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基于AVS快速运动估计的视频编码研究

作　者: 陈超峰
导　师: 吴庭万
学　校: 华南理工大学
专　业: 光学
关键词: AVS 视频编码快速运动估计
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

视频编码技术是目前图像采集与处理技术中的热点之一,视频编码技术主要是指视频编码标准。AVS标准的全称是《信息技术先进音视频编码》系列标准,AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准,标准包括系统、视频、音频、数字版权管理等四个主要技术标准,还有一致性测试等支撑标准。国际上的音视频编解码标准主要三个大系列:第一个是MPEG系列标准,由ISO/IEC JTC1制订;第二个是ITU针对多媒体通信而制定的H.26x系列视频编码标准和G.7系列音频编码标准;第三个就是我国具有自主知识产权的AVS视频编码标准。由于AVS标准作为我国自主知识产权的视频编码标准,具有大量的实际应用,所以近几年来成为国内研究的热点问题。国家为了开展―平安中国‖等项目,大力支持我国具有自主支持产权的AVS视频编码标准。本文分析了目前主流的视频编码技术,讨论了视频编码的发展历程,针对AVS视频编码技术在帧内预测、帧间预测和快速运动估计等方面的算法都做了相关的介绍。分析了H.264和AVS视频编码的特点与区别,以及各自的适用范围,说明了我国要发展AVS视频编码的必要性,讨论了我国视频编码技术发展的成果和今后的研究方向。研究了视频编码技术在实际应用中能够优化和改进的地方,以及优化和改进的方式,分析了当今国内外在视频编码方面的研究成果和研究趋势。运动估计是AVS视频编码标准中最重要且最耗时的一部分,大约占用这个视频编码的60% ~ 80%的时间。国内外学者在视频编码算法等方面提出了许多的改进和优化措施,大多数是在视频编码的速度和精确度之间取平衡。针对AVS中快速运动估计算法编码速度的局限性,本文分析了国际国内在快速运动估计方面取得的成果和发展趋势,对算法中搜索模式做了优化,有效地缩短了计算SAD值的时间。通过仿真实验表明,针对同一种视频序列,在不同的方式下进行快速运动估计,或者在相同的条件下,针对不同的视频序列进行对比,优化后的算法在视频质量( PSNR)不变或者下降很小的情况,搜索速度提高了约20%,提高了编码器的实时性。综合表明,本文用到的快速运动估计简化了系统设计所需要的硬件要求,加快了数据压缩速度,对视频压缩系统起到了很大的改进作用。此方法可以应用在视频监控系统和高清电视节目的制作中。本研究的技术成果成功运用于广州一家视频监控公司的最新DVS产品中,填补了目前市场上的空白,为推动我国视频编码的发展发挥了重要作用。本文第一章讲述了视频编码的发展历程,第二章介绍了AVS编码标准的原理和方法,第三章对运动估计算法做了一定的研究和解析,第四章和第五章是本文的重点,详细的介绍了本文采用的新的改进的快速运动估计算法以及此算法的仿真结果评测,第六章对本文进行了总结,并对今后的工作做了展望。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-27
  1.1 引言  12
  1.2 背景和研究意义  12-13
  1.3 视频编码中的运动估计  13-16
    1.3.1 运动估计算法介绍  13
    1.3.2 目前主流的两种运动估计算法  13-15
    1.3.3 运动估计算法的匹配准则  15-16
  1.4 视频质量的主客观评价方法  16
  1.5 目前流行的搜索策略概况  16-25
    1.5.1 全搜索算法（FS，Full Search）  17
    1.5.2 三步法（TSS，Three Step Search）  17-19
    1.5.3 新三步法（NTSS，Novel Three step search）  19-20
    1.5.4 四步搜索法（FSS, Four Step Search）  20-22
    1.5.5 菱形搜索法（DS，Diamond Search ）  22-24
    1.5.6 十字菱形搜索算法（CDS，Cross Diamond Search）  24-25
    1.5.7 六边形搜索法（HEXBS, Hexagon Based Search）  25
  1.6 本文的主要内容以及章节安排  25-26
  1.7 本章总结  26-27
第二章视频编码  27-36
  2.1 模拟信号和数字信号  27
  2.2 高清视频传输和存储  27
  2.3 视频编码标准  27-35
    2.3.1 MPEG 系列标准  28-29
    2.3.2 H.26X 系列标准  29-31
    2.3.3 AVS 标准  31-32
    2.3.4 AVS 与H.264 标准在重点技术方面的比较  32-35
  2.4 本章总结  35-36
第三章 AVS 标准编码算法  36-49
  3.1 帧内预测  36-39
  3.2 帧间预测  39-43
  3.3 变换与量化  43-44
  3.4 扫描  44-45
  3.5 去块滤波  45-46
  3.6 熵编码  46-48
  3.7 本章总结  48-49
第四章改进的搜索算法原理和方法  49-58
  4.1 预测运算向量算法的方法  49-50
  4.2 率失真优化算法分析  50-52
    4.2.1 率失真优化算法基础  50-51
    4.2.2 拉格朗日系数  51
    4.2.3 运动估计的率失真优化  51-52
  4.3 改进算法的关键技术分析  52-57
    4.3.1 预测值的选择  52-55
    4.3.2 自适应提前终止  55-56
    4.3.3 改进算法的预测精细化  56-57
  4.4 本章总结  57-58
第五章一种新的搜索策略和仿真结果  58-64
  5.1 运动矢量分布概率分析及新模版  58
  5.2 新的十字菱形搜索方法（NCDS）  58-60
  5.3 仿真结果以及分析  60-63
  5.4 本章总结  63-64
第六章总结与展望  64-66
  6.1 视频编码的实际应用范围  64
  6.2 全文总结  64
  6.3 研究展望  64-66
参考文献  66-69
攻读硕士学位期间取得的研究成果  69-70
致谢  70-71
附件  71

基于AVS快速运动估计的视频编码研究

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