專利名稱：一種運動估計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及數字視頻編碼技術，尤其涉及一種視頻壓縮編碼過程中的運動 #"計方法。
背景技術：
幀間預測是視頻編碼器中的重要部分，而幀間預測的主要途徑是基于單個 宏塊的運動估計。運動估計的方法是先將當前編碼幀劃分為固定大小的塊，然 后針對每個要被編碼的塊，在參考幀的一定范圍內搜索出與它匹配誤差最小的 塊。運動估計的運算速度是影響編碼速度的關鍵因素，其通常占編碼器運算速
率的60%~80%,運動估計的精度會對碼流產生很大的影響。
對于搜索方法，目前采用的有全搜索方法和快速搜索方法，全搜索方法精 度很高，但是由于其要求對搜索窗內的所有點進行匹配，運算量巨大，不能滿 足實時編碼的要求，而且資源消耗和功耗非常大；快速搜索方法事實上是以犧 牲搜索的精確度為代價來減少運算量的，對于圖像質量要求較高的應用并不適 用。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的技術問題是提供一種運動估計方法，結合運動估計的統(tǒng)計特 征實現搜索點數的減少；同時考慮運動估計中的數據復用，提高數據的重用性。 為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下技術手段 一種運動估計方法， 所述方法是先將當前編碼幀劃分為互不重疊的、固定大小的塊，然后針對每個 要被編碼的當前塊，在參考幀的一搜索區(qū)域內搜索出與當前塊匹配誤差最小的 塊，即最佳匹配塊，最后才艮據最佳匹配塊所在點，即最佳匹配點的位置，輸出 最佳匹配塊與當前塊的相對位移，即運動矢量，其特征在于，所述的搜索過程 是這樣實現的
4步驟l、根據最佳匹配點出現的概率，在搜索范圍內，將圍繞搜索區(qū)域中心
的一子區(qū)域定為中央全搜索區(qū)；在中央全搜索區(qū)外，將最佳匹配點出現概率較 高的搜索點定為搜索節(jié)點；
步驟2、確定兩個搜索初始點，從兩個搜索初始點并行出發(fā)開始一級搜索， 兩路同時沿著搜索節(jié)點反向逐點移動搜索，每移動一個搜索點，計算一次宏塊 的累計絕對值差SAD，保存最小的SAD值及其相應的點坐標值；
步驟2.1、若當前搜索點為搜索節(jié)點，需進一步對以搜索節(jié)點為中心的3x3 范圍內除搜索節(jié)點以外的8個點進行二級搜索，并計算各個點的累計絕對值差 SAD,保存最小的SAD值及其相應的點坐標值；
步驟2.2、當前:^臾索節(jié)點的二級搜索結束后，繼續(xù)向下一搜索節(jié)點進行一級 搜索；
步驟2.3、循環(huán)執(zhí)行步驟2.1-2.2，直至當前搜索點進入中央全搜索區(qū)； 步驟3、在中央全搜索區(qū)，逐點搜索該區(qū)域內的所有點，直到當前搜索點為
中央全搜索區(qū)中心，停止搜索；
步驟4、在兩路并行搜索完成后，比較各自存儲的最小SAD值，取兩者中
較小值，保存此較小值所對應的坐標為最佳匹配塊所在點的坐標。 進一步的，所述的兩個搜索初始點關于中央全搜索區(qū)的中心對稱。 進一步的，所述的兩個搜索初始點設置在搜索區(qū)域兩側的中心位置。 在所述的一級;t叟索中，最相鄰的兩個搜索節(jié)點，如果位于同一水平方向上，
則搜索路徑為經過最短距離的水平向移動搜索；如果位于同一豎直方向上，則
搜索路徑為經過最短距離的豎直向移動搜索；如果既不是同一水平方向，也不
是同一豎直方向，則每步搜索僅移動豎直或水平方向上一個搜索點的距離。 所述的二級搜索的路徑由搜索節(jié)點向外逆時針逐點移動。 所述步驟2.2中，當二級搜索結束時所在的點并非是移動向下一個搜索節(jié)點
距離最近的點，即出口點時，那么首先移動到出口點，再從出口點繼續(xù)向下一
個搜索節(jié)點移動。
所述的中央全搜索區(qū)的搜索路徑呈"S"形。
由于采用了以上的運動估計方法，與現有技術相比具有以下優(yōu)點(一)結 合運動估計的統(tǒng)計特征，在中央區(qū)域進行全搜索，此外通過搜索高概率的搜索
5節(jié)點，減少了搜索點數，減少了計算資源的消耗，降低了功耗；而中央區(qū)域的 全搜索以及搜索節(jié)點的二級搜索，卻又保證了運動估計的質量；(二)由于搜索 逐點移動，在水平方向每移動一點，宏塊數據只更新最左或最右的一個像素列； 在豎直方向每移動一點，宏塊數據只更新最上或最下的一個像素列，這樣保證 了絕大多數數據可以被復用，提高了數據的重用性，節(jié)省了時鐘周期，可以更 好的滿足編碼的實時性要求。
