h.264视频分区域编码与运动估计算法的.研究与优化

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1、大连理工大学硕士学位论文大连理工大学学位论文版权使用授权书本人完全了解学校有关学位论文知识产权的规定，在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于大连理工大学，允许论文被查阅和借阅。学校有权保留论文并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印、或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。学位论文题目：丝丝笙堑筮蒸垄丛』垒塑廛型丝丝篁垡丛三磕茎丝丝：作者签名：超兰垂羞日期：；迦2年j上月jZ-日导师签名：—弋墨殛q幺—一日期：——年——月——日大连理工大学硕士学位论文

2、1绪论1．1课题研究背景随着现代社会信息化程度的逐渐加深，数字信息技术已经广泛的应用在我们的日常生活中。伴随着数字信息技术的高速发展，人们对视频图像的需求也不断改变，随之也涌现出各种各样的视频服务。由最开始的视频电话，到后来的视频聊天，再到现在的网络电视，这些都体现了视频服务的变化过程和趋势。因为视频服务发展的瓶颈是有限的网络带宽和庞大的视频数据之间的矛盾，所以视频处理的发展方向也就变成了如何高效的压缩已获得的视频图像【l】。针对这种情况，20世纪80年后期以来，出现了众多有关图像编码的技术，包括用于压缩静止图像的JPEG标准、用

3、于电视／电话会议的国际标准H．261标准【21、用于活动视频图像压缩编码的MPEG．1标准【3】、MPEG．2标准【4】和MPEG-4标准【5】以及用于低码率可视电话的ITU．TH．263标准【¨】等。2000年以后，通信技术和多媒体压缩技术有了快速的发展，相继提出了一些更新的媒体压缩国际标准及其产业化应用方案，从而使得多媒体通信进入了一个崭新的阶段【s】。上面的这些视频编码技术虽然能在各自的适应领域获得比较好的效果，但是随着多媒体和通信技术的快速发展，它们已经不能满足人们日益增长的需求，传统的编码技术面临着新的挑战。现在人们往往

4、要求视频压缩后拥有更高的清晰度、更低的码率、更强的容错性。虽然随着超大规模集成电路的快速发展，现有计算机的计算能力和存储能力都大大提高，网络技术也日趋成熟，但是仍然无法满足视频应用的巨大数据量以及存储和传输的要求。改进现有的视频压缩标准和寻找更好的压缩方法也就有了更重要的意义。在现有的所有视频标准中，最成功的标准是MPEG．2，数字电视和DVD光盘都是采用该标准进行数据压缩的。但是由于该标准已经有十几年历史，现在其码率和视频质量都已经不能满足人们的要求。而在目前现有的所有视频标准中，H．264标准【9】最有可能成为新的主流视频标准

5、，它是由联合视频组ⅣT提出的最新视频标准。联合视频组ⅣT是由ISO的MPEG组织和ITU．TVCEG组织共同组建的，JVT的主要任务是将H．264草案发展为一个国际性标准。H．264标准增加了很多视频压缩的新技术，且具有优异的编码性能。与应用广泛的MPEG-4标准相比，H．264能够节省50％以上的码率，但其节省码率的代价是压缩算法的运算复杂度增加【lol。在现有硬件条件下，如果不对编解码器进行优化，很难利用H．2“标准实现实时编解码，这也是制约H．2“标准得到广泛应用的根本问题。H．264视频分区域编码及运动估计算法的研究与优化

6、1．2国内外研究现状H．264标准推出后，针对其编解码运算复杂度较高的问题，国内外学者展开了大量的研究。总体来说，研究主要有两个方向：一个方向是如何在现有H．264标准基础上进行算法优化，另一个方向是对现有的编解码程序进行优化，即程序优化。H．264标准刚推出时，人们的研究重点是验证其正确性并对其优缺点进行总结，此后人们将研究重点放到了算法优化方面。算法优化主要是指在H．264框架下如何改进视频压缩的速度，主要包括多参考帧的选择、帧内预测模式选择、帧间模式选择和运动估计等。其中由于运动估计部分占用编码的时间较长，所以成为了研究的热

7、点【ll】【l到。2000年I．Rhee等提出了应用非矩形块进行全搜索113】，此法精度较高，但适用范围受限；刘海龙等提出了菱形算法【14】，该算法使用两种模板进行搜索，获得了较好的效果；WeiguoZheng等提出了一种弹性的菱形搜索算法，减小了搜索的计算量Il"。Tourapis．A．M等提出了提前预测菱形算法，对视频进行提前预测已加快搜索速度06]。C．H．Cheung等将十字算法与菱形算法结合使用时搜索更加精确【17】。WangYan．ni等将时间和空间的相关性引入菱形搜索法，是菱形搜索速度更快【18】。由于菱形搜索的梯度

8、下降在各个方向并不一样，所以导致算法找不到最优点。针对这种情况，2002年CeZhu等提出了六边形搜索算法【l引，很好的解决了上述问题。ZhouGuanfeng等又提出了判断宏块是否为静止块的算法，缩小的计算时间【201，同时KyuseoHan等提