[发明专利]一种基于结构相似度的H.264快速运动估算方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像压缩领域，尤其涉及一种基于结构相似度的H.264快速运动估算方法。

背景技术

新一代的视频压缩标准H.264/AVC，由于采用一系列先进的编解码技术，如帧内预测、整数变换、高精度运动估计算法、多参考帧运动估计等，使得在相同的编码质量下，和H.263相比，节约了约50％码率。

结构相似度是近年来出现的新的图像质量评价标准，相比其他图像质量评价方法，结构相似度(SSIM)更符合主观评价标准和人眼视觉系统(HVS)，其定义如下：

SSIM(x，y)＝l(x，y)·c(x，y)·s(x，y)        (1)

其中：x和y表示参考图像和待评估图像；SSIM(x，y)表示它们的结构相似度；l(x，y)是亮度比较，利用参考图像和待评估图像均值ηx和ηy来计算；c(x，y)是对比度比较，用参考图像和待评估图像的方差σx和σy来计算；s(x，y)是结构比较，用参考图像和待评估图像的归一化信号(x-μx)/σx和(y-μy)/σy的相关系数来表示。这三个分量表示如下：

其中参数C1，C2和C3是为避免分母为0而加上的小常数，SSIM取值一般介于0和1之间的浮点数，它反映的是两个图像块的相似程度，SSIM值越大说明这两个图像块越相似。

H.264的运动估计通过帧间多模式预测和多参考帧预测获得了更高的压缩率。帧间模式选择主要分为两个步骤：

第一步是针对每个预测模式，通过运动估计为当前编码块选择最佳匹配块。H.264使用了7种预测模式：INTER 16×16、INTER 16×8、INTER 8×16和INTER 8×8，如果INTER 8×8被选为最佳预测模式，根据设定还需检测INTER 8×4、INTER4×8和INTER 4×4子模式，最佳匹配块由公式(5)所示的率失真函数选择。M_COST(s，c)＝SA(T)D(s，c)+_MOTION b(ΔMV)    (5)

式中：SAD(s，c)是当前编码块s与候选匹配块c的像素值差的绝对值之和，用于整数像素运动估计；SATD(s，c)表示当前编码块s与候选匹配块c的像素值差的哈达玛变换的系数和，用于分数像素运动估计；_MOTION为运动估计的拉格朗日乘子，ΔMV是预测运动矢量和实际运动矢量的差值，b(ΔMV)表示用来编码ΔMV所用的比特数。对于每种预测模式，具有最小率失真代价值M_COST的候选块为当前块的最佳匹配块。

第二步是选择最佳的预测模式，由公式(6)的率失真函数来确定：

J(s，c，MODE|Q_P)＝D(s，c，MODE|Q_P+_MODER(s，c，MODE|Q_P))    (6)

其中：MODE是预测模式；Q_P为量化参数；D(s，c，MODE|Q_P)为待编码块s和重建块c像素的差值的平方和；R(s，c，MODE|Q_P)是用来编码残差部分所需的比特数。具有最小率失真代价J的模式当选为当前宏块的最佳预测模式。

H.264的压缩性能与传统压缩标准相比提高一倍以上，然而由于其采用了多帧和高精度运动估计以及率失真优化等技术使得编码复杂度大幅增加，限制了H.264的实时应用。其中可变块运动估计是整个编码器中复杂度最高的一部分，占用了很大的编码时间。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于结构相似度的H.264快速运动估算方法，其能在取得相同质量图像质量的同时，能有效的节约编码时间。

一种基于结构相似度的H.264快速运动估算方法，包括如下步骤：

1)、初始化运动估计的率失真代价值M_COST；

2)、计算当前位置编码块与搜索位置候选块的结构相似度SSIM值，

并利用公式：M_cost(s，c)＝K₁(1-SSIM(s，c))+_MOTIONb(Δ_MV)计算当前搜索位置的运动矢量编码代价，如果该值大于当前MCOST，舍弃当前搜索位置，继续下一个搜索位置，否则更新当前位置为最佳匹配位置，更新当前运动矢量编码代价值为最小M_COST；上式中：

s为当前编码块；