基于快速运动估计算法UMHexagonS的改进和优化

在分析UMHexagonS算法的基础上,对UMHexagonS算法中的搜索长度进行改进,提出用自适应的动态搜索窗口代替固定的搜索窗口,同时针对它在高效的起点预测后陷入搜索冗余的可能,引入了调节因子,用于提前终止判断。实验结果表明,改进的算法在不影响图片质量的情况下,可以较少10～30%的运动估计时耗,提高编码的实时性。     

H.264中UMHexagonS运动估计算法的改进

针对H.264中UMHexagonS算法进行研究,提出了改进的快速运动估计算法。首先对UMHexagonS算法中的固定搜索窗口、非对称十字搜索、5×5的小矩形螺旋搜索、非均匀多层次六边形格点搜索和扩展的六边形搜索进行研究;然后提出了相应的减少搜索点数的优化算法,这些优化算法分别称作动态搜索窗口、自适应十字模型搜索、方向性的3×3小矩形搜索、基于预测方向的密集搜索和改进的扩展六边形搜索,这些优化算法形成了自适应模型方向搜索(APDS)算法。对各种类型的测试序列进行实验,与UMHexagonS算法相比,结果表明APDS算法在重建视频质量和码率基本相当的条件下,运动估计时间平均减少了29.64%,每形成一个运动矢量平均节省搜索了21.64个点数;     

基于运动信息自适应的快速运动估计算法

UMHexagonS是H.264视频编码标准中所采用的快速整像素运动估计算法,但在许多实时场景的应用中,该算法还明显存在搜索点数过多、搜索速度较慢的缺憾,急需进一步的改进和优化。在UMHexagonS算法的基础上,提出一种基于运动信息自适应的快速运动估计算法。使用动态搜索窗为不同尺寸的块自适应地分配预测搜索窗;根据当前块的运动剧烈程度选择运动类型自适应的搜索方案;通过分析实际运动序列水平、垂直方向的偏向特性依次采用带方向的十字型搜索和自适应的矩形—菱形搜索;利用预测运动矢量的方向信息采用自适应的多层次八边形区域搜索;并依据块的尺寸大小采用自适应的六边形搜索。实验结果表明,本文算法相比于UMHexagonS算法而言,图像的峰值信噪比(PSNR)平均提高了0.0125 dB,同时运动估计时间减少了13%32%,其场景自适应能力和实时性能都得到了很大的增强。     

H.264运动估计算法UMHexagonS的斐波纳契数列优化

针对H.264运动估计算法UMHexagonS搜索步长和搜索模板中存在的使用固定搜索步长和搜索点冗余的不足,结合斐波那契数列和中心偏置特性对其进行改进。新算法使用斐波那契数列的递进关系确定UMHexagonS算法的搜索步长,其次删除UMHexagonS算法中存在计算冗余的搜索点,最后结合中心偏置特性对UMHexagonS算法的大六边形搜索模板进行了修改。实验结果表明,新算法在保持UMHexagonS算法的比特率和峰值信噪比(PSNR)的情况下缩短了运动估计时间,并且随着图像像素、图像复杂度和搜索范围的提高,运动估计时间越来越短。新算法在搜索范围为64的情况下,平均缩短了23.82%的运动估计时间。     

基于UMHexagonS的运动估计算法优化

针对UMHexagonS算法冗余搜索的问题,使用大十字搜索判定结果,改进原有的运动估计算法。改进算法判断最优点可能分布区域,使用相应改进搜索模板搜索,降低搜索点个数,达到避免冗余搜索的目的,提高运动估计搜索效率。在多组视频序列中测试,图像质量相近情况下,改进算法比UMHexagonS算法有了显著的提高。特别是在剧烈运动的视频序列中,改进算法比UMHexagonS算法的运动估计时间减少了45.78%,编码耗时缩短了34.97%,比EPZS算法运动估计时间减少了35.25%,编码耗时缩短了25.45%。     

一种利用预测运动矢量改进的H.264快速运动估计算法

针对H.264标准推荐使用的快速运动估计算法——非对称十字型多层次六边形格点搜索（Unsymmetrical cross multi-hexagon grid search, UMHexagonS）算法搜索速度慢的问题,提出了一种改进算法。在起始搜索点的预测环节,建立预测矢量集,并根据预测矢量集的长度信息决定后续的搜索策略;在全局搜索环节,利用预测运动矢量之间的相关性适当跳过某些搜索步骤,并更换一些搜索模板;并且,根据整数变换和量化的特性检测全零系数块,提前终止运动估计过程。实验结果表明,在量化步长为28时,本文算法比UMHexagonS算法平均减少了34.80%的运动估计时间,同时编码性能基本不变。该算法在不同量化步长的条件下能够适应不同运动强度的视频序列,是一种适合H.264的速度快且性能好的快速运动估计算法。     

