基于AVC/AVS标准高效运动估计硬件结构设计

在新一代高性能视频编码标准AVC和AVS中,为提高编码效率,运动估计采用了变尺寸块搜索、多参考帧、运动向量预测等新技术.这些技术成倍地增加了运动估计的计算复杂度.为满足运动估计高计算量需求,一个高效变尺寸块运动估计(VBSME)硬件结构被提出来.该结构采用两个时钟,慢速时钟用于I/O部件,快速时钟用于核心计算部件.并且采用细粒度级流水线实现方式,提高时钟频率和计算部件的流水线效率.针对图像尺寸为720×576的视频,在65×65搜索窗下,该结构最高每秒可以编码71幅图像.     

一种改进的帧内运动估计屏幕图像编码算法

为了进一步提高屏幕图像编码算法的编码效率,提出了一种多微块划分帧内运动估计算法MMPIBC(Multi-Mini-Partition Intra Block Copying).对大小为8x8的CU块,分别采用不划分模式(IBC模式)和划分成16个规则的1x4水平条模式(MMPIBC模式).在运动矢量搜索的过程中,一次搜索出最优的IBC模式对应的1DV(Displayment Vector)以及MMPIBC模式对应的16DV.MMPIBC模式与其它模式进行RD cost比较,将率失真性能较好的编码结果写入码流.实验结果表明,与HEVC相比,MMPIBC算法平均节省比特率4.0%以上。     

一种基于概率矩阵的快速运动估计算法

基于块匹配的运动向量估计算法已被多种国际视频编码标准所采用,但其计算复杂度一直是一个研究热点。为了提高运动向量估计算法的速度和精度,提出了一种新的基于概率矩阵的快速块匹配运动估计算法,该算法首先根据之前宏块的运动向量来估计当前宏块各可能的运动向量对应的概率值,以组成和搜索窗口同样大小的概率矩阵,然后依据概率大小限制搜索的次数,以平衡算法的速度和精度。仿真实验结果表明,和标准菱形搜索法相比,该算法在精度略有提高的同时,还有效地提高了搜索效率。     

基于滤波的运动向量的快速估计算法

基于块匹配的运动向量的估计算法被多种国际视频编码标准所采用,其计算复杂度一直是一个研究的热点。为了提高运动向量估计算法的速度和精度,从运动向量的均匀性出发,提出了一种由宏块分类、运动向量滤波和高效搜索中止准则等策略构成的运动向量场自适应搜索算法,从而实现了块运动向量快速而有效地估计。实验表明,本算法搜索速度接近N3SS和N4SS,而搜索效果方面优于MPEG-4最新推荐的快速运动估计算法PMVFAST和MVFAST。     

基于修正运动矢量的H.264帧间模式快速判决研究

H.264/AVC引入的可变块尺寸运动估计技术,使得帧间模式判决异常复杂.针对这个问题,提出了一个新概念-相邻宏块模式同构,并给出一种基于修正运动矢量的模式快速判决算法,通过找到当前编码块8×8模式方向和幅值趋近一致的运动矢量,进而修正运动矢量,以使较小块尺寸模式可扩展为较大块尺寸模式.实验结果表明,该算法在重构图像质量没有明显降低的前提下,大幅度提高了编码速度.     

一种基于Kalman滤波的4×4块运动估计方法

为了更加准确的估计运动矢量,提高运动补偿性能,提出了一种基于Kalman滤波的4×4块运动估计方法。该方法通过宏块内相邻子块的运动相关性形成基于4×4块Kalman滤波器,根据Kalman滤波器多子块预测自修正来自三步搜索(TSA)的16×16宏块级运动矢量值,从而估算出最优宏块级运动矢量值,有效的提高的运动估计精度。试验表明,特别是在运动较为剧烈和局部场景瞬时变化时,该方法比TSA和16-KF提供了一个更大的平均PSNR。     