本發(fā)明的運動估計方法由以下的實施例及附圖詳細給出。
圖1為本發(fā)明實施例的搜索路徑示意圖2為本發(fā)明實施例的中央全搜索區(qū)域的搜索路徑示意圖3為本發(fā)明實施例中二級搜索向一級搜索移動的狀態(tài)控制示意圖4為本發(fā)明實施例中二級搜索的路徑示意圖5為本發(fā)明實施例中宏塊向上移動一個搜索點后的數據更新示意圖。
具體實施例方式
以下將對本發(fā)明的運動估計方法作進一步的詳細描述。
本實施例一種^L頻編碼運動估計方法，所迷方法將當前編碼幀劃分為互不 重疊的、大小為64x64的塊，然后針對每個要被編碼的塊，在參考幀的一定范 圍內(搜索區(qū)域)搜索出與它匹配誤差最小的塊，即最佳匹配塊，最后根據最 佳匹配塊所在點(即最佳匹配點)的位置，輸出最佳匹配塊與當前編碼幀中的 當前塊的相對位移，即運動矢量，所述的搜索過程是這樣實現的
步驟l、根據最佳匹配點出現概率，在搜索范圍內，將圍繞搜索區(qū)域中心一 定大小的范圍定為中央全搜索區(qū)，該中央全搜索區(qū)大小的選擇既要保證一定的 運動估計質量，又要避免消耗過多的運算資源，因此，需要根據宏塊的大小選 取一個適中的數值，本實施例中，宏塊的大小為64x64,中央全搜索區(qū)的大小設 定為5x5,在其他實施例中可根據圖像質量要求選取合適的范圍，如3x3或者 7x7;在中央全搜索區(qū)夕卜，將最佳匹配點出現概率較高的搜索點確定為搜索節(jié)點， 如圖l中空心圓所示，本實施例中，共確定了 IO個搜索節(jié)點，可以分成5對關于中央全搜索區(qū)的中心(即搜索終點)對稱的搜索節(jié)點；
步驟2、確定搜索初始點1和搜索初始點2 (如圖1中實心圓所示)，這兩 個搜索初始點也關于中央全搜索區(qū)的中心對稱，于本實施例中，該兩個搜索初 始點設置在搜索區(qū)域兩側的中心位置。從兩個搜索初始點并行出發(fā)開始一級搜 索，兩路同時沿著搜索節(jié)點反向逐點移動搜索，搜索路徑如圖1粗線箭頭指示 方向；每移動一個搜索點，計算一次宏塊的累計絕對值差SAD，保存最小的SAD 值及其對應的坐標值；
步驟2.1、若當前搜索點移動到步驟1中確定的搜索節(jié)點時，需進一步對以 該搜索節(jié)點為中心的3x3范圍內的，除該:lt索節(jié)點以外的8個點進行二級搜索， 并計算各個點的累計絕對值差SAD,保存最小的SAD值及其相應的點坐標值；
步驟2.2、圍繞當前搜索節(jié)點的二級搜索結束后，繼續(xù)沿粗線箭頭指示的方 向進行下一搜索節(jié)點的 一級搜索；
步驟2.3、循環(huán)執(zhí)fl"步驟2.1 2.2，直至當前搜索點進入中央全搜索區(qū)；
步驟3、在中央全搜索區(qū)內，逐點搜索該區(qū)域內的所有點，直到當前搜索點 為中央全搜索區(qū)的中心，停止搜索；中央全搜索區(qū)的搜索路徑呈"S，，形，如圖2 所示。
步驟4、在兩路并行搜索完成后，比較各自存儲的最小SAD值，取兩者中 較小值，保存此較小值對應的坐標為最佳匹配塊所在點的坐標。
在所述的一級搜索中，最相鄰的兩個搜索節(jié)點，如果位于同一水平方向上， 則搜索路徑為經過最短距離的水平向移動搜索；如果位于同一豎直方向上，則 搜索路徑為經過最短距離的豎直向移動搜索；如果既不是同一水平方向，也不 是同一豎直方向，則每步搜索僅移動豎直或水平方向上一個搜索點的距離，在 本實施例中，可以采用水平方向上連續(xù)移動四個點，然后再在豎直方向移動一 個點的方式實現跨行跨列移動，如圖1所示。
以上步驟2.2中，當二級搜索結束時所在的點并非出口點(即移動向下一個 搜索節(jié)點距離最近的點)時，那么首先移動到出口點，再從出口點繼續(xù)向下一 搜索節(jié)點移動。該移動方式通過狀態(tài)機控制實現，控制機制如圖3所示，設當 前搜索節(jié)點二級搜索完成位置為點Do(xo， yo),當前搜索節(jié)點的出口點為點Dd (xd， yd)，當前搜索點為Dcur (xcur， ycur), ()為取值正負的函數，則:
7J^尸^"r+^gW( JV"W ) 如果當前點Dw不是出口點Dd,則循環(huán)運算以上等式，直至當前點在出口點。
