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H.264/AVC(Advanced Video Coding)高级视频压缩编码标准由国际标准化组织ISO/IEC的MEPG(Moving Picture Experts Group)和国际电联ITU-T的VCEG(Video Coding Experts Group)于2003年共同联合制定发布,新标准具有高压缩比、低码率适应不同带宽网络和图像序列质量高特点,可满足不同场景应用的需求。H.264/AVC应用了多帧参考、可变尺寸块模式、分数像素运动预测和码率控制等新技术,提升了编码效率,但是其算法复杂度却大为增加,因此H.264/AVC要实现在实时视频系统中的有效应用,必须对其算法实施改进优化以提升其编码效率。H.264/AVC编码算法各个模块中,运动估计模块占用了总编码时间的70%以上,是编码器的最核心技术,因此对运动估计的优化决定了编码器的性能。运动估计的作用是消除存在于视频序列中时间冗余,同时与运动补偿技术结合可以显著提升编码器的效率,因此快速运动估计算法成为了研究的热点领域。本文首先介绍了H.264/AVC视频编码标准的基本概念和核心原理,重点分析了新标准应用的多帧参考和码率控制等多种关键技术,对先前的编码标准做了梳理和对比,然后研究了运动估计算法理论,介绍了几种常见的经典运动估计算法,接着重点研究了非对称大十字混合六边形格点搜索快速运动估计算法UMHexagonS(Unsymmetrical-cross Multi-Hexagon-grid Search),对算法的每个模块进行了详尽的介绍,并指出了算法存在搜索点过多、忽略运动向量的方向性以及搜索模板继续可以精细优化等问题,最后对UMHexagonS算法分别进行了运动向量模板搜索区域多种划分、粗搜索模板改进、精细搜索六边形搜索模板优化和引进新的提前结束搜索判定阈值等四方面进行了优化,新的算法避免进入不必要的搜索区域,显著减少搜索点数,有效降低编码时间,同时能够保证搜索精度。通过基本指标、多帧对比和主观质量等实验结果分析可知,相比全搜索算法和原算法,编码器的实时性得到了提升,运动估计时间平均节省了20.33%,PSNR最大只改变了0.03dB,码率平均只增加了0.51%,算法得到了有效改进。