（信号与信息处理专业论文）avs视频编码器中熵编码及运动估计的研究与优化.pdf

；4 ， i ” ，； ：。一： 原创性声明 l i i l i i i ii i 1 1 i i q l l l l l 1 、i17 9 0 6 0 4 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：梆日期：壁垒臼塑 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：塑鱼导师签名：羟丝日期：丝聋犁曩 山东大学硕士学位论文 目录 摘要。 a b s t r a c t 第一章绪论。 1 1 弓i 言5 1 2 课题研究的背景和意义5 1 3 课题完成的工作7 1 4 论文的组织结构8 第二章常用视频压缩标准简介l o 2 1m p e g 标准系列1o 2 2h 2 6 x 标准系列1 1 2 3a v s 标准系列13 f 第三章a v s 视频标准中的关键技术 1 5 3 1a v s 视频标准混合编码框架1 5 3 2a v s 视频标准关键技术16 3 2 1 帧内预测1 6 3 2 2 帧间预测l8 3 2 31 4 像素插值一2 0 3 2 4 变换量化2 1 3 2 5 熵编码2 2 3 2 6 环路滤波2 3 第四章a v s 熵编码研究与优化。2 4 4 1 量化残差熵编码研究2 4 4 1 12 d - v l c 编码2 5 4 1 2k 阶指数哥伦布编码2 7 4 22 d v l c 编码优化2 8 4 2 12 d - v l c 编码程序分析2 9 山东大学硕士学位论文 4 2 22 d v l c 码表优化3 0 4 3k 阶指数哥伦布编码优化3 3 4 3 1k 阶指数哥伦布编码程序分析3 4 4 3 2 编码数字统计分析3 4 第五章a v s 运动估计快速搜索算法研究。3 8 5 1a v s 中的运动估计快速搜索算法。3 9 5 1 1 整数像素u m h e x a g o n s 算法4 刀4 1 5 1 2 亚像素快速搜索算法4 3 5 2 亚像素全搜索最优位置统计分析4 5 5 3 基于块运动的亚像素搜索策略5 2 5 3 1 策略描述5 2 5 3 2 试验结果5 5 5 4 大小棱形搜索法5 6 5 4 1 算法描述。5 9 5 5 块运动自适应的亚像素快速搜索方法6 1 5 5 1 方法描述6 1 5 5 2 试验结果6 3 第六章总结与展望。 6 1 总结6 5 6 2 展望6 6 参考文献。 致谢 。6 7 _ 读学位期间发表的学术论文及研究成果 u 7 1 7 2 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a c ti nc h i n e s e 。1 a b s t r a c t c h a p t e rli n t r o d u c t i o n 1 1i n t r o d u c t i o n 5 1 2b a c k g r o u n da n dm e a n i n g s 5 1 3m l i nw o r k 7 1 4t h e s i ss t r u c t u r e 8 c h a p t e r2p r e v a l e n tv l d e oc o p r e s s i o ns t a n d a r d s 1 0 2 1m p e g 10 2 ：! h 2 6 x 11 2 3a v s 13 c h a p t e r3k e yt e c h n o l o g i e s o fa v s 。 ：；1a v s s y s t e mf r a m e w o r k 15 3 2k e y t e c h n o l o g i e so fa v s 16 3 2 1i n t r ap r e d i c t i o n 16 3 2 2i n t e rp r e d i c t i o n 18 3 2 3s u b - p i x e li n t e r p o l a t i o n 2 0 3 2 4t r a n s f o r ma n dq u a n t i z a t i o n 2 1 3 2 5e n t r o p yc o d i n g 2 2 3 2 6l o o pf i l t e r 2 3 c h a p t e r4r e s e a r c ho na v se n t r o p yc o d i n g 2 4 4 1e n t r o p yc o d i n go fr e s i d u a lc o e f f i c i e n t s 2 4 4 1 12 d v l c c o d i n g ，2 5 4 1 2ko r d e re x p - g o l o m pc o d i n g 2 7 4 2o p t i m i z a t i o no f2 d - v l cc o d i n g 2 8 4 2 1a n a