[发明专利]基于AVS的运动估计快速算法

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，具体涉及一种基于AVS的运动估计快速算法。 

背景技术

数字音视频产业是信息产业三大组成部分之一，我国的数字音视频产业规模巨大，但知识产权薄弱，这一领域长期被MPEG－2、MPEG－4和H.264等国外技术标准垄断，采用这些标准都需要交纳高昂的专利费。为降低国内音视频产业的专利费负担、提升国内企业的核心竞争力，国家信息产业部于2002年6月批准成立“数字音视频编码技术标准工作组”，联合国内从事数字音视频编码技术研发的科研机构和企业，针对国内音视频产业的需求，提出了我国自主的信源编码标准—《信息技术先进音视频编码》系列标准，简称AVS（Audio Video coding Standard）。 

AVS与H.264比较，具有4大优点：（1）性能高，编码效率是MPEG－2的2.4倍，与H.264相当；（2）复杂度低，编码复杂度相当于H.264的70%，解码复杂度相当于H.264的30%；（3）软硬件实现成本都低于H.264；（4）专利费用低，只收取1元人民币的软硬件专利费。AVS的使用，不仅可以每年节省几十亿美元的专利费，还可以带动中国自己的芯片产业发展，加速解决我国IT企业无核心技术的问题。 

在AVS视频编码中，运动估计（Motion Estimation, ME）是计算量最大的模块，约占整个编码计算量的76%。AVS的运动估计算法中，对每种块模式都要分别进行整像素、半像素和1/4像素的搜索。整像素运动估计约占整个编码68%的计算量，如何提高运动估计的效率，使运动估计算法的搜索过程更快速、更高效一直是视频编码研究领域的一个热点。 

目前运动估计的快速搜索算法有很多种，典型算法有：三步法（Three Step Search, TSS），新三步法（Novel Three Step Search, NTSS），四步法（Four Step Search, FSS），菱形搜索法（Diamond Search, DS），六边形搜索法（Hexagon—based Search, HBS），二阶对数法（2—D LOGS）以及它们之间的结合使用等。前三种方法容易陷入局部最优，并且搜索速度不够快。DS算法是先用大菱形匹配，进行最佳点的粗定位，搜索过程不会陷入局部极小，当粗定位结束后，再使用小菱形进行精确定位。HBS算法与DS相似，只是搜索模板不同，它使用了比DS算法更少的预测点，因此提高了算法的搜索速度。 

发明内容

针对AVS需要更高效的快速运动估计方法，为了解决现有运动估计算法存在的不足，本发明公开一种基于AVS的运动估计快速算法。 

本发明在正方形—菱形算法（Square-Diamond Search, SDS）的基础上，结合连续消除算法（Successive Elimination Algorithm, SEA），设计了一种基于连续消除的正方形—菱形（SEA—SDS）搜索策略。为了充分利用运动矢量分布的时空相关性，提高搜索性能，因此，在SEA—SDS的基础上，结合搜索起点预测、自适应确定搜索模式和静止块的选择，提出了一种可预测搜索起点的自适应的基于连续消除的正方形—菱形搜索算法（A Predictive Adaptiv Square—Diamond Search Algorithm using Successive Elimination，PA—SEA—SDS）。 

本发明的算法步骤如下： 

Stepl 静止块检测：搜索零矢量位置（0，0）点，计算该点的SAD值SAD₀，如果SAD₀＜T₀，则判定该块为静止块。（0，0）位置即为最优运动矢量，转入Step6；否则进行Step2；

Step2 运动类型检测：根据上方、左方、右上方子块还有参考帧中相同位置的子块得出当前块的预测矢量范围L，如果满足L≤L₁，说明当前块为小运动块，转入Step4；如果满足L_l＜L≤L₂，当前块为中等运动块，转入Step5；当L＞L₂时，当前块属于大运动块，需要进行起始点预测，转入Step3；

Step3 起始点预测：在当前块的时间和空间4个邻块选择误差最小的运动矢量作为当前块运动估计的起始点，转入Step4；