[发明专利]一种视频内容自适应的运动搜索方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种视频内容自适应的运动搜索方法。

背景技术

视频编码标准H.264以其高效的压缩效率、良好的网络亲和性以及优越的稳健性等优点得到了广泛的应用。然而，随着终端处理能力以及人们对多媒体体验要求的不断提高，高清、超高清、无线移动已经成为目前视频应用的主流趋势。而H.264编码标准的压缩效率不能满足高清、超高清视频应用，需要更高效的编码压缩方案。因此，由ISO/IEC Moving Picture Experts Group(MPEG)和ITU-T Video Coding Experts Group(VCEG)联合成立的Joint Collaborative Team on Video Coding(JCT-VC)制定了高效率的下一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)，HEVC不仅提升了图像质量，同时也能达到H.264/MPEG-4AVC压缩效率的两倍，等同于同样画面质量下比特率减少了50％，可支持4K甚至到8k视频。

HEVC依然沿用以往视频编码标准所采用的预测、变换、量化、熵编码的混合编码框架。

为了提高视频的编码效率，HEVC采用了更加灵活的大尺寸四叉树编码结构来提高压缩效率，如图1所示，其定义了3种不同的结构单元，包括编码单元CU(Coding Unit)、预测单元PU(Prediction Unit)、变换单元TU(Transform Unit)来描述整个编码过程。其中最大的CU称为CTB，每个CU可以继续分为4个更小的CU。PU、TU都是基于CU进行划分的，其中TU可以跨越不同PU。采用较大的CU可以更好地压缩平坦区域，而采用较小的CU可以更好压缩细节较多的区域。

HEVC中引进运动估计融合和高精度运动补偿等技术来提高帧间运动估计的准确性。运动估计的目的是为了在参考帧图像中寻找当前预测单元的最佳匹配块，即在指定的搜索范围内寻找最匹配的运动矢量。HEVC中除了整像素搜索外，还有采用插值方法的亚像素运动搜索，这是由于自然界物体运动具有连续性，因此相邻两帧图像之间物体的运动不一定是以整像素为基本单位的，而有可能是半个像素、四分之一个像素甚至是八分之一个像素为单位的，如图2所示HEVC中运动搜索流程图。若仅使用整像素运动估计会出现匹配不准确的问题，导致运动补偿残差幅度过大，影响编码效率。此时，应将运动估计的精度提升到亚像素级别，这可以通过对参考图像的像素进行插值来实现。

在运动补偿和亚像素搜索中，插值滤波器起着关键的作用。目前，HEVC编码标准中，为像素每个位置的插值都设计了单独的插值滤波器，直接对所需位置的像素进行插值，而非像H.264/AVC中先进行维纳滤波，而后再做双向滤波。由于只需进行一次滤波计算，插值过程简单高效。HEVC在进行图像的亮度插值滤波时，其DCT的插值滤波器采用8个抽头的滤波器，如表1所示。

表1亮度1/4和色度1/8插值滤波系数

亮度插值分为两个步骤：

1.位于整像素之间的亚像素的插值，如图3中点a_0，0，b_0，0，c_0，0，d_0，0，h_0，0和n_0，0′。插值过程中，相邻8个像素选用空间位置相邻的8个整数像素，不同位置的点采用表1中不同的插值滤波参数做插值。计算方式如下：

a_0，0＝-A_-3，0+4×A_-2，0-10×A_-1，0+58×A_0，0+17×A_1，0-5×A_2，0+A_3，0

其余位置像素可用相应的滤波器计算得出。

2.位于亚像素之间的亚像素点的插值，如图3中点e_0，0，i_0，0，p_0，0，f_0，0，j_0，0，q_0，0，g_0，0，k_0，0和r_0，0′。插值过程中，相邻8个像素选用整像素插值得出和8个空间相邻的亚像素点，不同位置的点采用表1中不同的插值滤波参数做插值。计算方式如下：