[发明专利]一种用于视频编码和压缩的运动估计的方法

说明书

本发明公开了一种用于视频编码的运动估计的方法，该发明在运动估计过程中使用自适应的搜索范围和提前终止策略以节省不必要的搜索点，并且引入前一帧相同位置的块及其上下左右四个相邻块的运动矢量以提高预测矢量的准确性，同时基于预测矢量的大小采用不同模板进行搜索。本文采用的技术方案在保证编码质量的情况下，有效地降低了运动估计的复杂度。

技术领域

本发明涉及多媒体技术领域中的视频编码和压缩，特别是涉及视频编码的快速运动估计。

背景技术

运动估计的块匹配方法是视频压缩的主流技术，已经被许多视频编码标准所应用，尤其在低码率方面，H264比MPEG-4而言，可以获得很高的编码效率有明显的提高，非常适合低宽带、高质量网络视频应用的需要。但是，H264为了提高编码效率，采用了许多高计算复杂度的算法。

许多研究致力于如何在运动估计过程中利用提前终止策略加速视频编码。在块匹配过程中，当匹配代价小于事先定义好的提前终止阈值时，可认为当前搜索的块为全局最佳并终止搜索，节省了搜索点数，从而加速运动估计的进程。可见，为了保证编码性能的损失尽可能小，提前终止阈值的设定就显得至关重要。在运动估计过程中搜索范围一般都是固定的，如果能够根据视频序列的特性动态调整搜索范围，就可以更快地找到最佳运动矢量，节省搜索点数，从而降低编码的计算量。

然而现有的搜索范围的调整策略都是基于同一帧内已编码相邻块的运动矢量的大小来改变搜索范围的。然而较大的运动矢量并不意味着需要一个大的搜索范围，这是因为搜索的起点不是原点，而是相对原点位移等于预测矢量的点。这使得大量不必要的搜索点被无效搜索，复杂度仍然较高。

发明内容

本发明的目的在于提出了一种用于视频编码的运动估计的方法:使用提前终止策略，结合运动矢量预测以及不同的搜索模板在自适应的搜索范围内进行块匹配，可以有效地降低运动估计的计算量。

本发明解决其技术问题采用的技术方案如下：

一种用于视频编码的运动估计的方法。首先，进行最初起始点预测：依次使用空间中值预测、上层预测、时间域邻近参考帧预测来预测当前块的运动矢量；

其次，计算提前终止阈值：设T1、T2、T3、T4、T5、T6和T7分别表示16×16、16×8、8×16、8×8、8×4、4×8和4×4块的提前终止阈值，当前帧的序号为t，提前终止阈值定义为：

Ti＝min{Jt-1，Jt(a)，Jt(b)，Jt(c)，Jt(d)}，i＝1,2,……,7；

其中:Jt-1表示前一帧相同位置宏的最小匹配代价Jmin；Jt(a)、Jt(b)、Jt(c)、Jt(d)分别表示当前编码块的相邻块a、b、c、d的最小匹配代价Jmin。上式的含义是取五个Jmin中的最小值作为当前编码块的提前终止阈值；

第三，定义搜索范围大小：取MVa、MVb、MVc和MVd与预测矢量坐标差值的最大值作为搜索范围search_range的大小，定义如下:

search_range＝max{|MVi(x)-PMVx|，|MVi(y)-PMVy|}i∈{a，b，c，d}

MVa、MVb、MVc和MVd分别表示当前编码块的相邻块a、b、c、d的预测矢量；

其中:MVi(x)和MVi(y)表示预测矢量MVi的横坐标和纵坐标，PMVx和PMVy分别为当前编码块的预测矢量的横坐标和纵坐标。上式计算得到的当前搜索窗口为边长等于2×search_range的方形区域；

当匹配误差大于预定门限值时，采用双重搜索模板，增加搜索路径，找到全局最优点；分别以预测点集中的最优点和次优点作为精细搜索的起始点，形成两条独立的搜索路径。

最后，利用矩形模板和六边形模板进行最佳点搜索：