面向移动的视频编码标准AVS-M关键算法研究

摘要

多媒体通信将是新一代通信系统的典型业务和显著特征，而视频编码技术是多媒体技术的基础和核心。AVS-M标准是中国最近自主制定的数字音视频编码编码系列标准(AVS)中的第七部分：移动视频编码标准，可广泛应用于交互存储媒体、宽带视频业务、多媒体邮件、远程视频监控、视频会议、可视电话等多个领域，是我国面向下一代移动通信的视频编码标准。 AVS-M标准仍基于以前视频编码标准的运动补偿混合编码方案，为了实现更高的编码效率，AVS-M标准采用了许多新的编码技术，如新型帧内预测、多尺寸编码块模式、多参考帧预测、1/4像素精度运动矢量、整数变换量化、去方块效应滤波器等。这些新特征使AVS-M标准能够提供与最新的国际视频编码标准H-264/AVC相当的编码效率，另一方面，这些新技术的采用极大地增加了AVS-M编解码器的计算复杂度，因此实时编解码器的实现面临巨大的挑战，需要寻找高效的优化算法，以减少巨大的计算量。本文从实时视频应用的角度，对AVS-M编码过程中的帧内预测、帧间预测、运动估计、变换量化等方面进行了研究。具体研究内容包括： 1、针对帧内预测编码的复杂性，本文提出一种基于方向信息和时空相关性的帧内预测模式选择快速算法。该算法利用当前宏块内的边缘方向信息和帧内预测模式的时间、空间相关性，以率失真优化(RDO)为判决依据，快速进行帧内模式选择。 2、针对帧间编码模式的复杂性，本文提出一种快速模式选择算法。该算法基于对最佳模式选择结果的统计分析，将全部编码模式进行分类，对SKIP模式采用提前终止判决，而对其他模式通过判别宏块的一致性和比较宏块的空时相关性逐类型比较，可有效减少待选择的模式数量。 3、针对AVS-M编码器中计算量最大的运动估计模块，本文从整数像素运动矢量搜索和分数像素运动矢量搜索两个方面分别进行了讨论和改进。整数像素运动矢量搜索过程中，提出了一种基于起点预测和早停止的自适应快速运动估计算法，该算法通过统计和分析当前块的相关矢量，预测运动估计的初始搜索起点，结合有效的搜索路径和中止准则，可以有效的实现整数像素最优运动矢量搜索过程中速度与效果的折中。针对AVS-M分数像素运动矢量搜索的复杂性，提出了一种基于预测的快速分数像素运动矢量搜索算法代替全搜索算法，大幅度地减少了搜索点数量和达到较好的匹配效果。 4、全零块检测是面向低比特率的视频编码器常用优化方法之一，根据AVS-M视频编码标准整数变换的新特点，对其中的全零块检测阈值进行了推导，提出一种基于全零块检测的运动搜索提前终止准则。针对AVS-M的多编码模式，进一步将全零块检测用于AVS-M中多种编码模式的选择，在保持AVS-M编码器编码性能的同时，显著提高了编码器的编码速度。 本文在最后一章对全文进行了总结，并且对今后进一步的研究方向进行了展望。

目录

文摘

英文文摘

独创声明及学位论文版权使用授权书

1绪论

1.1引言

1.2视频压缩技术及其发展现状

1.3视频编码相关的国际标准

1.3.1简介

1.3.2各类视频编码标准内容概述

1.4视频编码相关的国内标准

1.4.1 AVS及其进程简介

1.4.2 AVS标准的特点

1.5论文的选题背景与主要研究内容

2 AVS-M编码特征和性能分析

2.1引言

2.2 AVS-M编码原理

2.2.1 AVS-M的视频结构

2.2.2 具有网络友好性的分层结构

2.2.3 AVS-M编解码器框架

2.3 AVS-M的关键技术

2.3.1帧内预测

2.3.2帧间预测

2.3.3变换量化

2.3.4熵编码

2.3.5环路滤波

2.4 AVS-M与其他标准的比较

2.5复杂性分析

2.6本章小结

3基于方向信息和时空相关性的帧内预测模式快速选择算法

3.1引言

3.2 AVS-M帧内预测编码的基本原理

3.3 AVS-M帧内预测模式选择

3.4帧内预测模式快速选择方法研究现状

3.5基于方向信息和时空相关性的帧内预测模式快速选择算法

3.5.1基于边缘方向信息的模式选择

3.5.2基于视频时空相关性的模式选择

3.5.3预编码和RDO选择

3.5.4实验结果

3.6本章小结

4 AVS-M中基于模式分类的帧间编码模式快速选择算法

4.1引言

4.2 AVS-M帧间编码模式选择

4.2.1 AVS-M帧间编码模式

4.2.2基于RDO的帧间编码模式选择过程

4.3帧间编码模式快速选择算法的研究现状

4.4基于模式分类的帧间预测模式选择快速算法

4.4.1帧间编码模式的特点及最佳模式选择结果的统计分析

4.4.2 SKIP模式的提前终止判决

4.4.3帧间模式的判决

4.4.4帧内模式的判决

4.4.5帧间预测模式快速选择算法

4.4.6实验结果分析

4.5本章小结

5快速运动估计算法

5.1引言

5.2整数像素运动估计

5.2.1运动估计原理

5.2.2现有快速运动估计算法分析

5.2.3 H.264/AVC采用的快速运动估计算法

5.2.4基于起点预测和早停止的自适应快速运动估计算法

5.3分数像素运动估计

5.3.1分数像素全搜索算法

5.3.2基于预测的分数像素快速运动估计算法

5.4本章小结

6 AVS-M的全零块检测方法

6.1引言

6.2整数变换量化

6.2.1 DCT变换

6.2.2整数化DCT变换与量化

6.3全零块检测及其在运动搜索中的应用

6.3.1全零块判决条件

6.3.2基于全零块检测的运动估计快速算法

6.3.3实验结果分析

6.4本章小结

7总结与展望

7.1总结

7.2展望

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文、已投稿的论文及攻读博士期间，参与导师主持的科研项目