计算能力可伸缩的运动估计率失真优化

doi:10.3969/j.issn.0372-2112.2014.08.006

电子学报 ›› 2014, Vol. 42 ›› Issue (8): 1495-1502.DOI: 10.3969/j.issn.0372-2112.2014.08.006

计算能力可伸缩的运动估计率失真优化

陆寄远¹, 朝红阳², 黄承慧¹, 侯昉¹

1. 广东金融学院计算机科学与技术系, 广东广州 510521;
2. 中山大学软件学院, 广东广州 510275

收稿日期:2013-07-08 修回日期:2013-09-18 出版日期:2014-08-25
- 作者简介:
- 陆寄远男，1976年生于广东广州，2011年获中山大学工学博士学位.现为广东金融学院系统分析师.研究方向为图像处理、视频编码.E-mail：dtc005001@163.com；朝红阳女，1988年获中山大学理学博士学位，现任中山大学软件学院教授，信息科学院博士生导师.主要研究方向为图像处理，视频编码.
- 基金资助:
- 国家自然科学基金 (No.61173081）; 广东省自然科学基金 (No.S2011020001215，No.S2012040007847）

Rate Distortion Optimization of Complexity Scalable Motion Estimation

LU Ji-yuan¹, CHAO Hong-yang², HUANG Cheng-hui¹, HOU Fang¹

1. Department of Computer Science and Technology, Guangdong University of Finance, Guangzhou, Guangdong 510521, China;
2. School of Software, Sun Yat-sen University, Guangzhou, Guangdong 510275, China

Received:2013-07-08 Revised:2013-09-18 Online:2014-08-25 Published:2014-08-25

摘要/Abstract

摘要：

不同硬件设备具有不同的计算能力，能否在任意给定计算能力约束下达到最好的编码效率，是当前视频编码研究领域的一个极具挑战性问题.同时，随着分块结构越来越灵活的编码标准不断出现（如：HEVC，H.264等），运动估计不得不反复地应用在大小不同的各种分块上，导致其对编码总体计算复杂度的影响愈加重要.在此背景下，本文提出了一种针对运动估计的计算能力可伸缩（Complexity scalable）优化算法.我们通过对运动估计过程中预测失真度和计算复杂度的变化规律建模，发现根据各宏块的特性设置不同的预测失真度阈值可以优化地分配计算资源.而该阈值的大小则恰恰是各宏块的最小预测失真度加上一个由复杂度约束统一决定的偏移量.有鉴于此，我们进一步构造了计算能力可伸缩的优化运动估计算法，在不增加额外计算量的前提下，快速地得到各个宏块所对应的优化阈值，并完成运动估计.通过实验分析，该算法不仅具备自动适应不同计算复杂度约束的能力，而且在任意给定的复杂度约束下，都能提供优化的编码性能.

关键词: 视频编码, 运动估计, 计算能力可伸缩

Abstract:

One of the major challenges of video coding is how to attain the best coding performance under different constraints of computational complexity with various hardware.The computational scalability of coding algorithms is particularly important on this occasion.On the other hand,more and more complicated coding structures are employed to repeatedly applied motion estimation on each block.And the algorithms of motion estimation exerts significant influence on the overall performance of video coding.Therefore,we proposed an optimized motion estimation algorithm with scalable complexity.This algorithm can automatically adapt to different video contents and optimally allocate the computing resources by setting appropriate distortion thresholds.These thresholds are the minimal predicted distortion of each macroblocks plus a unified offset.And all of these thresholds can be computed easily with negligible costs.According to our experiments,our proposed algorithm not only provides scalable complexity,but also achieves better coding performance at the same computational expenses.

Key words: video coding, motion estimation, scalable complexity

中图分类号:

TP391.41

陆寄远, 朝红阳, 黄承慧, 侯昉. 计算能力可伸缩的运动估计率失真优化[J]. 电子学报, 2014, 42(8): 1495-1502.

LU Ji-yuan, CHAO Hong-yang, HUANG Cheng-hui, HOU Fang. Rate Distortion Optimization of Complexity Scalable Motion Estimation[J]. Acta Electronica Sinica, 2014, 42(8): 1495-1502.

