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文檔簡介

1、運動估計算法設計及 FPGA實現(xiàn)作者:作者單位:陳祖爵, 韓云, 鞠時光, 武仲寅, CHEN Zu-jue, HAN Yun , JU Shi-guang, WU Zhong-yin陳祖爵 ,鞠時光 ,武仲寅 ,CHEN Zu-jue,JU Shi-guang,WU Zhong-yin( 江蘇大學 ,計算機科學與通信工程學院 ,江蘇 ,鎮(zhèn)江 ,212013), 韓云 ,HAN Yun( 江蘇大學 ,計算機科學與通信工程學院,江蘇 ,鎮(zhèn)江 ,212013;巢湖學院 ,計算機系 ,安徽 ,巢湖 ,238000)刊名:江蘇大學學報(自然科學版)JOURNAL OF JIANGSU UNIVERSI

2、TY(NATURAL SCIENCE EDITION)英文刊名:2007,28(4)年,卷 (期):3次被引用次數(shù):參考文獻 (12條)1.李子印 .朱善安基于運動矢量預測的六邊形塊運動估計搜索算法期刊論文 -信號處理2006(02)2.Zhu S.Ma K K A new diamond search algorithm for fast block matching motion estimation 1997(01)3.桂樂 小波分析理論及其在圖像壓縮中的應用學位論文 20034.樓棟軍 .徐寧儀 .林孝康 一種快速高效 MPEG-4運動估計硬件結(jié)構(gòu)的研究和實現(xiàn)期刊論文 -電視技術200

3、4(08)5.Gao R.Xu D.Bentley J P Reconfigurable hardware implementation of an improved parallel architecturefor MPEG-4 motion estimation in mobile applications 2003(04)6.Denolf K.Chirila-Rus A.Turney R Memory efficient design of an MPEG-4 video encoder for FPGA 20057.Masood N.Naqvi S S Implementation o

4、f MPEG-4 Decoding on FPGA20058.Chien Chihda.Chen Hochun A low-power motion compensation IP core design for MPEG-1/2/4 video decoding 2005(05)9.Lehtoranta O.Salminen E.Kulmala A A parallel MPEG-4 encoder for FPGA based multiprocessor SoC200510.Xilinx Inc MPEG-4 Simple ProfileEncoder v1.1 200611.杜天艷 .

5、唐平 Petri網(wǎng)的一種硬件實現(xiàn)方法 期刊論文 -江蘇大學學報 (自然科學版 ) 2004(05)12.杜天艷 .趙不賄 .陸繼遠 基于 multiSIM 環(huán)境下的混雜系統(tǒng)仿真 期刊論文 -江蘇大學學報 (自然科學版 ) 2003(03)相似文獻 (10條)1.學位論文林舒靜 視頻壓縮中運動估計算法的研究2009運動估計技術是視頻壓縮編碼中的核心技術之一,采用運動估計和運動補償技術可以消除視頻信號的時間冗余,從而提高編碼效率。研究設計高效、快速、魯棒的運動估計算法成為目前視頻壓縮技術中研究的重要課題。在各種運動估計方法中,塊匹配法由于其原理簡單、便于實現(xiàn)等優(yōu)點得到了普遍應用,被許多視頻編碼標準

6、 ( 如MPEG以及 TH 26X)所采用,在理論研究和實踐應用中得到了不斷的發(fā)展和完善,成為數(shù)字視頻技術的一個研究熱點。其相關快速算法也得到了廣泛的研究和發(fā)展。但是,傳統(tǒng)的快速塊匹配算法如三步法、菱形法等雖然極大地提高了搜索速度卻具有易陷入局部最優(yōu)的固有缺陷,不能兼顧快速運動運動矢量和準靜止運動矢量,這對于運動估計的質(zhì)量有很大的影響,是迫切需要解決的問題。本文主要的任務是在分析和研究幾種經(jīng)典的運動估計算法的基礎上,改進并實現(xiàn)一種更優(yōu)的算法。本文首先闡述了基于塊匹配的運動估計的基本原理,詳細介紹了全搜索法和幾種典型的塊匹配運動估計快速算法。分析了它們各自的技術特點,通過實驗數(shù)據(jù)定量地評價了各算

