[发明专利]利用预测指导的抽取搜索的运动估计

说明书

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求在2005年12月15日提交的、 标题为“PREDICTION GUIDED DECIMATED SEARCH(PGDS)A  LOW COST HIGH PERFORMANCE MOTION ESTIMATION FOR  REAL-TIME EMBEDDED SYSTEM”的美国临时申请第60/750,578号 的优先权，其通过引用而整体合并于此。

技术领域

本发明总的来说涉及视频序列中的运动估计，而具体地涉及一种利用 预测指导的抽取搜索运动估计算法的方法和设备。

背景技术

高质量和低比特速率的视频被广泛地用于电信、娱乐、广播、监视、 数字像机和军事应用。数量越来越多的视频产品依赖于视频压缩来减少用 于存储和/或传输视频序列所需要的比特的数量，举例而言，所述视频产 品如DVD播放器、数字电视机、个人录像机、多媒体自动唱机、具有视 频能力的蜂窝电话。

视频序列由一系列帧构成。为了改善视频数据压缩效率，可以执行运 动估计。运动估计已经被证明在下述方面是有效的：通过提取相邻帧之间 的相关性而利用视频序列的时间冗余。在帧的序列中，根据被称为参考帧 的前一帧来预测当前帧。当前帧通常被划分为多个块或者宏块。所述宏块 的大小通常是16×16像素，但是依赖于标准，宏块的大小可以不同。通过 使用某种误差标准，如通过使用绝对差值和(SAD)、最小均方误差(MSE) 或者平均绝对误差(MAE)，当前帧中的每个宏块与在参考帧中的相同大 小的区域(也可以被称为宏块)相比较，以定位最佳匹配的宏块。

为了使计算成本最小，运动估计可以在参考帧内的预定搜索区域上进 行。确定用于表示参考帧中的最佳匹配宏块相对于当前帧中的宏块的位移 的向量。这个向量被称为运动向量。运动向量通常用于通过对从一帧到下 一帧的图像变化进行编码而不是对整个帧进行编码来压缩视频序列。

为了满足对可视通信应用的高要求，已经开发了许多视频压缩标准。 运动估计是许多视频压缩方案的中心部分，例如是ISO/IEC MPEG-1、 MPEG-2、MPEG-4、CCITT H.261、ITU-T H.263、ITU-T H.264和 Microsoft WMV9/VC-1的中心部分。除了视频压缩之外，运动估计还可 以用于其他应用中，例如可以用于图像稳定、计算机视觉、运动分割和视 频分析。

视频编码系统中的典型的运动估计模块通常是计算最密集的部件，并 且就计算时间和功率来说占总消耗的约50-60％，在某些情况下高达80％。 虽然为了开发有效的运动估计算法已经做了许多工作，但是大多数现有工 作的目标是超大规模集成电路(VLSI)系统，而且不是软件友好的。面 向硬件的算法不能提供充分的灵活性，并且需要额外的资源。这些算法的 严格软件实现方式可能得不到相同水准的效率。在许多运动估计算法的开 发过程中，使用计算操作的数量来测量它们的计算复杂度。已经开发的用 于优化计算性能和存储器存取带宽二者的算法非常少，这对于资源有限的 嵌入系统来说是相当的限制。

发明内容

鉴于上述情况，本发明提供了一种利用可以用硬件和软件实现的预测 指导的抽取搜索(Prediction Guided Decimated Search，PGDS)运动估计 算法来进行运动估计的方法。所述算法的特点在于改善了效率、可扩展性 并且降低了复杂度，如下所述。而且，用软件实现所述算法使得该算法灵 活，并且可适应于新标准和变化的功能要求。