H.264帧间预测算法研究与设计实现

发布时间：2017-10-03 02:26

  本文关键词：H.264帧间预测算法研究与设计实现

  更多相关文章： 帧间预测 H.264 运动估计 UMHexagonS

【摘要】：帧间预测是H.264编码标准重要技术之一,可以有效缩减视频图像在时间域的冗余,提高视频数据的压缩比。但是H.264帧间预测算法复杂度高,不利于H.264编码的应用,尤其是在实时视频编码领域。本文针对H.264的帧间预测算法复杂度高,编码时间长的问题展开研究,对现有经典帧间预测运动估计算法UMHexagonS算法进行优化改进,减少运算量,缩短编码时间,使得视频编码性能得到提高。为了对帧间预测运动估计算法进行优化改进,首先需要对UMHexagonS算法的具体实现进行深入了解。分析了该算法在搜索过程中存在的冗余搜索,针对该问题提出了大十字预测搜索算法。通过大十字搜索对最优点可能分布区域进行预测,减小了搜索范围,然后在预测区域内使用相应改进搜索模板,进行精确搜索。在JM模型下实验结果显示,大十字预测搜索算法较UMHexagonS搜索算法,在微运动情景时与UMHexagonS算法耗时相近,在剧烈运动情景下使帧间预测运动估计时间下降了30%-50%。为了进一步改进大十字预测搜索算法,缩减微运动情景下帧间预测运动估计时间,本文又提出了基于运动情景分类的帧间预测算法。通过情景分类,对微运动情景,使用局部区域小菱形搜索算法,缩减搜索区域,减少搜索点个数;对剧烈运动情景,使用上文提出的大十字预测搜索算法,对搜索区域进行初步预测,达到减少搜索范围的目的。通过JM模型实验验证,基于运动情景分类的帧间预测算法较UMHexagonS搜索算法,帧间预测运动估计时间在微运动情景时缩减了20%-30%,剧烈运动情景时缩减了40%-50%,同时与原算法图像信噪比(PSNR)之差保持在0.02dB以内,保持相近的图像质量。为了验证大十字预测搜索算法与基于运动情景分类搜索算法在嵌入式系统上的运行效果,搭建了基于OMAP3530的验证系统,包含系统软硬件设计、嵌入式Linux操作系统平台搭建等。系统验证测试结果显示,大十字预测搜索在剧烈运动情景时,帧编码时间缩减较明显;基于运动情景分类搜索算法,在微运动情景与剧烈运动情景下,缩减帧编码时间方面都取得了较好效果。
【关键词】：帧间预测 H.264 运动估计 UMHexagonS
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN919.81
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-12
• 1.1 课题研究背景及意义7
• 1.2 视频编码标准的发展7-8
• 1.3 帧间预测算法的研究现状8-10
• 1.4 本文主要研究内容及章节规划10-12
• 1.4.1 主要研究内容10
• 1.4.2 结构安排10-12
• 第二章 H.264视频压缩编码基础理论12-19
• 2.1 H.264支持视频编码格式12-13
• 2.2 H.264编码器原理13
• 2.3 帧内预测13-14
• 2.4 帧间预测14-18
• 2.4.1 树状结构运动补偿14-15
• 2.4.2 运动矢量15-17
• 2.4.3 运动矢量预测17-18
• 2.4.4 运动估计18
• 2.5 本章小结18-19
• 第三章 基于UMHexagonS的帧间预测算法优化19-30
• 3.1 块匹配算法基本原理19-20
• 3.2 UMHexagonS算法介绍20-21
• 3.3 UMHexagonS算法改进点分析21
• 3.4 UMHexagonS算法的优化改进21-24
• 3.4.1 搜索区域划分22-23
• 3.4.2 搜索模板确定23-24
• 3.4.3 精确搜索24
• 3.5 算法实验及分析24-28
• 3.6 本章小结28-30
• 第四章 基于运动情景分类的帧间预测算法30-38
• 4.1 物体运动情景分类30-32
• 4.2 算法思想及流程32-34
• 4.2.1 算法实现流程32
• 4.2.2 运动情景判定32
• 4.2.3 微运动情景搜索32-34
• 4.2.4 剧烈运动情景搜索34
• 4.3 算法实验及分析34-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 算法验证系统的设计与实现38-61
• 5.1 系统总体设计方案38
• 5.2 ARM平台硬件系统设计38-48
• 5.2.1 微处理器模块设计39-41
• 5.2.2 电源模块设计41-42
• 5.2.3 存储器模块设计42-45
• 5.2.4 接口电路模块设计45-48
• 5.2.5 ARM系统PCB图48
• 5.3 基于ARM的嵌入式Linux系统搭建48-52
• 5.3.1 BOOT LOADER介绍与移植49-50
• 5.3.2 Linux内核裁剪编译与移植50
• 5.3.3 根文件系统介绍与制作50-52
• 5.4 NFS服务设定52-53
• 5.5 ARM平台软件系统设计53-60
• 5.5.1 USB摄像头驱动设计53-54
• 5.5.2 H.264帧间预测算法实现与编码库编译54-57
• 5.5.3 应用程序设计57-60
• 5.6 本章小结60-61
• 第六章 实验与分析61-67
• 6.1 验证平台配置61
• 6.2 软件程序编译与运行61-63
• 6.3 运行结果对比分析63-66
• 6.4 本章小结66-67
• 主要结论与展望67-68
• 主要结论67
• 展望67-68
• 致谢68-69
• 参考文献69-72
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文72

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本文编号：962645