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随着数字化技术和网络应用技术的不断提高、以及多媒体通信业务的大幅增加,视频图像的数据也变得越来越大。但是由于信道容量有限,因此在对所得到的数据进行传输之前,必须采用压缩技术。H.264/AVC作为最新的视频压缩编码标准,在视频数据压缩方面提供了很好的技术支持。但是,H.264/AVC标准中运动估计实现运算量非常大,成为视频编码实时实现的主要瓶颈。因而运动估计的快速实现对提高视频数据压缩编码系统的性能具有重要意义。本文以基于H.264/AVC标准中运动估计算法的快速实现为目标,主要开展了两个方面的研究工作:(a)深入研究了非对称十字型多层次六边形格点搜索(UMHexagonS)算法,分析比较了国内外学者针对UMHexagonS算法提出的各种优化技术;(b)提出了一种基于方向信息的整像素运动估计UMHexagonS改进算法,并在JM12.2测试环境下完成了对算法的有效性验证。论文首先描述了H.264/AVC视频压缩标准的基本原理和关键技术;介绍了三步法,四步法,菱形法,六边形法经典的运动估计算法,分析了各自的优缺点;指出了三步法、四步法、菱形法、六边形法虽然可以大大加快运动估计的搜索速度,但是由于搜索步长过大,容易陷入局部最小。详细分析了原始的UMHexagonS算法及其当前针对该算法提出的各种优化技术,包括起始搜索点预测、匹配准则、搜索模板、自适应的搜索窗、早期终止机制等。重点研究了一种针对模板优化的Multi-Octagon-Grid算法,并进行了仿真分析。提出了一种基于方向信息的整像素运动估计UMHexagonS改进算法,该算法针对UMHexagonS算法采用的搜索模板进行了优化。通过利用UMHexagonS算法中非对称十字型搜索水平及垂直方向上的运动估计的成本大小和方向信息,自适应地将原始25点的正方形搜索修改为最大7点搜索,以及将16点非均匀多层次六边形格点搜索修改为最大4点搜索,从而有效实现了减少搜索点数,节省搜索时间。在相同的测试环境和测试序列条件下,将本文提出的改进算法与Multi-Octagon-Grid算法和原始的UMHexagonS算法进行了性能比较分析。实验结果表明,本文提出的改进算法在保证原有UMHexagonS算法码率失真性能的同时,在整数运动估计时间与搜索点数方面较UMHexagonS算法和Multi-Octagon-Grid算法都有较大的减少。