一種預測運動矢量的h264快速運動估計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種預測運動矢量的H264快速運動估 計方法，本方法主要應(yīng)用于以H. 264為代表的運動補償視頻編碼中。
【背景技術(shù)】
[0002] 運動估計是H. 264編碼器中最耗時的環(huán)節(jié)之一。塊匹配法由于算法簡單、易于硬 件實現(xiàn)，成為了應(yīng)用最廣泛的運動估計算法。在塊匹配運動估計算法中，傳統(tǒng)的全搜索法 通過檢查搜索范圍內(nèi)的每一個點，可以得到最佳運動矢量。全搜索法能夠獲得圖像質(zhì)量上 的高性能，但是計算復雜度過高。采用全搜索法的運動估計過程占據(jù)了H. 264編碼器超過 50%的編碼時間[1]，為了解決編碼器對計算能力和內(nèi)存容量要求非常高的問題[2]，許多快 速搜索算法被提出。歸納起來，這些快速搜索算法大體可以分為幾類，第一類采用特定的搜 索模板，其中比較有代表性的算法是菱形搜索算法、六邊形搜索算法等。由于搜索模板較為 簡單，這類算法對于運動緩慢的視頻序列能夠取得比較好的效果，但其沒有從全局考慮運 動方向，容易陷入局部最優(yōu)化。第二類快速搜索算法采用動態(tài)的搜索范圍，其主要思想就是 根據(jù)當前塊的運動狀態(tài)自適應(yīng)地選擇搜索窗口的尺寸 [3]。第三類快速搜索算法采用提前終 止策略，提前終止策略有很多，包括零運動矢量檢測、最佳運動矢量檢測以及全零系數(shù)塊的 檢測等 [4 5]。近年來，基于宏塊時域和空域上的特性，一些放寬匹配條件的算法涌現(xiàn)出來，比 如：逐次消元算法[6]和局部失真搜索算法 [7]等。這些算法能夠在保持圖像質(zhì)量的同時降 低運動估計的運算量，但是硬件實現(xiàn)較為困難。
[0003]目前H. 264標準推薦采用的快速運動估計算法是非對稱十字型多層次六邊形格 點搜索（UMHexagonS)算法[8]。該算法是一種混合編碼技術(shù)，相對全搜索法可節(jié)約90%的 運算量，大大降低了計算復雜度，同時能夠保持較好的編碼效率和圖像質(zhì)量，比較好的兼顧 了編碼性能和編碼速度的統(tǒng)一。但是UMHexagonS算法在全局搜索、提前終止策略等方面仍 然存在一定的問題。
[0004] 參考文獻
[0005] [l]LiL,LiuS,ChenY,etal.MotionEstimationWithoutInteger-PelSearch [J].ImageProcessing,IEEETransactionson, 2013, 22(4):1340-1353.
[0006] [2]郭繼昌，金卯亨嘉.一種基于字典學習的壓縮感知視頻編解碼模型[J].數(shù)據(jù) 采集與處理，2015, 30(1) :59-67.
[0007] [3]KoYH,KangHS,LeeSff.Adaptivesearchrangemotionestimation usingneighboringmotionvectordifferences[J].ConsumerElectronics,IEEE Transactionson,2011,57 (2):726-730.
[0008] [4]YangLB,YuKM,LiJ,etal.Aneffectivevariableblock-sizeearly terminationalgorithmforH. 264videocoding[J].CircuitsandSystemsforVideo Technology,IEEETransactionson, 2005, 15(6):784-788.
[0009] [5]SarwerMG,ffuQMJ.Adaptivevariableblock-sizeearly motionestimationterminationalgorithmforH. 264/AVCvideocoding standard[J]·CircuitsandSystemsforVideoTechnology,IEEETransactions on, 2009, 19(8) :1196-1201.
[0010] [6]ChoiC,JeongJ.ExtendedSuccessiveEliminationAlgorithmfor FastOptimalBlockMatchingMotionEstimation[C]//TheSixthInternational ConferencesonAdvancesinMultimedia.Nice,France:MEDIA, 2014:33-36.
