基于块匹配的运动估计算法研究和优化

为了克服视频编码中运动估计运算量大的困难,对HBS和MVCB算法进行了深入讨论;并利用自适应静止块检测准则和基于运动相关性自适应的初始搜索点预测方法,实现了对MVCB算法的优化,减少了算法的搜索点数,有效提高了,搜索速度.实验表明,在保证图像质量的前提下,改进后的算法平均搜索点数比HBs和MVCB算法分别下降了 48%和29%.     

运动估计UMHexagonS算法的分析与优化

运动估计作为新一代视频压缩编解码标准H．264中的关键技术之一,因其巨大的计算量而成为了研究重点。该文针对非对称十字型多层次六边形格点搜索算法的不足之处提出了两个优化点,并引进了基于矢量分布的搜索模板以及螺旋子集匹配误差法,然后把优化后的算法集成到了H．264的参考模型JM10．1中。对优化后的算法进行实验后表明,在保证视频质量及编码速率几乎不变的条件下,编码耗时及运动耗时分别节省了10．683％和16．240％。     

针对样品视频的H.264/SVC的快速运动估计算法

针对应用于电子显微镜等大型科学仪器样品图像远程实时传输的H.264/SVC,提出了一种基于自适应搜索范围的快速运动估计算法。根据宏块的空间和层间相关性,将基本层及增强层宏块分类,以宏块运动向量残差为基础,针对不同类型宏块,在水平和垂直方向上设计了自适应搜索范围算法。并针对匹配块搜索过程和帧间预测过程分别设计了提前退出算法。对不同仪器样品视频的测试表明,该算法与参考软件JSVM9.17的快速搜索算法相比,在PSNR和比特率保持相近的情况下,编码时间大约可节省52%～68%,搜索点数大约可降低81%～95%。     

运动估计中的一种前处理算法

为降低视频编码中运动估计的算法复杂度,提出一种针对运动估计的前处理算法.该算法首先通过前两帧来对当前帧的矢量分布进行预测,并对大概率的运动矢量进行优先估计,使得一部分宏块的运动估计工作在前处理过程中完成,并且这些宏块的运动矢量需要的搜索点数仅为一次,因而该算法显著地提高运动估计的效率.理论分析结果表明,算法针对视频序列中的运动矢量中心偏置分布特性非常有效.把该算法分别应用于三步搜索(TSS)以及菱形搜索(DS)等算法中的实验结果表明,本算法在保持与以上算法相当的绝对误差的条件下能够大幅度降低平均搜索点数,使得运动估计的计算复杂度有了显著的降低,从而进一步降低整个视频编码的计算复杂度.     

多视点视频编码中的运动和视差估计快速算法

针对多视点视频编码复杂度高的问题,提出一种基于分层B帧视点-时间预测结构的运动和视差联合估计快速算法.利用参考帧图像和当前编码图像的运动矢量及视差矢量之间的几何关系,设计可靠的预测矢量作为搜索起始点,并分别在不同方向的参考帧内进行小范围的运动补偿以得到最佳运动和视差矢量.该方法由前一次运动/视差估计得到候选矢量来进行下一次视差/运动估计,只需1次搜索过程就能同时确定最佳运动和视差矢量.实验结果表明,该算法与JMVM全搜索算法相比,能在保持编码质量的同时,节省87.69%的编码时间.     

用于视频编码的改进的逐次消除算法

与以往的各种视频编码标准相比,H.264视频编码标准在编码效率上获得了相当大的提高.但这是以提高编码的计算复杂度为代价的,其中运动估计的计算复杂度最大.提出一种适用于全搜索的改进的逐次消除算法,它能够有效地消除运动估计过程中的无效搜索点,加快运动估计的速度.试验结果表明:无效搜索点的消除率最大能够达到98%,而率失真性能无损失.     

HEVC帧间快速运动估计及计算复杂度分析

为了降低高性能视频编码标准中帧间运动估计的高计算复杂度,提出了一种基于运动矢量相似性的运动估计快速终止算法.该算法利用视频序列中同一个对象的运动矢量相似性,对当前编码单元的分割方式进行了选取,提前终止了部分可能性较低的复杂分割模式的运动估计.结合运动相似区域的编码单元,在分解后的下一递归深度中对小块预测单元划分的运动估计进行了裁减.实验结果表明:所提方法与高性能视频编码标准参考代码中的标准算法相比,在低延时编码配置下,编码时间和峰值信噪比分别降低了41.79%和0.052dB.随机访问编码配置下,编码时间和峰值信噪比分别降低了41.98%和0.041dB.运动估计的计算量减小,计算复杂度降低.     

