視頻壓縮的運(yùn)動(dòng)估計(jì)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(chǔ)和傳輸中起著十分重要的作用。運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是消除視頻信號(hào)時(shí)間冗余的主要方法，是視頻壓縮編碼的關(guān)鍵技術(shù)。本文在空間域運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法、小波域運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，以及小波變換在圖像壓縮中的應(yīng)用等方面進(jìn)行了研究和探討。主要工作與貢獻(xiàn)如下： (1)提出了一種空間域物體運(yùn)動(dòng)特征自適應(yīng)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，主要包括搜索起點(diǎn)預(yù)測(cè)模型和自適應(yīng)搜索方法兩部分?；谖矬w的整體性和運(yùn)動(dòng)的連續(xù)性，搜索起

2、點(diǎn)預(yù)測(cè)模型隨相鄰塊運(yùn)動(dòng)相關(guān)性的變化調(diào)整模型參數(shù)，預(yù)測(cè)結(jié)果更加接近最佳運(yùn)動(dòng)矢量。根據(jù)絕對(duì)誤差和的梯度和物體的運(yùn)動(dòng)特征，自適應(yīng)搜索調(diào)整模板的大小和形狀，從而加快搜索速度。實(shí)驗(yàn)結(jié)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(zhì)量方面優(yōu)于其它快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)對(duì)比算法。 (2)提出了一種小波域的初始運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)方法和交叉搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。初始運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)方法利用小波變換的多分辨率特性，以及塊的時(shí)間和空間關(guān)聯(lián)性，并結(jié)合低頻子

3、帶全搜索方法，在運(yùn)算復(fù)雜度增加極小的情況下，得到更準(zhǔn)確的初始運(yùn)動(dòng)矢量。根據(jù)小波子帶系數(shù)的特點(diǎn)，在低頻子帶平移后，交叉搜索沿水平和垂直方向進(jìn)行，通過(guò)調(diào)整交叉搜索中心，逐步逼近最優(yōu)的運(yùn)動(dòng)矢量。運(yùn)動(dòng)估計(jì)按小波變換級(jí)數(shù)進(jìn)行，在每個(gè)分辨率層次，搜索范圍局限于參考幀對(duì)應(yīng)變換級(jí)數(shù)下的4個(gè)平移子帶，得到的是當(dāng)前分辨率下的最優(yōu)運(yùn)動(dòng)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(jié)果驗(yàn)證了初始矢量預(yù)測(cè)和交叉搜索方法的有效性。 (3)通過(guò)分析運(yùn)動(dòng)補(bǔ)

4、償時(shí)間濾波(MCTF)更新算法對(duì)重構(gòu)圖像PSNR的影響，研究了一種內(nèi)容自適應(yīng)的MCTF反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法。根據(jù)簡(jiǎn)單量化獨(dú)立信源編碼的平均絕對(duì)誤差和計(jì)算方法，分析了更新步驟缺省時(shí)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(shí)，因能量歸一化所導(dǎo)致的解碼端奇、偶數(shù)幀之間的PSNR變化?；陬A(yù)測(cè)和更新步驟的運(yùn)動(dòng)矢量互為反向的原則，提出了一種反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償矢量的獲取方法。仿真實(shí)驗(yàn)表明該方法可以改善重構(gòu)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(yùn)動(dòng)估計(jì)后的高頻子帶能量，建立了運(yùn)動(dòng)估計(jì)準(zhǔn)確程度的估算模型，從而實(shí)現(xiàn)了具有內(nèi)容自適應(yīng)特性的MCTF反向運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，減小了ghosting偽影，克服了由于運(yùn)動(dòng)估計(jì)的不準(zhǔn)確以及更新步驟可能導(dǎo)致的低頻子帶反向補(bǔ)償誤差。仿真實(shí)驗(yàn)證明了該方法的有效性。 (4)設(shè)計(jì)了一種高效低功耗的二維小波變換器VLSI結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)，對(duì)行、列小波處理器的數(shù)據(jù)調(diào)度方法進(jìn)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(jié)果，實(shí)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(guò)優(yōu)化列處理器的數(shù)據(jù)調(diào)度，處理每個(gè)點(diǎn)只需讀取或存儲(chǔ)一次數(shù)據(jù)，將存儲(chǔ)器訪問(wèn)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(chǔ)器所占芯片面積和功耗。整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行了FPGA驗(yàn)證，并采用HJTC0.18μm工藝庫(kù)完成了綜合與版圖設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的芯片通過(guò)了流片驗(yàn)