HEVC中运动估计快速算法的研究

摘要

HEVC(高效率视频编码)为继H.264后的最新视频编解码国际标准，由ISO/IEC的运动图像专家组(MPEG)和ITU-T的视频编码专家组(VCEG)组成的联合协作组(JCT-VC)制定的。在相同图像质量的情况下，HEVC的压缩效率比H.264提高一倍以上。然而，高编码压缩率是以很高的计算复杂度为代价的，HEVC标准的计算复杂度约为H.264的2至3倍，因此在实际应用中，要对其算法进行优化以降低其计算复杂度。
　　本论文实现了基于HEVC的运动估计快速算法的优化，论文的工作和研究成果如下:
　　1.在参考软件HM-10.0中，整像素运动估计快速搜索每次都要在搜索中心依次进行步长为1，2，4，8，16，32，64的钻石搜索，本文根据实验统计发现:在搜索中心及步长为1，2中找到最优点的概率最大，因此，本文设置了阈值提前结束搜索，还发现阈值的设置规律:分别在运动几乎静止、平缓、剧烈的视频序列中选择不同的阈值提前结束搜索。
　　2.传统方法用建模的数学函数求出分数像素运动矢量(MV)最优解，然后在最优解附近进行细搜索找到最优匹配点，这样会增加搜索点数，增加计算复杂度。本文提出一种分数像素运动估计快速算法，利用投影为椭圆的两个二次函数得到两个分数像素点，即得到两个分数MV，通过加权这两个点作为最优的分数像素点，即最优MV。实验结果表明在图像质量基本不变，码率略微升高的情况下，该算法的编码时间平均减少了47.44％。
　　3.最后，将本文的整分数像素运动估计快速算法结合起来，实验结果表明，结合算法在视频图像质量和码率变化幅度很小的情况下，编码时间平均减少了58.56％。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 论文的研究背景和意义

1．2 运动估计算法在视频编码中的发展和现状

1．3 本文的研究内容和章节安排

第二章 HEVC编码技术简介

2．1 HEVC编码框架

2．2 图像划分

2．2．1 编码单元

2．2．2 预测单元

2．2．3 变换单元

2．3 帖内预测

2．3．1 预测模式

2．3．2 参考像素点滤波

2．4 帧间预测

2．4．1 预测模式

2．4．2 运动矢量预测

2．4．3 插值滤波器

2．5 变换和量化

2．5．1 变换

2．5．2 缩放和量化

2．6 熵编码

2．7 环路滤波器

2．7．1 去块滤波器

2．7．2 样本自适应补偿滤波器

2．8 本章小结

第三章 HEVC中整数像素运动估计快速算法

3．1 引言

3．2 运动估计的概述

3．3 基于块匹配运动估计的关键技术

3．3．1 块的模式选择

3．3．2 块的匹配准则

3．3．3 搜索起点的预测

3．3．4 搜索策略

3．4 经典的基于块匹配运动估计快速算法

3．4．1 三步搜索算法

3．4．2 新三步搜索算法

3．4．3 四步搜索算法

3．4．4 六边形搜索算法

3．5 HEVC参考编码器HM-10.0中帧间预测函数架构

3．5．1 帧间模式判别函数架构及算法

3．5．2 INTER模式下的函数架构及运动估计算法说明

3．6 HM-10.0中的整像素运动估计快速算法的优化

3．6．1 整像素运动估计快速算法原理和分析

3．6．2 整像素运动估计快速算法的统计分析和改进

3．6．3 实验结果及分析

3．7 本章小结

第四章 HEVC中分数像素运动估计快速算法

4．1 基于块匹配的分数像素运动估计介绍

4．1．1 引言

4．1．2 分数像素的推导

4．1．3 分数像素的全搜索

4．2 经典的分数像素运动估计快速算法

4．2．1 数学建模技术

4．2．2 矢量预测技术

4．2．3 搜索策略技术

4．2．4 提前终止技术

4．3 HEVC分数像素运动估计快速算法

4．3．1 本节算法原理和分析

4．3．2 实验结果及分析

4．4 整分数像素结合的HEVC运动估计快速算法

4．5 本章小结

第五章 展望和总结

5．1 论文完成的工作

5．2 未来的工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况