視頻壓縮中的運動估計和碼率控制算法研究.pdf

1、運動估計和碼率控制是視頻編碼系統(tǒng)中的兩大關鍵技術。運動估計算法被用來從已編碼的參考幀得到當前編碼幀的預測圖像，去除視頻序列中存在的時間冗余，其搜索速度和精度對于縮短編碼時間、提高壓縮比和提升圖像質量有著重要影響。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來控制輸出碼率。同時，碼率控制算法對于編碼器穩(wěn)定性的提高和圖像質量的提升都起到重要作用。目前的運動估計和碼率控制算法大多存在復雜性過高或圖像質量不佳等缺點。為了

2、解決這些問題并滿足不同應用的要求，本文進行了相關研究。 本論文主要完成的工作如下：為了滿足實時視頻通信和嵌入式系統(tǒng)的要求，針對目前大多數運動估計快速算法沒有較好地解決算法復雜度和圖像質量之間矛盾的缺點，提出了一種基于運動場預測的六邊形塊運動估計搜索算法。該算法結合“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。并且在塊失真度量中使用改進的部分失真準則，進一步降低了算法復雜度。實驗結果表明，和菱形算法(DS

3、)、預測運動場自適應搜索算法(PMVFAST)相比，該算法的計算復雜度和搜索點數都有了明顯下降；同時，它的圖像質量要優(yōu)于DS算法，和PMVFAST算法相比只有較小的下降。 為了滿足對圖像質量有高要求的場所的需要，針對大多數快速運動估計算法圖像質量有較大下降且現(xiàn)有部分失真算法計算復雜度依然較高的缺點，提出了一種基于運動場預測的部分失真塊運動估計搜索算法。該算法提出了一種可調的部分失真準則，并結合了運動場估計技術和中途停止技術，能快

4、速找到匹配點。實驗結果表明，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，圖像質量也有一定的提高。另外，該算法的圖像質量和搜索速度是可調節(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提取算法復雜、碼流分配不夠科學的不足，提出了一種支持ROI優(yōu)先編碼策略的自適應碼率控制算法。該算法提出了一種簡單有效的R

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

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