視頻壓縮的運動估計與小波方法研究.pdf

1、圖像是人類獲取信息的主要途徑，而圖像壓縮在數(shù)字圖像的處理、存儲和傳輸中起著十分重要的作用。運動估計和運動補償是消除視頻信號時間冗余的主要方法，是視頻壓縮編碼的關鍵技術。本文在空間域運動估計方法、小波域運動估計方法，以及小波變換在圖像壓縮中的應用等方面進行了研究和探討。主要工作與貢獻如下： (1)提出了一種空間域物體運動特征自適應的運動估計算法，主要包括搜索起點預測模型和自適應搜索方法兩部分?；谖矬w的整體性和運動的連續(xù)性，搜索起

2、點預測模型隨相鄰塊運動相關性的變化調整模型參數(shù)，預測結果更加接近最佳運動矢量。根據(jù)絕對誤差和的梯度和物體的運動特征，自適應搜索調整模板的大小和形狀，從而加快搜索速度。實驗結果表明，該算法在峰值信噪比(PSNR)和搜索速度以及重建圖像的主觀質量方面優(yōu)于其它快速運動估計對比算法。 (2)提出了一種小波域的初始運動矢量預測方法和交叉搜索運動估計方法。初始運動矢量預測方法利用小波變換的多分辨率特性，以及塊的時間和空間關聯(lián)性，并結合低頻子

3、帶全搜索方法，在運算復雜度增加極小的情況下，得到更準確的初始運動矢量。根據(jù)小波子帶系數(shù)的特點，在低頻子帶平移后，交叉搜索沿水平和垂直方向進行，通過調整交叉搜索中心，逐步逼近最優(yōu)的運動矢量。運動估計按小波變換級數(shù)進行，在每個分辨率層次，搜索范圍局限于參考幀對應變換級數(shù)下的4個平移子帶，得到的是當前分辨率下的最優(yōu)運動矢量，保證了解碼圖像是已接收數(shù)據(jù)下的最佳圖像。仿真結果驗證了初始矢量預測和交叉搜索方法的有效性。 (3)通過分析運動補

4、償時間濾波(MCTF)更新算法對重構圖像PSNR的影響，研究了一種內容自適應的MCTF反向運動補償算法。根據(jù)簡單量化獨立信源編碼的平均絕對誤差和計算方法，分析了更新步驟缺省時編碼端高、低頻子帶的能量增益系數(shù)的變化，并得出更新步驟是否缺省時，因能量歸一化所導致的解碼端奇、偶數(shù)幀之間的PSNR變化?；陬A測和更新步驟的運動矢量互為反向的原則，提出了一種反向運動補償矢量的獲取方法。仿真實驗表明該方法可以改善重構圖像的PSNR。根據(jù)小波變換的子

5、帶系數(shù)特性，建立了圖像平坦區(qū)域的估算模型；根據(jù)運動估計后的高頻子帶能量，建立了運動估計準確程度的估算模型，從而實現(xiàn)了具有內容自適應特性的MCTF反向運動補償算法，減小了ghosting偽影，克服了由于運動估計的不準確以及更新步驟可能導致的低頻子帶反向補償誤差。仿真實驗證明了該方法的有效性。 (4)設計了一種高效低功耗的二維小波變換器VLSI結構，提出了采用該小波變換器的視頻壓縮系統(tǒng)方案和系統(tǒng)優(yōu)化方法。二維小波變換器采用基于提升算

6、法的可分離二維變換結構，對行、列小波處理器的數(shù)據(jù)調度方法進行了優(yōu)化。采用Z形掃描方法，用少量暫存器緩沖列濾波結果，實現(xiàn)了行、列處理器并行工作，提高了數(shù)據(jù)處理速度和硬件利用率。通過優(yōu)化列處理器的數(shù)據(jù)調度，處理每個點只需讀取或存儲一次數(shù)據(jù)，將存儲器訪問帶寬降低了50％，從而用單口RAM替代了雙口RAM，大大減少了存儲器所占芯片面積和功耗。整個設計進行了FPGA驗證，并采用HJTC0.18μm工藝庫完成了綜合與版圖設計，設計的芯片通過了流片驗