H.264运动估计算法UMHexagonS的斐波纳契数列优化

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UMHexagonS算法的研究与改进

图 1 中值预测示意图 b）上层预测：根据 H.264 运动估计多宏块划分和分层使用搜索顺序从模式 1 到模式 7 的特点，可以从同一位置的两倍大的上层块中得到运动矢量。 MVpred _ up MVuplayer 。如图 2 所示。
、图 2 上层预测 c）相邻参考帧的预测：根据时间相关性，根据先前参考帧的一些运动矢量 MV，调整比值获取当前的 MV，如图 3 所示;
关键词—— 视频压缩; UMHexagonS;运动估计码标准。它的编码效率比 H.263 提高近 50％。它是近几年视频编码技术研究的主要方向之一。但是，我们注意到，H.264 的高性能的表现增加的代价是算法的计算复杂性和存储容量。这种高复杂性对于 H.264 的实现和应用变成了一个瓶颈。视频编码中的运动估计是一种尤为复杂的和费时的部分。在整个 H.264 编码过程中，运动估计占了编码时间的一个很大的比重。所以，它是减少运动估记复杂性和时间的一个非常重要的工作。为了实现这一目标，国内外的学者们针对运动估记的快速搜索算法在近几年提出了很多经典的算法，如三步搜索算法（TSS），四步搜索算法（FSS），菱形搜索算法（DS），六边形搜索算法（HS）等，这些经典的快速搜索算法可以简化计算，但它们的代价是图像质量的减少、预测精度的降低，和码率的提高。 UMHexagonS 因为它高效的编码效率，是最近几年十分出色的快速算法之一，UMHexagonS 是正式通过的 H.264 编解码标准。它的运动估计精度更高，其性能非常接近全搜索算法。它是一种混合模式的搜索算法，它结合了其他算法的一些的优势。在保证了更好的表现情况下，与全搜索相比，它的计算量可以节省 90％。即使这样，通过对算法分析和研究，我们可以发现，UMHexagonS 算法有一些缺陷，比如整个搜索过程中有十分多的搜索点，计算复杂度很高。总而言之，编码花费了很长的时间，影响了编码效率。本文的目的是改进 UMHexagonS 算法的缺陷，在原始算法的基础上，使用视频帧序列运动矢量预测值的统计特性对宏块进行判别和分类。对于不同的宏块，使用不同的搜索算法处理。在此基础上，根据视频序列的运动矢量的中心偏移特性，采用不均匀的系列（1，2，4，7，11，16……）改进了原有算法的非对称交叉十字形模板和多层六边形模板，减少了不必要的搜索点.它可以在保持更好信噪比和码率的同时，节省大量的运动估记时间。

基于 H.264 UMHexagonS运动估计算法的改进

基于 H.264 UMHexagonS运动估计算法的改进方宝磊;李民政;丘宇【摘要】Aiming at the problem of bigger time consuming the H .264 multi-mode motion estimation and model selection encoding have , we propose an improved algorithm , which reduces the computational complexity of UMHexagonS-based motion estimationalgorithm .Inequality is used to pre-judge the validity of the search area point , and a cross search of 5 point is used to replace the 5 ×5 small rectangular search , the goal is to reduce the search points .Experimental result shows that the proposed algorithm effectively alleviates the computational costs of multi -mode motion estimation and model selection encoding , and saves about 9%-18%encoding time without obvious degradation in video quality .%针对H．264多模式运动估计与模式选择编码时间开销较大的问题，提出一个降低UMHexagonS（ Unsymmetrical-cross Multi-Hexagon-grid Search ）运动估计算法计算复杂度的改进算法。

