基于MPEG-4的视频分割和运动估计算法研究与设计

摘要

随着人们对视频信息需求的日益增长，H.26X、MPEG系列视频国际标准不断被推出，我国也积极推动自己的音视频编解码标准(AVS)的制定，AVS的视频部分已于2006年3月1日开始实施。其中，由MPEG组织制定的MPEG-4标准是一种基于“内容”的可交互性的第二代视频压缩标准，该标准在视频检索、视频监控和IPTV等方面都具有良好的发展前景。本论文对MPEG-4的高级应用前提——视频分割和运动估计算法进行了分析和改进。 尽管MPEG-4定义了视频对象的概念，但是却没有定义视频分割算法，因此本论文对视频分割算法进行了研究和设计。首先，介绍了现有的几种视频分割算法，并对其进行了分析。其中的对称差分法能准确快速地检测到运动物体，在实时性要求较高的视频压缩中具有一定的优越性；但是该方法存在有时会提取不全或提取不出物体的缺陷。然后，本论文在对称差分法的基础上提出了一种视频分割算法，加入运动估计，还在对称差分法的中间处理过程——二值图像的预处理中加入了双阈值法作去噪去空洞处理。实验表明，本论文的算法解决了对称差分的缺陷，在运动信息不够明显的情况下依然能够提取出整个物体，从而增强了对称差分法的健壮性。 运动估计算法不仅对本论文的视频分割有着很重要的意义，在整个的视频压缩算法中也具有举足轻重的作用，是视频压缩中占用计算量最大的一部分。本论文接下来介绍了运动估计算法原理，随后对几种经典的运动估计算法进行了描述和分析。 本论文在对标准视频序列进行深入分析之后，发现运动矢量的分布除具有中心偏移性这一特点外，还具有另一重要特点，即在中心点水平和垂直方向上的分布较其他方向的分布更为密集，据此本论文提出了一种符合该特点的运动估计算法——新十字形搜索算法(NCS)，将搜索模板改进为大小十字形。实验表明该算法较之前的钻石搜索算法在图像质量和搜索点数方面均具优越性。 运动估计中除了运动搜索算法，起点的预测也是不可或缺的，本论文设计了一种与NCS相匹配的运动预测算法，首先将预测器的数量减少为两个，并采用比较精确的比较法，然后根据自适应的阈值法来决定预测后采取的动作：是直接中止还是进入不同的十字模板进行搜索。这一系列的改进进一步加强了NCS算法的优势。

目录

文摘

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第一章绪论

1.1图像压缩编码的基本原理及其发展概况

1.2 MPEG国际标准

1.3 MPEG-4标准的主要内容

1.3.1形状编码

1.3.2运动编码

1.3.3纹理编码

1.3.4视频编码可分级性技术

1.4基于内容的视频压缩技术研究现状

1.4.1视频分割技术

1.4.2运动估计技术

1.5本文的主要工作与成果及章节安排

1.6本章小节

第二章视频分割算法的分析

2.1视频分割与MPEG-4的关系及研究现状

2.2视频分割的概念

2.3几类常用的分割算法

2.3.1基于空间信息的分割算法

2.3.2基于运动的分割

2.4本章小节

第三章一种基于对称差分的视频分割改进算法

3.1问题的提出

3.2对称差分法的改进及实验结果

3.2.1对称差分法的改进

3.2.2实验结果

3.3图像的预处理

3.4本章小节

第四章运动估计原理及经典运动估计算法的分析

4.1运动估计算法概述

4.2块匹配准则

4.3变块大小运动估计

4.4分数像素运动估计算法

4.5现有的运动估计算法

4.5.1全搜索法FS(Full Search Method)

4.5.2 二维对数法(TDL)

4.5.3三步搜索法(TSS)

4.5.4钻石搜索法(DS，Diamond Search Algorithm)

4.5.5 MVFAST(Motion Vector Field Adaptive Search Technique)

4.5.6 PMVFAST(Predictive Motion Vector Field Adaptive Search Technique)

4.6本章小节

第五章基于一种新十字形搜索算法的运动估计算法

5.1算法的提出

5.2新十字形搜索算法(New Cross Search Algorithm，NCS)

5.3实验效果

5.4搜索起点预测方案的设计

5.4.1预测候选器的选取

5.4.2预测方案

5.5本章小节

第六章总结与展望

6.1论文总结

6.2研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的论文和科研情况