所述的二級搜索的路徑由搜索節(jié)點向外逆時針逐點移動，如圖4所示。 本實施例在搜索區(qū)域內，.把中間高概率的搜索點5x5范圍定為全搜索區(qū)域，
全搜索區(qū)域之外的搜索點又有選擇的分成為一級搜索點和二級搜索點，這樣既 保證了運動估計質量，又減少了計算資源的消耗及功耗；另外，由于搜索在一 級搜索和二級搜索過程中都采取水平或豎直方向的逐點移動，在水平方向每移
動一點，宏塊數據只更新最左或最右的一個像素列；在豎直方向每移動一點， 宏塊數據只更新最上或最下的一個像素列，如圖5所示，由此保證了絕大多數 數據可以被復用，提高了數據的重用性，更好的滿足了編碼的實時性要求。
權利要求
1、一種運動估計方法，所述方法是先將當前編碼幀劃分為互不重疊的、固定大小的塊，然后針對每個要被編碼的當前塊，在參考幀的一搜索區(qū)域內搜索出與當前塊匹配誤差最小的塊，即最佳匹配塊，最后根據最佳匹配塊所在點，即最佳匹配點的位置，輸出最佳匹配塊與當前塊的相對位移，即運動矢量，其特征在于，所述的搜索過程是這樣實現的步驟1、根據最佳匹配點出現的概率，在搜索范圍內，將圍繞搜索區(qū)域中心的一子區(qū)域定為中央全搜索區(qū)；在中央全搜索區(qū)外，將最佳匹配點出現概率較高的搜索點定為搜索節(jié)點；步驟2、確定兩個搜索初始點，從兩個搜索初始點并行出發(fā)開始一級搜索，兩路同時沿著搜索節(jié)點反向逐點移動搜索，每移動一個搜索點，計算一次宏塊的累計絕對值差SAD，保存最小的SAD值及其相應的點坐標值；步驟2. 1、若當前搜索點為搜索節(jié)點，需進一步對以搜索節(jié)點為中心的3×3范圍內除搜索節(jié)點以外的8個點進行二級搜索，并計算各個點的累計絕對值差SAD，保存最小的SAD值及其相應的點坐標值；步驟2. 2、當前搜索節(jié)點的二級搜索結束后，繼續(xù)向下一搜索節(jié)點進行一級搜索；步驟2. 3、循環(huán)執(zhí)行步驟2.1～2.2，直至當前搜索點進入中央全搜索區(qū)；步驟3、在中央全搜索區(qū)，逐點搜索該區(qū)域內的所有點，直到當前搜索點為中央全搜索區(qū)中心，停止搜索；步驟4、在兩路并行搜索完成后，比較各自存儲的最小SAD值，取兩者中較小值，保存此較小值所對應的坐標為最佳匹配塊所在點的坐標。
2、 如權利要求1所述的運動估計方法，其特征在于，所述的兩個搜索初始 點關于中央全搜索區(qū)的中心對稱。
3、 如權利要求2所述的運動估計方法，其特征在于，所述的兩個搜索初始 點設置在搜索區(qū)域兩側的中心位置。
4、 如權利要求1所述的運動估計方法，其特征在于，在所述的一級搜索中， 最相鄰的兩個搜索節(jié)點，如果位于同一水平方向上，則搜索路徑為經過最短距離的水平向移動搜索；如果位于同一豎直方向上，則搜索路徑為經過最短距離 的豎直向移動搜索；如果既不是同一水平方向，也不是同一豎直方向，則每步 搜索僅移動豎直或水平方向上一個搜索點的距離。
5、 如權利要求1所述的運動估計方法，其特征在于，所述的二級搜索的路 徑由搜索節(jié)點向外逆時針逐點移動。
6、 如權利要求1或5所述的運動估計方法，其特征在于，所述步驟2.2中， 當二級搜索結束時所在的點并非是移動向下一個搜索節(jié)點距離最近的點，即出 口點時，那么首先移動到出口點，再從出口點繼續(xù)向下一個搜索節(jié)點移動。
7、 如權利要求1所述的運動估計方法，其特征在于，所述的中央全搜索區(qū) 的搜索路徑呈"S"形。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種運動估計方法，所述方法的搜索過程采用局部全搜索和選擇性搜索相結合的方法，在選擇性搜索的同時在搜索節(jié)點處展開二級搜索，由此，不僅減少了搜索點，而且還保證了運動估計質量；由于本發(fā)明的搜索過程為逐點移動，而且每次移動只在水平或豎直方向移動一個點的距離，因此可以最大程度的實現數據的復用，降低資源的消耗。
文檔編號H04N7/32GK101448161SQ20081020496
公開日2009年6月3日 申請日期2008年12月30日 優(yōu)先權日2008年12月30日
發(fā)明者濤 嚴, 滕國偉, 賀 王, 王國中 申請人:上海廣電(集團)有限公司中央研究院