参考文献

[1] 陈胜刚,陈书明,谷会涛,刘尧[J].一种用于并行h264编码器的语法元素级分组并行算术编码器体系结构的评估.电子学报,2012,40(2):400-405. Chen Shenggang,Chen Shuming,Gu Huitao et al.A VLSI architecture evaluation of a syntax element level parallel arithmetic entropy coder for parallel H.264 Encoder[J].Acta Electronica Sinica,2012,40(2):400-405.(in Chinese )
[2] 王昉,刘贵忠,钱学明.一种高效的基于h264/avc压缩域信息的全局运动估计方法[J].电子学报,2011,39(3A):19-23. Wang Zhe,Liu Guizhong,Qian Xueming.An efficient global motion estimation algorithm on H.264/AVC compression domain[J].Acta Electronica Sinica,2011,39(3A):19-23.(in Chinese)
[3] C S Kannangara,I E Richardson,A J Miller.Computational complexity management of a real-time h.264/avc encoder[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2008,18(9):1191-1200.
[4] Rahul Vanam,Eve Riskin,and Richard Ladner.H.264/mpeg-4 avc encoder parameter selection algorithms for complexity distortion tradeoff[A].Proceedings of Data Compression Conference 2009[C].Snowbird,UT,USA :Data Compression Conference,2009.372-381.
[5] Sorwar Golam,Murshed Manzur,S Dooley Laurence.A fully adaptive distance-dependent thresholding search (FADTS) algorithm for performance-management motion estimation[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2007,17(4):429-440.
[6] Li Su,Yan Lu,Feng Wu,Shipeng Li,Wen Gao.Complexity-constrained h.264 video encoding[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2009,19(4):477-490.
[7] Yongfang Liang，Ishfaq Ahmad.Power and distortion optimization for pervasive video coding[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2009,19(10):1436-1447.
[8] Jiyuan Lu,Peizhao Zhang,Hongyang Chao,Paul Fisher.On combining fractional-pixel interpolation and motion estimation:A cost-effective approach[J].IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology,2011,21(6):717-728.
[9] H.264 reference software version jm15.0[EB/OL].http://iphome.hhi.de/download/jm15.0.zip,2011-1-6.
[10] Zhibo Chen,Jianfeng Xu,Yun He,Junli Zheng.Fast integer-pel and fractional-pel motion estimation for h.264/avc[J].Journal of Visual Communication and Image Representation,2006,17(2):264-290.
[11] Alexis Michael Tourapis,Hye-Yeon Cheong,Pankaj Topiwala.Fast me in the jm reference software[A].jvt-p026.doc[C].Poznan,Poland:Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG & ITU-T VCEG (ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6),2005.1-13.
[12] Xiaoquan Yi,Jun Zhang,Nam Ling,Weijia Shang.Improved and simplified fast motion estimation for jm[A].jvt-p021.doc[C].Poznan,Poland :Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG & ITU-T VCEG(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6),2005.1-15.

[1]	禤韵怡, 杨春玲. 基于帧间组稀疏的两阶段递归增强视频压缩感知重构网络[J]. 电子学报, 2021, 49(3): 435-442.
[2]	郭红伟, 朱策, 刘宇洋. 视频编码率失真优化技术研究综述[J]. 电子学报, 2020, 48(5): 1018-1029.
[3]	周作成, 贾克斌. 基于3D-HEVC标准的相邻块视差矢量获取算法质量优化的研究[J]. 电子学报, 2017, 45(8): 1931-1936.
[4]	曹倩, 李辉勇, 左敏, 姜同强, 蔡强, 王瑜. 任务敏感的多模式视频编码系统功耗控制方法[J]. 电子学报, 2016, 44(7): 1592-1598.
[5]	张聪炫, 陈震, 黎明. 单目图像序列光流三维重建技术研究综述[J]. 电子学报, 2016, 44(12): 3044-3052.
[6]	唐振华, 梁祥严, 覃团发, 常侃. 分布式视频编码中基于多概率混合分布的相关噪声建模方法[J]. 电子学报, 2015, 43(2): 365-370.
[7]	夏北吨, 杨春玲. 无反馈分布式视频编码中码率分配算法研究[J]. 电子学报, 2014, 42(10): 1938-1943.
[8]	崔子冠, 朱秀昌, 干宗良, 唐贵进, 刘峰. H.264视频编码率失真优化和码率控制技术研究进展[J]. 电子学报, 2013, 41(12): 2443-2450.
[9]	陈胜刚;陈书明;谷会涛;刘尧. 一种用于并行H.264编码器的语法元素级分组并行算术编码器体系结构的评估[J]. 电子学报, 2012, 40(2): 400-405.
[10]	高攀, 彭强, 王琼华. 基于多视点视频编码的差错控制算法[J]. 电子学报, 2012, 40(12): 2544-2548.
[11]	刘秀;金伟其;徐超. 基于MPMAP序列红外图像高分辨力重建和非均匀性校正[J]. 电子学报, 2011, 39(9): 2103-2107.
[12]	李晓峰;周宁;刘洪盛;张敏. 一种基于缩减栅格算法的SVC联合信源/信道编码方法[J]. 电子学报, 2011, 39(4): 859-864.
[13]	王喆;刘贵忠;钱学明. 一种高效的基于H.264/AVC压缩域信息的全局运动估计方法[J]. 电子学报, 2011, 39(3A): 19-23.
[14]	谷会涛;陈书明;孙书为;陈胜刚. 多搜索中心的运动估计快速算法[J]. 电子学报, 2011, 39(3): 695-699.
[15]	李海燕;张春元;付剑. 基于流体系结构的帧内预测算法优化设计[J]. 电子学报, 2010, 38(5): 1014-1020.

计算能力可伸缩的运动估计率失真优化

Rate Distortion Optimization of Complexity Scalable Motion Estimation

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