專利名稱：一種加強運動趨勢搜索的快速運動搜索方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于視頻圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種與視頻圖像處 理芯片相結(jié)合、提高圖像壓縮處理能力的快速運動搜索方法。宵承玟不在監(jiān)控領(lǐng)域中常用的數(shù)字錄像設(shè)備DVR，通常由視頻數(shù)據(jù)采集單 元、圖象處理單元、存儲及顯示設(shè)備構(gòu)成。如圖1所示。其中在圖像 處理單元通常有釆用可進行視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)軟編程的DSP，也有釆用集 成了視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的ASIC。在視頻壓縮過程中的一個重要部分是運動搜索，視頻壓縮效果的 好壞在很大程度上取決于運動搜索的效率。運動搜索的效率越高，圖 像處理單元中芯片的處理能力也隨之提高，視頻圖像的處理速度也更 快。最簡單的搜索方法是全搜索，其精度最高，但計算量也最大，并 隨著搜索范圍擴大呈指數(shù)級增長。以TI的一款視頻處理系列的DSP芯 片DM642為例，運行H.264標(biāo)準(zhǔn)簡化版，要同時實時處理2路視頻會 很難實現(xiàn)，關(guān)鍵問題就在于使用的標(biāo)準(zhǔn)算法復(fù)雜度高，計算量大，超 出了芯片的處理能力。所以在實際應(yīng)用中，尤其是在嵌入式的DVR終 端設(shè)備的應(yīng)用中，很少被采用。目前應(yīng)用比較廣泛且比較典型的搜索方法有三步搜索法、菱形搜 索法、六邊形搜索法、十字搜索法、多級六邊形網(wǎng)格搜索法等等。三步搜索法第一步是以預(yù)測點為中心，以象素步長4個單位，轉(zhuǎn) 角步長45度來對周邊8個點和中心點進行最佳匹配；第二步以上一步 的最佳匹配點為中心，象素步長縮小為2個單位，轉(zhuǎn)角步長45度來對 周邊8個點進行最佳匹配；第三步象素步長縮小為1個單位，轉(zhuǎn)角步 長45度來對周邊8個點進行最佳匹配，找到最佳匹配點。搜索范圍為[一8， +8]，計算量為9 + 8 + 8 = 25個點。該算法大大減少了計算量， 但存在精度不夠，容易陷入局部最小及搜索范圍過窄等缺陷。菱形搜索法采用的是雙重菱形(即大菱形套小菱形)，大菱形是以垂直/水平半徑為2個單位，圍繞中心點的8個點進行匹配，小菱形是以垂直/水平半徑為1個單位，圍繞中心點的4個點進行匹配；當(dāng)最佳匹配點在大菱形的點上時，以該點為中心，繼續(xù)進行大菱形搜索(前 后兩個大菱形的重合點只計算一次)，直到最佳匹配點在中心點上，則以此中心點進行一次小菱形搜索，找到最佳匹配點。以搜索范圍為[一8， + 8]為例，菱形搜索法的最大計算量為9 + 3X4 + 4 = 25。該算法處 理進一步減少了計算量，更重要的是提出了一種有效抑制了陷入局部 最小的判斷方法，而且，在搜索范圍上也不受限制。六邊形搜索法基本上是菱形搜索法的一種改進，將大菱形改為了大六邊形，覆蓋的方向更密集，同時計算量也有一定程度的降低。多級六邊形網(wǎng)格搜索法是六邊形搜索法的一種改進，由原來的兩 重多邊形，增加到三重，比較適合于激烈運動的場景，對于運動平緩 的場景計算量反而有所增加。雖然上述的幾種典型的快速搜索方法都在搜索精度損失可接受的 范圍內(nèi)，大大減少了運算量。它們存在的缺陷是沒有充分利用運動趨 勢的延續(xù)性、相關(guān)性，計算量仍比較大。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種與視頻圖像處理芯片相結(jié)合的、提高 圖像壓縮處理能力的以強化運動趨勢搜索的快速運動搜索方法。 