7、法的優(yōu)缺點。然后重點介紹了本文提出的一種改進的自適應運動估計算法 新方向性菱形 弧形算法。此算法根據(jù)序列圖像中運動矢量場中心偏置分布特性,設計了一種方向性菱形模板和大菱形 弧形模板,根據(jù)運動類型自適應選擇搜索策略。以上技術使本文算法在保證了搜索準確性的同時,很大的提高了運動估計的速度。最后,進行了系統(tǒng)仿真實驗來論證論文中改進的算法。通過對實驗數(shù)據(jù)列表分析、比較,發(fā)現(xiàn)改進后的算法均優(yōu)于本文介紹的經(jīng)典的塊匹配運動估計算法,實現(xiàn)了預期的研究目標。綜合實驗數(shù)據(jù),可以得出以下結(jié)論:本文算法對具有小運動、中等運動和大運動的視頻序列圖像均能在搜索速度和搜索精度兩方面保持比較優(yōu)異的性能,兼顧大運動矢量和小運動

8、矢量搜索,計算量都有所減少,搜索速度快。所以本文算法無論在搜索準確性還是搜索速度方面,與以往的快速搜索算法相比,均具有一定的優(yōu)勢,并且由于本算法充分利用了向量的時間和空間上的相關性來預測起始搜索點,從而使算法不容易陷入局部最優(yōu),極大的避免了出現(xiàn)搜索錯誤的可能,提高了搜索效率。2.期刊論文肖廣.賀樑.滕國偉 .石旭利 .XIAO Guang.HE Liang.TENG Guo-wei.SHI Xu-li一種改進的快速運動估計算法 -計算機工程 2008,34(8)針對當前 H.264/AVC 典型快速運動估計算法缺少與其他編碼特征相結(jié)合的情況,提出融合多參考幀選擇和幀間模式判決的快速運動估計算法

9、,綜合考慮整數(shù)變換與量化、矢量預測、搜索范圍、參考幀及其各個塊模式之間的相關性.實驗結(jié)果表明該算法在碼率變化不大的條件下, 可顯著提高編碼器的運算速度 .3.學位論文王誼波 基于起點預測的快速運動估計算法2006計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)展和普及,大大推動了視頻技術的發(fā)展和應用,數(shù)字視頻技術在當前的信息社會中日益發(fā)揮著重要的作用。同時,視頻圖像的編碼和傳輸技術面臨巨大的挑戰(zhàn)。實時視頻編解碼技術已經(jīng)成為研究的熱點,運動估計在視頻編碼中占有 50-80的運算量,因此,為了提高編碼器的速度必須首先提高運動估計算法的效率。運動估計從而成為這一領域最有挑戰(zhàn)性的研究課題。由于視頻的數(shù)據(jù)量巨大,為了滿足視頻在

10、頻帶受限的無線信道上傳輸?shù)膶崟r性要求,必須使用數(shù)據(jù)量壓縮比大而且復雜度小的快速編碼算法,盡量用最少的數(shù)據(jù)傳輸最大的信息量。基于塊匹配的運動估計由于其簡單易實現(xiàn)性而被當前的所有視頻編碼國際標準所采用。全搜索塊匹配算法是最簡單最直接的塊匹配運動估計法,但是由于其運算復雜度太高很難應用于實時視頻編碼中,從而業(yè)界提出了很多種快速塊匹配運動估計方法。本文介紹了各種塊匹配運動估計算法并進行了總結(jié)和歸類。首先介紹了運動估計中的塊匹配準則,接著分類介紹了全搜索法和各種快速搜索法。本文在六角形搜索算法 (HS)的基礎上,再根據(jù)視頻序列圖像幀相鄰空間塊和對應的運動向量的高度空間相關性,提出了一種新的用于塊匹配的運

11、動估值搜索算法一預測六角形搜索算法 (PHS)。該算法在運動估值的過程中引入了預測運動向量的概念,最后通過實驗驗證了該算法的有效性。試驗表明,本文改進的算法與現(xiàn)有的算法相比較,在搜索速度和搜索效果方面有明顯的優(yōu)勢。4.期刊論文 宋傳鳴 .王相海 .張福炎 .SONG Chuan-Ming.WANG Xiang-Hai.ZHANG Fu-Yan二值alpha平面輔助的視頻對象快速運動估計算法-軟件學報 2008,19(4)提出了一種任意形狀視頻對象的快速運動估計方法.詳細分析了 alpha平面在視頻對象的快速運動估計過程中起到的指導性作用,采用邊界擴展和邊界掩碼技術 ,提出了一種新的二值 alp