自适应的动态搜索范围运动估计算法

为更加有效地提高运动估计速度,提出一种自适应动态搜索范围运动估计算法,从后续快速运动估计算法的运动矢量预测集中自适应地选择与当前编码块相关性最强的运动矢量预测值作为搜索范围的中心点,根据预测集中运动矢量预测值的大小、方向自适应地决定水平、垂直及正负方向的非对称搜索范围。将该算法融合到UMHexagonS和FFS算法中进行广泛的实验测试,结果表明其能在基本保持重建图像质量的同时,至少分别减少运动估计运算量的22.13%和76.57%。     

一种自适应的十字型六边形格点搜索算法

论文针对H.264/AVC运动估计的特点及运动矢量的统计特性,提出一种上下文自适应的十字型六边形格点搜索算法(CACH),它依据相邻块间运动矢量相关性,判断当前块的运动剧烈程度,选择从不同的阶段开始进行搜索;它根据搜索块不同的形状,选择不同十字形进行搜索.该算法结合简单六边形搜索和UMHexagonS算法的优点,达到很好的编码速率和编码效率的平衡.     

一种H.264/AVC中的快速运动估计算法

在UMHexagonS算法的基础上,最新的H.264/AVC视频编码采用一种简单、有效的混合快速运动估计算法。该文介绍一种新的快速搜索算法,初步研究和分析其综合性能的优越性,并提出改进策略,如增加终止搜索的判定、进一步划分运动类型、采用自适应的方向性搜索模板。实验结果表明,改进的策略能减少“简化UMHexagonS算法”8%~30%的搜索时间,而码率和率失真性能的变化可以忽略不计,对一些特殊序列,率失真性能略优于“简化UMHexagonS算法”。     

UMHexagonS算法的优化研究

视频编码标准H.264已经正式采纳了UMHexagonS算法作为整像素的快速运动估计算法。文章对UMHexagonS算法进行了介绍,对其特点进行详尽分析后,提出了一种改进方法,即在预测起点处增加一个内容自适应的中止搜索阈值判断,以判断是否可立即结束搜索。模拟实验表明,相比原算法,在基本保持了原算法的的编码效果,还明显减少了搜索点减少了运动量,从而节省了编码时间。     

Dynamic initial search pattern defined on Cartesian product of neighboring motion vectors for fast block-based motion estimation

Block-based motion estimation is widely used in video compression for reducing the temporal data redundancy. However, it is still a main problem to effectively reduce the computational complexity of motion estimation. The median predictor is usually used for initial search center prediction, however it is not always accurate enough, especially for fast motion sequences. In this paper, a novel dynamic initial search pattern algorithm for fast block-based motion estimation is proposed. Based on the observation that the components of the current motion vector are very similar to the corresponding components of its neighboring motion vectors, Cartesian product of neighboring motion vectors is introduced to generate the proposed dynamic initial search pattern (DISP). And then the cross search pattern is employed to search for the best matching block. The number of search points of the proposed DISP is adaptive to the neighboring correlation of the current block. In fact, the proposed DISP can be considered as a generalization of median prediction scheme and it performs better in capturing the best matching block than median prediction. Experiment results show that the proposed DISP method with small cross search pattern can save about 1.71 search points on average compared with adaptive rood pattern search (ARPS) algorithm and can achieve the similar PSNR to full search (FS) algorithm by combining large cross search pattern.     

基于H.264的快速运动估计算法

H.264视频编码采用UMHexagonS运动估计算法,在此基础上提出了一种新的快速搜索算法。该算法在预测起始点处又增加了一个自适应的阈值判断,来判断是否可以立即停止搜索。对于不同的块类型,采用不同的搜索模板,保证搜索精度与速度的一致性。实验结果表明：改进算法与原算法相比,搜索时间减少了7%~43%,而码率和信噪比几乎不变。     

AVS分像素运动估计优化算法

针对AVS分像素运动估计的问题,提出一种优化的估计方法。包括分像素自适应提前中止算法和改进的分像素内插方法。该方法能降低分像素运动搜索的内插复杂度和搜索次数,适用于DSP、FPGA等嵌入式平台的实现。实验结果表明,在保证图像质量的前提下,该算法的总体运算复杂度降低了70%以上。     

