实际编码增益,本文以视频编码器中资源消耗最多的帧间预测器为研究对象,研究其设计中的若干关键技术和关键基础模块。另一方面,不同标准相互竞争,标准更新换代需要一个过程,这些情况造成了现阶段多标准并存的现实,因此对不同标准具有良好通用性的算法和结构更加具有实用价值。基于这一背景,本文的研究同时考虑算法和结构对不同标准的适用性问题。 根据多个视频编码标准的混合编码算法的特点,本文提出了对多个标准都具有良好适用性的编码器整体框架结构。基于该整体结构,本文对帧间预测器的若干关键技术进行了深入研究。针对运动估计算法选择问题,本文建立了VLSI结构中快速搜索类算法和全搜索类算法的“资源供给-处理能力”关系模型,为运动估计的算法选择提供指导。针对最优运动矢量选择问题,本文提出了一种新的、适合VLSI结构实现的块匹配度量,基于该度量的块匹配代价计算单元与传统设计相比,能节省近50%的面积资源消耗,同时该度量的引入依然保持了良好的编码增益。基于所提出的新的块匹配度量,本文设计了新的全零块预检测算法,相比于已有算法,新方法的全零块检测率提高了20%-30%。而在色度亚象素插值方面,本文基于迭代和中间数据共享的思想,提出了一种高速插值器,使得实现相同处理能力时,插值器的面积资源消耗减少了约48%。 本文这些新技术的提出,能有效减少帧间预测器的资源消耗,提高其处理能力,使编码器在相同资源约束下能够实现更多编码工具,为进一步提高编码增益做出了贡献。