12、ha平面匹配衡量準則 WBAMC (weighted binary alpha-plane matching criterion).結(jié)合優(yōu)先搜索策略 ,提出了二值alpha平面輔助的視頻對象快速運動估計算法BAAME(binary alpha-plane assisted motion estimation).首先 ,利用 alpha平面和 WBAMC 準則 ,將邊界宏塊的搜索范圍縮小至兩個搜索起點的單調(diào)區(qū)域,再采用傳統(tǒng)的快速運動估計算法確定其運動向量 ; 然后 ,用邊界宏塊的運動向量預測內(nèi)部宏塊的搜索起點;最后 ,采用快速運動估計算法搜索內(nèi)部宏塊的運動向量.這種方法可與多種空間域和頻率域運動

13、估計算法相結(jié)合,有效地應用于基于對象的視頻編碼器中.實驗結(jié)果表明 ,對于多種類型的標準測試視頻流,BAAME 算法始終能夠保持較高的估計精度和主觀質(zhì)量 ,運動補償?shù)钠骄?PSNR(peak signal-to-noiseratio)較 DS(diamond search)和 PSA(priority search algorithm)(BAAS(binary alpha-plane assisted search)+DS)高出 0.1dB 0.8dB,略低于 FS(fullsearch),但是其計算復雜度與 FS相比降低了 20倍.5.期刊論文 沈承東 .李思昆 .SHEN Cheng-don

14、g.LI Si-kun 使用提前結(jié)束策略的部分失真搜索快速運動估計算法-計算機工程與科學 2007,29(9)和傳統(tǒng)的快速塊匹配運動估計算法相比 ,部分失真搜索運動估計算法通常會帶來較低的視頻圖像質(zhì)量下降 ,但它獲得的計算加速比有限 .本文提出一種新的快速部分失真搜索運動估計算法 ,它在搜索點檢測過程中使用兩種提前結(jié)束策略 :早期搜索結(jié)束策略和中途搜索終止策略 .提前結(jié)束策略的使用能夠顯著減少搜索點的個數(shù) ,彌補了規(guī)格化部分失真搜索算法只能降低失真計算量的不足 ,兩種策略的結(jié)合使用能夠在保證較高視頻質(zhì)量的同時 ,大大降低運動估計的計算復雜性 .實驗結(jié)果及分析表明 :新算法的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的運動估

15、計算法 ,在視頻質(zhì)量接近全局搜索算法的同時 ,獲得比傳統(tǒng)的運動估計算法更高的計算加速比 .6.學位論文吳杰杰 基于視頻傳輸協(xié)議的預測和估計的研究 基于 H.264的快速運動估計算法的研究2009隨著市場的需求,在盡可能低的存儲情況下獲得較好的圖像質(zhì)量和低帶寬圖像快速傳輸已成為視頻壓縮的兩大難題。為此,ISO/IEC 和 ITU-T 兩大國際標準化組織聯(lián)手制定了新一代視頻壓縮標準H.264。正是因為 H.264其良好的壓縮性和網(wǎng)絡友好性等新特點而成為目前視頻存儲和圖像通信研究領域的一個熱點問題。實現(xiàn) H.264實時編碼是其中一個很重要的研究方向,尤其在移動視頻、視頻會議、可視電話等視頻實時應用場

16、合具有非常重要的研究意義和實用價值。 <br>運動估計作為視頻壓縮框架中的關鍵技術,對視頻壓縮編碼的質(zhì)量和速度有著舉足輕重的影響。因此尋找一種快速、高效的運動估計算法成了視頻壓縮領域的研究熱點。如何對運動估計算法進行優(yōu)化,降低編碼復雜度,是本文研究的主要內(nèi)容。本文正是以此為出發(fā)點,所作的工作主要有:<br>首先,簡單介紹了數(shù)字視頻編碼標準在當今技術領域中的重要性以及數(shù)字視頻編碼標準的演進過程,接下來扼要評述了幾種重要的視頻編碼標準。 <br>其次,歸納總結(jié)了視頻編碼中常見的壓縮技術,并對H.264 中的新技術、新方案和改進的地方作總體的介紹。在前面分析的基礎