基于H.264运动估计算法的改进与优化

对ｕｅａ０ｓＭＨｘｇｎ进行分析，利用视频图像序列运动矢量的分布规律以及当前块像素之间运动估计代价的相关性，对搜索模板和搜索步长进行改进，从而提前结束搜索，减少运动估计时间，实验结果表明：改进后的算法在保证性噪比ＮＲ变化不大的前提下，运动估计时间降低１％以上。ｓ）０【关键宇】Ｈ２４６；运动估计算法；ＵｅａｏｓＭＨｘｇｎ
ｉｇｓｑｅｅｍａｅｅｕｎｃｏｆｏｔｏｖｅｔｒｍｉｎｃｏｄｉｔｂｔｉｎｎｄｏｍｎｔｆｈｅｃｒｎｔｓｒｉｕｏａｍｖｅｅｏｔｕｒｅｂｌｋｏｅａｏｂｅｗｅｎｕｒｅｐｉｅＳ．ｏｃｃｒｒｌｔｉｎｔｅｃｒｎｔｘｌＴｒｕｌｓｗｔａｉｒｖｅｎａｇｒｉｈｃｎｅｄｃ１％ｍｉｎｅｓｉａｔｏｔｍｅｈｅｅｓｔｈｏｓｈｔｍｐｏｍｅｔｌｏｔｍａｒｕｅ０ｏｔｏｔｍｉｎｉｗｉｈｈｐｅｓｏ１ｔｅｈｎｇｏｔｔｅｒｍｉｅｆｉｔｌｃａｅｎ
Ｈ２４ＡＣ频编码标准是由ＩＵＴ．６／Ｖ视Ｔ — （）２非对称交叉十字型搜索：在搜和ＩＯＩＣＰＧ２０年共同制定的，Ｓ／ＥＭＥ在０３索范围内垂直方向的搜索点数为水平方与以往视频编码标准相比，Ｈ２４相向的一般，图ｌ非对称水平十字型搜．６在为同编码质量的前提下，可节约５％０以上索。的码率，但是其编码效率的提高是以增（）３非均匀多层次六边形格点搜加编码的计算复杂度为代价的，运动估索：上一步产生的最优匹配点作为本次计作为视频编码的核心技术，主要解决搜索的中心，进行包括５区域的正方５Ｘ视频图形中的时间冗余问题，通过运动形搜索模板和１点的六边形搜索模板，６估计技术可以使视频传输的比特数大大如图２３示。、Ｎ减少，在Ｈ２４．６中运动估计的计算复杂（）上一步产生的最优匹配点上４在度占到了整个视频编码的６％８％因进行扩展的六边形模版搜索：该过程包０－０，此对运动估计速度的优化是关键，可以括多层次六边形搜索。有效地提高编码效率ｕ。（）菱形模版反复搜索，得到最５小运动估计算法性能最好的是全搜索终的运动矢量。如图３。

JM模型中UMHexagonS改进算法

H.264 的运动估计算法采用基于块[4]的匹配的算法，图像帧被分割为 M×N 或 N×N 大小的块，在一定的搜索区域内，采用某种匹配准则，寻找与当前块最匹配的块。全搜索算法（Full Search，FS）是在搜索区域内穷举所有象素点的方法； UMHexagonS(Unsymmetrical-cross Multi-Hexagongrid Search)属于快速搜索算法的一种，它融合了多种快速算法的先进思想，迅速取代了原三步法、四步法、菱形[5]搜索法等算法，现已采纳为 JM 模型中的快速运动算法。
1.1 算法简介
H.264 所有功能，成为国内外 H.264 算法研究的实验性平台之一。
运动估计通过两帧甚至多帧的图像中宏块[1]的比较求得图像残差及运动矢量。运动估计越准确，预测补偿的图像质量越高，补偿编码所需比特率越小，同比特率视频编码效果就越好。由于运动估计是编码中最复杂和最耗时的过程，它的研究一直是视频压缩中研究的热点。在 H.264 中 JM 模型中，现在已正式采纳了“非对称性十字形多层次六边形格点搜索”（UMHexagonS）[2]为其运动估计算法，它在保持较好的失真率的前提下比全搜索算法节约 90%以上搜索时间，性能却非常接近全搜索算法。
第四步：多重六边形模板搜索，采用多重 16 点六边形搜索模式，逐渐缩小范围，如图 1 的 step3-2 所示。
第五步：扩展六边形模板搜索，在搜索范围内进行多圈的中 6 边形模板搜索，如图 1 的 step4-1 所示。
第六步：半径为 1 的小菱形模板搜索，如图 1 的 step4-2 所示。确定最终运动矢量。
第 21 卷增刊 1 2009 年 10 月
系统仿真学报© Journal of System Simulation

基于H.264运动估计算法的改进与优化

基于H.264运动估计算法的改进与优化【摘要】在H.264视频编码标准中，运动估计是最重要也是最耗时的过程，目前H.264标准中采用UMHexagons算法，本文结合H.264的验证模型在JM8.6的源代码上对UMHexagons进行分析，利用视频图像序列运动矢量的分布规律以及当前块像素之间运动估计代价的相关性，对搜索模板和搜索步长进行改进，从而提前结束搜索，减少运动估计时间，实验结果表明：改进后的算法在保证性噪比(PSNR)变化不大的前提下，运动估计时间降低10%以上。

