基于FPGA的H.264可变块运动估计算法的优化及实现

可变块运动估计算法(Variable Block Size Motion Estimation,VBSME)是H.264标准中重要的组成部分。它不仅计算量大,而且耗时长。为了减少运动估计时间和计算量,本文采用硬件实现的方式,并提出了一种利用绝对差值和(Sum of Absolute Differences,SAD)计算的树状结构进行数据重用的方案。该方案使得各单元间的数据流向明确,结构更简单。同时,本文还考虑到了帧间模式决策(Mode Decision,MD)和SAD计算可以并行计算的可行性,设计了相应的并行流水线结构。利用Xilinx xc7v585tffg1761-1开发板进行了仿真验证。结果表明,该方案可以一次性处理输入的256个像素数据,提高了实时性,并且达到了100%的数据利用率。此外,该方案支持最大分辨率为1920×1080,帧率为60帧/s,并具备低编码延时,满足了绝大多数场合的实时性要求。

一种新的视频编码的块运动估计算法

本文提出了一种连续判别的非线性预测搜索NPSSD块运动估计算法 ,可以用于视频压缩的一些国际标准 ,如H .2 6 1,H .2 6 3,MPEG1,MPEG2 ,HDTV中。NPSSD算法充分利用了序列图像的实际运动矢量与预测矢量之间位移的空间分布特性———中心偏置分布特性和时间上的相关特性 ,并在搜索过程中采用了中止判别和搜索判别 ,可以明显地减少运动搜索复杂度。仿真表明这种算法减少了搜索次数 ,提高了搜索效率 ,降低了运动估计总的搜索复杂性。本文还详细地给出了NPSSD算法与其它常用快速搜索算法的比较结果。

快速而有效的块运动估计算法

为了提高基于块匹配的运动估计的速度和精度 ,提出了一种带中心偏置点检测模式的自适应快速块运动估计算法 .该算法根据图像序列的运动向量基于中心偏置分布的特点和相邻块运动向量间的高度相关性 ,依据块的不同运动内容来确定其搜索起点、搜索范围和搜索策略 ,从而实现块运动向量的快速而有效地估计 .同时 ,对于大运动块 ,采用了多候选者方式 ,进一步提高了搜索精度 .实验结果表明 ,该算法的搜索速度接近 N3SS,N4SS,而搜索精度比它们高 ,与 HSS相似 ,接近 FSBM.

H.264中块运动估计及其发展趋势

把视频编码中块运动估计模板匹配方法的发展分为4个阶段,介绍了每个发展阶段的特点和典型算法,比较了各算法的性能,并指出块运动估计未来的发展趋势。

基于Hilbert抽取的图像块运动估计算法

在图像块运动估计算法中,自适应抽取图像像素关键点是块匹配成功的关键因素。针对传统自适应抽取像素点算法主要针对局部图像区域的问题,通过利用Hilbert曲线来抽取全局区域的像素点,并把它与十字架搜索模板相结合,提出了一个改进的快速块匹配算法。仿真试验结果表明,该算法简单有效,可以在低比特率视频编码中得到很好的应用。

基于伪树冠的细粒度可变尺寸块运动估计

为了实现细粒度的可变尺寸块运动估计算法,构造了一个三叉和四叉结构组合的伪树冠数据结构,和细粒度四叉树森林结合成一个具有单个根节点的复合树。细粒度可变尺寸块运动估计算法同粗粒度算法一样可以利用树结构的特点快速找到具有率失真斜率极值的节点。仿真试验验证了细粒度算法和粗粒度算法的不同适用范围。通过仿真试验分析了运算量减少策略、搜索窗大小、搜索深度对算法性能的影响。

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,PartialDifference 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.

一种利用块间相关性的块运动估计算法

一种利用块间相关性的块运动估计算法⒇吴红文夏良正（东南大学热能工程研究所，南京２１００１８）（东南大学自动控制系，南京２１００１８）运动估计技术在数字电视信号编码中起着越来越重要的作用，它是去除图象序列中时间冗余的最有效方法．现已提出了许多基于电视信...

一种基于新型遗传算法的块运动估计算法

提出了一种基于新型遗传算法的块匹配运动估计算法。该算法把块运动向量作为遗传染色体,经过选择变异等操作,将随机搜索与特定目标搜索相结合,解决了以往快速搜索算法易陷于局部最优的问题,同时该算法中所带的模糊评价函数使得对个体的评价更合理、客观,该算法还将运动矢量空间偏置特性用于初始种群的选取,进一步提高了算法性能。实验结果表明,该算法性能上接近于FSA,速度却接近于TSS。

一种用于视频编码的块运动估计新算法

提出了一种连续排除的像素子抽样轮换 (SASE)块运动估计新算法 ,用四分之一子抽样模式轮换法实现对参考区域的全搜索 .实验表明具有和穷尽式块匹配相近的效果 ,而搜索的计算量只有穷尽式搜索的四分之一 .同时在每一个子块的计算过程中 ,利用图像帧间不等式进行连续位置排除 ,进一步有效地减小了搜索计算量 ,提高了搜索效率 .

