[发明专利]运动搜索中宏块划分模式的选择方法

说明书

技术领域

本发明属于视频编码技术，具体涉及一种H.264的帧间分数级运动搜索方法。

背景技术

H.264/AVC是由联合视频工作组(Joint Video Team，JVT)制定的。该标准为广播、存储设备、对话服务以及无线网络等方面的视频技术提供了技术支持，该标准和以往的标准相比，例如：H.263、H.263+、H.263++和MPEG-4，在视频编码效率上取得了很大的提高，在相同视频质量下，H.264不仅比H.263和MPEG-4节约了50％的码率，而且对网络传输具有更好的支持功能。H.264/AVC采用了许多新的技术，包括多模式的帧内预测、FMO(灵活模块次序)、1/4像素精度的运动估计和运动补偿、多参考帧技术、环路滤波技术等。这些新的技术不仅使得H.264具有了更好的视频压缩性能，而且让视频标准能更广泛地、更灵活地应用于不同的网络环境。

视频源由视频图像序列构成，视频序列被划分为不同的GOP(视频图像组)，在视频图像组里，可以由三种不同的视频图像帧构成，分别为I帧、P帧和B帧。I帧为帧内预测帧，其视频图像通过本帧内的图像信息进行压缩编码，这种模式的编码效率往往不高。P帧为帧间预测帧，其采用了帧间运动补偿技术，即通过前面已编码帧的信息来预测当前帧。B帧为双向帧间预测帧，它可以利用前面已编码帧或者后续帧，或者同时使用前面和后续重建帧的信息来进行帧间预测。P帧和B帧相比I帧，只需要很少的编码比特来存储图像信息，这些信息主要是帧间预测的残差。

帧间预测通过运动补偿预测对视频源进行压缩编码。当前帧中的宏块通过在参考帧中寻找匹配的宏块进行预测，其当前帧中的宏块位置与参考帧中的宏块位置差为运动向量。帧间预测的关键部分就在于如何寻找匹配块，即运动搜索。运动搜索精确度影响着视频压缩的效率和重建的质量，在H.264中采用了1/4像素精度的运动搜索方法和多种宏块划分模式进行运动搜索。而在H.264中需要遍历宏块的每种划分模式，这样需要大量的计算量。H.264之所以进行不同宏块划分模式的运动搜索，目的是为了尽可能减少运动搜索的残差与编码运动向量比特数。宏块划分成的块越小，运动搜索能够更加精确地匹配到参考帧中的图像，其帧间预测的残差就可以越少。但是宏块划分成的块越多，其所需要传输的运动向量越多。因此宏块的最佳划分模式应该由残差的多少(由绝对误差和(sum of absolute difference，SAD)决定)和编码运动向量的编码比特数共同决定。由于宏块划分的模式种类很多，对于16×16的宏块可划分为16×16、8×16、16×8和8×8四种模式，如图1所示，进一步的，每个8×8的块还可以划分为8×8、8×4、4×8和4×4四种模式，如图2所示。现有技术在运动搜索中，选择最优的宏块划分模式需要遍历的宏块划分的各种模式(16×16宏块有第一模式16×16、第二模式8×16、第三模式16×8、第四模式8×8；8×8宏块有第一模式8×8、第二模式4×8、第三模式8×4和第四模式4×4)，得到每种划分模式下运动搜索的运动向量和残差(绝对误差和)，计算出其匹配误差函数，找出宏块在各划分模式下具有最小的匹配误差函数的模式作为该宏块的划分模式。这需要大量的计算量，影响了视频编码的速度，尤其是在实时通信时，这种搜索方法很难满足实际需要。

每个块的匹配误差函数计算公式如下：

其中SAD(绝对误差和)的计算公式如下：

Bx、By＝16、8、或4

其中，s是当前进行编码的原始数据，而c是已经编码重建的用语进行运动补偿的参考帧的数据；为候选的运动矢量，为预测的运动矢量；λ_MOTION为拉格朗日常数；代表了运动矢量差分编码可能耗费的比特数；MV_x表示运动向量在x轴方向的大小；MV_y表示运动向量在y轴方向的大小。得到每个块的匹配误差函数后，将宏块内所有块的匹配误差函数相加，便得到宏块在这种划分模式下的匹配误差函数。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种运动搜索中能快速划分宏块的宏块划分模式的选择方法。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是，运动搜索中宏块划分模式的选择方法，包括以下步骤：

a、以第一模式作为当前宏块划分模式，对宏块进行第一次运动搜索，得到第一模式块对应的残差矩阵与运动向量，计算从第一模式块划分得到的4个第四模式块的SAD值；