【关键字】H.264；运动估计算法；UMHexagonsImprovement of fast motion estimation algorithm bast on H.264ZHANG Ren jun，LI Pei（Lanzhou jiaotong university college of electronic and information engineering Lanzhou 730070）Abstract：In the H.264 video coding standard，motion estimation is the most important and time-consuming process，now the H.264 motion estimation algorithm using UMH algorithm，Based on the study of the principle of the UMH algorithm，an improved method is proposed to reduce the time of motion estimation and early end research，which using the video image sequence of motion vector distribution and movement of the current block correlation between current pixels.The result shows that improvement algorithm can reduce 10% motion estimation time with the premise of little change on PSNR.Keywords：H.264；motion estimation algorithm；UMHexagons1.引言H.264/A VC视频编码标准是由ITU-T和ISO/IEC MPEG在2003年共同制定的，与以往视频编码标准相比，H.264在相同编码质量的前提下，可节约50%以上的码率，但是其编码效率的提高是以增加编码的计算复杂度为代价的，运动估计作为视频编码的核心技术，主要解决视频图形中的时间冗余问题，通过运动估计技术可以使视频传输的比特数大大减少，在H.264中运动估计的计算复杂度占到了整个视频编码的60%-80%，因此对运动估计速度的优化是关键，可以有效地提高编码效率[1]。

H.264视频编码标准分析和算法优化

H.264编码标准的分析和算法优化一、研究背景：随着社会的不断进步和多媒体信息技术的发展，人们对信息的需求越来越丰富，方便、快捷、灵活地通过语音、数据、图像与视频等方式进行多媒体通信已成不可或缺的工具。

其中视觉信息给人们直观、生动的形象，因此图像与视频的传输更受到广泛的关注。

然而，视频数据具有庞大的数据量，以普通的25帧每秒，CIF格式（分辨率为352×288）的视频图像为例，一秒钟的原始视频数据速率高达3.8M字节。

不对视频信号进行压缩根本无法实时传输如此庞大的数据量，因此，视频压缩技术成为研究热点。

随着近几年来视频图像传输领域的不断扩展，以往的标准己经难于适应不同信道的传输特征及新兴的应用环境。

为此，ISO/IEC&ITU-T共同开发了最新视频编码标准H.264/AVC。

相对以前的视频编码标准，H.264集成了许多新的视频压缩技术，具有更高的压缩效率和图像质量。

在同等的图像质量条件下，H.264的数据压缩比是应用于当前DVD系统MPEG-2的2~3倍，比MPEG-4高1.5~2倍，并且具有更好的网络友好性。

但是H.264高压缩比的代价是编码器计算复杂度大幅度地提高。

因此在保持编码效率几乎不变的同时尽可能提高编码速度是H.264/AVC视频编码标准能否得到广泛应用的关键。

在上述研究背景下，本文深入探讨了H.264/AVC标准，分析了编码器主要耗时模块的工作原理，提出三种降低H.264/AVC高计算复杂度的优化算法――快速帧内预测模式选择算法、快速帧间预测模式选择算法以及快速运动估计算法。

实验结果表明：本文所提快速算法都可大幅度地降低H.264编码器的计算复杂度，并且保持基本不变的编码效率。

二、新一代视频编码标准H.264简介：编码标准演进过程：H.261 MPEG-1 MPEG-2 H.263 MPEG-4从视频编码标准的发展历程来看，视频编码标准都有一个不断追求的目标：在尽可能低的码率（或存储容量）下获得尽可能好的图像质量。

运动估计UMHexagonS算法的研究与改进

Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｔｈａｔＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ＇ａｌｇｏｒｉｔｈｍｈａｖｅｈｉｇｈｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙａｎｄｔｈｅ
摘要：针对ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法计算复杂、耗时等问题提出改进算法。首先，通过在预测起始点处
增加了准静止块闽值来判断是否可以立即停止搜索；然后，用扩展的菱形搜索代替原算法中的５ × ５的螺旋式全搜索以降低计算复杂度：最后，利用多层次８点八边形代替多六边形网格搜索。实验结果
ａｒｔｉｃｌｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｈｒｅｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｔｈｅａｌｇｏｉｔｒｈｍｉｎｃｒｅａｓｅａｑｕａｓｉ — ｓｔａｔｉｏｎａｒｙｂｌｏｃｋｔｈｒｅｓｈｏｌｄａｔｔｈｅｆｏｒｅｃａｓｔｓｔａｒｔｉｎｇｐｏｉｎｔｔｏｒｅａｒｌｙｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ；Ｔｈｅｎ，ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ，５ｘ５ｓｐｉｒａｌ — ｆｕｌｌ — ｓｅａｒｃｈｏｆＵＭｔｔｅｘａｇｏｎＳａｌｇｏｉｒｔｈｍｉｓ

快速运动估计UMHexagonS算法的探讨与改进

１引言视频编码标准Ｈ．２６４的编码效率可比现有的Ｈ．２６３或ＭＰＥＧ－４提高５０％，是近年来视频编码技术研究的主要方向之一。

虽然Ｈ．２６４的基本编码框架与以往类似标准如Ｈ．２６３相比没有作出重大改变，但各个部分的技术方案引进了当前视频编码的许多新技术。

可以说，它的高性能是以增加计算复杂性和存储能力为代价获得的。

这种高复杂度对于Ｈ．２６４的实现和应用将是一个瓶颈。

尽管编码标准中并未指定运动估计算法，但由于运动估算的速度和准确性对整个编码器性能的影响较大，因此Ｈ．２６４一直在寻找一种更优秀的快速运动估计算法。

目前Ｈ．２６４已正式采纳了“非对称十字型多层次六边形格点搜索”（ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ）算法，它的运算量相对于快速全搜索算法可节约９０％以上，同时能保持较好的率失真性能。