l y s i so f 2 d v l cp r o g r a m 2 9 4 2 2o p t i m i z a t i o no f 2 d - v l ct a b l e s 3 0 4 3o p t i m i z a t i o no f ko r d e re x p g o l o m pc o d i n g 3 3 4 3 1a n a l y s i so f ko r d e re x p g o l o m pp r o g r a m 3 4 4 3 2s t a t i s t i ca n a l y s i so f c o d e n u m s 3 4 1 1 1 山东大学硕士学位论文 c h a p i e r5r e s e a r c ho n - - a s i s e a r c ha l g o r i l 。h m sf o rm o i i o n e s t i m a t i o ni na v s 。3 8 5 1f a s ts e a r c ha l g o r i t h m sf o rm o t i o ne s t i m a t i o ni na v s 3 9 5 1 1u m h e x a g o n sf o ri n t e g e rp i x e l 4 7 4 1 5 1 2f a s ts e a r c ha l g o r i t h m sf o rs u b - p i x e l 4 3 5 2a n a l y s i so fb e s tm a t c h i n gp o s i t i o n sa f t e rf u l ls u b - p i x e lm o t i o ns e a r c h 4 5 5 3an e w s u b - p i x e ls e a r c h i n gs t r a t e g yb a s e do nb l o c k m o t i o n 。5 2 5 3 1s t r a t e g yd e s c r i p t i o n 5 2 5 3 2e x p e r i m e n tr e s u l t s 5 5 5 4b i g - s m a l ld i a m o n ds e a r c h 5 6 5 4 1a l g o r i t h md e s c r i p t i o n 5 9 5 5an e w a d a p t i v es u b - p i x e lm o t i o ns e a r c ha l g o r i t h mf o ra l lb l o c k m o t i o nt y p e s 6 l 5 5 1a l g o r i t h md e s c r i p t i o n 6 1 5 5 2e x p e r i m e n tr e s u l t s 6 3 c h a l 呵e r6c o n c l u s l o n sa n df u t u r er e s e a r c h 6 5 6 1c o n c l u s i o n s 6 1 ； 6 2f u t u r er e s e a r c h 6 6 r e f e r e n c e s a c k n o w l e d g e m e n t s 6 7 p u b l i c a t l o n sa n dr e s e a r c ha c h i e v m e n t s 。7 2 i v 山东大学硕士学位论文 摘要 数字音视频编码技术标准( a u d i oa n dv i d e oc o d i n gs t a n d a r d ，a v s ) 是我 国自主制定的、具有自主知识产权的第二代音视频信源编码标准。与国际上流行 的其他音视频编码技术标准相比，a v s 具有性能高、计算复杂度低、专利授权费 用低等优点，它的实施对于我国发展自主的多媒体文化产业具有非常重要的经济 效益和社会意义。 该标准一共包括9 个部分，其中第二部分( a v s p 2 ) 和第七部分( a v s p 7 ) 为视频编码标准。目前a v s 标准组已经发布了视频编解码的企业版参考软件。为 了实现高效压缩，a v s - p 2 采用了大量类似于h 2 6 4 a v c 中的新技术。这些技术 包括：帧内预测；可变块大小的运动补偿；多参考帧预测；1 4 像素精度的运动 矢量；整数余弦变换；基于上下文的二维变长编码和指数哥伦布编码；环路滤波 等。采用了这些先进的视频编码技术后，a v s 的压缩效率和解码质量都有了很大 的提高。 但是这些先进编码技术既增加了基本模块的复杂度，也成倍提高了算法的复 杂度，使得视频编码器的时间效率、编码速度比较低，不利于a v s 的实际应用， 尤其是在实时视频通信以及其他一些对实时性要求比较高的领域的使用。本课题 的研究目的就是对a v s - p 2 视频编码器进行优化，研究编码器核心模块的快速算 法，提高编码器的编码速度，为其在d s p 等硬件平台上实现实时高效编码打下坚 实的基础。