本發(fā)明的技術(shù)方案是一種加強運動趨勢搜索的快速運動搜索方法，它包括視頻采集 單元、視頻壓縮處理單元、硬盤存儲單元、視頻回放及現(xiàn)場顯示單元；視頻采集單元將采集的實時視頻數(shù)字信號送到視頻壓縮處理單元中；在視頻壓縮處理單元中的DSP芯片上對其進行快速運動搜索；其方法 步驟是a、 I為當(dāng)前位置宏塊，A 、 B、 C分別為左、上、左上位置宏 塊；它們在水平和垂直方向的運動矢量分別用(AMVAx,AMVy)、 (BMVx,BMVy)、 (CMVAx,CMVy)來表示，b、 當(dāng)前位置的運動矢量用(IMVx,IMVy)表示，c、 用MedianMVx、 MedianMVy來分別表示AMVAx 、 BMVx、 CMVAx禾P AMVy 、 BMVy、CMVy的中間值，預(yù)測運動矢量用(MedianMVx、 MedianMVy)表示，所對應(yīng)的位置用M表示，d 、 當(dāng)前宏塊與 (AMVAx，AMVy ) 、 (BMVx,BMVy)、(CMVAx,CMVy)、 (MedianMVx、 MedianMVy )、 (IMVx,IMVy)所對應(yīng) 位置的參考宏塊的SAD值分別用SADa、 SADb、 SADc 、 SADm、 SADi 來表示，e、 將SADa、 SADb、 SADc 、 SADm、 SADi值最小的所對應(yīng)的運動矢量作為預(yù)測點的運動矢量，這一點的位置為下一步的搜索的起 始點，第二步大六邊形選擇f、 當(dāng)匹配點在位置I上時，可以認為當(dāng)前宏塊的運動趨勢減緩， 則直接進行到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，g、 當(dāng)A 、 B 、 C 、 M運動矢量為至少有三個同為水平或同為 垂直，并且最佳匹配點的運動矢量大于4且方向與三個以上是一致的 時候，可以判定當(dāng)前宏塊的運動趨勢是明顯并且是穩(wěn)定的，這時搜索 采用對應(yīng)的趨勢，h、 否則,采用對角趨勢； 第三步雙重多邊形搜索i、 當(dāng)最佳匹配點在中心點位置，可直接進行到小菱形搜索，找 到匹配點后即可終止搜索，否則，需要進行下一個六邊形搜索；j、下一個六邊形以當(dāng)前匹配點為中心，并且最多只需要搜索3 個點，另三個點在上一個六邊形中已經(jīng)計算；k、上一個六邊形的中心與最佳匹配點的連線為當(dāng)前的運動趨 勢，沿著這一方向按照選定六邊形的間距進行射線搜索，直到當(dāng)前點位置的SAD值比下一點位置的SAD值小；1、將當(dāng)前點位置的SAD值與以當(dāng)前點為中心的六邊形的另兩個 點位置的SAD值進行比較，如果當(dāng)前點位置的SAD值最小，則進行 到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，否則重復(fù)k至l的步驟。 其中，在第二步，大六邊形選擇時的g步驟中所述的對應(yīng)的趨勢 是指如果運動矢量方向是水平的則選擇"水平趨勢六邊形"，如果是 垂直的則選擇"垂直趨勢六邊形"。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的峰值信噪比高，但計算量要比前面幾種方法都有較大幅度的降低，而且準(zhǔn)確地選擇預(yù)測點也加速了搜索的收斂性。例如，仍以[-8，+8]的搜索范圍為例，本發(fā)明的計算量最多僅 為5 + 6 + 9 = 20。隨著運動場景越激烈，運動搜索范圍越寬，計算 量減少的優(yōu)勢越明顯，芯片運行的速度更快，視頻壓縮處理單元的工 作效率更高。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的工作流程示意圖。 圖2為本發(fā)明所述的快速運動搜索方法流程圖。 圖3為本發(fā)明所述的預(yù)測點宏塊位置選擇示意圖。 圖4為本發(fā)明所述的對角趨勢A搜索位置示意圖。 圖5為本發(fā)明所述的對角趨勢B搜索位置示意圖。 圖6為本發(fā)明所述的垂直趨勢搜索位置示意圖。 圖7為本發(fā)明所述的水平趨勢搜索位置示意圖。 圖8為本發(fā)明所述的雙重多邊形搜索過程示意圖。