本文对ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法提出了一种改进方法：引入一个调节因子!Ｓｔｏｐ，并在原算法的预测起点部分增加一个自适应的中止搜索判断，在保证原算法良好的率失真特性的前提下，进一步降低运算量，从而提高整个Ｈ．２６４编码器的编码效率。

本文第２节将介绍和分析ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法，第３节提出改进算法，第４节为计算机模拟结果以及对此所作的分析，结论将在第５节给出。

２ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法２．１ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法简介已有的块匹配算法中，搜索精度最高的是全搜索法，但存在搜索时间长和运算量大等缺点，难以满足实时要求。

为了减少搜索时间，已提出多种快速搜索方法，如三步法（ＴＳＳ）、菱形算法（ＤＳ）等。

这些经典快速搜索算法简化了计算，却是以牺牲图像质量为代价的，且降低了预测精度，相应的码率较高。

因此，需要对这些经典算法作进一步的改进。

这里介绍一种新的运动估计算法：非对称十字型多层次六边形格点搜索算法（ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ）。

它的基本步骤如下［６］：步骤１起始搜索点的预测：五种预测模式求预测运动矢量ＭＶｐｒｅｄ：（１）中值预测：利用空间相关性，取已求出的、当前帧的左、上、右上邻块的运动矢量的中间值ＭＶｐｒｅｄ＿ｓｐ＝ＭＶｓｐａｃｅ；（２）原点预测（考虑到在固定背景上的物体边界的情况）：快速运动估计ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法的探讨与改进杨育红１徐烜２季晓勇１１（南京大学电子科学与工程系，南京２１００９３）２（南京大学计算机软件新技术国家重点实验室，南京２１００９３）摘要视频编码标准Ｈ．２６４已经正式采纳了ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法作为整像素的快速运动估计算法。

基于H.264视频压缩快速运动的估计算法

基于H．264视频压缩快速运动的估计算法
H.264 是现有最重要数据压缩编码国际标准之一。

快速运动估计算法一直是视频压缩中的研究热点。

本文针对一些快速估计算法过早确定了搜索方向，容易陷入局部最小点，损失了搜索精度的情况，在原有基础上，运用菱形十字搜索算法(DCS)与阈值估计相结合的方法提高了运动
估计的性能。

实验结果表明，该算法可以用较小的搜索代价取得与全搜索(FS) 相当的效果，并且在搜索速度方面优于钻石法DS)。

0 引言
H.264 采用了减少视频图像各帧间冗余度的运动估计算法。

运动估计算法传统的有全搜索(FS)、三步搜索(TSS)、新三步搜索(NTSS)、四步搜索(FSS)等;常用的是钻石搜索(DS)和非对称十字交叉多层次六边形格点运动搜索算法(UMHexagonS)。

运动估计是整个视频编码中运算量最大的模块，可占整个软件编码器运算量的70%以上。

因此视频系统中编码器的复杂部分取决于运动估计算法体系结构的复杂性。

1 运动估计算法分析
1.1 钻石搜索(DS)算法
DS 算法即钻石搜索算法，被MPEG-4 国际标准采用并收入验证模型
VM(Verification Model)中，是MPEG-4 建议采用的快速运动估计算法。

DS 算法采用了两种搜索模板，分别是有9 个检测点的大模板和有5 个检测点的小模板。

搜索时先用大模板LDSP 在搜索区域中心及周围8 个点处进行匹配计算，当最小块误差出现在中心点处时，将大模板LDSP 换为SDSP，再进行匹配计算，这时5 个点中的MBD(Minimum Block Distortion)即为最优匹配点;否则，改变中心位置，仍用LDSP 重复计算。

基于H.264UMHexagonS运动估计算法的改进

ｇｏｌａｉｓｔｏｒｅｄｕｃｅｔｈｅｓｅｒｃａｈｐｏｉｎｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｔａｎｌｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｌｇａｏｉｒｔｈｍｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｌｌａｅｖｉａｔｅｓｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｌａｃｏｓｔｓｆｏｍｕｈｉ —
时间开销，能节约大概９％一１８％的编码时间而视频质量没有明显降低。
关键词中图分类号ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ运动估计ＴＰ３７ＳＡＤＳＥＡ５× ５小矩形ＡＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００ — ３８６ｘ．２０１３．０９．０７７
ｐｒｏｐｏｓｅａｎｉｍｐｒｏｖｅｄａｌｇｏｉｒｔｈｍ，ｗｈｉｃｈｒｅｄｕｃｅｓｔｈｅｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎｌａｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙｏｆＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ — ｂａｓｅｄｍｏｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｌｇａｏｒｉｔｈｍ．Ｉｎｅｑｕｌｉａｔｙｉｓ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ￣ｉｅｅｅｎａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕｉｌｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｆｏＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕｉｌｉｎ５４１００４，Ｇｕａｎｇｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