基于上述思路，论文的主要工作包括： 首先，简要介绍了国内外流行的视频编码标准，将a v s 视频标准与 h 2 6 4 a v c 进行了简单比较，并详细介绍了a v s 视频编码标准的编码结构框架和 编码流程，以及帧内预测、帧间预测、变换与量化、熵编码、环路滤波等关键技 术。 然后对a v s 所采用的关键熵编码技术：基于上下文的二维变长编码( 2 d v l c ) 和k 阶指数哥伦布编码进行了研究、优化。修改了2 d v l c 编码中使用的 1 9 个码表( v l ct a b l e ) 的存储结构，改变了码表之间的切换方法，节省了约 8 6 的v l ct a b l e 存储空间；对由查表得到的s y m b o l 的分布规律进行了大量实验 山东大学硕士学位论文 统计，并根据实验统计结果采用了新的k 阶指数哥伦布编码方法，缩短了编码时 间。 最后，重点对a v s 视频编码器中的核心部分运动估计进行了算法及程序上的 研究，特别是亚像素运动搜索快速算法的研究与改进。针对不同运动程度的视频 序列，对宏块亚像素运动搜索后得到的最优匹配位置的分布规律进行了大量的实 验和统计分析，并提出了一种基于宏块块运动剧烈程度的亚像素搜索策略；而 且针对运动剧烈宏块的亚像素运动搜索后最优匹配位置的分布特点，提出了一种 适用于大运动的亚像素快速搜索算法：大小棱形搜索法( b i g s m a l ld i a m o n d s e a r c h ，b s d s ) ；并将上述基于块运动剧烈程度的亚像素搜索策略和大小棱形搜 索法结合起来，得到一种新的块运动自适应的亚像素快速搜索方法，该方法能够 在保证压缩质量几乎不变的前提下节省编码器1 0 一2 5 的总体编码时间，显著提 高了编码器的速度。 关键词：a v s 视频标准熵编码运动估计亚像素搜索块运动自适应 大小棱形搜索 2 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t a u d i oa n dv i d e oc o d i n gs t a n d a r d ( a v s ) i sc h i n a ss e c o n dg e n e r a t i o ns o u r c e c o d i n gs t a n d a r dd e v e l o p e do no u ro w n ，o fw h i c hw eh a v ec o m p l e t ei n t e l l e c t u a l p r o p e r t yr i g h t s c o m p a r e dt oo t h e rp o p u l a ra u d i oa n dv i d ec o d i n gs t a n d a r d sa r o u n dt h e w o r l d ，a v sh a sm a n ya d v a n t a g e s ，s u c ha sh i 曲e f f i c i e n c y , l o wc o m p u t a t i o n a l c o m p l e x i t y , l o wc h a r g ef o rp r o p e r t y , e t c t h ei m p l e m e n t a t i o no fi tw o u l dm a k eg r e a t i m p o r t a n c et ot h ed e v e l o p m e n to fo u rm u l t i m e d i ai n d u s t r ya n dc r e a t ec o n s i d e r a b l e e c o n o m i ca n ds o c i a lb e n e f i t s t h i ss t a n d a r di sc o m p o s e do f9p a r t s ，o fw h i c hp a r t 2a n dp a r t 7a r ev i d e oc o d i n g s t a n d a r d s s of a rt h er e f e r e n c e ds o i t w a r eo fv i d e oc o d i n ga n dd e c o d i n gf o re n t e r p r i s e h a sb e e nr e l e a s e db yt h ea v s w o r k i n gg r o u p i no r d e rt or e a l i z et h ec o m p r e s s i o nh i g h e f f i c i e n t l y ，a v sp a r t 2 ( a v s p 2 ) a d o p t sal o to fn e wt e c h n o l o g i e sl i k eh 2 6 4 a v cd i d ， s u