[发明专利]内容自适应分数像素运动估计方法

说明书

技术领域

本发明属于信号处理中的视频编码领域，特别针对最新的国际视频编码标准H.264/AVC 提出了新的内容自适应分数像素运动估计方法。可以在确保运动估计精度的基础上，减少分 数像素运动估计的计算量。

背景技术

H.264/AVC是由ITU-T和ISO/IEC共同成立的联合视频组JVT(Joint Video Team)制定的 最新视频编码国际标准。在H.264视频编码系统中，运动估计能有效去除视频序列相邻帧的 时间冗余，在很大程度上决定了视频编码器的编码速度、压缩率和解码视频质量。因此，H.264 运动估计模块增加了多种编码技术，例如，1/4像素预测精度，多参考帧，树状结构的运动补 偿。H.264/AVC的性能超越了以往所有视频编码器，在相同编码质量的前提下，H.264/AVC  Baseline Profile产生的码率比H.263Baseline节省了约40％(参见Ostermann，Jan Bormans， Peter List，Detlev Marpe，Matthias Narroschke，Fernando Pereira，Thomas Stockhammer，Thomas  Wedi.Video coding with H.264/AVC：tools，performance，and complexity[J].IEEE Circuits and  Systems Magazine，2004，4(1)：7-28.)。H.264的高性能是以计算复杂度的提高为代价的，其计 算复杂度大约是H.263的4至5倍，其中，运动估计模块的计算量占到整个编码器的50％-90％ (参见Yu-Wen Huang，Ching-Yeh Chen，Chen-Han Tsai，Chun-Fu Shen，Liang-Gee Chen.Survey  on block matching motion estimation algorithms and architectures with new results[J].Journal of  VLSI Signal Processing Systems for Signal，Image，and Video Technology，2006，42(3)： 297-320.)。

H.264编码器中，运动估计包括两个部分：整像素运动估计和分数像素运动估计。分数 像素运动估计是在获得整像素运动矢量(MV：motion vector)的基础上进行插值运算，搜索得到 分数像素精度的运动矢量过程。分数像素运动估计在压缩视频质量和压缩率上可以极大的提 高编码器的性能。实验结果显示，使用分数像素运动估计方法比仅使用整像素运动估计方法 压缩率平均提高48％，同时，峰值信噪比(PSNR)提高1～3dB。但是，由于额外的运算，如， 插值和分数像素搜索，分数像素运动估计极大的增加了整个运动估计模块的计算量。

整像素运动估计方法是近年来的研究热点。H.264标准的JM参考软件采用了两种快速整 像素运动估计方法UMHexagonS(参见Zhibo Chen，Peng Zhou，Yun He，Yidong Chen.Fast  integer pel and fractional pel motion estimation for JVT[C]，JVT-F017，2002.)和EPZS(参见 Alexis Michael Tourapis，Hye-Yeon Cheong，Pankaj Topiwala.Fast ME in the JM reference  software[C]，JVT-P026，2005.)，与全搜索方法相比，大大降低了搜索点数量(每个运动矢量的 平均搜索点数减少到10个以下)，计算复杂度降低90％以上。H.264采用树状结构运动补偿， 共有7种模式的运动估计，若采用传统的1/4精度分数像素全搜索方法(full fractional pixel  search)，每个模式需要16个搜索点，则每个宏块需要搜索112个点。因此，分数像素精度运 动估计方法的改进成为整个运动估计模块优化的关键。