针对H.264改进的快速整像素运动估计算法

＊Ｃ０ｒｒＰｓ０ｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｉｎｌｘ＠ｃｉｏｍｐ．ａｃ．ｃｎ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＯｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｔｈｅＵபைடு நூலகம் ＨｅｘａｇｏｎＳａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓｅｄｉｎｔｈｅＪｏｉｎｔＭｏｄｅｌ（ＪＭ）ｆｏｒＨ．２６４，ａｎｅｗ
ｆａｓｔａｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎｉｎｔｅｇｅｒｐｉｘｅｌｍｏｔｉｏｎｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｖｉｄｅｏｅｎｃｏｄｉｎｇｃｈａｒａｃ～
第２１卷
第４期
光学精密工程
ＯｐｔｉｃｓａｎｄＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
ＶｏｌＩ２１Ｎｏ．４
Ａｐｒ．２０１３
２０１３年４月
文章编号
１００４ — ９２４Ｘ（２０１３）Ｏ４ — １０１７－０９
ｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．ＡｎｅｗｏｒｄｅｒｏｆｃｈｅｃｋｉｎｇｐｒｅｄｉｃｔｅｄＭｏｔｉｏｎＶｅｃｔｏｒ（ＭＶ）ｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｎｇｓｔａｒｔ — ｉｎｇｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｓｔａｒｔｉｎｇｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔ．Ｔｈｅｎ，ａｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅｇｌｏｂａｌｓｅａｒｃｈ

H.264JM模型中UMHexagonS算法优化

ｓｔｒａｔｅｇｙｏｆＵＭＨｅｘａｇｏｎＳａｌｇｏｉｒｔｈｍ
（ｔｈｅＵｎｓｙｍｍｅｔｉｒｃａｌ —ｃｒｏｓｓＭｕｌｔｉ — ｈｅｘａｇｏｎ —ｇｒｉｄＳｅｒｃａｈａｌｇｏｒｉｔｍ）ｉｈｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄａｎｄ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＪＭｉｓｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｔｅｓｔｍｏｄｅｌｐｕｂｌｉｓｈｅｄｂｙｊｏｉｎｔｖｉｄｅｏｔｅａｍ（ Ⅳ Ｔ），ｗｈｉｃｈｈａｓｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｉｎ１ｅａｍ—
本文结合ＪＭ１０．１的源代码对ＵＭＨｅｘａｇｏｎＳ算法的提前终止策略进行了深入研究，对搜索模板进行象限分割来减少算法的搜索点数，在基本上保持了原有图象质量的情况下有效的节省了编码时间和运动估计时间。通过对５种测试序列的测试结
第３７卷第１期
２０１４年２月
长春理工大ｌｏｆＣｈａｎｇｃｈｕｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）
ｔｈｅｓｅａｒｃｈｐｏｉｎｔｓａｒｅｒｅｄｕｃｅｄｂｙｔｈｅｓｅａｒｃｈｔｅｍｐｌａｔｅｑｕａｄｒａｎｔｍｅｔｈｏｄｏｆｓｅｇｍｅｎｔａｔｉｏｎａｌｇｏｉｔｒｈｍ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｍａｉｎｔａｉｎ

H.264快速运动估计算法的改进

H.264快速运动估计算法的改进李桂菊;刘刚;梁静秋【摘要】为了提高视频压缩效率,对H.264中采用的快速运动估计算法UMhexagonS进行了改进.首先,在起点预测后加入一个结束搜索条件,判断是否结束对当前宏块的运动估计.然后,对于需要进一步运动估计的宏块,从两个方面对原算法进行了改进.提出了搜索模板分割方法,在进行十字形模板和大六边形模板搜索时,只需要根据该方法选择少量搜索点进行运动估计.根据运动矢量的统计特点,减少了正方形模板和扩展六边形模板的搜索点数.同时验证了所采用的搜索区域分割方法的合理性.实验结果显示,改进算法的运动估计时间比原算法平均减少了15.59%,而峰值信噪比和码率基本不变,并且能够适应各种运动类型的视频序列.得到的结果表明改进算法提高了总体编码性能.【期刊名称】《光学精密工程》【年(卷),期】2010(018)011【总页数】8页(P2489-2496)【关键词】视频压缩;区域分割;UMhexagonS算法;运动估计;统计特点【作者】李桂菊;刘刚;梁静秋【作者单位】中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033;中国科学院,研究生院,北京,100039;中国科学院,长春光学精密机械与物理研究所,吉林,长春,130033【正文语种】中文【中图分类】TN941.1;TP301.61 引言运动估计是视频压缩领域中的一项关键技术，而块匹配方法由于其适合硬件实现，因此被广泛应用于运动估计中。

