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1、中南民族大学 硕士学位论文 视频压缩编码运动估计算法研究与实现 姓名：罗义平 申请学位级别：硕士 专业：生物医学工程 指导教师：高智勇 20090601 中南民族大学硕士学位论文 I 摘 要 运动估计是视频压缩编码中最为关键的技术之一，主要目的是获取视频序列 中相邻帧之间的运动信息，从而去除帧间的冗余信息，实现视频数据有效压缩的 目的，以便于视频存储与传输。然而，在视频编码中运动估计所需的计算量较大， 约占压缩编码计算量的 80%。快速高效的运动估计算法成为视频压缩编码研究中 的一个热点问题。 基于块匹配的估计方法是应用较为广泛的运动估计方法之一，由于简单易实 现而被视频编码国际标准采纳。为了
2、有效提高块匹配运动估计的性能，本文对运 动估计的搜索起点、搜索模型和搜索策略等相关技术进行了研究，其主要内容包 括以下几个方面： 根据序列帧内相邻块之间运动矢量的相关性，提出了基于相邻块运动矢量信 息的分类预测方法。该方法根据当前块的左、上和右上相邻块的运动矢量信息确 定当前块的运动类型以及在序列图像中所处的运动区域，即背景、运动对象及其 边界三个区域；根据当前块的运动类型，分别选取左、上和右上相邻块，以及原 点 4 点运动矢量的不同组合进行预测；通过选取不同运动矢量，计算、比较当前 块在不同运动矢量下与参考块的绝对差和（SAD）的大小，从而确定预测初始搜 索点。将预测结果与全搜索算法所获得的
3、运动矢量进行统计对比和分析，发现预 测的运动矢量到“真实”运动矢量的距离比其他预测方法要短，加快了搜索速度。 根据预测点与“真正”运动矢量之间位置的统计分布，提出了不同预测类型 的运动矢量搜索采用不同的搜索模型和搜索策略。在模型选择上，对于预测初始 搜索点距离“真实”运动较近的运动矢量，先使用小模板搜索，而对于初始搜索 视频压缩编码运动估计算法研究与实现 II 点距离“真实”运动较大的运动矢量则先使用大模板搜索。在搜索策略上，提出 了一种改进的自适应十字运动估计搜索算法。该算法对于较小或中等的运动矢量 先使用两次小十字（SCSP）模板进行搜索，若不能获得最佳运动矢量，再使用臂 长变化的自适应大
4、十字(ARPS)模板进行搜索。实验测试的结果表明该算法不仅提 高了图像的恢复质量，而且加快了搜索速度。 根据 MPEG4 的原型 Xvid 的编码特点，在保留其它编码模块的基础上，将改 进的自适应十字运动估计搜索算法进行了移植和具体实现。为了降低实现的复杂 性，将算法中的自适应大十字模型修改为非对称十字模型，从而给出了非对称十 字搜索算法；实验结果与统计分析表明，利用具有方向性的非对称十字模板进行 搜索，更加符合现实图像序列的运动特点。通过对实现的编码系统进行测试分析， 结果表明，该算法相比其它运动估计算法，在保持图像质量不变的情况下，编码 速度可以提高 1530%。 关键词：运动估计；搜索算
5、法；视频编码；十字模型 中南民族大学硕士学位论文 III Abstract Motion estimation is one of the most critical techniques in the video coding.， which can remove the correlation of the video data to compress the data by obtaining the motion information of adjacent frames in the video sequence.However,there is a lot of computat
6、ion in motion estimation which accounts for about 80 percent of the video coding computationSo the fast efficient motion estimation algorithm has become a hot research in the video coding. Block- based motion estimation algorithm is one of the most widespread estimation algorithm. It has been adopt
7、by International Standards for Video Code because of its simplicity .In the paper,in order to improve the capablity of the algorithm, we have studied the searching start,searching models and searching strategy of motion estimation algorithm.The study includes some aspects as follows: According to th
8、e relativity between the MVs of adjacent blocks in the frame,we propose the classification and prediction measure based on the MV information of the near blocks. In terms of the motion information of the left,above and right- up adjacent blocks,we can identify current block s motion type and region
9、in the sequence.The motion region is made up of the background,the motive object and the boundary of themBased on the motion type of the current block, the MV of the current is predicted by the combination of the origin,left,above and right- up adjacent block. By choosing the defferent MVs,computing
10、 and contrasting the SAD between the defferent MVs with the reference block,the search start can be predicted. We find that the predicted MV in the paper is nearer to the real MV than the predicted results of other ways by contrasting the predicted MV to the the result of FS algorithm. According to
11、the location of predicted point relative to the actual MV,the defferent search models and strategy are adopted for the defferent types.In selecting models,the small model is used first for the nearer to the real MV while the large model is used first in the other cases.On the side of search strategy
12、,an advanced adaptive rood patternt search motion estimation algorithm is proposed. The algorithm suggests that the small cross search pattern should be used twice for the smaller or moderate motion types.If the best MV can t be found,the adaptive rood pattern will be used.Experimental results show
13、that the algorithm improves the image quality and accelerates the search speed. 视频压缩编码运动估计算法研究与实现 IV On the basis of the prototype of MPEG- 4 and the coding characteristics of the Xvid,the unsymmetrical dual cross search algorithm for fast block- matching motion estimation is transplanted into the X
14、vid code under the condition of preserving other coding modules of the Xvid. In order to reduce the complexity ,the algorithm takes unsymmetrical dual- cross search pattern instead of the adaptive rood pattern .The statistical analysis and the experiment results show that the directional unsymmetric
15、al dual- cross search pattern is especially suitable for the motion feature of actual video sequences.After tests , the coding speed is raised 1030% on the condition that the image quality is kept constantly. Key words：motion estimation;search algorithm;video code; rood pattern 中南民族大学 学位论文原创性声明 本人郑重
16、声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。 本人授权中南民族大学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。 本学位论文属于 1、保密，在_年解密后适用本授权书。 2、不保密。 （请在以上相应方框内打“” ） 作者签名： 日期： 年 月 日 导师签名： 日期： 年 月 日 中南民族大学硕士学位论文 1 第 1 章 绪 论 1 . 1 引言 随着信息技术、计算机技术和互联网技术的飞速发展，视频信息已成为人类获取信 息的主要载体之