面向H.264的多级自适应快速整像素运动估计算法

为了减少运动估计计算量,提高视频编码效率,提出了一种多级自适应快速整像素运动估计算法。首先,根据前一帧的帧级运动强度和当前块预测运动矢量(PMV)分别预测帧级和宏块级搜索范围,取其中最小值作为最终搜索范围。其次,根据宏块级运动强度,将宏块分为低、中、高三种运动强度类型,针对不同的类型自适应选择钻石、改进的六边形、UMHexagonS算法模板。然后,根据宏块运动矢量方向性,对高运动强度类型宏块采取方向自适应搜索策略。最后,对UMHexagonS算法进行了改进。实验结果表明,本文算法比FFS、UMHexagonS、EPZS算法分别平均减少了70.290%、19.124%、14.113%的运动估计时间,而峰值信噪比基本不变且码率增加较少。     

一种低资源消耗的运动估计VLSI实现算法

现有的VLSI(verylarge scale integration)视频编码芯片多使用全搜索运动估计(ME)方法,且没有搜索中心偏移(CB)的并行实现方法。本文提出一种适合VLSI的H.264、AVS CB并行搜索方案,减少搜索点数量,降低逻辑资源的消耗,并且使用预测高概率区域的方法,保证ME精度。实验表明,本方法具备较好的率失真性能。在现场可编程门阵列(FPGA)平台上实现了本算法,逻辑综合的数据表明,硬件资源消耗降低了64%。本算法可应用于标清和高清电视(HDTV,hign-definition television)视频编码器。     

全零检测的部分失真搜索运动估计算法

针对视频编码中运动估计过程计算复杂的问题,提出一种快速运动估计算法.在运动估计过程中,采用部分失真搜索算法,减少失真计算量,同时结合全零检测策略,在进行部分失真搜索过程中,通过对视频编码中量化后的DCT系数全零块进行预先判断,提前终止搜索,进一步减少搜索计算量,从而提高运动估计效率.实验结果表明,对局部微小变化的图像序列,算法对图像质量影响较小,算法搜索速度提高明显,对于局部变化较剧烈的图像序列,算法在保证图像序列质量的情况下,也能够在一定程度上提高搜索速度.     

基于背景差分法的电网巡检运动目标检测技术

针对无人机对电网巡检过程中移动镜头下的目标检测问题，采用背景补偿与背景差分法实现了动态场景下的目标检测.建立了全局运动矢量模型，并利用SIFT特征点提取和匹配技术，完成了视频图像的特征点匹配，实现了移动镜头下的背景补偿.通过降维和局部匹配方式对SIFT特征点提取和匹配技术进行优化.结果表明，优化后的特征向量生成时间是原来的30%～40%,与经典SIFT算法相比，提取特征点的总时间是原来的30%～50%,该方法能准确检测运动目标并排除干扰.     

DMVC中基于图像配准的空域边信息重建算法

针对分布式多视点视频编码系统,本文利用视点间存在的固有的对极几何关系计算空域边信息。在此过程中,所得的对极几何的准确度直接影响边信息的质量以及边信息计算中运动搜索范围的大小。为了更准确的估计视点间的对极几何关系,本文提出了基于图像配准的匹配点对优化算法,在对特征点对进行坐标优化调整的同时,剔除了部分相关性小的匹配点对,提高了其匹配精度。将本文的算法所得到的视点间对极几何关系用于分布式多视点视频编码系统中计算空域边信息,并对系统仿真测试。实验结果分析表明：加入了本文提出的特征点对优化算法后,直接通过在对极线上搜索所获取的边信息质量提升超过了2dB;若将搜索范围往对极线垂直方向上扩张,在保持相似重建质量的前提下,基于本文算法的搜索复杂度降低到原来的10%-20%;与同等条件下的MCII算法相比性能提升约0.2~0.7dB。     

H.264到HEVC的低复杂度视频转码算法

针对H.264视频转码为下一代压缩标准高效电视编码（HEVC）视频过程中耗费大量时间的问题,提出一种低复杂度的视频转码算法.该算法充分利用H.264压缩视频流中包含的信息,基于图像复杂度和编码比特数之间的关系对每帧图像进行编码复杂度分析,并根据分析结果决定编码树单元的搜索深度范围;基于HEVC码流中Skip模式与H.264码流中各种模式的映射关系对Skip模式进行提前判决,通过对编码比特数的统计分析快速选择预测单元的对称与非对称分割模式;依据运动矢量的相似性,优化了HEVC运动估计过程中预测单元的搜索起点和搜索范围,进一步减少了转码过程的计算量.实验结果表明：该算法与参考算法相比转码速度获得了大幅提高,同时还保持了几乎相同的率失真表现.     

