[发明专利]双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计匹配电路结构和方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及视频编码技术领域，尤其涉及一种双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计匹配方法和电路结构。

【背景技术】

运动估计的基本思想是将图像序列的每一帧分成许多互不重叠的宏块，并认为宏块内所有像素的位移量都相同，然后对每个宏块到参考帧某一给定特定搜索范围内根据一定的匹配准则找出与当前块最相似的块，即匹配块，匹配块与当前块的相对位移即为运动矢量。视频压缩的时候，只需保存运动矢量和残差数据就可以完全恢复出当前块。

运动估计主要用于消除视频序列之间的时间冗余，是视频编码中的一项关键技术。运动估计所采用的主要算法通常为块匹配算法，而块匹配算法大致可分为两类：全搜索算法(full search block matching algorithm，FSBMA)和快速搜索算法，而后者又包括了如三步法(Three Step Search，TSS)，菱形搜索法(Diamond Search，DS)，四步法(Four Step Search，FSS)等。运动估计在搜索过程中需要找到与当前帧数据最为匹配的参考数据来，这就存在一个比较准则的选取问题。衡量最佳匹配的准则有很多，如均方差(Mean SquareError，MSE)，绝对平均差(Mean Absolute Difference，MAD)和绝对差和(Sumof Absolute Difference，SAD)等。但是，这些匹配准则都有一个明显的缺点，就是计算量太大，从而使得硬件实现的难度大大增加。在最常用的SAD的计算过程中，都是对参考块和当前块中所有的像素进行匹配计算。为了减少匹配像素的个数，寻找了几种不用全像素匹配而所选择的像素最能代表宏块特征的四种匹配方式：全匹配如图1A，对角线匹配如图1B，框架匹配(circular match)如图1C，十字匹配(cross match)如图1D，图中深色点为匹配计算像素点。为了确定这四种匹配方式的效果，做了以下实验：在搜索策略为全搜索且搜索块大小为8×8时，分别使用全匹配，对角线匹配，十字匹配和框架匹配对视频测试序列tennis，salesman，garden和susie进行运动估计。与全搜索SAD计算的效果相比，三种匹配的效果和全搜索都相差不是很大，虽然其中框架匹配准则最好，对角线匹配次之，十字匹配最差，但是框架匹配和对角线匹配平均只相差0.28dB，而且匹配块大小为N×N时，对角线匹配比框架匹配少计算(N-2)×2个像素点，计算量减少42.86％，所以综合考虑计算量，性能和硬件实现，对角线匹配是最佳快速匹配准则方案。因此，如果能找到一种能大幅减少匹配计算量并且同时能保持运动估计的准确性的匹配准则是十分有意义的。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题之一，在于提供一种双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计的匹配方法，克服了背景技术中匹配准则的计算量大，从而使得硬件实现的难度大大增加的问题。

本发明上述技术问题是这样实现的：双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计的匹配方法，包括如下步骤：

步骤10、将每个要传输的图像帧作为当前帧，已传输的用于参照的图像帧作为参考帧，每帧图像划分为自然数N×N的宏块，在时序控制模块的控制下，根据交叉寄存器所需的双斜栅顺序分别读取所述当前帧的N×N的宏块和所述参考帧中给定对应搜索区域的所有宏块到当前块存储单元和参考块存储单元中；所述当前块存储单元和参考块存储单元是交叉寄存器组结构；

步骤20、时序控制模块控制当前块存储单元和参考块存储单元的交叉寄存器组将各对应宏块所需图像像素送入阵列处理单元进行对角线匹配计算；所述对角线匹配计算即由阵列处理单元计算当前块存储单元的一宏块和参考块存储单元的一宏块之间的所有图像像素点的差值并累加出最终的SAD值；

步骤30、当所有当前块存储单元和参考块存储单元对应的各宏块进行对角线匹配计算得到的对应SAD值后，由编码模块根据其各个宏块的SAD值得出最终的位移矢量。

本发明要解决的技术问题之二，在于提供一种双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计的匹配电路结构。

该技术问题之二是这样实现的：双斜栅扫描实现对角线匹配运动估计的匹配电路结构，包括编码模块，时序控制模块，阵列处理单元、当前块存储单元以及参考块存储单元，所述时序控制模块连接有阵列处理单元和编码模块；所述当前块存储单元和参考块存储单元均与所述阵列处理单元连接；所述阵列处理单元与编码模块连接。