[0011] [7]ChenΗM,ChenPH,LinCT,etal.Anadaptivemacroblock-mean differencebasedsortingschemeforfastnormalizedpartialdistortionsearch motionestimation[J].Computers&ElectricalEngineering, 2013, 39(5):1409-1421.
[0012] [8]ChenZ,XuJ,HeY,etal.Fastinteger-pelandfractional-pelmotion estimationforH. 264/AVC[J].JournalofVisualCommunicationandImageRepresen tation, 2006, 17(2):264-290.

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明提供了一種預測運動矢量的H264快速運動估計方法，本發(fā)明可以有效地 降低視頻編碼中運動估計環(huán)節(jié)的運算復雜度，減少視頻編碼的時間，同時能夠保持視頻編 碼的質(zhì)量，詳見下文描述：
[0014] 一種預測運動矢量的H264快速運動估計方法，所述運動估計方法包括以下步驟：
[0015] 對預測運動矢量所對應(yīng)的差值塊進行全零系數(shù)塊的檢測，若存在全零系數(shù)塊，則 終止運動搜索過程；否則，執(zhí)行下一步；
[0016] 預測起始搜索點，建立預測矢量集，根據(jù)預測矢量集的長度信息執(zhí)行搜索策略；
[0017] 選取準確度最高的兩個預測MV，分別計算兩個預測MV的水平分量差、垂直分量 差，從中選取最大差值ΔΜν，根據(jù)最大差值A(chǔ)MV執(zhí)行搜索策略。
[0018] 所述運動估計方法還包括：
[0019] 根據(jù)當前編碼塊的運動狀態(tài)自適應(yīng)地決定搜索窗口的尺寸。
[0020] 所述預測起始搜索點，建立預測矢量集，根據(jù)預測矢量集的長度信息執(zhí)行搜索策 略的步驟具體為：
[0021] 計算預測矢量集中MV的最大長度L;
[0022] 如果L彡1，表明當前編碼塊的運動狀態(tài)緩慢，則跳過全局搜索環(huán)節(jié)，直接進入小 菱形模板搜索，流程結(jié)束；
[0023] 如果1〈L彡2,表明當前編碼塊運動程度一般，則首先以起始搜索點為中心進行大 菱形模板搜索，然后進入小菱形模板搜索，流程結(jié)束；
[0024] 如果L>2,表明當前編碼塊處于快速運動狀態(tài)，則執(zhí)行下一步，進入全局搜索環(huán)節(jié)。
[0025] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案的有益效果是：本發(fā)明以UMHexagonS算法為基礎(chǔ)，在起始 搜索點的預測環(huán)節(jié)，建立預測矢量集，并根據(jù)預測矢量集的長度信息，適當跳過全局搜索環(huán) 節(jié)；在全局搜索環(huán)節(jié)，通過判斷準確度最高的兩個預測運動矢量之間的關(guān)系，適當跳過非對 稱十字型模板搜索和多層次大六邊形模板搜索；對全局搜索環(huán)節(jié)也進行了自適應(yīng)的改進。 另外，根據(jù)整數(shù)變換和量化的特性檢測全零系數(shù)塊，并利用運動矢量與預測矢量的高度相 關(guān)性，提前終止運動搜索過程，從而進一步減少搜索點數(shù)。
【附圖說明】
[0026] 圖1為圖lUMHexagonS算法的搜索模板的示意圖；
[0027] 其中，（a)為小菱形搜索模板的示意圖；(b)為小六邊形搜索模板的示意圖；(c)為 大菱形搜索模板的示意圖；（d)為非對稱十字型搜索模板的示意圖；（e)為5X5螺旋方形 搜索模板的示意圖；（f)為3X3螺旋方形搜索模板的示意圖；（g)為多層次大六邊形搜索 模板的示意圖。
[0028] 圖2為H. 264編碼器的整體框架圖；
[0029] 圖3為一種預測運動矢量的H264快速運動估計方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下