基于CUDA的运动估计算法研究

运动估计是H.264视频编码器中复杂度最高、耗时最长的模块.本文介绍了运动估计的基本原理以及全搜索算法FS(Full Search)和钻石搜索法DS(Diamond Search)等经典的运动估计算法,并引入了基于CUDA的运动估计算法:全域消除GEA算法和基于CUDA的并行FS算法,有效地提高了H.264视频编解码速度.     

运动估计算法设计及FPGA实现

为进一步提高编码效率,在研究菱形算法的基础上,采用了“十字”形运动估计算法,设计了硬件电路,并用FPGA（Field-Programmable Gate Array）实现了算法．结合算法的特点,设计了整体框架结构,提出了一种高度并行、紧凑流水线的FPGA实现方案．用Verilog HDL硬件描述语言设计了编码,在QUARTUS Ⅱ集成开发环境下,进行了仿真验证,并写入FPGA芯片,实现了“十字”形运动估计算法．经测试表明：该设计方案搜索高效、逻辑简洁,对比全搜索法占用硬件资源较小．可广泛应用到移动视频通信、远程无线监控等领域．     

一种H.264的帧间宏块模式选择算法

H.264视频编码标准采用多种块模式运动估计,可以有效减少块匹配预测误差;但随着模式选择的增多,算法计算量成倍增加。对H.264的帧间宏块编码模式的选择进行了统计分析,在此基础上,提出了一种根据前一帧搜索结果判断小块模式搜索中途停止(Halfway-Stop)算法。实验表明,本算法能在获得与全搜索算法相当的图像质量、信噪比和比特率的情况下,大大降低多种块模式运动估计算法的复杂度。     

基于SSE技术的H.264运动估计的并行处理

H.264标准是ITU-T视频编码专家组(VCEG)和ISO/IECMPEG委员会正在制定的用于视频通信的新一代视频编码标准。运动估计是H.264最关键技术,占计算量的主要部分,因而成为视频压缩处理的瓶颈,因此必须研究运动估计的并行处理算法。通过介绍SSE技术的特点、数据结构和内联函数,在此基础上用SSE技术实现了运动估计并行算法。     

H.264运动估计整像素部分算法及硬件实现

根据图像序列运动矢量时间、空间分布特性,针对H.264图像压缩提出了一种基于六边形搜索派生的运动估计快速算法,采用双六边形与小菱形结合的搜索模板,减少了搜索点数,降低了运算复杂度.算法部分和编码器其他部分的Verilog模块结合在FPGA上进行了仿真,结果表明,该算法与全搜索、六边形搜索、菱形搜索和不对称十字与多六角形网格混合搜索等算法相比较,在保证图像质量的前提下,具有减少运算量和复杂度的优点.     

X264的运动估计算法研究

为了解决H.264的运动估计复杂和实际应用问题,基于纯C的X264,分析了菱形搜索、六边形搜索、非对称十字型多层次六边形格点搜索和全搜索4种运动估计算法.比较了3种快速算法与全搜索算法在编码质量和编码速率方面的差异.实验结果表明：在峰值信噪比略有下降的情况下,菱形搜索和六边形搜索速度是全搜索的17倍,非对称十字型多层次六边形格点搜索是全搜索的10倍.     

H.264运动估计的自适应提前退出算法

为了克服视频编码标准H.264中运动估计运算量大的困难,针对H.264编码的特点,提出了利用4×4Hadamard变换信息进行全零块判断及对运动估计代价门限的自适应估计方法.在此基础上,给出了3个提前退出的判断准则以及结合提前退出技术的快速运动估计算法.实验表明,在编码性能损失很小的条件下,可以使得运动搜索块匹配的运算量在通常快速运动搜索算法基础上再下降30%～70%.同时,由于这种提前退出技术可以结合不同的快速运动估计算法,具有一定的通用性.     

面向H.264的快速运动估计算法

最新的H.264视频编码标准的性能比先前的相关标准有很大的提高.但增加了编码器的复杂度.尤其是使用穷举搜索算法的时候,运动估计和模式判定占用相当多的编码时间,从而降低了编码器的速度.该文提出了一种面向 H.264 的快速整像素运动估计算法-UCMRGS算法.该算法使用多分辨率网格搜索策略,结合运动矢量预测和非对称交叉搜索,有效地降低了运动估计的计算量,同时保证非常好的视频质量.实验结果表明,该文提出的快速运动估计算法,可以大大提高MPEG-4 AVC/H.264编码器的运行速度,相比穷举运动搜索算法视频质量没有下降.     

基于FPGA的H.264解码核的实现

对H.264/AVC的视频解码问题进行了研究,给出了H.264解码核的硬件实现方案,对熵解码CAVLC查表方案进行了优化.介绍了句法预测模块、反量化、逆DCT以及帧内预测模块的具体实现结构;并引入流水线、并行处理和状态机处理方法来提高处理速度,实现了解码结构上的优化.本算法在EP2S60F672C5ES FPGA上获得验证,结果表明给出的H.264解码算法是正确的,且有节省硬件资源和较快解码速度的优点.     