c ha si n t r ap r e d i c t i o n ，m o t i o ne s t i m a t i o no ff l e x i b l eb l o c ks i z e ，m u l t ir e f e r e n c e f r a m e s ，m o t i o nv e c t o rw i t hp r e c i s i o no f p i x e l ，i n t e g e rc o s i n et r a n s f o r m ，c o n t e x t - b a s e d2 d v l ca n de x p g o l o m bc o d i n g ，l o o pf i l t e ra n ds oo n w h i tt h ea d o p t i o no f t h e s et e c h n o l o g i e s ，t h ec o m p r e s s i o ne f f i c i e n c ya n dd e c o d i n gq u a l i t yh a sb e e ni m p r o v e d g r e a t l y m e a n w h i l et h e s en e wc o d i n gt e c h n o l o g i e sa l s ob r i n gi nt h ec o m p l e x i t yi nb a s i c m o d u l e sa n da l g o r i t h m s ，w h i c hs l o w sd o w nt h ec o d i n gs p e e da n dm a k e si th a r dt ou s e p r a c t i c a l l y ，e s p e c i a l l yi nt h o s ea r e a sr e q u e s t i n gr e a lt i m e t h ep u r p o s eo ft h i st h e s i si s t oo p t i m i z et h ea v s p 2e n c o d e ra n dr e s e a r c ht h ef a s ta l g o r i t h m sf o rc o r em o d u l e s ，i n o r d e rt oi m p r o v et h ec o d i n gs p e e da n dl a yt h ef o u n d a t i o nf o ri t si m p l e m e n t a t i o no n d s pp l a t f o r m t h em a i nw o r ko ft h i st h e s i si n c l u d e s ： f i r s t , i ti n t r o d u c e st h ep r e v a l e n ti n t e r n a t i o n a lv i d e oc o d i n gs t a n d a r d sb r i e f l y , a n d m a k e sac o m p a r eb e t w e e nt h ea v sa n dh 2 6 4 a v c a l s ot h ea r c h i t e c t u r ea n dt h e c o d i n gf l o w o ft h ea v se n c o d e ri si n v e s t i g a t e d t o g e t h e rw i ms o m ei m p o r t a n t c o m p r e s s i o nt e c h n o l o g i e ss u c ha si n t r ap r e d i c t i o n ，i n t e rp r e d i c t i o n ，t r a n s f o r ma n d q u a n t i z a t i o n ，e n t r o p yc o d i n ga n dl o o pf i l t e r a f t e r d e e pi n v e s t i g a t i o no ft h e m a i ne n t r o p yc o d i n gt e c h n o l o g i e ss u c ha sc o n t e x t - b a s e d2 d v l ca n dko r d e re x p - g o l o m bc o d i n g , w em a k ea no p t i m i z a t i o no nt h e s t o r a g ea r c h i t e c t u r eo f19v l c t a b l e su s e di n2 d - v l ca n dm o d i f yt h et a b l es w i t c h i