DCT域分级运动补偿算法研究

摘要

视频编码技术是多媒体通信的关键技术之一。各种引人入胜的数字视频应用飞速地改变着人们的生活模式。视频编码技术在为人们提供高质量、高清晰度的视觉享受的同时，大力推动着全球信息化的发展。视频编码目标正经历着从传统的面向存储的编码方式向面向网络传输的编码方式发展。视频通信应用中，最新提出的精细可扩展性编码能够适应网络带宽的波动，容忍传输中的错误，无疑成为其中最具广阔发展前景的一项技术。 编码效率问题是视频编码技术中的核心问题。面向网络的精细可扩展性编码方法虽然具有良好的可扩展性，但其编码效率却始终低于非扩展性编码方法。传统的视频编码算法通过各种手段去除视频序列中的冗余信息以获得较高的编码效率。经过DCT 离散余弦变换的自然图像具有良好的能量集中特性，故而DCT 变换被大多数视频编码标准所采纳。但是在处理运动残差时，DCT 变换编码的效率很低。本文所有的工作的思路是通过提高DCT 变换对运动残差的编码效率，进而解决精细可扩展编码的效率低的问题，具体内容主要包括： 1. 在分析DCT 变换对于运动残差编码效率低的根本原因的基础上，认为在传统编码方法中，经DCT 变换编码后的运动残差中仍然存在大量的冗余信息。在对运动残差的DCT 系数的分布特性分析的基础上，提出了DCT 域内对残差DCT 系数分级运动补偿的方法。该方法将运动残差的所有非零的DCT 量化系数分为两类，其中的一类残差DCT 系数在编码时不需编码其幅值信息，故而降低了输出码率。另一方面，在使用分级运动补偿方法对该类系数进行置零处理时，等效于进行了量化噪声重整处理，降低了编码过程中引入的噪声能量，故而提高了解码重建的图像质量。 分级运动补偿方法正式从降低码率、提高图像质量两方面同时着手，显著地提高了编码效率，解决了DCT 变换的效率低的问题。 2. 论文针对DCT 域运动估计方法的运动估计匹配精度问题，提出了一种新的块匹配准则――量化DCT 域内均方误差匹配准则。该准则在保留MSE 均方误差准则的能量匹配的优点的同时，将量化过程中引入的量化噪声能量作为匹配因素纳入到块匹配计算中。新准则保证在需要编码传输的在解码端重建的残差能量最低，故而所需的码率最低。 3. 论文针对DCT 域运动估计的计算复杂度问题，分析了算法中的瓶颈问题――边界非对齐参考块的DCT 系数重建计算。本文结合一种新提出的非均衡块匹配准则，提供了一种快速算法。算法在进行块匹配时，只考虑必须完全编码显元系数的能量，因而只需计算参考块在显元位置的对应DCT 系数即可。由于显元系数的数目较少，故而省去了大量的计算。 4. 论文分析了精细可扩展性编码方法的应用背景和体系结构，指出了当前精细可扩展性编码的软肋――相对与非可扩展性编码方法编码效率低的问题。提出了在基本层嵌入分级运动补偿方法的改进方案。新方案在编码效率上相对与传统FGS 精细可扩展编码方法有了大幅的提升。