Top Banner
H.264/AVC 基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基基 Content-Based Hierarchical Fast Motion Estimation with Early Termination in H.264/AV C 研研研 研研研 研研研研 研研研研研 研研研研研研研研研研
37

研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Feb 02, 2016

Download

Documents

Keisha

H.264/AVC 基於影像複雜度與提早結束之快速階層運動估計方法 Content-Based Hierarchical Fast Motion Estimation with Early Termination in H.264/AVC. 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系. Terms. FME = Fast Motion Estimation MB = Macroblock MVCOST = Motion Vector Cost PSNR = Peak Signal-to-Noise Ratio - PowerPoint PPT Presentation
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264/AVC基於影像複雜度與提早結束之快速

階層運動估計方法

Content-Based Hierarchical Fast Motion Estimation with

Early Termination in H.264/AVC

研究生:何銘哲指導教授:蔣依吾博士中山大學資訊工程學系

Page 2: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Terms

• FME = Fast Motion Estimation

• MB = Macroblock

• MVCOST = Motion Vector Cost

• PSNR = Peak Signal-to-Noise Ratio

• RDO = Rate Distortion Optimization

Page 3: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Video Compression Intro.

Page 4: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Video Compression Intro. (cont.)• ITU-T

– H.26x

• ISO

– Mpeg-x

Page 5: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Video Compression Indicator

• PSNR (dB)–

• Bit Rate (kbit/s)–

• Time (msec, sec)–

Quality

Compression ratio

Encoding time

Page 6: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Level Two

Level One

H.264 vs previous standards

• Variable block size

16x16 16x8 8x16 8x8

8x8 8x4 4x8 4x4

Page 7: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264 vs previous standards

• Quarter-pel motion compensation

Page 8: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264 vs previous standards

• Multiple reference picture motion compensation

Page 9: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264 vs previous standards

• Directional spatial prediction for intra coding

1. INTRA_4x4

2. INTRA_16x16

Page 10: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系
Page 11: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264 vs previous standards

• In-the-loop deblocking filtering

Page 12: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Visual Comparison(MPEG-4 Simple Profile VS JVT/H.264)

Page 13: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

H.264 Encoder Dataflow

Page 14: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Motion Estimation

Page 15: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Block-based Matching Algorithms• Full Search (Exhaustive Search)

– Exhaustively searching each pixel in the search range.

43 56 76 78 89 31 34 54

44 35 66 75 34 22 35 90

54 33 45 66 48 37 44 57

73 76 50 53 50 18 36 43

49 61 55 65 35 53 32 29

83 124 100 110 52 64 65 46

98 101 99 105 55 34 45 13

75 89 83 72 68 56 44 23

3454104100

6452110102

43346555

20515350

Current Block

Search range Minimum MSE

Page 16: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Block-based FME in H.264

• Why FME?

• Spatial and Temporal analysis

– Spatial Homogeneity and Temporal Stationarity

[Pan, 2005]

– Motion Vector Merging [Chen, 2005]

Page 17: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Block-based FME in H.264 (cont.)

• Early Termination

– Predicted Vector Block [Yang, 2005]

Page 18: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Block-based FME in H.264 (cont.)

• Adaptive Search Pattern

– Adaptive Search Window [Bailo, 2004]

– UMHS(Uneven Multi-Hexagon Search) & CBDS(Center-Biased Diamond Search)

[Chen, 2002][Tham, 1998]

Page 19: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Proposed Algorithm

• Fast Hierarchical Motion Search (FHMS)

• Early Termination

Encode one MB

Mode Decision

Motion Estimation

RDO

FHMS

Page 20: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Hierarchical Motion Search (HMS)• Sub-sampling

Page 21: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Pre-processing

• We apply our sub-sampling algorithm to only four larger block types to prevent imprecision.

Page 22: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Pre-processing (cont.)Start FHMS

Satisfy

?Yes No

Fast Sub-sampling Search Fast Integer-pel Search

16x16 16x8 8x16 8x8

Page 23: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Proposed Algorithm (cont.)

• Step 1:

Utilize spatial median prediction schemes for initial search point prediction

Current MB

b c

a

Page 24: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

• Step 2-1:

After the initial search point is found, two local search patterns, namely, diamond and cross search, are initiated.

Page 25: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

• Step 2-2:

After local search is finished, we come across a complex search condition which indicates that if current MVCOST is below some empirical threshold T, the search process is terminated immediately.

complex_offset[blocktype] = {0, 0, 1, 1, 2, 3, 3, 1}

Page 26: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

• Step 3:

If the complex search condition is satisfied, continue other search patterns as in the data flow diagram below.

Page 27: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

No

Yes

YesNo

STOP

Satisfy Complex Search Condition

Need Refinement?

Start : Check Predictors

Small Local Search

Cross Search

Multi big Hexagon Search

Hexagon search

Small Local Search

Refinement Search

Page 28: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

• Step 4:

After all search patterns are performed, if the current block type belongs to fast sub-sampling search, a further refinement stage proceeds. Otherwise, the motion search is terminated.

Page 29: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Proposed Search Patterns

Page 30: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Test Parameters (JM10.2)

Page 31: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Experimental Results

• PSNR

Page 32: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Experimental Results (cont.)

• Motion Estimation Time

Page 33: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Experimental Results (cont.)

• Bit Rate

Page 34: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Y-PSNR

35.3

35.5

35.7

35.9

36.1

36.3

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100

#frame

PSN

R

full search

SHEX FME

hierarchical FME

Diagram of Stefan

Page 35: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

ME Time

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

1 9 17 25 33 41 49 57 65 73 81 89 97

#frame

time(ms)

full searchSHEX FMEhierarchical FME

Page 36: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Bits per frame

11000

16000

21000

26000

31000

36000

1 10 19 28 37 46 55 64 73 82 91 100

#frame

bit(s)

full searchSHEX FMEhierarchical FME

Page 37: 研究生:何銘哲 指導教授:蔣依吾博士 中山大學資訊工程學系

Conclusion

• Our proposed algorithm makes H.264/AVC feasible for real-time applications.

• Adaptively choosing the proper block type to further improve the bit rate and ME time will be the focus of the following research efforts.