具體實施方式
下面就結(jié)合說明書附圖及對本發(fā)明作進一步的說明。 本發(fā)明加強運動趨勢搜索的快速運動搜索方法，其工作流程如圖2 所示，它由視頻采集單元、視頻壓縮處理單元、硬盤存儲單元、視頻 回放及現(xiàn)場顯示單元構(gòu)成；視頻采集單元將采集的實時視頻數(shù)字信號 送到視頻壓縮處理單元中；在視頻壓縮處理單元中的DSP芯片上對其 進行快速運動搜索。其方法步驟是第一步選擇預(yù)測點，如圖3所示。a、 將I作為為當(dāng)前位置宏塊，A 、 B、 C分別為左、上、左上 位置宏塊；它們在水平和垂直方向的運動矢量分別用(AMVAx,AMVy)、 (BMVx,BMVy)、 (CMVAx,CMVy)來表示，b、 當(dāng)前位置的運動矢量用(IMVx,IMVy)表示，c、 用MedianMVx、 MedianMVy來分別表示AMVAx 、 BMVx、 CMVAx禾B AMVy 、 BMVy、CMVy的中間值，預(yù)測運動矢量用(MedianMVx、 MedianMVy)表示，所對應(yīng)的位置用M表示，d 、 當(dāng)前宏塊與 (AMVAx,AMVy ) 、 (BMVx,BMVy)、(CMVAx,CMVy)、 (MedianMVx、 MedianMVy )、 (IMVx,IMVy)所對應(yīng) 位置的參考宏塊的SAD值分別用SADa、 SADb、 SADc 、 SADm、 SADi 來表示，e、 將SADa、 SADb、 SADc 、 SADm、 SADi值最小的所對應(yīng)的運動矢量作為預(yù)測點的運動矢量，這一點的位置為下-- 步的搜索的起 始點，第二步大六邊形選擇，如圖2所示。f、 當(dāng)匹配點在位置I上，即I為最佳匹配塊時，可以認為是當(dāng) 前宏塊的運動趨勢減緩，則可以直接進行到小菱形搜索，找到匹配點 后即可終止搜索，否則就轉(zhuǎn)到下一個步驟g，g、 當(dāng)A 、 B 、 C 、 M運動矢量為至少有三個同為水平或同為 垂直，并且最佳匹配點的運動矢量大于4且方向與三個以上是一致的 時候，就可判定當(dāng)前宏塊的運動趨勢是明顯并且是穩(wěn)定的，這時搜索 可以采用與上述的條件相對應(yīng)的趨勢，即如果運動矢量方向是水平 的則選擇"水平趨勢六邊形"，如果是垂直的則選擇"垂直趨勢六邊形"， 如圖6、圖7所示。h、 否則，采用對角趨勢，如圖4、 5所示。第三步雙重多邊形搜索i、當(dāng)最佳匹配點在中心點位置時，可直接進行到小菱形搜索， 找到匹配點后即可終止搜索，否則，需要轉(zhuǎn)入進行下一個六邊形搜索 步驟j;j、下一個六邊形以當(dāng)前匹配點為中心點，并且最多只需要搜索三個點，另三個點已在上一個六邊形中己經(jīng)計算；如圖8所示，k、上一個六邊形的中心點與最佳匹配點的連線為當(dāng)前的運動趨 勢，沿著這一方向按照選定六邊形的間距進行射線搜索，直到當(dāng)前點 位置的SAD值比下一點位置的SAD值小；1、將當(dāng)前點位置的SAD值與以當(dāng)前點為中心的六邊形的另兩個 點位置的SAD值進行比較，如果當(dāng)前點位置的SAD值最小，則進行 到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，否則就重復(fù)k至1的步驟。 以TI的視頻處理芯片DM642為例，視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)以H.264為例， 采用本方法之后能將一幀Dl (704x576)圖像的處理時間由原來采用 其他快速運動搜索算法的24ms降低到18ms，運動模塊消耗的時間能 控制在4ms/幀，僅占整個視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)的CPU占用率的22%，從而很 好的實現(xiàn)了一顆主頻600M的DM642芯片進行2路實時視頻編碼的任 務(wù)，降低了 DVR的BOM成本，并使DVR設(shè)計方案更便于實現(xiàn)簡約化。