H.264宏块选择的自适应算法研究

在视频编码的过程中,运动估计占据了举足轻重的地位.其性能优劣会在一定程度上决定了码流质量.采用16×16宏块能够提高压缩比,但容易产生方块效应,使用4×4宏块可以提高图像质量,但降低了压缩比。H.264视频压缩标准采用多模式运动估计,可以有效减少块匹配预测误差,但随着模式的增多,算法计算量成倍增加.为了克服这个困难,本文提出一种新的自适应的宏块划分和运动估计算法。这种分块算法在综合考虑图像本身特性在编码过程中,根据图像的各个部分运动程度不同而采用不同的分快策略,兼顾图像质量和处理开销。     

二值alpha平面辅助的视频对象快速运动估计算法

提出了一种任意形状视频对象的快速运动估计方法.详细分析了alpha平面在视频对象的快速运动估计过程中起到的指导性作用,采用边界扩展和边界掩码技术,提出了一种新的二值alpha平面匹配衡量准则WBAMC (weighted binary alpha-plane matching criterion).结合优先搜索策略,提出了二值alpha平面辅助的视频对象快速运动估计算法BAAME(binary alpha-plane assisted motion estimation),.首先,利用alpha平面和WBAMC准则,将边界宏块的搜索范围缩小至两个搜索起点的单调区域,再采用传统的快速运动估计算法确定其运动向量;然后,用边界宏块的运动向量预测内部宏块的搜索起点;最后,采用快速运动估计算法搜索内部宏块的运动向量.这种方法可与多种空间域和频率域运动估计算法相结合,有效地应用于基于对象的视频编码器中.实验结果表明,对于多种类型的标准测试视频流,BAAME算法始终能够保持较高的估计精度和主观质量,运动补偿的平均PSNR(peak signal-to-noise ratio)较DS(diamosd search)和PSA(pdoety search algorithm)(BAAS(binary alpha-plant assisted search) DS)高出0.1dB～0.SdB,略低于FS(full search),但是其计算复杂度与FS相比降低了20倍.     

符合H.264标准的一种基于内容的变尺寸宏块分割方法

提出了一种基于视频内容预分析的变尺寸宏块分割(CBVSBM)的实现方案,变尺寸宏块分割是H.264编码器端提供的重要编码工具。该方案根据每帧视频的内容,自适应地在自顶向下的变尺寸运动估计(TDVSBM)和自底向上的变尺寸运动估计(BUVSBM)两种变尺寸宏块分割算法(VSBM)间进行切换,从而结合了两种算法的优点。为了实现两种VSBM算法间的自适应选择,提出了一种简单而有效的基于STGS图的预判准则。理论分析和实验结果表明,该算法的运算复杂度低于TDVSBM和BUVSBM,而在视频质量上总是优于TDVSBM且与BUVSBM几乎相当。     

一种快捷的高精度运动估计方法

因为高清数字电视对图像质量有严格的要求,所以高清数字电视编码采用了计算十分复杂的高精度运动估计方法,而非快速的简单运动估计方法,这就导致了运动估计在视频编码中占用了很多的计算资源。提出了一种结合不同宏块运动特性的方法,以便自适应地选择高精度运动估计方法或简单运动估计方法。该方法通过改变宏块编码顺序与运动向量预测顺序的关系,在减少70%运算时间的情况下仍能保持与高精度方法相同的搜索精度。     

Fast multiframe motion estimation algorithms by motion vector composition for the MPEG-4/AVC/H.264 standard

The MPEG-4/AVC/H.264 video coding standard adopts various coding schemes such as multiple reference frames and variable block sizes for motion estimation. Hence, MPEG-4/AVC/H.264 provides gains in compression efficiency of up to 50% over a wide range of bit rates and video resolutions compared to previous standards. However, these features result in a considerable increase in encoder complexity, mainly regarding to mode decision and motion estimation. The proposed algorithms use the stored motion vectors to compose the motion vector without performing the full search in each reference frame. Therefore, the proposed algorithms can obtain an average speed up ratio of four for encoding, thus benefiting from the prediction of the motion vector for the reference frames in advance and maintaining good performance. Any fast search algorithm can be utilized to further largely reduce the computational load.     

