h.264視頻分區(qū)域編碼與運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的.研究與優(yōu)化

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1、大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文大連理工大學(xué)學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本人完全了解學(xué)校有關(guān)學(xué)位論文知識(shí)產(chǎn)權(quán)的規(guī)定，在校攻讀學(xué)位期間論文工作的知識(shí)產(chǎn)權(quán)屬于大連理工大學(xué)，允許論文被查閱和借閱。學(xué)校有權(quán)保留論文并向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印、或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。學(xué)位論文題目：絲絲笙塹筮蒸壟叢』壘塑廛型絲絲篁垡叢三磕莖絲絲：作者簽名：超蘭垂羞日期：；迦2年j上月jZ-日導(dǎo)師簽名：—弋墨殛q幺—一日期：——年——月——日大連理工大學(xué)碩士學(xué)位論文

2、1緒論1．1課題研究背景隨著現(xiàn)代社會(huì)信息化程度的逐漸加深，數(shù)字信息技術(shù)已經(jīng)廣泛的應(yīng)用在我們的日常生活中。伴隨著數(shù)字信息技術(shù)的高速發(fā)展，人們對(duì)視頻圖像的需求也不斷改變，隨之也涌現(xiàn)出各種各樣的視頻服務(wù)。由最開始的視頻電話，到后來的視頻聊天，再到現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)電視，這些都體現(xiàn)了視頻服務(wù)的變化過程和趨勢(shì)。因?yàn)橐曨l服務(wù)發(fā)展的瓶頸是有限的網(wǎng)絡(luò)帶寬和龐大的視頻數(shù)據(jù)之間的矛盾，所以視頻處理的發(fā)展方向也就變成了如何高效的壓縮已獲得的視頻圖像【l】。針對(duì)這種情況，20世紀(jì)80年后期以來，出現(xiàn)了眾多有關(guān)圖像編碼的技術(shù)，包括用于壓縮靜止圖像的JPEG標(biāo)準(zhǔn)、用

3、于電視／電話會(huì)議的國際標(biāo)準(zhǔn)H．261標(biāo)準(zhǔn)【21、用于活動(dòng)視頻圖像壓縮編碼的MPEG．1標(biāo)準(zhǔn)【3】、MPEG．2標(biāo)準(zhǔn)【4】和MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)【5】以及用于低碼率可視電話的ITU．TH．263標(biāo)準(zhǔn)【¨】等。2000年以后，通信技術(shù)和多媒體壓縮技術(shù)有了快速的發(fā)展，相繼提出了一些更新的媒體壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)及其產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用方案，從而使得多媒體通信進(jìn)入了一個(gè)嶄新的階段【s】。上面的這些視頻編碼技術(shù)雖然能在各自的適應(yīng)領(lǐng)域獲得比較好的效果，但是隨著多媒體和通信技術(shù)的快速發(fā)展，它們已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鲩L的需求，傳統(tǒng)的編碼技術(shù)面臨著新的挑戰(zhàn)。現(xiàn)在人們往往

4、要求視頻壓縮后擁有更高的清晰度、更低的碼率、更強(qiáng)的容錯(cuò)性。雖然隨著超大規(guī)模集成電路的快速發(fā)展，現(xiàn)有計(jì)算機(jī)的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都大大提高，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也日趨成熟，但是仍然無法滿足視頻應(yīng)用的巨大數(shù)據(jù)量以及存儲(chǔ)和傳輸?shù)囊蟆８倪M(jìn)現(xiàn)有的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)和尋找更好的壓縮方法也就有了更重要的意義。在現(xiàn)有的所有視頻標(biāo)準(zhǔn)中，最成功的標(biāo)準(zhǔn)是MPEG．2，數(shù)字電視和DVD光盤都是采用該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮的。但是由于該標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)有十幾年歷史，現(xiàn)在其碼率和視頻質(zhì)量都已經(jīng)不能滿足人們的要求。而在目前現(xiàn)有的所有視頻標(biāo)準(zhǔn)中，H．264標(biāo)準(zhǔn)【9】最有可能成為新的主流視頻標(biāo)準(zhǔn)

5、，它是由聯(lián)合視頻組ⅣT提出的最新視頻標(biāo)準(zhǔn)。聯(lián)合視頻組ⅣT是由ISO的MPEG組織和ITU．TVCEG組織共同組建的，JVT的主要任務(wù)是將H．264草案發(fā)展為一個(gè)國際性標(biāo)準(zhǔn)。H．264標(biāo)準(zhǔn)增加了很多視頻壓縮的新技術(shù)，且具有優(yōu)異的編碼性能。與應(yīng)用廣泛的MPEG-4標(biāo)準(zhǔn)相比，H．264能夠節(jié)省50％以上的碼率，但其節(jié)省碼率的代價(jià)是壓縮算法的運(yùn)算復(fù)雜度增加【lol。在現(xiàn)有硬件條件下，如果不對(duì)編解碼器進(jìn)行優(yōu)化，很難利用H．2“標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)編解碼，這也是制約H．2“標(biāo)準(zhǔn)得到廣泛應(yīng)用的根本問題。H．264視頻分區(qū)域編碼及運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的研究與優(yōu)化

6、1．2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀H．264標(biāo)準(zhǔn)推出后，針對(duì)其編解碼運(yùn)算復(fù)雜度較高的問題，國內(nèi)外學(xué)者展開了大量的研究?？傮w來說，研究主要有兩個(gè)方向：一個(gè)方向是如何在現(xiàn)有H．264標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上進(jìn)行算法優(yōu)化，另一個(gè)方向是對(duì)現(xiàn)有的編解碼程序進(jìn)行優(yōu)化，即程序優(yōu)化。H．264標(biāo)準(zhǔn)剛推出時(shí)，人們的研究重點(diǎn)是驗(yàn)證其正確性并對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，此后人們將研究重點(diǎn)放到了算法優(yōu)化方面。算法優(yōu)化主要是指在H．264框架下如何改進(jìn)視頻壓縮的速度，主要包括多參考幀的選擇、幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式選擇、幀間模式選擇和運(yùn)動(dòng)估計(jì)等。其中由于運(yùn)動(dòng)估計(jì)部分占用編碼的時(shí)間較長，所以成為了研究的熱

7、點(diǎn)【ll】【l到。2000年I．Rhee等提出了應(yīng)用非矩形塊進(jìn)行全搜索113】，此法精度較高，但適用范圍受限；劉海龍等提出了菱形算法【14】，該算法使用兩種模板進(jìn)行搜索，獲得了較好的效果；WeiguoZheng等提出了一種彈性的菱形搜索算法，減小了搜索的計(jì)算量Il"。Tourapis．A．M等提出了提前預(yù)測(cè)菱形算法，對(duì)視頻進(jìn)行提前預(yù)測(cè)已加快搜索速度06]。C．H．Cheung等將十字算法與菱形算法結(jié)合使用時(shí)搜索更加精確【17】。WangYan．ni等將時(shí)間和空間的相關(guān)性引入菱形搜索法，是菱形搜索速度更快【18】。由于菱形搜索的梯度

8、下降在各個(gè)方向并不一樣，所以導(dǎo)致算法找不到最優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)這種情況，2002年CeZhu等提出了六邊形搜索算法【l引，很好的解決了上述問題。ZhouGuanfeng等又提出了判斷宏塊是否為靜止塊的算法，縮小的計(jì)算時(shí)間【201，同時(shí)KyuseoHan等提