在已有的块匹配方法中，全搜索算法（FS）是对给定的搜索窗口内的所有点进行匹配，因此能够得到最佳的运动估计效果，但是随着搜索半径的增大，其运算量成倍增长，导致整个编码过程时间消耗过多。

为了减少运动估计消耗时间，提高视频编码效率，近年来国内外学者提出了各种快速算法。

其中，新三步法（NTSS）［1］、钻石法（DS）［2］、以及基于六边形的搜索法（HEXBS）［3］等，都是利用运动矢量的中心偏置分布特性［4］来进行搜索模板和搜索方法设计，加快了搜索速度，而且在视频序列运动比较平缓的情况下表现出良好运动估计效果。

H.264JM模型中运动估计算法及改进方案

第12卷　第10期2007年10月中国图象图形学报Journal of I m age and GraphicsVol .12,No .10Oct .,2007收稿日期:2007207205;改回日期:2007207225第一作者简介:郑振东(1984～　),男。

上海师范大学通信与信息系统专业硕士研究生。

主要研究方向为H.264编解码实现和运动估计。

已获专利一项。

E 2mail:dongdongt oyou@H .264JM 模型中运动估计算法及改进方案郑振东王　沛应　骏(上海师范大学,上海　200234)摘　要　J M 模型是JVT (j oint video tea m )发布的H.264标准测试模型,对算法学习和研究有着重要的意义。

根据J M 测试模型的参数设定,其中的运动估计算法有3种可选模式。

本文结合J M10.2的源代码对UMHexagonS 算法进行了分析,并对该算法进行改进,能够在保证视频序列各分量信噪比的情况下缩短运动估计的耗时。

本文利用UMHexagonS 算法的准确预测以及运动估计代价的相关性来设置阈值达到提前结束搜索的目的。

在J M10.2的测试模型上进行了算法验证。

实验结果表明,利用块与块之间运动估计代价的相关性,在保证编码性能的同时,可以减少运动估计所需时间的10%以上。

关键词　H.264　运动估计　UMHexagonS 算法　J M 测试模型中图法分类号:TP37 文献标识码:A 文章编号:100628961(2007)1021798204H .264M oti on Esti m a ti on A lgor ith m i n J M M odel andIts I m prove m en t ProgramZHENG Zhen 2dong,WANG Pei,YING Jun(Shanghai N or m al U niversity,Shanghai 200234)Abstract J M is the standard test model published by j oint video tea m (JVT ),which has great significance in algorith m learning and research .I n J M ,there are three op ti onal modes by setting para meters differently .Based on the study of the p rinci p le of the UMHexagonS algorith m,an i m p r oved method is p r oposed t o reduce the ti m e of moti on esti m ati on with m ini m al l oss in bitrate and reconstructed quality compared with those of the original UMHexagonS algorith m.Correlati on bet w een adjacent bl ocks is used t o end the search .I n J M10.2,results show that the i m p r oved UMHexagonS algorith m can reduce the ti m e of moti on esti m ati on with the original perf or mance of the original UMHexagonS algorith m.Keywords H.264,moti on esti m ati on,UMHexagonS algorith m,J M test mode1　引　言在H.264的三大开源编码器中,J M (j ointmodel )是JVT (j oint video tea m )的官方测试源代码[1],J M 实现了H.264所有的特性,由于是官方的测试源码,所以学术研究的算法都是在J M 基础上实现并和J M 进行了比较[2]。