带有模式选择的快速运动估计算法

为了减少视频编码标准H.264运动估计模块的计算复杂度，提出了一种带有模式选择的快速运动估计算法.基于编码块模式最终选择结果的统计分析，讨论了图像特征与模式选择之间的关系，得出大块模式选择的比例远高于小块模式.采用运动估计块匹配过程中得到的中间结果绝对值误差和（SAD）与运动矢量，分别给出了三条模式选择准则.将运动估计的直接搜索过程改进为先进行编码块模式判断，再进行选中块匹配搜索过程.实验结果表明，与全搜索算法相比，该算法平均搜索时间明显减少，同时保持了非常近似的解码图像质量和编码码率，保持了多模式运动估计的优点.     

H.264标准在视频监控系统中的应用

针对H.264的编码特性,选择了编码代价最小的帧间编码模式,通过改变搜索范围来优化多帧运动估计。实验结果验证,该编码算法可以平均节省H.264编码时间的30%。     

基于运动特性的帧间预测模式快速选择算法

高效视频编码（High Efficiency Video Coding,HEVC）大部分编码时间消耗在帧间预测,为了缩短编码时间,本文提出了一种基于CU （Coding Unit）块运动特性的帧间模式快速选择算法。首先,运用本文定义的运动特征对帧间预测模式分类;然后让CU进行尺寸N×N的帧间预测,获取子PU （Prediction Unit）块运动矢量,根据4个运动矢量的关系确定当前CU块的运动特性;最后通过运动特性确定要遍历的帧间预测模式,从而实现快速编码算法。实验结果表明,与HM16.15相比,本文提出的算法在低时延和随机接入配置下分别降低了31.6%和27.4%的编码时间,而编码器的编码性能基本不受影响。     

一种计算复杂度可调整的块匹配运动估计算法

提出一种计算复杂度可调整块匹配运动估计算法,该方法综合传统三步法中收缩搜索策略和四步法及钻石法中步进搜索策略的优点,对于分散分布的运动矢量及聚中分布的运动矢量搜索都表现出良好的鲁棒性．搜索模式的规整性也使得该算法的VLSI结构设计比以往的算法实现更加简洁,通过对搜索步数和块匹配中降采样率的控制,实现了对运动估计计算复杂度的调整,从而可在计算复杂度与图像处理质量之间折中．该特征为视频编码系统整体的低功耗设计提供前提条件,适用于低复杂度低功耗视频编码器．     

基于改进期望最大化算法的分布式视频编码

目前,分布式视频编码（DVC）由于具有低复杂编码特性而成为视频编码领域的研究热点。DVC中,边信息性能对系统性能影响很大,一般而言,边信息性能越好,则整个系统压缩性能越好。本文研究了一种基于贝叶斯准则的期望最大化（Expectation Maximization,EM）边信息产生方法,并从运动搜索模板和初始概率模型两方面对EM算法提出了改进。实验表明,在几乎相同的率失真性能下,两种改进算法的学习时间分别缩短了30%和16%。     

H.264中运动估计算法优化及其在DM642上的实现

针对H.264标准的多模式运动估计和运动补偿算法编码模式复杂、计算量大的不足,通过对H.264参考模型JM中运动估计算法的分析,对算法进行了优化,利用DM642嵌入式系统的硬件特点,在存储器系统上实现其优化.实验结果表明:与参考模型JM的运行估计算法相比,提出的优化方法有效地降低了整个编码器的运行时间,在恢复质量(用峰值信噪比表征)平均下降0.05 dB、码速率增加不超过1.4%的前提下,编码速率提高35%～45%,表明了该算法在编码速度方面有明显的提高.     

基于H.264的内容自适应分数像素运动估计算法

分数像素精确运动估计的改进是整个运动估计模块优化的关键,本文提出了基于H.264的内容自适应分数像素运动估计算法。首先,提出基于平坦区域宏块预测的无效分数像素运动矢量(MV)搜索省略算法(SMBP);然后,改进H.264采用的基于中心的分数像素搜索算法(CBFPS),提出基于预测矢量的增强型菱形模板(EDSP)搜索算法。实验结果表明,内容自适应分数像素运动估计算法比分数像素全搜索算法(FFPS)在峰值信噪比(PSNR)有微小降低(0.095～0.209 dB)的情况下,平均减少了75.6%的分数像素搜索点,整个运动估计模块平均节省了38.5%的计算量。