基于分形和H.264的视频编码系统

基于具有快速编解码速度的分形编码技术,提出了新的H.264中P帧预测方法,用于减少视频压缩编码时间并降低码流输出.首先,分析了H.264的帧内预测算法、帧间预测算法和P帧预测算法的优缺点,介绍了本文提出的基于分形编码的新型视频压缩编码方法,讨论了该方法的优缺点.然后,结合H.264和分形的优点,用分形预测的方式对H.264中的P帧进行预测.最后,给出了在H.264中用分形预测改进P帧编码所产生的分形系数的编码和残差的编码.实验结果表明:与目前国际视频压缩标准H.264的标准测试模型JM15.1相比,在忽略峰值信噪比的情况下(平均降低0.09 dB),改进的P帧预测方法的码流和压缩时间分别降低为JM15.1的65％和19％,并且能够适应各种运动类型的视频序列.研究显示,改进的P帧预测方法显著提高了H.264的总体编码性能.     

H.264中可变块运动估计算法的研究

针对H.264标准中的可变块运动估计算法进行研究,分析了该算法相对于以往H.263标准中的运动估计算法的改进之处,提出一种新的运动宏块区分算法.与H.263编码器相比,实验结果表明引入该算法的H.263编码器在图像编码速度、信噪比基本不变的前提下,压缩比有显著提高,具有一定的实用价值.     

基于搜索自适应的快速运动估计算法

为提高H．264／AVC视频编码器的计算速度,提出了一种搜索模式自适应快速运动估计算法（PAFME）。该算法结合了变块尺寸运动估计的特点,利用运动矢量的时空域相关性,预测初始搜索中心;采用多种搜索模式,提出了搜索模式自适应的选择机制,以节省不必要的搜索点和加快搜索速度;避免了陷入局部极小。实验结果表明,与H．264／AVC的参考软件JM12．4相比,该算法使整像素精度运动估计的耗时平均降低了33％左右,同时保持了编码效率基本不变。     

一种基于Cauchy分布的H.264宏块层码率控制算法

提出了一种精确有效的H．264宏块层码率控制算法。首先，基于H．264编码器中DCT系数服从Cauchy分布的假设推导得出H．264宏块层的码率模型；并采用线性模型利用前一帧已知的失真度和量化参数值对失真度进行预测；最后，在宏块层通过Lagrange方法最小化失真度，确定宏块的量化参数。实验结果显示，与JM8．6中采用的码率控制算法相比，本文算法不仅能提高平均PSNR，而且能显著降低比特数估计偏差，从而提高图像质量，减小比特数波动，更好地跟踪目标码率。     

一种视频编码改进算法的研究与实现

H.263标准以混合编码为核心技术,采用帧间预测与帧内变换相结合的编码方式,只考虑了前后图像在时间上的相关性,而没有考虑图像在空间上的相关性.通过深入研究,在此基础上引入了帧内预测的编码方法,对H.263视频编码结构进行了改进,实现了引入帧内预测的H.263软件编码器,并分别利用标准图像序列与实采图像序列进行测试,验证了H.263改进算法的优越性.     

H.264快速运动估计算法的改进

为了提高视频压缩效率,对H.264中采用的快速运动估计算法UMhexagonS进行了改进。首先,在起点预测后加入一个结束搜索条件,判断是否结束对当前宏块的运动估计。然后,对于需要进一步运动估计的宏块,从两个方面对原算法进行了改进。提出了搜索模板分割方法,在进行十字形模板和大六边形模板搜索时,只需要根据该方法选择少量搜索点进行运动估计。根据运动矢量的统计特点,减少了正方形模板和扩展六边形模板的搜索点数。同时验证了所采用的搜索区域分割方法的合理性。实验结果显示,改进算法的运动估计时间比原算法平均减少了15.59%,而峰值信噪比和码率基本不变,并且能够适应各种运动类型的视频序列。得到的结果表明改进算法提高了总体编码性能。     

基于Cell的H.264关键算法的移植研究

在介绍Cell结构和并行计算等特点的基础上,文章描述了关于H.264编码算法的移植与优化关键技术.其中着重对最耗时的DCT/IDCT变换、运动估计/补偿等关键模块进行了移植;同时采用SIMD技术对算法进行了优化.实验结果表明,关键算法优化后的处理速度可提高3～7倍,取得了良好的效果.     