一种可变块运动估计结构的优化设计

为支持主流视频编码标准对可变块运动估计(VBSME)的要求,提出一种基于二维脉动阵列的可变块运动估计结构,该结构具有数据重传次数少,存储器带宽要求低,性能高的特性。针对该结构中的大量延迟寄存器开销问题,使用了基于数据流的AON网络模型和动态规划算法,对结构进行了分析,得到了优化的结果。

一种新的快速块运动估计的分级筛选法

提出了一种新的分级筛选法用于快速的块匹配运动估计 .该方法中最佳匹配块通过若干个筛选过程得到 ,每个筛选过程用不同大小级别的子块作为基元进行匹配 .在初始的级别中用很少的运算代价通过简单的特征匹配先淘汰一部分候选匹配块 ;然后在上一级剩余的候选块中 ,逐级用更加细致的特征继续筛选 ;直至找到最佳匹配块 .对不同运动复杂性的视频的实验表明 ,在搜索范围为 (- 7,7)× (- 7,7)的情况下 ,分级筛选法不仅在速度上比一些常见的快速运动估计方法要快 ,而且估计精度与全搜索法非常相近 .

一种适合可变块运动估计硬件实现的改进三步搜索算法

针对三步搜索算法(TSS)不适合搜索中小运动剧烈程度的视频序列,提出了一种基于初始点预测、加强对小范围搜索的可扩展的三步搜索算法。算法在保证对较剧烈的视频序列搜索有效性的同时,加强了对中小剧烈程度视频序列的有效搜索,在匹配精度、搜索点数等算法性能方面相对于三步搜索算法有了明显的改善,同时有利于搜索模板的硬件易实现性,最后将其引入到变尺寸块运动估计中,获得了较好的效果。

双十字搜索算法的快速块匹配运动估计

在块运动估计中,不同形状、不同大小的搜索模型对搜索速度和搜索质量有很大的影响.通过运动矢量概率分布分析,发现了运动矢量概率分布具有除中心十字偏置特性以外的方向性特性,提出了一种快速的双十字搜索(DCS)运动估计算法.该算法首先根据运动矢量概率分布的中心十字偏置性,采用小十字搜索模型(SCSP)和大十字搜索模型(LCSP)对小运动矢量进行搜索,从而减少搜索点数.然后,根据运动矢量概率分布的方向性,使用非完全对称十字搜索模型(NFSCSP)对大运动矢量进行搜索,进一步提高了搜索速度.在保持相当搜索质量的前提下,双十字搜索算法与菱形搜索算法(DS)和十字菱形搜索(CDS)算法相比,搜索速度分别可提高70%和40%.实验结果证明双十字搜索算法是非常有效的,且具有较强的鲁棒性.

一种新的快速块匹配运动估计算法

提出了一种新的快速、有效的块匹配运动估计算法。算法采用多步搜索方法 ,利用相邻块之间的运动相关性 ,选择反映当前块运动趋势的预测点作为初始搜索点 ;用子采样块匹配失真度量来减少计算量 ;利用运动矢量的中心倾向的分布特性 ,用多侯选点钻石形状搜索方法来提高运动估计的速度和准确性。实验表明 ,该算法计算复杂性低 ,预测质量好。

基于块匹配的运动估计搜索算法研究与实现

为了满足运动矢量概率分布特性,提出了非对称双十字形搜索(UDCS)算法,给出了在搜索的初始阶段使用小十字搜索模型对小的运动矢量搜索并在相继的搜索过程中使用具有方向性的十字形搜索模型对大运动矢量进行搜索的步骤。介绍了该算法的实现结构,并分析了该算法搜索性能。

一种高效率的快速块匹配运动估计算法

采用菱形搜索算法对各种视频测试序列中运动矢量的研究,基于H.264视频编码标准提出了一种快速块匹配运动估计算法。它是以图像中相邻宏块之间的时空相关性为前提,结合了分布式菱形搜索,预测搜索和中止阈值等一系列技术而提出的,试验结果表明该算法在运算速度方面优于菱形搜索,而获得与全搜索相当的峰值信噪比。

一种计算复杂度可调整的块匹配运动估计算法

提出一种计算复杂度可调整块匹配运动估计算法,该方法综合传统三步法中收缩搜索策略和四步法及钻石法中步进搜索策略的优点,对于分散分布的运动矢量及聚中分布的运动矢量搜索都表现出良好的鲁棒性.搜索模式的规整性也使得该算法的VLSI结构设计比以往的算法实现更加简洁,通过对搜索步数和块匹配中降采样率的控制,实现了对运动估计计算复杂度的调整,从而可在计算复杂度与图像处理质量之间折中.该特征为视频编码系统整体的低功耗设计提供前提条件,适用于低复杂度低功耗视频编码器.