H.264中多参考帧快速运动估计算法

针对H.264的运动估计计算量太大的问题,通过研究并验证视频多帧参考时的运动连续性,提出了一种基于有效区域的快速运动估计算法(VRF,Valid-Region-based Fast Motion Estimation). 该算法在第一个参考帧中用三步搜索(3SS,3-Step Search)快速估计整像素精度运动矢量, 并以此定义一个有效区域, 参考其它帧时, 在该有效区域内作改进的3SS估计; 然后选择最佳参考帧; 最后在所选择的最佳参考帧的有效区域内作全搜索和相应的分数像素精度估计. 实验证明, 和H.264全搜索相比, 本算法的运动估计搜索点数降低了82%以上, 而恢复质量(用峰值信噪比(PSNR,Peak Signal to Noise Ratio)表征)平均只下降0.24 dB,且码速率只增加8.81%; 和另一个经典的帧选择快速算法相比, 本算法的搜索点数降低了39%,且码速率平均下降了5.17%, 而恢复质量只下降0.08 dB.      

基于偏振约束的立体视频快速运动估计算法

分析了平行双目立体摄像系统的偏振约束特性,提出了一种基于偏振约束的立体视频快速运动估计算法.左通道和右通道分别作为基本层和增强层,对右通道结合视差估计和运动估计得到最优的运动矢量预测值初值,采用不同的运动搜索方法,确定右通道最终运动矢量.若最优的运动矢量预测值是由视差估计得到的左通道运动矢量,则根据偏振约束,左右通道图像对应编码块的运动矢量在垂直方向上的分量相等,因而右通道只在水平方向上进行小范围的运动估计搜索,从而大大降低了右通道运动估计的计算复杂度.实验结果表明,在相同条件下,采用该算法编码一帧图像的运动估计平均时间分别只有采用全搜索块匹配算法、钻石搜索法和三步搜索法的0.27,0.58和0.67倍,编码速度得到显著提高.     

利用H.264中运动矢量实现运动目标检测

针对视频压缩和运动目标跟踪同时实现的应用,通过研究H.264压缩标准中运动矢量包含的图像运动信息并分析运动估计原理,提出了一种利用视频压缩中的运动矢量信息实现运动目标检测的方法,确立了H.264编码流中运动矢量与场景中物体运动状态的对应关系.将运动目标从背景中分离是检测算法的核心.对于双门限值的设置,可分离不同运动速度的目标;同时,算法排除了背景运动的干扰,因而可应用于摄像机运动的场合;由于检测算法所用的运动矢量直接来源于H.264编码过程,而大大降低了计算复杂度,利于硬件实现.     

一种面向H.264/AVC的快速帧内预测选择算法

为提高I帧的编码效率,最新的视频压缩编码标准H.264/AVC,在空间域上 从多个方向进行多种模式的帧内预测,并使用率失真优化算法选择最佳模式,算法复杂度很 高.为此,提出了一种快速的帧内预测算法.针对亮度块的模式选择过程,提出了基于图像 熵值和滑动窗口机制自适应地调整熵值阈值的方法对宏块模式进行预判;针对亮度模式中多 个预测方向的选择,充分利用中间结果,预先排除一些可能性小的预测方向;在亮度块和色 度块相结合的率失真统计中,改变算法结构,预先计算色度块最佳模式.实验结果表明,算 法在不降低图像质量的基础上,编码速度平均提高76%,码率平均增加2.6%.      

改进的帧内帧间模式选择快速算法

为提高I帧和P帧的编码效率,H.264视频编码标准采用多模式帧内预测和多子块模式帧间预测,并选择率失真最优的模式进行编码,导致编码复杂度很高.为此,提出一种基于小波变换的帧内模式快速选择结合帧间预测下帧内模式预判断的算法.利用小波变换后的低频子图做帧内模式选择,由此预判断宏块中每个4×4子块可能的预测模式,使原来9次的代价函数计算减少到平均3.75次;使用去均值的差值平方和,预判断宏块是否选择帧间预测下的帧内编码模式,减少P帧编码时间.实验表明,改进算法在峰值信噪比降低不超过0.0644dB的情况下,编码速度平均提高19%左右.      

