适用于H.264/AVC多参考帧的运动估计快速算法的研究与实现

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论文研究适用于H.264多参考帧特性的运动估计快速算法。H.264是ITU-T和MPEG于2003年联合提出的最新视频编码标准，具有低码率、高图像质量的特点。运动估计用于消除视频序列的时域冗余，是整个编码器中最耗时的部分，因此很多运动估计快速算法被提出。目前的运动估计快速算法只能应用于单参考帧，在支持多参考帧的H.264编码器中，需要为每个参考帧分别运行一次。运动估计的计算量随参考帧的增加成倍增长，运动估计算法成为提升编码器运行速度的瓶颈。为解决此题目，论文提出了一种新的运动估计快速算法，主要展开以下研究。论文研究自然视频序列在多参考帧内的统计特性。运动向量的空间分布显示，运动向量集中分布于搜索起始点附近的小半径区域内；匹配误差的空间特性显示，匹配误差以最佳运动向量为中心，沿空间各方向单调递增。论文提出八面体运动估计算法。算法利用大八面体、小八面体两个立体搜索模式，能够同时比较位于不同参考帧中的运动向量。随参考帧数量的增加，八面体运动估计算法计算复杂度的增加低于线性水平。论文将运动向量预测与提前终止策略应用于八面体运动估计算法。运动向量预测用于设置搜索起始点，降低搜索起始点与最佳运动向量的平均距离。提前终止策略可以使静止像素块跳过运动估计过程，减少不必要的计算。论文在JM编码器上实现算法，实验数据表明，与UMXS算法及EPZS算法相比，使用4个参考帧时，本算法能够将运动估计的速度提高一倍；当使用8个参考帧时，算法能够以不到0.1db的PSNR损失及不到2%的码率增长为代价，换取70%的编码时间。