一种基于视觉注意力的快速运动估计算法

运动估计在视频编码中占据十分重要的地位,因为它能有效地去除图像序列的时域冗余,大大提高编码效率,但往往算法复杂,占用整个编码过程较多的时间.针对智能视频监控等领域的应用,提出一种基于视觉注意力的快速运动估计算法.该算法的核心思想是利用视觉注意力模型将关注的运动区域提取出来作为显著性区域,然后利用快速运动估计算法在显著性区域采用较高的预测精度,而非显著性区域采用较低的预测精度.实验结果表明在峰值信噪比几乎不变的情况下,该算法比其他经典运动估计算法的运算时间有明显减少.     

快速二维离散余弦变换的VLSI设计

针对多标准图像视频编码器中二维离散余弦变换的复用问题,设计了适用于MPEG-4,H.263,JPEG,H.264 High Profile编码器芯片的快速8×8 2-D DCT IP核,并完成了RTL设计、仿真和FPGA原型验证。通过引入H.264 High Profile 8×8整数变换矩阵和增加缩放模块,完成了多个标准中2-D DCT的复用。经Xvid MPEG-4编解码器验证,满足精度要求。设计采用流水线技术,并优化了速度和频率,在90 nm CMOS工艺下频率达到840 MHz。研究结果表明,该技术能很好地应用于多标准编码器中。     

针对H.264改进的快速整像素运动估计算法

以视频压缩标准H.264联合开发模型(JM)中的运动估计算法UMHexagonS为基础,提出了一个新的快速整像素运动估计算法来改进压缩编码性能.在起始搜索点预测部分,提出了新的预测运动矢量(MV)检测顺序,以提高起始搜索点的准确度;在全局搜索部分提出了自适应全局搜索方法,根据准确度最高的两个预测MV之间的关系,适当跳过非对称十字型模板搜索和非均匀多重六边形模板搜索,并通过对不同序列的测试,验证了判断准则的可行性与准确性.根据实际序列中最佳MV相对起始点的分布,提出了改进5×5搜索.另外,增加了针对子宏块的提前终止策略,在不增加额外运算量的前提下,进一步减少了运动估计开销.实验结果表明,相对UMHexagonS算法,提出的改进算法使搜索点总数平均减小了83.80％,信噪比平均下降了0.021 dB,或输出码率等效增加了0.46％.该算法有效降低了运动估计的运算量,而只带来了很小的编码性能下降,且对不同运动强度的视频序列具有均匀的算法效果.     

基于起点预测的自适应交叉-准菱形运动估计算法

提出一种可预测搜索起点的自适应交叉-准菱形搜索算法。根据序列图像中运动矢量的交叉-中心偏置分布特性和矢量间的时空相关性,设计了一种交叉-准菱形搜索模板,并融合搜索起点预测、半途中止准则和自适应搜索模式等技术,在保证搜索准确性的同时,大幅度提高了运动估计的速度。实验结果表明,算法对各种类型的运动序列都有很强的自适应性,其平均搜索速度是新三步法的3.56倍、四步法的3.26倍、菱形法的2.71倍,搜索准确性也优于经典的快速运动估计算法,尤其对于大运动序列,具有更明显的优势,提高了视频压缩中现有的运动估计算法的性能。     

Video Image Block-matching Motion Estimation Algorithm Based on Two-step Search

Aiming at the shortcoming that certain existing blocking-matching algorithms, such as full search, three-step search, and diamond search algorithms, usually can not keep a good balance between high accuracy and low computational complexity, a block-matching motion estimation algorithm based on two-step search is proposed in this paper. According to the fact that the gray values of adjacent pixels will not vary fast, the algorithm employs an interlaced search pattern in the search window to estimate the motion vector of the object-block. Simulation and actual experiments demonstrate that the proposed algorithm greatly outperforms the well-known three-step search and diamond search algorithms, no matter the motion vector is large or small. Compared with the full search algorithm, the proposed one achieves similar performance but requires much less computation, therefore, the algorithm is well qualified for real-time video image processing.     