H.264块匹配运动估计中UMHexagonS算法的优化

H.264块匹配运动估计中UMHexagonS算法的优化叶文龙;袁友伟;汪世瑜;周成武【期刊名称】《计算机工程与应用》【年(卷),期】2011(047)025【摘要】Block matching motion estimation is one of the core-technique of video coding.Research on efficient and fast video compression coding technology has already been a hot topic for technician and researchers all over the world.Based on the analysis of UMHexagons algorithm adopted by video compression H.264 the coding standard, the termination search and search template have been optimized respectively, which reduces the search points effectively, and increases the efficiency of motion estimation algorithm.The experiments on four typical video sequences prove that, compared to the original algorithm, the motion estimation time can be saved 11.75% on average by the optimized algorithm, and the real-time performance of the video compression has been enhanced under almost the same circumstance of picture quality.%块匹配运动估计是视频压缩中的核心技术之一.研究高效的、快速的运动估计算法是目前视频压缩技术中研究的重要课题.通过对视频编码标准H.264采纳的UMHexagonS算法分析的基础上,对UMHexagonS算法中的终止搜索和搜索模板这两个部分进行了优化,有效降低了搜索点数,提高了运动估计算法效率.通过对四个典型的测试序列的实验证明,优化后的算法与原算法相比较,在图像质量几乎没有改变的情况下,运动估计时间平均减少了11.75％,提高了视频压缩实时性.【总页数】4页(P133-136)【作者】叶文龙;袁友伟;汪世瑜;周成武【作者单位】杭州电子科技大学计算机学院,杭州310018;杭州电子科技大学计算机学院,杭州310018;杭州电子科技大学计算机学院,杭州310018;杭州电子科技大学计算机学院,杭州310018【正文语种】中文【中图分类】TP311【相关文献】1.H.264中快速运动估计UMHexagonS算法的改进 [J], 刘易;李太君2.H.264运动估计UMHexagonS算法的优化与改进 [J], 任克强;林芳明3.H.264中UMHexagonS运动估计算法的改进 [J], 肖冰君;杨静4.H.264运动估计算法UMHexagonS的斐波纳契数列优化 [J], 李世平;郑文彬;石鑫5.H.264视频编码器中运动估计算法的优化 [J], 郭亲弟;龙长贵;;因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

H.264中快速运动估计UMHexagonS算法的改进

H.264中快速运动估计UMHexagonS算法的改进刘易;李太君【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2011(37)8【摘要】在对H.264中非对称十字型多层次六边形格点搜索算法(UMHexagonS)研究的基础上,针对其存在运算量大、耗时等问题提出两方面的改进.首先,利用对称十字模板替换原来的5x5螺旋搜索,减少了64%的搜索点数；其次,利用对象内部代价的相关性提出自适应搜索长度方法,以减少运算量.在JM10.1测试模型上进行了验证.实验结果表明,改进算法在保证图像质量的前提下,可以有效地减少平均15%的运动估计时间,提高了总体的编码性能.%Based on introducing an unsymmetrical cross grid search algorithm (UMHexagonS) of H.264, improvements the algorithm in two areas for the existence of large amount of computation, high complexity, time-consuming issues. Firstly, uses symmetric cross template replace the original 5×5 spiral search, decreases 64% of search points. Secondly, uses correlation of object inside cost, propose adaptive searching range method and reduce computation. In JM10.1, the experiment results show that the improved algorithm in the premise of image quality can effectively reduce average 15% of the motion estimation time, thus improving the overall coding performance.【总页数】3页(P128-130)【作者】刘易;李太君【作者单位】海南大学信息科学技术学院,海南海口570228;海南大学信息科学技术学院,海南海口570228【正文语种】中文【中图分类】TN919【相关文献】1.基于H.264/AVC铁路应急通信系统UMHexagonS运动估计算法的研究与改进[J], 高悦飞;闫雍勃;张瑞霞2.H.264运动估计UMHexagonS算法的优化与改进 [J], 任克强;林芳明3.H.264视频压缩快速运动估计算法UMHexagons改进 [J], 杨虎;潘红兵;何书专;李丽4.H.264中UMHexagonS运动估计算法的改进 [J], 肖冰君;杨静5.基于 H.264 UMHexagonS运动估计算法的改进 [J], 方宝磊;李民政;丘宇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

H.264视频编码器中运动估计算法的优化

H.264视频编码器中运动估计算法的优化
郭亲弟;龙长贵
【期刊名称】《光电子》
【年(卷),期】2011(001)002
【摘要】运动估计是视频编码的关键技术,H.264编码器中的运动估计采用UMHexagonS算法,具有良好的综合性能,但其运算量仍比较大,难以满足实时编码的要求。

本文基于MVFAST算法图像运动复杂度,提出了一种UMHexagonS的改进算法。

依据ROS(支撑域),通过在水平垂直的四个方向上分别设置搜索范围,建立了非搜索中心对称的动态窗口,用更小的搜索范围覆盖了最佳匹配点,进一步减小了搜索点数;进一步根据图像运动复杂度,优化了起始搜索模板的选择策略,直接减少了中等和低等运动复杂度视频序列的计算量。

实验表明,与UMHexagonS算法相比,改进后的算法在获得几乎同等重建图像质量和码率的同时,运动估计时间平均节省了24.53%;与对照文献相比算法节省了6.24%,有效的提高了编码器的实时性。

