[发明专利]支持帧场自适应运动估计的实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频图像处理领域，尤其涉及一种视频编码的实现方法，可用于H.264视频编码系统的视频压缩处理。

背景技术

未来社会是信息化的社会，数字化的信息，尤其是数字化后的视频和音频信息，有一系列优点，如直观性，确切性，高效性，广泛性等，但是信息量太大，给信息的存储和传输造成很大的困难，成为阻碍人类获取和使用有效信息的瓶颈之一。要使视频信息得到有效的应用，必须解决编码压缩率和解码图像质量的问题。因此，研究和开发新型有效的多媒体数据压缩编码方法，以压缩的形式存储和传输这些数据将是最好的选择。在视频编码标准H.264中，如图1所示，首先对当前宏块进行帧内预测或者帧间预测，选择出最佳的预测模式，由当前宏块和最佳模式得到的预测宏块产生残差宏块，对其进行变换、量化；对量化系数进行熵编码；将编码后的结果递交到网络层进行传输；同时为了保证编解码的一致性，对量化系数进行反量化、反变换、重建、去块效应滤波，将处理结果用作后续图像的编码参考。

H.264的实际应用中，主要包括运动估计、宏块编码、熵编码和去块效应滤波等几个模块。针对运动估计模块，目前的搜索算法主要包括全搜索算法以及很多基于块匹配的快速搜索算法，其中基于块匹配的快速搜索算法的主要有：金字塔型搜索法，菱形搜索法和三步搜索法等。全搜索算法需要读取大量的数据，而基于块匹配的快速算法通过对搜索区域内的部分点进行搜索得到近似最优的运动向量，从而降低运算量，增加运算速度，但是这些快速搜索算法多是基于软件提出的，在硬件实现过程中要面临各种各样的难度，例如不规律的内存读写以及较低的资源利用率等。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种支持帧场自适应运动估计的实现方法，通过粗略运动估计和精细运动估计的双路设计，降低在硬件实现上的难度，提高H.264视频编码的实时处理能力。

一、术语说明

宏块：图像被分为若干个16×16的块，每一个块称为一个宏块。

量化系数：像素进行量化后的值。

SAD：Sum of Absolute Differences，绝对差之和。

运动向量：当前宏块相对参考宏块或当前子块相对参考子块的运动矢量。

二、实现方案

实现本发明目的的技术方案包括以下步骤：

(1)将视频序列划分成N个32行16列像素大小的宏块对，N由视频序列的大小决定；

(2)对每个宏块对进行粗略运动估计：

2a)在帧模式下，将宏块对分为16行16列像素的上宏块和16行16列像素的下宏块；在场模式下，将宏块对奇数行组成的16行16列像素记做上宏块，将宏块对偶数行组成的16行16列像素记做下宏块；再将每一个宏块分成8个子块；

2b)将当前要估计的宏块对记做源宏块对，将估计源宏块对时用作参考的宏块对记做参考宏块对，分别对源宏块对和参考宏块对进行横向4∶1下采样，并计算各运动向量情况下绝对差之和SAD；

2c)根据各运动向量情况下的绝对差之和SAD，分别确定帧场模式下最佳运动向量类型和最佳匹配位置，并确定宏块对采用的帧场模式；

(3)对每个宏块对进行精细运动估计

3a)根据步骤(2)确定的帧场模式下最佳运动向量类型和最佳匹配位置，对于最佳运动向量类型下的每个子块，计算其在零运动向量位置与参考子块的对应像素点的绝对差之和SAD；

3b)根据步骤(2)确定的帧场模式下最佳运动向量类型和最佳匹配位置，以最佳匹配位置为中心建立一个4行8列的搜索窗，对于最佳运动向量类型下的每个子块，计算其在搜索窗内的各个位置与参考子块的对应像素点的绝对差之和SAD；

3c)根据步骤3a)和步骤3b)得到的SAD结果，将最佳匹配位置更新为最小SAD所在的位置；

3d)根据步骤3c)得到的最佳匹配位置，计算以最佳匹配位置为中心的8个半像素位置的SAD，将最佳匹配位置更新为最小SAD所在的位置；

3e)根据步骤3d)得到的最佳匹配位置，计算以最佳匹配位置为中心的8个1/4像素位置的SAD，将最佳匹配位置更新为最小SAD所在的位置，得到1/4像素精度的精细运动估计结果。

本发明与现有技术对比，具有以下优点：