[发明专利]一种基于图像纹理和运动特征的运动预测方法

说明书

技术领域

本发明涉及视频处理技术领域，尤其涉及一种基于图像纹理和运动特征的运动预测方法。

背景技术

随着高清视频应用的普及，受通信信道带宽及存储能力的限制，用户对视频压缩的性能提出了越来越高的要求。如何在不损失视频质量，或者是损失很小的视频质量的情况下获得较大的压缩率，成为视频编解码标准制定者的新目标。H.264/AVC标准就是在上述背景下被提出并日趋完善。然而，H.264/AVC标准是建立在高复杂度的基础之上，尤其是其编码算法的复杂度比上一代协议提高了一个数量级。其中，编码过程中运动预测方法需消耗近70％的计算资源。这会导致过大的硬件代价以及相应的功耗开销。于是如何优化运动预测方法，减少其中的冗余运算成为H.264/AVC编码硬件设计所关注的重要问题。

H.264/AVC标准规定了编码的接口规范，即输出码流的规范。开发H.264/AVC标准的JVT团队发布了H.264/AVC的开源代码，即JM软件。JM软件由C代码编写而成，符合H.264/AVC的接口规范。JM软件只针对最大化压缩效率，并未在功耗开销上的作相应的考虑，从而造成了大量的计算量冗余。

在JM软件中，编码器从预定位置，例如左上角，按预定顺序，例如书写顺序，将每一个16×16像素点阵设置为一个宏块(MB)。在对宏块进行编码时，编码器需要用到运动预测方法。运动预测在搜索区域内进行块匹配算法。搜索区域所示范围是以当前宏块作为中心点，距上，下，左，右各为一个可自由设置的搜索长度的方形区间。最优的参考块将在这个搜索框内选取，由当前块指向参考块的向量称为运动向量。运动预测方法的核心思想为：在对每一个16×16像素宏块进行编码前，将当前帧与参考帧进行对比，并视情况对16×16大小的宏块进行分割，其中每种分割称为一种模式。找出残差矩阵各元素的绝对值的总和(称为SAD)最小的宏块或亚宏块作为与此宏块匹配的宏块或亚宏块。其中残差矩阵由两个宏块像素值矩阵对应矩阵点的像素值作差得到。根据对宏块的各种分割方式，JM软件定义了其对应的编码模式，简记为M。确定了当前编码块的块分割模式为M后，运动预测方法会对M模式下的各个分割块以一定的次序进行运动搜索。这个过程中，需要按顺序在运动搜索窗口内计算分割块位于运动向量(MVx和MVy分别为平面直角坐标系中x方向和y方向的分量，记运动向量为(MVx，MVy))处的绝对差异总值SAD(MVx，MVy)，如下式所示：

其中M为宏块分割模式值，(I，J)为当前分割块在宏块中的位置，I，J为整数，C_i，j是当前分割块的矩阵点的像素值，i为列数，j为行数，R_{i+MVx，j+MVy}是参考块中的矩阵点的像素值。H与W分别是所求分割块的高与宽，即总行数与总列数。公式(1)所表示的求和范围即是被处理的分割块内的所有矩阵点，在块的分割方式与位置确定后即可由此求出当前分割块的绝对差异总值SAD_M，I，J(MVx，MVy)，并通过比较得出最小绝对差异总值，从而得出当前分割块的最优编码。

现有的运动预测方法按照一定顺序搜索预定顺序内的各个点。而有些点明显是不必要的搜索点，因此这些不必要的搜索点导致了大量的冗余计算和功耗损失。

冗余计算主要存在于决定宏块编码的参考帧与参考帧内的参考宏块的计算过程中，其计算效果决定了编码在压缩率与信噪比方面的质量，其具有大量冗余计算的特点也使其成为功耗优化的重点部分。如果我们在此计算过程中添加适当的提前终止条件，就可以有效去除冗余的计算。提前终止算法的性能评判取决于两方面：其一，是采用提前终止算法后能够节省多少计算操作；其二，是提前终止算法所带来的编码失真度能够保证在多小的范围。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是，针对上述缺陷，如何提供一种运算简单、易于硬件实现的基于图像纹理和运动特征的运动预测方法，其在大幅度降低功耗开销的同时，能够保证较低的数字视频信号的编码失真率。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于图像纹理和运动特征的运动预测方法，包括步骤：

A：确定当前待匹配分割块在宏块中的位置(I，J)，并根据下式计算出当前待匹配分割块的边缘强度值ES_M，I，J：