基于方向自适应的运动估计混合模板搜索算法

提出了一种基于方向自适应的运动估计混合模板搜索算法。该算法利用了运动矢量的时空相关性,对搜索起点进行预测,与仅利用空间相关性预测起点相比,提高了搜索的 准确性;然后通过自适应阀值静止块判定技术,对静止块直接中止搜索,解决了常量阀值静止块判定技术仅适应于某种特定序列类型的缺点;最后根据运动类型自适应选择采用小 菱形、六边形-小菱形或方向十字-小菱形搜索策略,解决了单一搜索策略模式下,不能兼顾视频压缩图像质量和速度的局限。实验表明,提出算法与H.264标准提供的UMHexagonS算 法相比,在保证编码质量的前提下,大大降低了运动估计时间,提高了编码效率。     

基于运动矢量空间相关性的H.264分像素运动估计

随着整像素运动估计快速算法的发展,分像素运动估计的计算量在运动估计中所占比重越发明显。为了减少分像素运动估计的计算量,提出了一种利用运动矢量空间相关性来预测整像素运动块,对整像素运动块进行分像素搜索过程跳过的分像素运动估计方法。实验结果表明,该算法与全分像素搜索算法结合使用,在基本保持搜索精度不变的情况下,比单纯的全分像素搜索算法减少60%左右的分像素搜索点。该算法可与其他快速分像素搜索算法结合使用,以获得更好的编码性能。     

快速运动估计UMHexagonS算法的探讨与改进

视频编码标准H.264已经正式采纳了UMHexagonS算法作为整像素的快速运动估计算法。该算法的运算量相对于快速全搜索算法可节约90%以上,同时能保持较好的率失真性能。文章对UMHexagonS算法进行了介绍,对其特点及造成其独特优越性能的原因进行了初步分析,并提出了一种改进方法,即在预测起点处增加一个内容自适应的中止搜索阈值判断,以判断是否可立即结束搜索。模拟实验表明,相比原算法,改进后的算法明显减少了搜索点数,并保持了原算法率失真特性良好的特点。     

自适应选择编码模式的快速运动估计算法

针对目前运动估计算法中分割块选择与阈值造成的算法搜索冗余现象,提出一种自适应选择编码模式的快速运动估计算法。在阈值的选取上通过提出自适应的阈值选取方式,来提高算法的搜索精度。而在模块的选取上,则是通过结合视频图像的空间相关性与运动特性来对其进行择优,并采用几种搜索模板来对分割块进行搜索,进而降低运动估计模块的计算复杂度。实验结果表明,该算法能够在得到与全搜索算法相近重构图像质量的情况下减少97%的运算时间。     

一种块匹配的快速运动估计算法

为了减小运动估计算法的计算复杂度及提高视频压缩编码的效率，提出了一种新的快速、有效的块匹配运动估计算法。该算法首先采用多步搜索策略，并利用相邻块的运动矢量来预测当前块的搜索起点，然后用梯度下降的方向来指导搜索方向，以节约计算资源，对于最佳匹配点所在区域，则采用菱形与正方形相结合的模板来进行精细搜索，以提高算法的搜索精度。实验结果证明，该算法在降低计算复杂度的同时，还能有效地保证搜索精度。     

AVS-M亚像素运动估计快速算法

针对AVS-M亚像素运动矢量搜索的复杂性,提出一种基于预测的亚像素运动估计快速搜索算法。算法通过分析亚像素候选点的匹配误差关系排除可能性小的点,保证了亚像素搜索的准确性。通过有效的搜索策略,对于不同运动特征的视频序列,在平均PSNR下降不超过0.01 dB的情况下,与亚像素全搜索算法相比,搜索点数减少65.25%~87.69%,与中心偏置亚像素搜索算法相比,搜索点数减少43.67%~67.38%,有效减少了亚像素运动估计的计算量。     

基于有效运动矢量识别的提前终止算法

为提高H264编码器中运动估计的速度,提出一种提前识别出有效运动矢量来简化运动搜索过程的快速运动估计算法。在统计分析四种预测运动矢量的预测准确率基础上,算法通过判别预测运动矢量之间的关系,有针对性地设置自适应阈值,从而较快识别出有效运动矢量,终止无效的运动搜索。实验结果表明,应用在UMHexagons算法和Simplified UMHexagons算法中,可以将运动估计时间分别节省19%60%和17%45%,且对图像质量和码率影响不大。