随着移动互联网的迅猛发展和移动终端设备的不断升级,人们可以随处拍摄视频并将其上传到远程服务器。但是由于视频占用的空间较大,给互联网的存储空间和网络带宽带来了巨大的冲击。为了解决这一问题,各视频编码研究组织不断研究和发布视频压缩编码标准。其中,H.264作为主流的视频压缩编码标准,具有较高的压缩比和良好的网络亲和性,但是由于其计算复杂度过高,很难应用于对实时性要求较高的场景。运动估计作为H.264的重要模块,能够消除帧间的时间冗余,对H.264压缩编码质量具有重要作用。在H.264压缩编码过程中,运动估计消耗了30~60%的时间,直接影响了视频压缩编码的速度。本文对H.264运动估计模块进行研究与分析,提出了一种改进的小菱形搜索算法。本文的主要工作如下。1.对H.264视频压缩标准的压缩原理和压缩过程进行了简单的介绍,重点分析了帧间预测编码和帧内预测编码的主要技术和方法,梳理了H.264视频压缩编码标准的基础知识。2.对运动估计进行了详细的介绍,解释了运动矢量和运动补偿等概念,阐述了块匹配准则和运动估计的原理。深入剖析了经典运动估计算法:全搜索算法(FS)、菱形搜索算法(DS)、六边形搜索算法(HEXBS)和非对称十字形多层六边形格点搜索算法(UMHS)。利用x264开源软件平台对经典运动估计算法进行了实验仿真,并从图像重建质量和运动估计性能两个方面进行对比与分析。3.深入剖析了经典菱形算法的缺陷,并对运动矢量的中心偏置特性等概率分布特性进行了统计和分析。针对经典菱形的缺陷,利用运动矢量的概率分布特性对小菱形搜索算法进行研究和改进。本文主要从三个方面对小菱形搜索进行改进。第一,利用视频的时空相关性对传统小菱形搜索算法进行起始搜索点预测,提高了运动搜索的精度;第二,利用小菱形正向移动往往多于侧向移动这一特性,对小菱形搜索添加扩展模板,扩大搜索范围,避免陷入局部最优;第三,利用搜索距离与起始搜索点偏移距离线性相关这一特性,自适应调节起始搜索步长,减少运动搜索的冗余计算。4.最后通过x264开源软件平台对改进的小菱形搜索算法(PSDS)进行实验仿真。实验结果表明,相比传统的快速搜索算法,在运动较为平缓的视频中,PSDS具有较高的搜索速度和搜索精度,而在运动较为剧烈的视频中,PSDS能够在损失一定搜索点数的前提下,维持了较高的搜索精度。