《電子技術(shù)應(yīng)用》
您所在的位置:首頁 > 嵌入式技術(shù) > 設(shè)計應(yīng)用 > 一種基于H.264標準的快速運動估計算法
一種基于H.264標準的快速運動估計算法
中國地質(zhì)大學
摘要: H.264是現(xiàn)有最重要數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標準之一。同時快速運動估計算法一直是視頻壓縮中的研究熱點。本文針對一些快速估計算法過早確定了搜索方向,容易陷入局部最小點,損失了搜索精度的情況,在原有基礎(chǔ)上,運用菱形十字搜索算法(DCS)與閾值估計相結(jié)合的方法提高了運動估計的性能。
Abstract:
Key words :

作者:李 娟侯 強 吳題 李云強

 

0 引言

H.264采用了減少視頻圖像各幀間冗余度的運動估計算法。運動估計算法傳統(tǒng)的有全搜索(FS)、三步搜索(TSS)、新三步搜索(NTSS)、四步搜索(FSS)等;常用的是鉆石搜索(DS)和非對稱十字交叉多層次六邊形格點運動搜索算法(UMHexagonS)。運動估計是整個視頻編碼中運算量最大的模塊,可占整個軟件編碼器運算量的70%以上。因此視頻系統(tǒng)中編碼器的復雜部分取決于運動估計算法體系結(jié)構(gòu)的復雜性。

1 運動估計算法分析

1.1 鉆石搜索(DS)算法

DS算法即鉆石搜索算法,被MPEG-4國際標準采用并收入驗證模型VM(Verification Model)中,是MPEG-4建議采用的快速運動估計算法。  DS算法采用了兩種搜索模板,分別是有9個檢測點的大模板和有5個檢測點的小模板。搜索時先用大模板LDSP在搜索區(qū)域中心及周圍8個點處進行匹配計算,當最小塊誤差出現(xiàn)在中心點處時,將大模板LDSP換為SDSP,再進行匹配計算,這時5個點中的MBD(Minimum Block Distortion)即為最優(yōu)匹配點;否則,改變中心位置,仍用LDSP重復計算。

1.2 菱形十字搜索(DCS)算法

菱形十字搜索算法(DCS)算法是在DS算法基礎(chǔ)上改進而來,DCS的匹配模板是建立在兩種不同的搜索模板之上的,即大菱形十字型(LDCSP)和小菱形十字型(SDCSP),如圖1所示。其中,十字型可以對應(yīng)于實際的運動的矢量分布,而交叉型則是為了加速搜索效果。

DCS算法在進行運動估計匹配運算時,有三種可能的情況:

(1)若MBD點位于LDCSP中心位置,說明圖像是靜止的,DCS算法一步結(jié)束;

(2)若MBD點位于LDCSP小十字位置,說明圖像的運動較小,則在此基礎(chǔ)上按照SDCSP模板反復進行交叉搜索。

(3)若MBD點位于LDCSP大十字位置,說明圖像的運動較大,則在此基礎(chǔ)上按照LDCSP模板反復進行交叉搜索。

由此可以看出,DCS算法的優(yōu)點是,可以根據(jù)圖像的運動類型(如上述三種情況),白適應(yīng)選擇下一步相應(yīng)的搜索模板,使搜索與圖像內(nèi)容有關(guān)(基于內(nèi)容的搜索),從而得到較好的搜索效果;DCS算法的搜索并不一定要經(jīng)歷模板由大到小的必然過程,有時一步即可完成搜索;用DCS搜索時,十字形模板對應(yīng)于實際的運動矢量分布,交叉形模板則有準確性“聚焦”特性,這從本質(zhì)上體現(xiàn)了DCS是粗定位和準確定位的有效結(jié)合。 function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

2 運動估計的閾值確定

視頻圖像的運動矢量大部分為零矢量或運動很小的矢量。運動矢量為零的塊稱為靜止塊;運動矢量很小的塊(以搜索窗口中心為圓心,兩像素為半徑的圓內(nèi))稱為準靜止塊:而其他的稱為運動塊。如果有超過80%運動矢量很小的塊可被看作靜止或準靜止塊。因此,可設(shè)一個閥值T,當運動矢量的值小于T時,可用SDCSP搜索法直接進行精確定位,找出最優(yōu)點;當運動矢量的值大于T時,可用LDCSP搜索算法找出最優(yōu)點。

運動矢量空間域的預測方式有運動矢量中值預測、空間域的上層塊模式運動矢量;在時間域的預測方式有前幀對應(yīng)塊運動矢量預測和時間域的鄰近參考幀運動矢量預測。本文采用運動矢量中值預測方式。根據(jù)與當前E塊相鄰的左邊A塊,上邊B塊和右上邊C塊的運動矢量,取中值作為當前塊的預測運動矢量。如圖2所示。

設(shè)當前要編碼塊E的運動矢量為MVp。如果運動矢量的值MVp≥T,則與E塊相鄰的各塊間運動的相關(guān)性較高,表明該區(qū)域的變化比較平緩;如果運動矢量的值MVp

3 自適應(yīng)運動估計算法

結(jié)合上述DCS算法和閾值的確定,可采取先對視頻圖像的運動塊進行閾值的判斷,再根據(jù)判斷結(jié)果進行最佳匹配塊的搜索。具體搜索步驟描述如下:

