基于小波变换和可变形块运动估计的视频编码算法研究

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随着社会和经济的不断发展,视频信息已经成为人们日常交流沟通最重要的手段之一,广泛应用于各个领域。由于视频信息具有信息量巨大的特点,视频压缩一直是人们研究的热点,新技术层出不穷。本论文首先对传统视频编码技术进行了研究,针对分块DCT变换会引起块效应和传统运动估计模型不能有效表示非平移运动的问题,提出了一种基于小波变换和可变形块运动估计技术的视频压缩算法。本文首先介绍了小波变换的原理、实现方法和二维Mallat算法及小波变换在视频压缩领域的应用现状,并针对不同特点图像的小波变换系数,分别介绍了分层小波树集合分割算法(SPIHT)和零树熵编码算法(ZTE)。其中根据ZTE算法中量化的特点探索了相应的码率控制方法。随后本文在分析了传统快速块搜索算法的影响因素和优缺点的基础上,引入双线性运动模型和基于节点搜索的1/4精度可变形块运动估计算法,并给出了两种1/4精度内插的实现过程。由于视频编码中I帧编码无残差补偿,且对后续P帧编码效果影响较大,所以对I帧的编码至关重要。本文采用小波变换技术和SPIHT算法编码I帧,使得I帧在低码率下获得了较高的重建质量、码率可控且无块效应。对于P帧编码,本文采用自适应快速块搜索和可变形块运动估计相结合的方法,在不明显增加运算量和传输数据的情况下,更有效的表示了实际中物体的非平移运动,显著提高了运动估计精度。同时针对运动估计后预测残差较小的特点,本文采用小波变换和ZTE编码算法,并结合码率控制方法,高效的组织了残差数据。本文采用的所有算法均在VC6.0环境下用C语言实现,并对I帧对P帧的影响、运动估计和补偿算法的效果以及不同内插方法对运动估计的影响等进行了实验,最后对实验结果进行了分析和总结。实验证明,本文算法对复杂运动和包含大量细节的视频序列均有良好的压缩效果。虽然运算量有所增加,但明显减轻了块效应,克服了块运动估计不能很好表示非平移运动的缺陷,在相同码率下有效提高了视频质量,而码率控制技术和对剧烈运动物体的运动估计方法仍需改进。
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