一种十字交叉六边形块运动估计搜索算法

在快速块匹配运动估计中,搜索模式对搜索速度和搜索质量有着很大的影响。基于现实视频序列中运动向量的分布特征,本文提出了一种十字交叉六边形搜索算法（NHEXS）：首先用小十字模式进行预搜索,找到最小块匹配失真点（MBD）;以MBD为中心构造大十字搜索模式,找到MBD;然后以大十字模式的MBD为中心,开始六边形搜索：首先搜索大六边形,如果MBD在中心,以小六边形方式搜索,找到的MBD点即为最终的块匹配失真点;否则继续大六边形搜索。十字交叉六边形搜索算法还采用了中途停止技术,对静止和半静止块的搜索速度有显著的提高。改进的部分块失真准则在不影响失真度的情况下大大降低了计算复杂度。实验结果表明：十字交叉六边形搜索算法比六边形搜索算法和新型十字菱形搜索算法在信噪比降低很少甚至不降低的情况下,分别节省32%和16%的搜索点,和其它流行的块匹配运动估计算法相比,本文算法有更快的搜索速度和更小的失真度。     

优化预测运动矢量的快速运动估计算法

提出了一种优化预测运动矢量的快速运动估计算法。在对预测运动矢量研究的基础上,根据序列图像中运动矢量的中心-中值偏置分布特性和矢量间的时空相关性,结合运动矢量的相似度分析,选用中心、中值和时间相关的三个矢量作为基本预测矢量。设置相似门限来减少由三个空间相邻块预测矢量带来的大量冗余信息,对算法中关键的门限技术进行了改进。实验结果证明,本文算法对各种类型的运动序列都有很强的自适应性,在保持搜索准确度的同时,可大幅度提高运动估计的速度,其平均搜索速度是FS的208倍,明显优于PMVFAST的146倍、MVFAST的77倍、DS的55倍,提高了视频压缩中现有的运动估计算法的性能。     

计算机辅助测试序列优化

为自动获取平均测试费用最少,且能快速实现系统故障检测与隔离的最优测试序列,提出了一种准多步前向搜索算法。该算法结合了一步前向搜索和多步前向搜索的基本特点,并以信息增益为启发策略,获得了计算精度和复杂度的权衡。基于该算法,开发了一个测试序列优化工具,通过对大量实例的计算,证明该工具可以在实用中取得满意结果,且该工具可以用作自动测试设备和便携式维修辅助软件的核心诊断推理机。     

基于DSP的H.264关键模块技术的研究及实现

本文介绍了视频编码标准H.264的技术特点,研究了基于DM642关键模块的技术,在此基础上着重讨论了最耗时的整数变换、运动估计的实现算法.实验结果表明,对其进行并行汇编优化,可提高指令的并行度,达到提高程序执行效率的目的.     

一种基于PID控制器的H.264单元层线性码率控制算法

本文提出一种新的集成PID控制器和线性码率模型的H.264单元层码率控制算法.人眼不仅对空域图像质量敏感,而且对时域图像质量敏感.为了在空域图像质量和时域图像质量之间获得更好的折中,在保持高空域重建图像质量的情况下获得更好的时域重建图像质量,本文将PID控制器引入到H.264的单元层线性码率控制中,并对场景切换情况进行单独处理.实验结果表明,本文算法不但具有线性码率控制算法的准确跟踪目标码率,显著降低比特率估计偏差的优点,而且在保持较高空域重建图像质量的同时提高时域重建图像质量,并可显著地提高场景切换时的重建图像质量.