MPEG-4在无线视频通信中的应用研究

通过对无线视频通信和MPEG-4的特点分析,提出适合无线视频通信的MPEG-4SP级编解码框架,对影响MPEG-4编码速度的两项关键技术：运动估计和DCT变换进行编码优化,以提高编码速度,对优化结果进行了验证,为MPEG-4编码器在移动通信设备上的实现建立一个研究的基础平台。     

基于SAD矢量合成的1/4像素精度运动估计快速算法

H.264作为新一代的视频标准,对基于块匹配法的运动估计做了新的改进。运动估计是视频编码过程中极其重要的一个环节,它的算法效率对整个编码效率有很大的影响。针对H.264标准中提出的1/4像素精度的运动估计,对其基本算法以及几种快速算法进行分析比较,并在此基础上提出了一种快速的矢量合成算法。实验结果证明,这种算法在提高搜索速度的同时,也保证了图像质量。     

一种基于MPEG-4纹理编码原理的信息隐藏算法

为了能够解决在MPEG-4码流中实现大容量信息隐藏这一难题,经过对MPEG-4标准的深入研究,提出了一种基于MPEG-4纹理编码原理的信息隐藏算法,通过对位于视频VOP边缘上的DCT编码块中不在VOP内的像素的YUV值进行填充,实现了信息在VOP运动纹理信息中的隐藏.实验表明,算法具有很好的透明性,同时隐藏容量也很可观.随着MPEG-4标准应用的日益广泛,算法在对MPEG-4视频流进行大容量信息隐藏的场合将有着很好的应用前景.     

基于HEXBS算法的运动估计器的设计

运动估计是视频压缩中最重要的环节。文中讨论了运动估计的基本原理,深入分析了HEXBS搜索算法及其特点与设计难点,设计了一种满足MPEG-4 SP@L1标准的全并行结构的高速运动估计电路,并通过FPGA验证,系统时钟频率达到30MHz,性能达到了实时编码的要求。     

嵌入式MPEG-4视频编码器的研究

论文介绍一种基于嵌入式ARM处理器的MPEG-4视频编码器方案。该方案采用嵌入式Linux操作系统,在FreescaleMXL硬件平台上实现MPEG-4simpleprofile视频编码子集。为提高编码效率,该方案从算法和结构两方面对编码器进行优化。首先利用处理器内嵌的多媒体加速器硬件实现DCT算法,并对运动估计、量化、半像素插值等关键部分进行汇编优化,然后提出一种基于运动矢量分布特征的半像素搜索算法,对半像素运动矢量搜索进行优化。对标准测试序列的试验表明该方案是可行的,对分辨率为QCIF的图像进行编码能够达到20fps以上的帧率。     

MPEG-4视频编码技术的研究及实现

通过对MPEG-4的特点和VOP编码原理及其关键算法的研究,提出了实现形状信息编码、运动信息编码、纹理信息编码的方法,针对运动信息编码、纹理信息编码这两种编码方式给出了流程图并进行详细说明,提出了MPEG-4编码技术中两种新的编码——可伸缩编码和Sprite对象编码。     

H.264中基于分裂与合并的宏块模式快速选择算法

H.264是目前最新的视频编码标准。同以往标准相比，一个明显的改进就是使用了多种宏块分块模式从而使运动估计更为精确。但是计算量非常惊人。虽然JVT采用了一个快速运动估计(FME)的提案能在码率和效果基本无变化的情况下极大地提高搜索速度，但计算量仍很大。该文提出了一个对基于分裂与合并的宏块模式快速选择算法，在8×8块搜索基础上先由运动向量剧烈程度决定合并或分裂，而对中间的运动向量推导出一个阈值来决定是否合并。实验证明该算法能在码率和效果基本不受影响的情况下极大地提高编码的速度。     

MPEG-4视频DCT量化模块的改进方法

在对MPEG-4视频编码DCT量化模块的分析和研究的基础上,对MPEG-4编码器提出了一种基于DCT域运动估计的改进方法。这种编码结构直接在DCT变换域中进行运动估计,不需要将DCT系数变换回空间域,因此它能有效地减少编码的运算次数和编码结构的复杂度,满足实时编码的要求。