n g 3 山东大学硕士学位论文 m e t h o d s ，w h i c hs a v ea b o u t8 6 m e m o r i e so ft h ev l ct a b l e s a l s ot h r o u g hl o t so f c o r r e l a t i v ee x p e r i m e n t s ，w eo b t a i nt h ed i s t r i b u t i o no ft h es y m b o ll o o k e du pf r o mv l c t a b l e s a c c o r d i n gt ot h ed i s t r i b u t i o n ，n e wko r d e re x p - g o l o m bc o d i n gm e t h o d i s a d o p t e dt or e d u c et h ee n c o d i n gt i m e f i n a l l yw ep l a c eo u re m p h a s i so nt h er e s e a r c ho ft h ea l g o r i t h m sa n dp r o g r a m si n m o t i o ne s t i m a t i o no f a v s ，e s p e c i a l l yi nt h ea l g o r i t h m so ff a s ts u b - p i x e lm o t i o ns e a r c h a c c o r d i n gt ot h ev i d e os e q u e n c e s 谢t l ld i f f e r e n tm o t i o nt y p e s ，t h ed i s t r i b u t i o nr a t eo f t h eb e s tm a t c h i n gp o s i t i o n si so b t a i n e db ye x p e r i m e n t sa n ds t a t i s t i ca n a l y s i s b a s e do n s u c hd i s t r i b u t i o nr a t e s ，o n en e ws u b - p i x e ls e a r c h i n gs t r a t e g yb a s e do i lb l o c k m o t i o n a n dan e wb i g - s m a l ld i a m o n ds e a r c h i n g ( b s d s ) m e t h o ds u i t a b l ef o rl a r g e - m o t i o n b l o c k sa r ep r o p o s e d a n dt h ec o m b i n a t i o no ft h i ss t r a t e g ya n db s d sl e a d st oa n a d a p t i v es u b - p i x e l m o t i o ns e a r c ha l g o r i t h mf o ra l lb l o c k m o t i o nt y p e s n e e x p e r i m e n t a lr e s u l t sp r o v et h a ts u c hn e wc o m b i n e ds e a r c h i n ga l g o r i t h mc a nr e d u c et h e t o t a le n c o d i n gt i m eb y10 - 2 0 ，w i t ht h ep i c t u r e q u a l i t yg u a r a n t e e d k e yw o r d s ：a v sv i d e os t a n d a r d ，e n t r o p yc o d i n g ，m o t i o ne s t i m a t i o n ，s u b - p i x e lm o t i o n s e a r c h ，a d a p t i v es u b - p i x e ls e a r c hf o ra l lb l o c k m o t i o nt y p e s ，b i g s m a l ld i a m o n d s e a r c h ( b s d s ) 4 山东大学硕士学位论文 1 1 引言 第一章绪论 随着信息技术的发展和社会的进步，人类对获取的信息的要求也越来越丰 富。信息的形式也不再是单纯的语音、文字，而是发展到包含语音、文字、视频 图像在内的多媒体形式。而视频信息又以其直观性强、信息量大、容易理解等特 点在其中占有重要地位。相关研究表明，普通人每天通过视觉获取的信息量约占 获取信息总量的7 0 左右。 