HEVC对偶编码单元划分优化算法

为了解决视频数据量日益增长与用户享受高质量视频体验需求之间的矛盾,HEVC在H.264/AVC标准的基础上通过引入新型的编码结构和算法进一步将编码效率提升了50%,但是也极大地提升了编码复杂度。基于此,提出对偶编码单元(CU)划分网络DualNet,来降低HEVC中帧内编码复杂度。该网络由预测网络和目标网络2个部分组成,其中,预测网络通过分析图像统计特征实现编码单元划分决策,从而跳过四叉树的遍历搜索,提高编码单元划分决策的时间效率;目标网络基于率失真代价评价和优化决策模型提升编码单元划分性能,实现模型互补和最优率失真估计。实验结果表明:与HEVC标准对比,所提算法在实现相近的压缩效果的前提下能够节省64.06%的编码时间。      

基于方向自适应菱形搜索的运动估计算法

基于对运动矢量分布特性的研究,提出了一种基于方向自适应菱形搜索的运动估计算法.该算法对搜索起始点进行预测;设置"双阈值",针对匹配块提前中止搜索;并根据运动特征,自适应地选择小菱形模板和4种新型的方向自适应菱形模板,具有强烈的搜索方向性.实验结果证明,该算法不仅大幅度地减少了平均搜索点数,而且在一定程度上提高了重建图像的信噪比,其搜索速度和精度均优于传统的快速运动估计算法.      

基于自适应搜索的快速运动估计算法

在MPEG和H.263的运动估计中,全搜索(FS)效果虽好但时间开销巨大,以三步搜索法为代表的一些快速算法不仅在搜索精度方面与FS相比有较大的差距,而且搜索时间仍不能满足实际的需要.提出的基于自适应搜索的快速运动估计算法(ASA)充分利用了视频序列运动矢量在空间分布上的中心偏置特性和相邻块运动的相关性,在大幅度提高搜索效率的情况下,得到了与全搜索非常接近的搜索效果.与现有算法相比,该算法具有高效、鲁棒性强的特点.      

基于FPGA的可变尺寸块运动估计高效结构

针对可变尺寸块运动估计(VBSME,Variable Block-Size Motion Estimation)的硬件结构在现场可编程门阵列(FPGA, Field Programmable Gate Array)上实现时消耗资源多且速度慢的问题,提出了一种面积和速度优化的VBSME硬件结构.其中,绝对差累加和(SAD,Sum of Absolute Differences)的计算采用基于随机存储器(RAM,Random Access Memory)的累加计算方式,比基于寄存器合并的方式节省了面积并增加了速度;通过采用脉动比较链而非总线结构,增强了多个SAD值的比较能力,并能高效地实现对部分差排除算法(PDE,Partial Difference Elimination)的支持.基于Virtex-II型FPGA器件,本结构消耗了2261个slice,时钟频率达到164MHz,在搜索窗口为16×16时可实时处理标清格式的视频.与同类设计相比,设计的面积可减少77%,速度增加218%,FPGA的硬件效率显著提升.     

已知初始匹配对的图像四元松弛匹配算法

提出了已知初始匹配对的四元松弛匹配算法,该算法以向量旋转角的旋转和缩放不变性特征作为匹配对的优化准则,首先计算向量旋转角度差值,然后通过构造支持度函数和剔除策略选出最优匹配对.在初始错误匹配比例较高和游动误差较大的情况下能够实现正确匹配.通过大量图像实验证明,该算法在匹配速度和正确率上优于桑农松弛匹配算法.     

运动估值的快速算法及其实现

现有的许多有关运动估值的快速算法,都存在着匹配速度快与匹配精度差的矛盾.文章在分析已有典型快速算法优缺点的基础上,提出了解决这一矛盾的分步逼近的新算法——迂回逼近法.算法选择了快捷和更为准确的搜索路径,且对程序的实现技术作了有效改进,其最终匹配结果具有全匹配算法的精度和典型快速算法的速度.文中说明了算法原理、程序技术和对比实验结果.      

改进的SSDA并行算法及其在TEM中的应用

介绍了一种把图像匹配中的序贯相似性检测算法(SSDA,Sequential Similarity Detection Algorithm)应用到地形匹配中的方法,把地形匹配系统中的数字高程模型、高程数据和实时剖面数据分别视为SSDA算法中的搜索图、灰度值和模板,同时提出了动态门限序列和分组选取随机点的方法,最后将改进的SSDA算法进行并行化并用消息传递接口(MPI, Message Passing Interface)实现.实验结果表明,改进的SSDA算法能有效地提高地形匹配的速度和计算精度,而相应的并行程序也能取得较好的加速比,从而一定程度上解决了传统的地形匹配算法时间复杂度高、实时性差的问题.     

基于模板匹配整帧屏幕视频帧内无损编码方法

当前主流的视频压缩标准,如H.264、HEVC等,主要是针对摄像机拍摄的视频而设计的.而屏幕内容(SC)的视频是由计算机生成的,无噪声,要求更高的压缩效率,同时与摄像机拍摄的视频相比包含更多的结构相似性.提出了一种利用屏幕视频中相似性的模板匹配帧内编码方法,采用由21个像素点组成的模板,以像素点为最小单位对整帧进行模板匹配,并使用哈希函数实现高效的模板查找,最后对残差图像进行熵编码.实验结果显示,与标准的HEVC扩展方法相比,该方法在无损编码上压缩率可以提高一倍,编码时间减小了近一半.