Step 1:判斷當前塊運動矢量MVp和閾值確大小。若MVp≥T,則進入Step 2;若MVp

Step 2:用LDCSP在搜索區(qū)域中心及周圍8個點進行匹配運算,然后判斷,找出MBD點。若MBD點位于中心點,說明宏塊是靜止的,DCS算法一步結(jié)束,得到最優(yōu)匹配塊;否則進行Step 3。

Step 3:若MBD點為LDCSP模版的小十字處,以該點為中心構(gòu)建SDCSP進行匹配計算,若MBD點位于中心點,所得MBD點為所求。否則,進入Step 4。

Step 4:若MBD點為LDCSP模版的大十字處,以該點為中心構(gòu)建LCSP進行匹配計算,進入step 2。

Step 5:用LDCSP在搜索區(qū)域中心及周圍5個點進行匹配運算,然后判斷,找出MBD點。若MBD點位于中心點,所得MBD點為所求;否則繼續(xù)Step 5。

算法流程圖如圖3所示

function ImgZoom(Id)//重新設(shè)置圖片大小 防止撐破表格 { var w = $(Id).width; var m = 650; if(w

4 實驗結(jié)果及說明

用搜索時間和PSNR值兩個指標來驗證DCS的性能。本節(jié)實驗用到的所有視頻文件均為QCIF(Quartet commonintermediate format)格式。實驗以主頻1.8GHz的PC機上運行的VisualC++6.0為平臺。測試對象為:missa、salesman、news、grandmother、foreman、carphone、claire,搜索范圍為16×16的矩形框,量化范圍為2~12,測試序列中每幀圖像的大小為176×144。

4.1 搜索時間的比較

為了時間測試的準確性,測試時采用的是VC++提供的兩個精確時間函數(shù):QueryPerformanceFrequency()和OuerPerformanceCounter()精度對標準測試序列missa、salesman、news、grandmother、foreman、carphone進行精確測定,得表1(數(shù)據(jù)均為三次測量所求得的平均值)。

從表1可知:a.FS搜索效果最佳,但耗時太長;DS算法有較大改進,可以實現(xiàn)實時壓縮;DCS比DS,運行時間都有不同程度的減少,故DCS算法在搜索速度有優(yōu)勢。b.從單個序列來看,DCS算法對missa和salesman時間優(yōu)化最為顯著,分別只占FS算法的7.42%、7.50%和DS算法的98.17%、97.49%;對carphone序列的搜索速度也有很大優(yōu)化,占FS搜索算法的7.97%和DS算法的97.82%。綜合視頻特性可知:DCS算法針對運動平緩的視頻對象搜索速度優(yōu)化明顯。

4.2 信噪比的比較

對標準測試序列claire和carphone序列進行測定,計算PSNR得表2。

表2中FS的平均PSNR最高,達到42.38,但搜索時間最長;DS的PSNR最低,為42.31,而DCS為42.35,高于DS算法,且僅低于FS算法0.03dB。從單個序列來看,DCS算法對claire的優(yōu)化程度最大,超過了FS的PSNR值,說明DCS算法身體靜止僅面部表情運動特點視頻適用。用DCS算法計算得到的carphone的PSNR值雖然低于FS算法,但高于DS算法;missa序列的DCS算法的PSNR值和FS、DS法的相差不大。故DCS算法在搜索速度、圖像質(zhì)量上均有保證。

5 結(jié)束語

本文從搜索時間和圖像質(zhì)量兩方面對各種塊匹配運動估計算法進行了性能分析比較。實驗結(jié)果表明,將菱形十字交叉搜索算法和閾值判斷結(jié)合,在搜索速度方面,有很大程度的優(yōu)化,而且能得到與FS、DS搜索算法相當?shù)膱D像質(zhì)量。DCS算法針對運動平緩的視頻作用明顯,由此推知該算法適用于電視電話、遠程教育等實時視頻壓縮。

此內(nèi)容為AET網(wǎng)站原創(chuàng),未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。
主站蜘蛛池模板: 夜色私人影院永久地址入口 | 亚洲码和乱人伦中文一区 | 草草视频在线观看最新 | 女女色综合影院 | 干天天| 全免费毛片在线播放 | 97午夜理伦片在线影院 | 国产乱理伦片在线看 | 国产成人免费高清视频 | 久久精品国产99久久6动漫欧 | 波多野结衣视频在线观看 | 国产欧美日韩不卡在线播放在线 | 国产精品资源在线播放 | 免费看大美女大黄大色 | 欧美日韩国产一区二区三区伦 | 亚洲欧美日韩国产专区一区 | 成人免费观看视频高清视频 | 免费观看污污视频 | 欧美在线一二三区 | 最近2019好看的中文字幕 | 天堂网在线视频 | 欧美日韩在线播放成人 | 黄色网址在线看 | fc2在线亚洲一区 | 成人在线综合网 | 在线一级视频 | 久久精品免费观看 | 91免费国产高清在线 | 国产日产久久高清欧美一区 | yy4408女性午夜私人影院 | 亚洲国产成人久久三区 | 美女黄网站全是免费网址 | 无码一区二区三区视频 | 国产亚洲3p无码一区二区 | 无码中文字幕日韩专区 | 久草高清在线 | 一个人看的手机视频www | 无遮挡一级毛片私人影院 | 国产视频网站在线观看 | 国产精品成人免费视频99 | 成人午夜18免费看 |