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1、合肥工业大学 硕士学位论文 H.264标准下运动估计算法的优化与改进 姓名：张超 申请学位级别：硕士 专业：计算机应用技术 指导教师：史久根 20100401 H 2 6 4 标准下运动估计算法的优化与改进 摘要 随著网络和多媒体技术的发震，视觉通信的需求急剧增加，数字视频技术在通信 和广播领域获得了日益广泛的应用。视频信息和多媒体信息在I n t e m e t 和移动网络中 的处理和传输技术成为了当前信息化中的热点。随着视频压缩算法的日益成熟，许多 视频编码标准相继提出，其中H 2 6 乱A V C 是由1 1 U T 和I S O 联合提出的新标准，它 集合了几年来的最新研究成果，在保证
2、相同的图像质量的条件下，比珏。2 6 3 和M P E G - 4 标准节省5 0 的码流。但它是以牺牲运算量换来的码流的降低，其中运动估计又是运 算量最大的部分。因此，在实际应用中对运动估计的研究就具有很高的实用性。本文 以J M 模型为平台，分别对全搜索和U M H e x a g o n S 算法进行了研究，并对其进行了优 纯和改进，以降低运动估计静复杂性，提高编码效率。 本文首先介绍了视频编码标准研究背景及发展历史，然后分析了H 2 6 4 A V C 标准 的有关基本概念、基本框架和关键技术，最后对预测技术进行了介绍，详细地阐述了 帧内预测模式和运动 吉计原理，并进一步对运动估计的关
3、键技术进行了分析研究，包 括块匹配准则的选取，搜索起点的预测，搜索模式及搜索策略分析。根据运动搜索算 法的完整性可将搜索算法分为两类：全搜索法和快速搜索法。本文分别从这两方面进 行研究，主要工作如下t ( 1 ) 研究了全搜索算法，为了减少运动菇计审全搜索过程盼运算量，提逝了一种 运动搜索算法的优化模型。通过对运动搜索区域和搜索顺序的优化，缩小了全搜索范 围并提高了块匹配搜索的速度。实验结果表明，较全搜索算法，在图像质量得到优化 的前提下，该模型搜索速度有了大幅的提高。 ( 2 ) 分析了几种典型的快速算法，并对U M H e x a g o n S 算法进行了进一步研究。 依据视频特性，将运
4、动类型与方向搜索模板进行了结合，提出了运动类型优化模型。 实验表明，与U M H e x a g o n S 算法相比，改进算法在编码质量损失很小的前提下，显著 降低了编鹦时间，提高了编码效率。 关键字：H 2 6 4 A v C ；运动估计；运动搜索；块匹配：搜索算法 I I I O p t i m i z a t i o na n dI m p r o v e m e n t o fM o t i o nE s t i m a t i o n B a s e do nt h eH 2 6 4S t a n d a r d A b s t r a c t W i t ht h ed e v
5、e l o p m e n to fi n t e m e ta n dm u l t i m e d i at e c h n o l o g i e s , s h a r pi n c r e a s ei nt h e d e m a n df o rv i s u a lc o m m u n i c a t i o n , d i g i t a lv i d e ot e c h n o l o g yh a sb e e ni n c r e a s i n g l yw i d e l y u s e di nt h ef i e l do fc o m m u n i c
6、a t i o n sa n db r o a d c a s t i n g P r o c e s s i n ga n dt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g yo fv i d e oi n f o r m a t i o na n dm u l t i m e d i ai n f o r m a t i o nh a sb e c o m et h eh o ts p o tf o r c u r r e n ti n f o r m a t i o ni nt h ei n t e m e ta n dm o b i l en e t
7、 w o r k s W i t hv i d e oc o m p r e s s i o n a l g o r i t h m sb e c o m em o r es o p h i s t i c a t e d ，m a n yv i d e oc 埘i n gs t a n d a r d sh a v ep r o p o s e d ，a n d H 2 6 4 A V Ci san e wv i d e oc o d i n gs t a n d a r db r o u g h tf o r w a r db yt h eI T U - Ta n dI S O o r g
8、 a n i z a t i o n s ，w h i c hb r i n g st o g e t h e rt h el a t e s tr e s e a r c hr e s u l t si nr e c e n ty e a r s I tC a ns a v e 印t o5 0 o fs t r e a mt h a nH 。2 6 3a n dM P E G - 4s t a n d a r d si nt h es a m ec o n d i t i o n so fi m a g e q u a l i t y B u ti ti sa tt h ec o s to