一种基于H.264的快速运动估计算法

在视频编码中,运动估计发挥着相当重要的作用,在很大程度上影响图像精度和压缩比例;同时运动估计也是编码器中复杂度高、运算量特别大的一部分,因此影响了H.264视频编码的实时应用.为了降低计算复杂度并保持图像质量,本文提出了一种整像素运动估计算法.结合UMHexagonS(非对称十字型多层次六边形格点搜索)算法和EPZS(增强的区域搜索)算法的特性,本文算法根据图像的运动类型不同采用不同的模板,同时加入了提前终止技术.实验结果证明该算法与FS(全搜索)、UMHexagonS和EFZS算法相比,在峰值信噪比(PSNR)基本相同的情况下减少了运动估计的时间.     

新的低码率视频编码快速半像素搜索算法

运动搜索一直是混合视频编码方案中最占编码时间的模块。典型的运动搜索由整像素搜索和半像素搜索组成。随着整像素搜索算法的不断改进 ,被普遍使用的半像素全搜索方法在整个运动搜索中所占运算量已经不容忽视。为了加速半像素搜索 ,提出了一种基于抛物面预测的半像素快速搜索算法。实验结果表明该算法能显著地提高半像素搜索速度 ,并且不会对编码效率和图像质量产生明显的影响。在QCIF格式下采用 H.2 6 3编码器时实际节省运算量约为5 7%。该算法的预测过程简单 ,易于实现 ,能够方便地集成到现有的编码系统中     

基于H.264的UMHexagonS算法研究与改进

运动估计是视频压缩编码中消耗时间最多的部分。H.264标准采纳混合非对称十字多六边形格点搜索(UMHexa-gonS)算法作为其快速运动估计算法。详细介绍了UMHexagonS算法,并从三个方面对算法进行了改进:一是增加一个自适应的提前终止判决门限,二是用一种新的搜索方式替代5×5螺旋搜索,减少搜索点数,三是将多层六边形搜索修改为多层十点搜索。在测试模型JM10.2上进行了算法验证,测试结果表明,在图像质量几乎不变的情况下,改进的算法比原算法节省了7%—14%的运动估计时间。     

H.264中基于编码模式的自适应重叠块运动补偿

为进一步提高视频压缩效率,该文将重叠块运动预测补偿与H.264视频编码框架中的可变大小块运动预测相结合,根据不同块的编码模式,自适应调整重叠块运动补偿的加权系数。实验结果表明,该文提出的基于编码模式的自适应重叠块运动补偿对于较复杂的序列,在较高目标码率下,最大编码增益可达0.21dB,显著提高了H.264的编码效率。     

H.264中基于编码模式的自适应重叠块运动补偿

为进一步提高视频压缩效率,将重叠块运动预测补偿与H.264视频编码框架中的可变大小块运动预测相结合,根据不同块的编码模式,自适应调整重叠块运动补偿的加权系数。实验结果表明,所提出的基于编码模式的自适应重叠块运动补偿对于较复杂的序列,在较高目标码率下,最大编码增益可达0.21 dB,显著提高了H.264的编码效率。     

基于预测运动矢量的菱形搜索方法

针对H.264/AVC编码器中运动搜索计算量大、搜索时间长,提出一种基于运动矢量的改进小菱形搜索算法。在运动估计的过程中,根据预测运动矢量的方向,采用不同搜索方向的菱形模型,可大大减少搜索点数,用较短的时间找到最佳匹配块,提高搜索速度。与典型运动搜索方法的菱形搜索算法相比较,该搜索方法在保证视频质量基本不变的条件下,编码速率平均提高5.73%。     

基于H.264的无线局域视频通信终端的研发

为满足实时视频通信系统的连续性和传输速率, 提出对视频数据进行H.264编码并通过流媒体方式进行无线传输的方案。系统采用S3C6410内部自带的硬件编解码模块MFC(Multi Format Codec)进行H.264标准的硬编码, 并深入研究了H.264视频数据基于实时传输协议(RTP: Real-time Transport Protocol)的打包方式及网络传输方法, 最终通过Wi-Fi网络发送到接收端, 实现了C/S架构下的H.264视频传输。测试结果表明, 该系统满足实时视频通信的要求, 硬编码的帧率达到30帧/s, 同时具有压缩比高、 传输稳定等优点。     

基于MPEG-x与H.26x标准方案的H.264新技术的实现分析

研究基于MPEG-4与H．263视频图像压缩编码标准方案，分析讨论了H．264的多参考帧块运动估算、小波变换、小波系数的量化和编码、亚像素快速搜索算法等新技术的实现演变发展。以适应现有复杂多变的网络条件，解决网络带宽瓶颈，提高视频图像编码算法的压缩效率。