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视频编码标准中运动估计技术研究

许晓中  
【摘要】: 进入二十一世纪,视频编码技术取得了重大的进步,以H.264/AVC标准为代表的新一代视频编码标准,在当前主要视频应用领域内,相对于已经得到广泛应用的MPEG-2视频编码标准,编码效率提升了一倍以上。在此基础上,近年来学术界和工业届的研究力量,继续将着眼点投向下一代视频编码技术的研究中,以期望在新的视频应用中进一步推动视频技术的发展。 在各个新近制定完成的视频编码标准以及目前正在进行的新标准的研究工作中,运动估计技术扮演了相当重要的角色。它是消除视频信号冗余,提高编码效率的关键技术之一。然而,实现该技术所需要的海量块匹配操作,也给编码器带来了极大的计算复杂度。正因为如此,针对运动估计技术的研究,始终是热点的研究课题。在以H.264/AVC为代表的新视频编码标准制定完成之后,许多基于该标准的优秀运动估计算法相继被提出,并达到了编码质量和编码速度的良好折中。然而,随着视频编码技术面向的应用领域不断拓宽,原有的运动估计算法,在不同的视频信源特性和新的编码条件下,可能在编码性能或编码速度上会产生较为明显的下降。 本论文通过对运动估计相关技术的深入研究,详细分析了运动估计的设计原理,并以此为基础提出了新的运动估计算法,以解决原有运动估计算法在新环境中性能下降的问题。首先,通过理论分析和实验证明,指出了原有运动估计算法在设计上存在的不足,并由此提出了一个自适应的提前截止阈值算法——UMHS,简单有效的解决了原有算法在不同量化参数和视频分辨率的编码条件下编码性能和编码速度不稳定的问题;其次,通过对自适应插值滤波器技术实现过程的分析,总结了两次编码过程中存在的计算冗余度,并提出了一种为自适应插值滤波器技术设计的改进的运动估计算法——POME,大大降低了该技术的额外实现复杂度;最后,在多视视频编码条件下,分析了视差估计区别于运动估计的的特殊之处,总结了视差产生的原因和分布规律,根据视差矢量分布的规律,提出了一种视间搜索范围大小预测算法——IUSWP,通过非对称搜索窗设计,极大程度地降低了进行视差搜索所需要的计算复杂度。


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