可变形块匹配算法（DBMA）的应用研究

摘要

本文将一种全新的运动估计与补偿算法--基于可变形块匹配的运动估计与补偿算法(DBMA)融入到了现行的实际视频压缩编码标准MPEG-2中，并进行了整体视频压缩编解码系统的调整和优化。 本文首先介绍了视频压缩编码标准MPEG-2的基本特征和相关基础知识，重点介绍了传统运动估计与补偿算法的基本原理；然后分析了视频信号的实际属性，从根本上解释了传统块匹配算法(BMA)所基于的平移模型的缺陷，简单介绍了适合实际运动特性的基于节点位移的可变形块运动模型和基于可变形块匹配的运动估计与补偿算法(DBMA)；接着将DBMA融入了MPEG-2视频编解码系统中，由于DBMA增加了运动参数，编码器和解码器都做出了相应的调整，使得整个编解码系统可以独立完成整个视频信号的信源编解码功能；最后，我们将一些对DBMA及整个编解码系统的优化，如PMVFAST_Plus、计算过程优化、Two_Mode、SGE、CS、边缘滤波和半像素精度搜索等，也融入了MPEG-2编解码器中，合并生成了新的适合MPEG-2视频压缩编解码器的运动估计与补偿算法，本文称之为Fast_DBMA+PMVFAST_Plus+TM+SGE+CS+Egde_Filter算法，使得整个编解码系统具有更加高效的视频压缩性能。 测试结果表明，在整数像素搜索精度的情况下，在相同运算速度和相同目标码率的前提下，Fast_DBMA+PMVFAST_Plus+TM+SGE+CS+Egde_Filter算法的重建图像的峰值信噪比(PsNR)比传统的基于块匹配算法(BMA)的全局搜索算法的重建图像峰值信噪比(PSNR)平均高出1.86dB，主观视觉效果也有明显改善；我们还分别从单纯追求速度和单纯追求质量的角度分析，也都同样得到了令人满意的融合效果。除此以外，在半像素搜索精度的情况下，只要我们适当调节优化组合方式和相关参数，Fast_DBMA+PMVFAST_Plus+TM+Egde_Filter算法依然可以突破半像素精度全局搜索算法的客观质量极限，同时主观视觉效果也有所改进；另外，若以半像素精度全局搜索算法为基础，则Fast_DBMA+FS+TM+Egde_Filter算法的重建图像PSNR比半像素精度下的全局搜索算法的重建图像PSNR大约可以高出0.20dB，相应的主观视觉效果也有所改善。

目录

文摘

英文文摘

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第一章 绪论

1.1为什么海量数据要进行压缩

1.2 MPEG(Moving Pictures Experts Group)简介

1.3论文的组织结构

第二章MPEG-2视频压缩编码标准

2.1 MPEG-2简介

2.1.1 MPEG-2的由来——MPEG-1

2.1.2 MPEG-2的组成

2.1.3 MPEG-2功能特性

2.1.4 MPEG-2适用领域

2.2 MPEG-2视频压缩编码技术

2.2.1输入单元

2.2.2运动估计和补偿单元

2.2.3 MPEG-2帧类型及其编码算法

2.2.4预测模式控制单元

2.2.5 DCT变换与量化单元

2.2.6游程编码(RLC)单元

2.2.7熵编码单元

2.2.8码率控制单元

2.3 MPEG-2解码过程

2.4小结

第三章DBMA简介

3.1视频信号的实际属性及其二维表示

3.2 BMA的不足

3.3可变形块运动模型及其优点

3.4介绍DBMA

3.5小结

第四章 DBMA融入MPEG-2及整个codec系统的优化

4.1编码端的融合

4.1.1 ME/MC的调整

4.1.2编码运动矢量

4.2解码端的融合

4.2.1解码流程

4.2.2码流结构

4.2.3解码DBMA运动矢量

4.2.4预测并重建DBMA宏块

4.3 codec系统优化

4.3.1 BMA优化(PMVFAST_Plus)

4.3.2 DBMA优化

4.3.3环路滤波技术

4.4测试与分析

4.4.1整数像素精度下的codec系统的测试与分析

4.4.2半像素精度下的codec系统的测试与分析

4.5小结

第五章 总结和展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