数字化是信息时代的最重要特征，数字视频也成为视频信息发展的必然趋 势。然而，将视频信息未经压缩简单的存储为数字视频，其数据量往往大的惊 人，难以进行存储和传输，几乎已经到了不可实际应用的地步。例如，一幅分辨 率为6 4 0 4 8 0 的彩色图像( y u v 分别用8 b i t 表示，4 ：2 ：0 ) ，其数据量约为 3 7 m b ，如果以2 5 帧每秒的速度播放该种视频序列，则需要传输的比特率约为 9 2 2 m b s 。显然，这么庞大的数据量对于现有的存储和传输技术都是不可接受 的，必须对视频数据进行大幅度的压缩。 视频压缩( 视频编码) 就是降低数字视频序列比特数的过程，在保证视频质 量的前提下，尽可能去掉视频序列中的冗余信息，用尽可能少的数据量来表示视 频图像，以便于视频数据的存储和传输。 随着数字电视、新一代移动通信、i p t v 、家庭消费电子等新的数字媒体应用 的蓬勃发展，国际上各种标准化组织也根据多年来在视频压缩领域的研究成果， 制订了一系列的视频压缩标准，极大的促进了视频压缩技术的发展和应用。 1 2 课题研究的背景和意义 2 0 世纪9 0 年代以来，国际两大组织( i s o 和i t u - t ) 分别制订了m p e g 系列标准 和h 2 6 4 系列标准，伴随着新标准的提出，新产品、新应用也随之发展。m p e g l 标准带来了v c d 的兴起，m p e g - 2 标准带来了d v d 和h d t v 的商机，而h 2 6 1 应用在 i s t n 上，h 2 6 3 应用在p s t n 上，成为可视电话标准的一部分，也将视频标准推向 5 山东大学硕士学位论文 网络化应用的新时代。m p e g 一4 和h 2 6 4 使视频压缩技术发展到了一个更高的阶 段，能够在较低带宽上带来更高质量的传输，为移动视频及视频通信领域带来了 新的解决方案n 1 。 然而由于历史和技术的原因，我国虽然作为一个电子产品生产和消费的大 国，在音视频产业领域也已经具备了较强的基础，但是因为没有国际标准的核心 技术专利，相关企业及产业的发展长期受制于持有标准专利与技术的国外企业和 组织，需要长期向这些企业和组织缴纳高额的专利费用，严重制约了我国音视频 产业的发展。例如，m p e g - 2 是目前包括数字电视在内的数字音视频产业广泛采用 的信源编码标准，但如果选择该标准相关企业就必须接受每台设备交2 5 美元专 利费这样的现实。而h 2 6 4 a v c 由美国的律师公司m p e g - l a 代理各家专利持有人收 取专利费，目前规定平均每台编解码设备需要交给m p e g l a 约0 2 0 美元。而且 h 2 6 4 a v c 的节目提供商和运营商也要缴费，其提供电影或光盘每点播一次需要 0 0 2 美元2 1 。这使得我国数字音视频产业及通信产业在选择h 2 6 4 a v c 标准时仍 面临巨大的负担。 为此，2 0 0 2 年6 月国家信息产业部科学技术司批准成立了“数字音视频编码 标准化特别工作组”，展o a v s 工作组。工作组的任务是：面向我国的信息产业需 求，联合国内企业和科研机构，制( 修) 订数字音视频的压缩、解压缩、处理和 表示等共性技术标准，为数字音视频设备与系统提供高效经济的编解码技术，服 务于数字广播、移动无线多媒体通讯、互联网宽带流媒体等重大信息产业应用。 经过工作组全体成员及各参与单位的共同努力，2 0 0 6 年3 月a v s 标准正式成为国家 标准，现己处于大规模产业化阶段。 a v s 标准是“信息技术一先进音视频编码( i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y a d v a n c e dc o d i n go fa u d i oa n dv i d e o ) 系列标准的简称，包括系统、视频、 音频等三个主要标准和一致性测试等支撑标准d 1 。其视频部分( a v s p 2 ) 是基 于我国自主创新和国际公开技术所构建的标准，主要面向高清晰和高质量数字电 视广播、网络电视、数字存储媒体和其他相关应用，具有以下特点n 1 ：( 1 ) 性能 高，编码效率是m p e g - 2 的2 倍以上，与h 2 6 4 同一水平；( 2 ) 复杂度低，算法复杂 度比h 2 6 4 明显低，软硬件实现成本都低于h 2 6 4 ；( 3 ) 我国掌握主要知识产 权，专利授权模式简单，费用低。a v s 对我国数字化音视频产业的发展具有重要 6 山东大学硕士学位论文 意义，大力发展音视频编码技术不仅能够提高我国在多媒体处理等研究领域的国 际地位，还将创造可观的经济效益和社会效益。但是由于我国起步晚，目前很多 关键技术还不够成熟和完善，制约了数字音视频产业的发展和应用。 本课题就是在这种背景下提出的，通过本课题的研究，能够全面的了解a v s 视频编码的关键技术和核心算法，并以工作组提供的视频编码器参考模型为工 具，进行视频编码相关数据的实验及统计分析，在此基础上进行模块和代码优化 及关键技术新算法的研究，提高a v s 编码器的编码速度，使其具有更好的实用 性。 