權(quán)利要求
1、一種加強運動趨勢搜索的快速運動搜索方法，其特征在于它包括視頻采集單元、視頻壓縮處理單元、硬盤存儲單元、視頻回放及現(xiàn)場顯示單元；視頻采集單元將采集的實時視頻數(shù)字信號送到視頻壓縮處理單元中；在視頻壓縮處理單元中的DSP芯片上對其進行快速運動搜索；其方法步驟是第一步選擇預(yù)測點a、I為當(dāng)前位置宏塊，A、B、C分別為左、上、左上位置宏塊；它們在水平和垂直方向的運動矢量分別用(AMVAx，AMVy)、(BMVx，BMVy)、(CMVAx，CMVy)來表示；b、當(dāng)前位置的運動矢量用(IMVx，IMVy)表示；c、用MedianMVx、MedianMVy來分別表示AMVAx、BMVx、CMVAx和AMVy、BMVy、CMVy的中間值，預(yù)測運動矢量用(MedianMVx、MedianMVy)表示，所對應(yīng)的位置用M表示；d、當(dāng)前宏塊與(AMVAx，AMVy)、(BMVx，BMVy)、(CMVAx，CMVy)、(MedianMVx、MedianMVy)、(IMVx，IMVy)所對應(yīng)位置的參考宏塊的SAD值分別用SADa、SADb、SADc、SADm、SADi來表示；e、將SADa、SADb、SADc、SADm、SADi值最小的所對應(yīng)的運動矢量作為預(yù)測點的運動矢量，這一點的位置為下一步的搜索的起始點；第二步大六邊形選擇f、當(dāng)匹配點在位置I上時，可以認為當(dāng)前宏塊的運動趨勢減緩，則直接進行到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，否則g、當(dāng)A、B、C、M運動矢量為至少有三個同為水平或同為垂直，并且最佳匹配點的運動矢量大于4且方向與三個以上是一致的時候，可以判定當(dāng)前宏塊的運動趨勢是明顯并且是穩(wěn)定的，這時搜索采用對應(yīng)的趨勢；h、否則，采用對角趨勢；第三步雙重多邊形搜索i、當(dāng)最佳匹配點在中心點位置，可直接進行到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，否則，需要進行下一個六邊形搜索；j、下一個六邊形以當(dāng)前匹配點為中心，并且最多只需要搜索3個點，另三個點在上一個六邊形中已經(jīng)計算；k、上一個六邊形的中心與最佳匹配點的連線為當(dāng)前的運動趨勢，沿著這一方向按照選定六邊形的間距進行射線搜索，直到當(dāng)前點位置的SAD值比下一點位置的SAD值?。籰、將當(dāng)前點位置的SAD值與以當(dāng)前點為中心的六邊形的另兩個點位置的SAD值進行比較，如果當(dāng)前點位置的SAD值最小，則進行到小菱形搜索，找到匹配點后即可終止搜索，否則重復(fù)k至l的步驟。
全文摘要
一種加強運動趨勢搜索的快速運動搜索方法，特別是指一種與視頻圖像處理芯片相結(jié)合、提高圖像壓縮處理能力的快速運動搜索方法。其方法步驟是第一步選擇預(yù)測點；第二步大六邊形選擇；第三步雙重多邊形搜索。本發(fā)明的優(yōu)點在于本發(fā)明的峰值信噪比高，但計算量要比前面幾種方法都有較大幅度的降低，而且準(zhǔn)確地選擇預(yù)測點也加速了搜索的收斂性。隨著運動場景越激烈，運動搜索范圍越寬，計算量減少的優(yōu)勢越明顯，芯片運行的速度更快，視頻壓縮處理單元的工作效率更高。
文檔編號H04N7/26GK101325716SQ20081011298
公開日2008年12月17日 申請日期2008年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月27日
發(fā)明者高曉輝 申請人:北京藍色星際軟件技術(shù)發(fā)展有限公司