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摘 要

近些年来，随着互联网技术和信息技术的不断发展，对于图像传输的速率和质量的要求正在逐步提高，这就要求我们要提出更为快速，更为有效的视频编码方式或标准，而对于数字图像的帧间预测作为视频编码技术和视频处理中被广泛应用到的一种技术，在流媒体时代下，这种技术已经在我们的生产生活中凸显出它极为重要的作用。这项技术可以应用到生活的任何地方，例如数字电视、视频电话、在线会议、娱乐直播、图像播放设备、安全监控、大众数码产品、电视台演播设备等。

在国际主流的视频编码框架中，帧间预测模块压缩了绝大多数的图像数据量。运动估计作为帧间预测模块的核心部分，也带来了很大的计算开销，为了降低运动估计的计算复杂度，学者们提出了许多快速运动估计算法，在实际的运动估计算法实现时经常采用的是像素递归法和块匹配法两种简化的办法。因为块匹配算法在图像匹配的精度上还有图块搜索的难度上找到了一个不错的平衡点，所以目前国际上主流的视频压缩标准都采用了基于块匹配的运动估计算法。

本文主要介绍现今国内外对于视频编码技术和快速块匹配算法的研究现状，文章首先介绍了如今国际上主流的几种视频编码标准，分析了视频编码技术的框架，阐明了视频编码的意义，同时对视频编码中的必要的运动估计技术进行说明，并对现今运动估计模块中常见的块匹配算法进行说明，阐述了块匹配算法匹配准则、块尺寸的选择和块匹配算法的优缺点。然后对几种常见的快速块匹配算法进行了大致的概括并指出它们的优缺点。在此基础上实现了基于块匹配的RGB图像的图像预测。同时对视频编码技术和快速块匹配算法的未来发展进行了大胆的预测。

关键词：视频编码；帧间预测；运动估计；块匹配

Abstract

In recent years, with the continuous development of Internet technology and information technology, to the requirement of image transmission rate and quality are improved, this requests us to put forward more quickly, more effective way of video coding or standard, for the digital image of interframe prediction as a video coding technique and is widely used in video processing to a kind of technology, in the era of media streaming, this technology has been highlighted in our production life it is very important. This technology can be applied to any place in life, such as digital TV, video telephone, online meeting, entertainment live broadcast, image broadcasting equipment, security monitoring, mass digital products, TV broadcasting equipment and so on.

In the international mainstream video coding framework, the interframe prediction module compresses most of the image data. Motion estimation, as the core part of inter-frame prediction module, also brings a lot of computational overhead. In order to reduce the computational complexity of motion estimation, many fast motion estimation algorithms have been proposed by scholars. Two simplified methods, pixel recursion method and block matching method, are often adopted in the implementation of actual motion estimation algorithms. Because the block matching algorithm has found a good balance between the accuracy of image matching and the difficulty of block searching, the mainstream video compression standards in the world have adopted the motion estimation algorithm based on block matching.

Today for video coding technology at home and abroad were introduced in this paper and the research status of fast block matching algorithm, this paper introduces several kinds of video coding standard, now the international mainstream analyzed the frame of the video coding technique, expounds the significance of video coding, as well as the necessary motion estimation in video coding technology, and the current common block matching algorithm in motion estimation module, this paper expounds the block matching algorithm matching criteria, and block size selection and the advantages and disadvantages of block matching algorithm. Then some common fast block matching algorithms are summarized and their advantages and disadvantages are pointed out. On this basis, the image prediction of RGB image based on block matching is realized. At the same time, the future development of video coding technology and fast block matching algorithm is predicted..

Key word: Video coding; inter prediction; motion estimation; block matching

目 录

第1章 绪论 2

1.1 研究背景和意义 2

1.2 国内外研究现状 3

1.3 论文主要内容 6

第2章 视频编码技术的综述 7

2.1 视频编码技术概述 7

2.1.1 视频编码技术的原理和必要性 7

2.1.2 视频编码技术的框架 7

2.2 常见视频编码标准 8

2.2.1 H.26X系列编码标准 8

2.2.2 MPEG系列编码标准 9

2.2.3 其他系列编码标准 9

2.3 本章小结 9

第3章 基于块匹配的运动估计 10

3.1块匹配运动估计的基本原理 10

3.2块匹配准则 10

3.3常见块匹配运动估计算法 12

3.4预测图像的质量评价 17

3.4.1主观质量评价 17

3.4.2客观质量评价 17

3.5本章小结 18

第4章 基于块匹配的RGB图像预测的实现 19

4.1 数字图像的RGB表示方法 19

4.2 图像预测算法的实现 19

4.2.1 块匹配搜索主体程序段 20

4.2.2 预测图像构建建程序段 21

4.3 预测图象的测试效果 23

4.3.1人像预测效果 23

4.3.2风景图像预测效果 24

4.3.3复杂运动图像预测效果 26

4.4 实验结论 27

4.5 本章小结 27

第5章 总结与展望 28

5.1 论文总结 28

5.1 工作展望 28

参考文献 29

致谢 30

1. 绪论

由于现代社会对于图像数据的应用十分广泛,大量的数字图像数据使得其在存储、信道传输、图像处理时变得十分艰巨。而数字图像压缩技术的主要目的就是为了减少序列图像中的时间冗余、空间冗余或者其他冗余信息，进而使得我们能用比较高效的编码方式来存储和传输数据,因此图像数据的高压缩比和低损耗率，是现代社会的数字图像传输中最为关键的一环。为了更加规范数字图像的数据信息，国际上制定了许多针对不同图像的编码标准来统一数据信息。图像的预测编码就是图像的压缩编码中的常用的手段，原理上借助数字图像序列，每一帧间在时间上的相关性和每一帧内在空间上的相关性，依据某一特定的数学模型，通过对上一图像的样本值进行取样，并以取样信息对新图像的样本进行预测，以此来减少两幅图像的空间冗余或者时间冗余，借此实现压缩数据的目的，但预测编码在实际应用当中很难建立起参考数据的数学模型上，而是以估计理论,现代统计学作为基础建立相应的估计模型，出现这个问题的主要原因是参考数据的数学模型很难总结建立，在一些特殊场景下甚至无法建立，例如时变随机系统的数学模型。

1.1 研究背景和意义

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