低码率视频编码技术的研究与运动估计的优化

摘要

目前Internet的带宽仍然是一个瓶颈，特别是接入网方面，还存在着很多难点。从世界范围看，成熟的、廉价的公共交换电话网(PSTN)仍是主要的通信网，还将长期存在。而随着多媒体技术的不断发展，数字视频业务如可视电话、视频会议、安全监视、视频点播等已经深入到人们日常生活、工作中，而且目前无线移动网络的多媒体业务的需求正在与日俱增(3G)。所以为了在低速率通信网中传输视频图像，获得良好的实时传输效果，除了改善网络传输控制机制之外，还需要实现高压缩比、低耗时、能达到实时压缩效果的视频图像压缩方法。 H.263是国际电信协会-电信标准化部门ITU-T(TheInternationalTelecommunicationsUnion-TelecommunicationStandardizationSector)于1996年通过的用于低比特率实时传输的视频编码标准，其设计初衷是满足带宽低于64kbps的低带宽视频应用需求，如视频会议、可视电话等。现在H.263也被应用于视频图像远程实时传输系统中，但原始的H.263在实时性和压缩比等方面还有不少可优化余地。 本文首先研究了视频图像的压缩原理与主要技术；随后系统地论述了H.263标准，对其具体的压缩算法进行了深入细致的研究，并在此基础上设计和实现了编码器，但编码速率难以满足实时通信的要求，所以还需进一步优化提高效率。 由于在H.263编码器中，运动估计与补偿的运算量最大，占编码器总运算量的60％～70％左右，因此为了提高编码器的性能，针对运动估计的经典快速搜索算法进行了深入研究，在研究中发现，这些算法都以原点作为初始搜索中心，均未利用运动矢量的时间和空间相关性，没有考虑视频图像的内在运动特征，而盲目地搜索。由于搜索起点的好坏直接影响运动估计的效率，鉴于此，提出了基于图像运动特征的快速搜索法。该方法在搜索前可判断出视频图像的内在运动趋势，及早发现静态块(即该块的运动矢量为零)，从而省去不必要的搜索时间；并且利用已知的运动矢量准确地预测出搜索起点，使其更接近全局最优点，实现了减少搜索点数的目的，削减了运算量，提高了编码效率，基本可以满足实时通信的要求，达到了优化的目的。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩略词注释表

独创性声明及学位论文版权使用授权书

第一章绪论

1.1课题的研究背景、目标和意义

1.2课题完成的工作

1.3本文的组织结构

第二章图像压缩基本原理与方法

2.1图像压缩的基本原理

2.2图像压缩的基本方法

2.3图像编码的国际标准

2.4图像压缩编码算法的评价标准

2.5本章小结

第三章低码率视频压缩编码标准H.263

3.1 H.263标准简介

3.2 H.263视频编码器原理

3.2.1 H.263图像输入格式

3.2.2 H.263视频帧结构

3.2.3 H.263视频编解码器的系统结构与编码方法

3.2.4 H.263的可选模式

3.2.5 H.263的码流结构

3.3本章小结

第四章H.263编码器的设计与实现

4.1模块与接口设计

4.2编码流程及控制

4.3比特流控制

4.4性能测试

4.5本章小结

第五章运动估计算法的优化

5.1二维对数搜索法(TDL,Two-Dimension Logarithmic search)

5.2三步搜索法(TSS,Three Step Search)

5.3新三步搜索法(NTSS，New Three Step Search)

5.4四步搜索法(FSS，Four-Step Search)

5.5菱形搜索法(DS，Diamond Search)

5.6本章小结

第六章基于图像运动特征的快速搜索法

6.1理论基础

6.1.1图像序列的运动相关性

6.1.2运动矢量基于中心偏置的分布特性

6.2搜索中心的选择

6.3算法描述

6.4算法流程图

6.5算法评估

6.6本章小结

第七章总结

参考文献

致谢