[发明专利]一种AVS视频编码HFPS算法的改进算法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理中的视频编码技术领域，具体涉及一种AVS视频编码HFPS算法的改进算法。

背景技术

自1948年C.E.Shannon提出信源编码理论以来，人们对图像压缩编码技术进行了大量的研究。经过六十多年的研究和发展，出现了很多的技术和方法。AVS（Audio Video Coding Standard）是我国自主制定，拥有自主知识产权的音视频编解码标准。

运动估计（Motion Estimation, ME）是AVS视频编码的关键部分，同时也是整个编码器中计算量最大、耗时最多的部分。运动估计模块由整像素运动估计和亚像素运动估计两部分组成，随着整像素运动估计快速算法的发展，整像素的搜索点数大幅度减少，一般可降至10个点以下，导致亚像素运动估计的计算量占整个运动估计过程计算量的比重增大。因此，如何减少亚像素运动估计的计算量就成了实现实时视频编码的一个研究热点。

目前许多学者对亚像素运动估计算法进行了大量的研究，典型的亚像素运动估计快速搜索算法有亚像素分级搜索算法（Hierarchical Fractional Pixel Search，HFPS）和中心偏倚的亚像素搜索算法（Center Biased Fractional Pixel Search，CBFPS）。

CBFPS算法，首先利用相邻块运动矢量的中值预测出当前块在亚像素位置的运动矢量，然后比较预测亚像素运动矢量和搜索原点的匹配误差，取匹配误差较小点作为搜索起点，利用小菱形搜索模板（SDSP）在1/4像素精度做精细搜索。与全搜索相比，算法可以减少53％的计算量，然而，对于较大尺寸块，预测的亚像素运动矢量往往不够准确，容易造成图像质量的较大下降。

发明内容

针对我国拥有自主知识产权的音视频编解码标准AVS需要更高效的快速亚像素运动估计算法，为了解决现有技术中存在的不足，本发明在对HFPS算法进行深入分析的基础上，根据一般视频序列在进行亚像素运动估计时运动矢量集中在初始搜索点附近的规律，提出一种新的基于小菱形窗搜索策略的AVS视频编码HFPS算法的改进算法。

为达到上述目的，本发明的改进算法包括以下步骤：

Stepl：以最优整像素点为中心点，按小菱形模板搜索周围4个1/2像素点。如果MBD点是中心点，则结束搜索；否则进行Step2；

Step2：以上一步的MBD点为中心点，按小菱形模板搜索临近的2个1/2像素点。MBD点为下一步的搜索中心；

Step3：以上一步的MBD点为中心点，按小菱形模板搜索周围的4个1/4像素点。如果MBD点在中心点，则结束搜索；否则进行Step4；

Step4：以上一步的MBD点为中心点，搜索临近的2个1/4像素点。拥有MBD值的点即为最佳匹配点。

所述MBD点为最小块失真（Minimum Block Distortion，MBD）点，即最佳匹配点。其匹配准则为运动估计中实际使用的绝对差之和（Sum of Absolute Difference，SAD)，定义如下：

                                                                  （1）

式中，（i，j）表示位移矢量，f_k和f_k-1分别表示当前帧和参考帧的灰度值，M×N为宏块的大小，SAD(i, j)最小的点就是最佳匹配点。

与现有技术比较，本发明的优点和积极效果为：与亚像素HFPS算法相比，对于不同运动特征的视频序列，在平均PSNR下降不超过0.01dB的情况下，亚像素运动估计的时间平均可减少51.97％，可有效地减少亚像素运动估计的计算量。

下面对HFPS算法和本发明的改进算法这两部分作详细说明。

HFPS算法。

AVS标准规定亚像素运动估计根据块大小制定不同的搜索策略。对16×16、16×8、8×16块采用亚像素分级搜索算法（HFPS）来查找最佳匹配点，对8×8块采用中心偏倚的亚像素搜索算法（CBFPS），采用1/4像素精度运动估计以提高搜索速度。