視頻壓縮中的運(yùn)動估計(jì)和碼率控制算法研究.pdf

1、運(yùn)動估計(jì)和碼率控制是視頻編碼系統(tǒng)中的兩大關(guān)鍵技術(shù)。運(yùn)動估計(jì)算法被用來從已編碼的參考幀得到當(dāng)前編碼幀的預(yù)測圖像，去除視頻序列中存在的時(shí)間冗余，其搜索速度和精度對于縮短編碼時(shí)間、提高壓縮比和提升圖像質(zhì)量有著重要影響。另一方面，為了在信道上傳輸壓縮視頻，需要碼率控制算法通過改變編碼參數(shù)來控制輸出碼率。同時(shí)，碼率控制算法對于編碼器穩(wěn)定性的提高和圖像質(zhì)量的提升都起到重要作用。目前的運(yùn)動估計(jì)和碼率控制算法大多存在復(fù)雜性過高或圖像質(zhì)量不佳等缺點(diǎn)。為了

2、解決這些問題并滿足不同應(yīng)用的要求，本文進(jìn)行了相關(guān)研究。 本論文主要完成的工作如下：為了滿足實(shí)時(shí)視頻通信和嵌入式系統(tǒng)的要求，針對目前大多數(shù)運(yùn)動估計(jì)快速算法沒有較好地解決算法復(fù)雜度和圖像質(zhì)量之間矛盾的缺點(diǎn)，提出了一種基于運(yùn)動場預(yù)測的六邊形塊運(yùn)動估計(jì)搜索算法。該算法結(jié)合“足夠好就停止搜索”的思想和六邊形搜索模式的高速特性，能快速找到匹配點(diǎn)。并且在塊失真度量中使用改進(jìn)的部分失真準(zhǔn)則，進(jìn)一步降低了算法復(fù)雜度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，和菱形算法(DS

3、)、預(yù)測運(yùn)動場自適應(yīng)搜索算法(PMVFAST)相比，該算法的計(jì)算復(fù)雜度和搜索點(diǎn)數(shù)都有了明顯下降；同時(shí)，它的圖像質(zhì)量要優(yōu)于DS算法，和PMVFAST算法相比只有較小的下降。 為了滿足對圖像質(zhì)量有高要求的場所的需要，針對大多數(shù)快速運(yùn)動估計(jì)算法圖像質(zhì)量有較大下降且現(xiàn)有部分失真算法計(jì)算復(fù)雜度依然較高的缺點(diǎn)，提出了一種基于運(yùn)動場預(yù)測的部分失真塊運(yùn)動估計(jì)搜索算法。該算法提出了一種可調(diào)的部分失真準(zhǔn)則，并結(jié)合了運(yùn)動場估計(jì)技術(shù)和中途停止技術(shù)，能快

4、速找到匹配點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，它和正規(guī)化部分失真搜索算法(NPDS)、分級部分失真搜索算法(PPDS)相比，搜索速度分別加快了2～7倍和0.6～3倍，圖像質(zhì)量也有一定的提高。另外，該算法的圖像質(zhì)量和搜索速度是可調(diào)節(jié)的。 為了滿足低碼率視頻編碼系統(tǒng)的需求，針對支持感興趣區(qū)(ROI)優(yōu)先編碼的碼率控制算法存在的ROI提取算法復(fù)雜、碼流分配不夠科學(xué)的不足，提出了一種支持ROI優(yōu)先編碼策略的自適應(yīng)碼率控制算法。該算法提出了一種簡單有效的R

5、OI提取方法，并根據(jù)圖像復(fù)雜度和運(yùn)動信息給ROI和非感興趣區(qū)(NROI)分別分配碼流；對于ROI的編碼范疇，推導(dǎo)出了高低碼率的判斷準(zhǔn)則，使算法可以自適應(yīng)地選擇碼率模型，減少了碼率控制誤差。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與TMN7和TMN8的算法相比，該算法能將輸出碼率更穩(wěn)定地控制在目標(biāo)碼率附近，減少了跳幀；而且圖像的客觀和主觀質(zhì)量都有了明顯的提高。 針對經(jīng)典的TMN8碼率控制算法由于需要計(jì)算方差而帶來的計(jì)算復(fù)雜度較高的缺點(diǎn)，提出了一種基于率失真

6、理論的低復(fù)雜度碼率控制算法。該算法推導(dǎo)出了基于平均絕對差(MAD)的R-Q模型。編碼過程首先根據(jù)圖像的復(fù)雜度分配幀層的目標(biāo)比特?cái)?shù)；然后在宏塊層利用復(fù)雜度和運(yùn)動信息計(jì)算各宏塊的權(quán)重并使用拉格朗日方法優(yōu)化失真度，確定最優(yōu)量化器。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，由于算法不用計(jì)算方差，與TMN8算法相比明顯減小了計(jì)算復(fù)雜度；與TMN7相比，該算法能將碼率更穩(wěn)定地控制在目標(biāo)碼率附近，減少了跳幀，達(dá)到了TMN8算法的碼率控制效果；另外，圖像質(zhì)量比TMN8算法更加穩(wěn)定