17、上,本文又深入研究了幾種經(jīng)典的運動估計算法,并對各算法進行了詳細的描述及分析,如全搜索算法 (FS)、三步搜索法 (TSS)、菱形搜索法 (DS) 、MVFAST 搜索法及UMHexagonS搜索法。 <br>最后,結(jié)合 H.264編碼特點,本文提出了一種改進的快速運動估計算法 -八邊形運動估計算法,該算法深入分析了快速運動估計算法中的若干關鍵技術問題,借鑒一些快速運動估計搜索算法的優(yōu)點,從搜索模式和加速策略方面加以改進的,提高了編碼系統(tǒng)的搜索效率。該算法是一種混合型搜索法,在搜索過程中采用了八邊形模板、大小菱形模板及正方形模板相結(jié)合的方式,同時還采用了起點預測技術避免陷入局部最小

18、和提前終止策略,避免錯誤搜索帶來的時間損耗。通過仿真實驗驗證了算法的可行性,采用本文算法可以節(jié)省大量搜索時間,使編碼時間大大減少且不影響圖像質(zhì)量,彌補其他算法搜索緩慢的缺點。7.期刊論文譚琳.李麗娟 .TAN Lin.LI Li-juan基于距離預測的快速自適應運動估計算法-計算機工程與應用2007,43(30)已有的快速搜索算法中 ,絕大多數(shù)都不檢查搜索區(qū)中所有候選項 ,所以 ,當視頻序列中有快速或隨機運動時 ,這些算法常導致搜索陷入局部最優(yōu) .為了解決這一問題 ,提出了一種估算當前搜索點和最佳點之間的距離的度量方法 ,在此基礎上提出了一種新的自適應的閾值方案 ,并結(jié)合層次搜索技術 ,既有效

19、提高了具有快速或隨機運動的視頻的運動估計的搜索速度 ,也保證了算法較好的 PSNR性能 .8.學位論文姜園園 VC-1 視頻編碼技術研究及在 DSP上的實現(xiàn)2008隨著信息化時代的發(fā)展,人類也進入了一個嶄新的網(wǎng)絡多媒體時代,作為諸多計算機研究領域中最為活躍之一的多媒體視頻編碼技術也隨著應用要求的改變而不斷發(fā)展著。為此,2006年 4月,微軟公司以其在 WMV9(Windows MediaVideo9) 基礎上開發(fā)的 VC-1(Video Codec 1)視頻編碼壓縮技術向美國電影電視工程師協(xié)會 SMPTE(Society of Motion Picture and Television Eng

20、ineers)提出公開標準化的申請,并獲得通過, VC-1正式命名為 SMPTE 421M 。此協(xié)議提出的目的是能夠在低比特率下獲得很好的圖像壓縮效果并能適應不同的網(wǎng)絡環(huán)境,以滿足對壓縮效率、圖像質(zhì)量和在當前網(wǎng)絡帶寬條件下的實時傳輸要求。本文對 VC-1 視頻編碼技術進行了深入研究,分析了其使用的關鍵技術,包括幀內(nèi)預測,幀間預測,1/4像素精度的運動估計,熵編碼,環(huán)路濾波,重疊平滑技術等。通過對目前的各模塊算法進行深入剖析研究,尋找出目前所提出算法中的不足和影響編碼速度的瓶頸,進而對瓶頸部分進行分析研究找出算法的改進方法。因為根據(jù)大量的實驗數(shù)據(jù)顯示,運動估計在VC-1 全部算法計算中占有相當大

21、的比例,所以本文主要在運動估計算法方面提出了改進方法,對基于塊匹配的十字 -菱形搜索算法進行了進一步的優(yōu)化。并完成了將在PC機下的部分改進代碼向目前專門面向多媒體應用的專用數(shù)字信號處理(DSP, Digtal Signal Processing)芯片 TMS320DM642 的移植及優(yōu)化工作。根據(jù)此 DSP芯片的特點,通過對移植后的程序進行 C語言和匯編語言級的優(yōu)化,使 VC-1 編碼算法達到了良好的優(yōu)化效果。9.期刊論文 眭保輝 .吳強 .徐成 .李仁發(fā) .劉彥 .SUI Bao-hui.WU Qiang.XU Cheng.LI Ren-fa.LIU Yan 自適應的H.264快速運動估計算法-計算機工程與應用 2008,44(34)H.264/AVC 是 ITU-T 和ISO/IEC 聯(lián)合制定的最新視頻壓縮標準 .運動估計作為 H.264算法中計算最復雜的部分 ,在很大程度上影響著整個算法的性能.為提高運動估計算法的搜索效率 ,提出了一種自適應的快速運動估計算法 .實驗結(jié)果表

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