视频压缩中的运动估计和码率控制算法研究

【摘要】：运动估计和码率控制是视频编码系统中的两大关键技术。运动估计算法被用来从已编码的参考帧得到当前编码帧的预测图像,去除视频序列中存在的时间冗余,其搜索速度和精度对于缩短编码时间、提高压缩比和提升图像质量有着重要影响。另一方面,为了在信道上传输压缩视频,需要码率控制算法通过改变编码参数来控制输出码率。同时,码率控制算法对于编码器稳定性的提高和图像质量的提升都起到重要作用。目前的运动估计和码率控制算法大多存在复杂性过高或图像质量不佳等缺点。为了解决这些问题并满足不同应用的要求,本文进行了相关研究。 本论文主要完成的工作如下: 为了满足实时视频通信和嵌入式系统的要求,针对目前大多数运动估计快速算法没有较好地解决算法复杂度和图像质量之间矛盾的缺点,提出了一种基于运动场预测的六边形块运动估计搜索算法。该算法结合“足够好就停止搜索”的思想和六边形搜索模式的高速特性,能快速找到匹配点。并且在块失真度量中使用改进的部分失真准则,进一步降低了算法复杂度。实验结果表明,和菱形算法(DS)、预测运动场自适应搜索算法(PMVFAST)相比,该算法的计算复杂度和搜索点数都有了明显下降;同时,它的图像质量要优于DS算法,和PMVFAST算法相比只有较小的下降。 为了满足对图像质量有高要求的场所的需要,针对大多数快速运动估计算法图像质量有较大下降且现有部分失真算法计算复杂度依然较高的缺点,提出了一种基于运动场预测的部分失真块运动估计搜索算法。该算法提出了一种可调的部分失真准则,并结合了运动场估计技术和中途停止技术,能快速找到匹配点。实验结果表明,它和正规化部分失真搜索算法(NPDS)、分级部分失真搜索算法(PPDS)相比,搜索速度分别加快了2～7倍和0.6～3倍,图像质量也有一定的提高。另外,该算法的图像质量和搜索速度是可调节的。 为了满足低码率视频编码系统的需求,针对支持感兴趣区(ROI)优先编码的码率控制算法存在的ROI提取算法复杂、码流分配不够科学的不足,提出了一种支持ROI优先编码策略的自适应码率控制算法。该算法提出了一种简单有效的ROI提取方法,并根据图像复杂度和运动信息给ROI和非感兴趣区(NROI)分别分配码流;对于ROI的编码范畴,推导出了高低码率的判断准则,使算法可以自适应地