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面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化

时间:2007-1-20栏目:电子通信论文

二维DCT公式为:

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二维IDCT公式为:

面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化

上述两式中,面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化,n取8。

通过分析得出,DCT快速算法的实现可以有两种方式。一种方法是把已有的快速变换算法(如FFT、FHT等)映射到DCT计算中,这种方式多了一个映射环节,增加了计算的复杂度;另一种方法是从DCT变换本身寻找规律进行改进。

在H.263应用中,注意到两条规则:一是能量集中在少部分DCT系数上;二是随着量化步长的增大,被量化为零的DCT系数增多,面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化而且对DCT计算的精度要求降低。于是,采用一种零系数预测策略,即根据量化步长,首先对DCT变换的输入数据分类,对于给定的量化步长,如果输入数据将要被量化为0,那么这些数据就不必做DCT运算,而直接将变换结果置为0。这样只需对部分数据进行DCT变换,因此节省了大量无效运算。另外,利用DCT的局部并行性,使用Intel的多媒体处理指令集-MMX来实现DCT计算,大幅度提高了运算速度。

2.3 运动估计与运动补偿算法的优化

运动估计是指在参考帧中搜索一个与当前帧图像块最相似的图像块,即最佳匹配块,搜索结果用运动向量来表示。运动补偿是指利用参考帧和已求得的运动向量重构当前帧,氢重构帧和当前的差值作为当前帧的补偿值进行压缩编码。两者互相配合,共同实现压缩效果。

运动估计算法的研究从两方面着手:快速搜索算法和块匹配准则。

最简单的搜索算法是全搜索法(FS),这种算法精度高,但计算量过于庞大。为了加快运算速度,保证精度,人们提出了很多快速搜索算法:三步法(TSS)及基于三步法的改进算法、二维对数法(LOGS)、交叉搜索法(CS)、四步法(4SS)、预测搜索法(PSA)、钻石搜索法(DS)等。钻石搜索法是迄今为止综合性能最优的快速搜索算法之一,用于本次项目研究中。

块匹配准则决定何时找到最佳匹配块,从而终止搜索进程。传统的准则有绝对平均误差函数(MAE)、互相关函数(CCF)、均方误差函数(MSE)、最大误差最小函数(MME)等。由于传统方法没有考虑人眼的视觉特性,所以判断结果和人眼的感知相差较大。实际H.263采用的块匹配准则为MSE的替代准则SAD(绝对差和),两者的公式如下:

面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化

其中:F0和F-1分别代表当前帧和重构帧(参考帧);k,l为待编码宏块在当前帧中的坐标;x、y为重构帧中参考宏块的坐标;N表示宏块的尺寸,此处为16。从公式中可见,SAD用绝对值运算代替了MSE的乘方运算,明显降低了运算量,从而可以加快计算速度。面向运动图像远程实时传输的H.263压缩方法的分析与优化

测试表明,SAD的计算量要比MSE的计算量减少三分之一,而它们的图像效果相当。

此外,还可以利用硬件特性加速块匹配准则的运算速度,Intel的MMX技术提供了这种特性。SAD等块匹配准则主要针对短数据的重复计算,MMX增加了系统单个指令操作数据的数目(SIMD),从而可以在一个指令中完成多组数据的计算,实现并行机制,从而加快运算速度。

3 提高压缩比的选择

H.263提供了许多高级模式来

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