【总页数】5页(P16-20)
【作者】郭亲弟;龙长贵
【作者单位】[1]不详;;[1]不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN91
【相关文献】
1.H.264中运动估计算法优化及其在DM642上的实现 [J], 杜鲜艳;韩晓军
2.基于H.264的视频编码运动估计算法的优化 [J], 王莉理
3.H.264中多模式运动估计算法优化 [J], 张嘉毅;罗喜伶;黄智刚
4.基于H.264运动估计算法的改进与优化 [J], 张仁俊;李培
5.H.264运动估计算法UMHexagonS的斐波纳契数列优化 [J], 李世平;郑文彬;石鑫
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基于H.264的运动估计搜索算法的改进

基于H.264的运动估计搜索算法的改进林永;杨印根;杨柳;许大姐【期刊名称】《电子技术应用》【年(卷),期】2012(38)2【摘要】针对UMHexagonS算法的运算量大、耗时长、复杂度较高等问题,提出了改进方案,采用混合时空域起点预测,提高起始点的预测精度；为搜索模块设定阈值,提前终止搜索；在整个搜索过程中,提出了一种搜索模块象限区域分割法,有效地减少了搜索点数.实验结果表明,改进后的算法在保证信噪比和控制误码率的情况下,比原算法减少了14％～38％的运动估计时间.%As UMHexagonS algorithm has the disadvantages of big computation, time consuming and high complexity, this paper proposes some schemes of improvement, which mainly includes three aspects. Firstly, use spatio-temporal initial point prediction to improve the forecast accuracy of the initial point; Secondly, set threshold for the search module to terminate search; Thirdly, put forward a search module quadrant regional segmentation method in the whole search process, effectively reducing the searching points. Through the experimental results show that the improved algorithm can in guarantee SNR and bit -error rates than the original algorithm, reduce 14%~38% of the motion estimation time.【总页数】4页(P134-137)【作者】林永;杨印根;杨柳;许大姐【作者单位】江西师范大学计算机信息工程学院,江西南昌330022;江西师范大学计算机信息工程学院,江西南昌330022;江西师范大学计算机信息工程学院,江西南昌330022;江西师范大学计算机信息工程学院,江西南昌330022【正文语种】中文【中图分类】TP391.41【相关文献】1.基于H.264的改进运动估计算法及其性能对比实验研究 [J], 蒋丽峰2.基于H.264/AVC铁路应急通信系统UMHexagonS运动估计算法的研究与改进[J], 高悦飞;闫雍勃;张瑞霞3.基于 H.264 UMHexagonS运动估计算法的改进 [J], 方宝磊;李民政;丘宇4.基于H.264编码的运动估计快速搜索算法 [J], 智西湖;智艾娣5.几种基于H.264的运动估计搜索算法的分析 [J], 闫磊;张翠芳因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

基于H.264视频编码的运动估计算法优化

基于H.264视频编码的运动估计算法优化吴晓军;白世军;卢文涛【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2009(037)011【摘要】运动估计是视频压缩中最重要的环节.H.264编码器由于采用了高精度运动矢量,计算量迅速增长,运动估计消耗整个编码时间80%左右.本文在分析UMHexagonS算法的基础上,分别对UMHexagonS算法中搜索窗口大小的选择、大六边形搜索和小六边形(小钻石)搜索模式三方面做了优化,在保持了原有图象质量的情况下有效的节省了运动估计时间.通过对各种测试序列的实验证明,优化后的算法与UMHexagonS算法相比,在重建图象质量和码率接近的情况下,运动估计时间平均节省了18.292%,降低了算法的复杂度,提高了编码器的实时性.%Motion estimation (ME) is vital to video compression. Due to the adoption of the high precision of motion vector (MV) in H.264 encoder, me computational cost increases rapidly, and ME takes almost 80% encoding time. In this paper, based on the UMHexagonS algorithm,an optimized algorithm is proposed based on the dynamic search range selection,big hexagon and small hexagon search mode respectively, which saves ME time effectively without quality loss. Experimenting with some typical video sequences proves that,compared to UMHexagonS algorithm,our optimized algorithm can save about 18.292% ME time and reduce the complexity of original scheme as well as enhance the real-time performance of the encoder but almost has no change in the reconstructed picture quality and bitrate.【总页数】5页(P2541-2545)【作者】吴晓军;白世军;卢文涛【作者单位】哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳,518055;哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳,518055;哈尔滨工业大学深圳研究生院,广东深圳,518055【正文语种】中文【中图分类】TN943【相关文献】1.基于H.264的视频编码运动估计算法的优化 [J], 王莉理2.基于H.264的运动估计算法优化研究 [J], 陈桂兰;刘子坚3.基于H.264视频编码的运动估计算法研究 [J], 李玉峰;肖菊飞;沈连丰4.基于达芬奇DM6446处理器的H.264视频编码算法优化 [J], 黄孝建;张颖5.基于AVS视频编码的运动估计与DSP算法优化设计 [J], 刘颖;张睿因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。