基于h.264的快速运动估计算法.研究

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1、西华大学硕士学位论文声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西华大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。本学位论文成果是本人在西华大学读书期间在导师指导下取得的，论文成果归西华大学所有，特此声明。作者签字：导师签78覆政I降彩月J日密八，捌降加／日西华大学硕十学位论文l绪论1．1研究背景人类获取的信息中70％来自于视觉，图像作为一种媒体形式相对于

2、其它形式而言能带给人们更丰富更准确生动的信息，得到了广泛的应用。然而它有一个严重的缺点，就是本身的数据量太大，尤其是运动的图像序列——视频，这无论对于存储还是传输都造成了很大的困难。这样就必须把模拟图像变成数字图像然后对其进行压缩编码。H．264标准是由ITU的视频编码专家组VCEG和ISO／IEC的活动图像专家组MPEG共同组成的联合视频组ⅣT于2003年3月制定完成的新一代视频压缩编码标准，在ISO／IEC中被称为MPEG．4的第10部分——高级视频编码AVC(AdvancedVideoCodec)。这一编码标准可以获得很高的编码效率，尤其是在低码率方面比

3、MPEG-4有明显的提高，非常适合低宽带、高质量网络视频应用的需要。在相同的重建图像质量下，H．264比H．263节约50％左右的码率。然而H．264获得优越性能的代价是计算复杂度增加，编码的计算复杂度大约相当于H．263的3倍，解码复杂度大约相当于H．263的2倍【341。为了提高编码效率，H．264／AVC采用了许多高计算复杂度的算法，使得编解码计算量很大，因此对软硬件的要求甚高，同时也加大了编解码的难度。为了使H．264／AVC能比较容易的在低码率高时性的应用系统中实现，必须对其编码算法进行优化。对H．264／AVC编码器各个算法模块进行分析可以得出，运

4、动估计模块的计算量占了整个编码器运算量的60％以上【351。因此，要对整个编码器进行优化，运动估计模块应作为首选。1．2研究现状人们对数字视频和图像压缩编码的研究已经经历了半个多世纪，无论在编码的理论和工程的应用上都得到了长足的发展。近十年来，视频和图像压缩编码的方法得到了迅速的发展和广泛的应用。1、视频标准的发展历史和研究现状西华大学硕士学位论文视频编码技术起源于静止图像编码技术。1948年，美国人Shannon和他的两个学生Olive与Pierce联合发表了对电视信号进行脉冲编码调制PCM[36J(PulseCodingModulation)的论文，标志着

5、数字图像压缩编码技术的开始。从五十年代至八十年代初，对静止图像编码技术的大量研究奠定了后来视频编码技术的基础。八十年代初，国际电信联盟制定了针对视频的第一个编码标准，面向ISDN视频传输的H．261[34,37】。随后国际上负责视频编码标准化的组织制定了一系列视频编码标准。这些标准算法主要由运动补偿、正交变换、量化和熵编码四类技术混合构成，代表了视频和图像编码的研究水平。具有代表性的标准有：包括用于数字视频和音频传输及存储的MPEG．1[3引、支持HDTV等高品质数字视频和音频传输与存储的MPEG．2【3引、适于低码率视频传输的H．263[40]、基于对象的视

6、频编码标准MPEG．4[4lJ和致力于低码率高编码效率的H．264。视频压缩编码标准发展历程及其应用如表1．1[42J所示。由表1．1可见，图像压缩标准可分为两大系列：MPEG．X、H．26X。MPEG．X是由国际标准化组织(ISO)．和国际电工委员会(IEC)提出的标准，H．26X是由国际电信联盟(ITU)标准委员会提出的。MPEG-X系列标准侧重压缩图像的质量，H．26X系列标准则侧重压缩编码的效率，实时性较高。近几年，为了解决自主知识产权和国家安全问题，我国自主制定了自己的数字音视频编解码标准AVS[431(Audio／VideoStandard)。AV

7、S视频主要面向高清晰度电视、高密度光存储媒体等应用中的视频压缩。在2002年，AVS工作组成立之初，视频组专家以当前国际上最先进的MPEG-4AVC／H．264框架为起点，自主制定适合既定应用的中国标准，其中强调自主知识产权，同时充分考虑了实现复杂度。相对于H．264，AVS的主要特点有：第一，8x8的整数变换与64级量化；第二，亮度和色度帧内预测都是以8x8块为单位，亮度块采用5种预测模式，色度块采用4种预测模式；第三，采用16x16，16x8，8x16和8x8共4种块模式进行运动补偿；第四，在1／4像素运动估计方面，采用不同的四抽头滤波器进行半像素插值和1

8、／4像素插值；第五，P帧可以利用最多2