1 3 课题完成的工作 针对a v s 的发展情况，本课题从实际应用的角度出发，对a v s 视频编码器的 关键技术和核心算法进行了系统的研究，对编码过程中关键模块如熵编码和亚像 素运动搜索的编码数据进行了大量的实验和统计分析，并在实验分析的基础上提 出了算法的改进及代码实现，在保证编码质量基本不变的前提下着力提高a v s 视 频编码器的编码速度。 本课题在理论和实现上的主要工作有： 1 深入了解常用的视频编码技术和国内外流行的视频编码标准，对视频编码 器的编码思想、编码框架和主要的编码技术进行深入的理解，为a v s 视频编码器 的研究、优化打下坚实的理论基础。 2 熟练掌握a v s 视频编码的软件参考模型r m 5 2 j ，以r m 5 2 j 为依据，分析掌 握a v s 视频编码器的关键技术和核心算法的代码实现形式，同时对编码器的程序 结构进行局部调整和代码优化。 3 对a v s 所采用的关键熵编码技术：基于上下文的二维变长编码( 2 d - v l c ) 和k 阶指数哥伦布编码进行了研究、优化。修改了2 d - v l c 编码中使用的1 9 个码 表( v l ct a b l e ) 的存储结构，改变了码表之间的切换方法，节省了约8 6 的v l c t a b l e 存储空间；对由查表得到的s y m b o l 的分布规律进行了大量实验统计，并 根据实验统计结果采用了新的k 阶指数哥伦布编码方法，缩短了编码时间。 4 重点对a v s 视频编码器中的核心模块运动估计进行了算法及程序上的研 究，特别是亚像素运动搜索快速算法的研究与改进。针对不同运动程度的视频序 7 山东大学硕士学位论文 列，对宏块亚像素运动搜索后得到的最优匹配位置的分布规律进行了大量的实验 和统计分析，并提出了一种基于宏块块运动剧烈程度的亚像素搜索策略；而且 针对运动剧烈宏块的亚像素运动搜索后最优匹配位置的分布特点，提出了一种适 用于大运动的亚像素快速搜索算法：大小棱形搜索法( b i g s m a l ld i a m o n d s e a r c h ，b s d s ) ；并将上述基于块运动剧烈程度的亚像素搜索策略和大小棱形搜 索法结合起来，得到一种新的块运动自适应的亚像素快速搜索方法，该方法能够 在保证压缩质量几乎不变的前提下节省编码器1 0 一2 5 的总体编码时间，显著提 高了编码器的速度。 1 4 论文的组织结构 本文内容共分为六章，安排如下： 第一章：绪论。主要介绍了课题的研究背景和意义、在课题研究中完成的主 要工作以及本文的结构安排。 第二章：常用视频压缩标准简介。介绍了国内外主要的视频压缩标准m p e g 系列、h 2 6 x 系列和a v s 的发展历史及各自特点，并将a v s 标准与m p e g 一2 、 h 2 6 4 等标准进行了技术、性能上的对比分析。 第三章：a v s 视频标准中的关键技术。本章详细介绍了a v s 视频标准中的编 码框架、编码流程以及所采用的关键技术，包括：帧内预测、帧间预测、变换与 量化、熵编码、环路滤波等。 第四章：a v s 熵编码研究与优化。本章对a v s 所采用的关键熵编码技术：基 于上下文的二维变长编码( 2 d - v l c ) 和k 阶指数哥伦布编码进行了研究、优化。 修改了2 d - v l c 编码中使用的1 9 个码表( v l ct a b l e ) 的存储结构，改变了码表 之间的切换方法，节省了约8 6 的v l ct a b l e 存储空间；对由查表得到的s y m b o l 的分布规律进行了大量实验统计，并根据实验统计结果采用了新的k 阶指数哥伦 布编码方法，缩短了编码时间。 第五章：a v s 运动估计快速搜索算法研究。本章是本文的重点，着重对a v s 视频编码器中的核心模块运动估计进行了研究，尤其是对亚像素运动搜索的快速 算法进行了重点研究与改进。针对不同运动程度的视频序列，对宏块亚像素运动 搜索后得到的最优匹配位置的分布规律进行了大量的实验和统计分析，并提出了 8 山东大学硕士学位论文 一种基于宏块块运动剧烈程度的亚像素搜索策略；而且针对运动剧烈宏块的亚 像素运动搜索后最优匹配位置的分布特点，提出了一种适用于大运动的亚像素快 速搜索算法：大小棱形搜索法( b i g s m a l ld i a m o n ds e a r c h ，b s d s ) ；并将上述 基于块运动剧烈程度的亚像素搜索策略和大小棱形搜索法结合起来，得到一种新 的块运动自适应的亚像素快速搜索方法，该方法能够在保证压缩质量几乎不变的 前提下节省编码器1 0 5 - 2 5 的总体编码时间，显著提高了编码器的速度。 第六章：总结与展望。总结已经完成的工作并且对以后的研究进行了展望。 9 山东大学硕士学位论文 第二章常用视频压缩标准简介 2 0 世纪九十年代以来，随着多媒体技术和视频产业的迅速发展，国际标准化 组织( i n t e r n a t i o n a ls t a n d a r do r g a n i z a t i o n ，i s o ) 和国际电信联盟 ( i n t e r n a t i o n a l