9、ft h ec o m p u t a t i o nf o rt h el o w e rs t r e a m ，a n dm o t i o ne s t i m a t i o n i st h el a r g e s tp a r to ft h ec o m p u t a t i o n 。T h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho ft h em o t i o ne s t i m a t i o ni So n h i g ha v a i l a b i l i t y I nt h i sd i s s e r t a t i o
10、 nJ Mm o d e la sap l a t f o r m ，f u l ls e a r c ha n dU M H e x a g o n S a l g o r i t h m s a r es t u d i e d ，w h i c ha r eo p t i m i z e da n di m p r o v e di no r d e rt or e d u c et h e c o m p l e x i t yo fm o t i o ne s t i m a t i o n ，a n dt h ee f f i c i e n c yo fc o d i n gi
11、se n h a n c e d F i r s t l y , t h i sd i s s e r t a t i o ni n t r o d u c e st h eb a s i ct h e o r ya n dh i s t o r yo ft h ev i d e oc o d i n g s t a n d a r d s ；t h e ni ta n a l y z e st h eb a s i cc o n c e p t s ，t h eb a s i cf r a m e w o r ka n dt h ek e y t e c h n o l o g i e so
12、 ft h eH 2 6 4 A V Cs t a n d a r d ；f i n a l l yi ti n t r o d u c e st h ep r e d i c t i o nt e c h n i q u e s ， d e s c r i b e st h ei n t r ap r e d i c t i o nm o d ea n dt h em o t i o ne s t i m a t i o np r i n c i p l ei nd e t a i l ，a n d f u r t h e ra n a l y z e so nt h ek e yt e c
13、 h n o l o g yo ft h em o t i o ne s t i m a t i o nw h i c hi n c l u d e sc h o i c eo f b l o c km a t c h i n gc d t e f i o n ，p r e d i c t i o no fi n i t i a ls e a r c hp o i n t , t h es e a r c hp a R e ma n da n a l y s i s o fs e a r c hs t r a t e g y M o t i o ns e a r c ha l g o r i
14、t h mc a nb ed i v i d e di n t ot w oc a t e g o r i e sa c c o r d i n gt o i t si n t e g r i t y ：f u l ls e a r c ha l g o r i t h ma n dt h ef a s ts e a r c ha l g o r i t h m T h i sd i s s e r t a t i o ni ss t u d i e d f r o mt w oa s p e c t s ，a sf o l l o w s 。 ( 1 ) I ts t u d i e sf
15、u l ls e a r c ha l g o r i t h m 。I no r d e rt or e d u c et h ec o m p u t a t i o no ff u l ls e a r c h a l g o r i t h mi nt h em o t i o ne s t i m a t i o n , ao p t i m i z a t i o nm o d e lo fam o t i o ns e a r c ha l g o r i t h mi S p r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o n 翻融m
16、o d e ln a r r o w st h es c o p eo f t h ef u l ls e a r c ha n da c c e l e r a t e s t h es e a r c hp r o c e s so ft h eb l o c k - m a t c h i n gt h r o u g ho p t i m i z i n gt h es c o p ea n dm e t h o do ft h e m o t i o ns e a r c h 硼糖e x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o wt h a tt h es e a r c hs p e e do ft h em o d eh a sb e e n s i g n i f i c a n t l yi m p r o v e du n d e r t h ep r e m i s eo fo p t i m i z i n gt h ei m a g eq u a l i t y ,
