[发明专利]一种视频编码的二维方向运动估计硬件电路及其方法

权利要求书

1.一种视频编码的二维方向快速运动估计硬件电路及其方法，其特征包括:

一个为上述运动估计硬件电路，能够实现在多种类型的搜索点区域进行二维方向（左右和上下滑动）的快速运动估计；

一个为上述运动估计硬件电路适用于逐层渐进式和全像素搜索的运动估计过程；

一个为上述运动估计硬件电路，具备通用性，适用于多种不同的分块运动估计，支持但不限于4x4、4x8、8x4、8x8、16x8、8x16、16x16等分块的运动估计。

2.根据权利要求1所述的二维方向的快速运动估计硬件电路，其特征电路包括控制器模块、四组PE_G运动估算单元、参考帧缓存阵列模块和最小代价裁决模块，其核心电路为每个PE_G运动估算单元。

3.根据权利要求2所述的PE_G核心电路模块，其特征在于：每个PE_G运算模块由4x4的PE阵列组成的绝对值差电路和SAD加法树电路组成，PE_G输入包含三个部分组成，参考帧4x8像素的输入、当前帧4x4块的输入以及PE_G控制电路dn_cmd信号，其中，通过控制模块发送dn_cmd信号的值，实现在搜索区域相同列的上下滑动运动估算。

4.根据权利要求2所述的参考帧缓存阵列模块，其特征在于：参考帧缓存阵列分为两组4列12行的阵列，当四组PE_G运算单元组合为垂直方向列搜索时，四组PE_G并行的排列成一列进行运动估计，为实现二维方向的左右滑动，四列缓存寄存器采用移位寄存的方式进行，控制模块当完成一列搜索像素垂直方向的搜索时，缓存下一列到移位寄存器阵列中，整体移动实现左右滑动；当四组PE_G运算单元组合为两组正方形搜索方式时，可针对8x8块的搜索，此时缓存阵列单元的排列方式对应的正方形的方式进行运动估计；当四组PE_G用于正像素的全搜索时，参考帧缓存阵列通过多次读取参考像素块数据，重复多次完成一个大分块所有搜索像素的运动估计。

5.根据权利要求1所述的方法，实现多种不同分块的全像素运动估计，其特征在于：最小代价裁决电路根据搜索点类型进行最小代价运算，4倍下采样搜索点的以4x4下采样块像素作为每个最佳搜索点的最小代价块运算单元，2倍下采样搜索点以8x8下采样块像素作为每个最佳搜索点的最小代价块运算单元，而全像素搜索，分块的尺寸并非预先设定好，而是通过对每个搜索点所有分块类型（4x4、4x8、8x4、8x8、16x8、8x16、16x16等）的最小代价进行计算，再决定帧内的分块方式，我们利用PE_G这种硬件电路结构，首先计算的是每个最小4x4分块所以搜索点的SAD值，最后运算累加的把不同位置的4x4块SAD结构相加作为4x8或者8x4块的SAD值，再把两个不同4x8或8x4的SAD值累加作为8x8块的SAD值，以此类推，讲所有的分块遍历出最小代价分块的类型，作为帧内预测的分块模式；在运动估算过程中，有些搜索点超出图像边界范围的，我们从控制电路输出无效的disable信号到最小代价裁决模块，简单的把当前搜索点作为无效搜索点处理。

6.根据权利要求1所述的方法，一种上述适用于逐层渐进式和全像素搜索的运动估计电路特征在于以下步骤：

步骤2-1：对原始参考帧水平方向[-128,127]和垂直方向[-32,31]像素搜索区域进行4倍下采样，下采样的方法是对每个4x4块像素点的加权平均得到4倍下采样搜索点，此步骤在输入参考帧参考数据时同时进行，减少迭代时间；

步骤2-2：对步骤2-1中的4倍下采样搜索区域（大小为64x16）划分三种不同类别的搜索点，其类别特征在于不同的像素区域设置不同的水平和垂直步长，目的是根据与中心点的距离减少搜索点的数目，在4倍下采样区域进行运动搜索，流水的输入列数据到参考帧缓存阵列，配合控制模块的PE_G控制电路和参考帧缓存控制电路进行水平和垂直方向二维的快速运动估算滑动，得到三个区域中4倍下采样搜索的最佳搜索点的位置坐标和运动矢量；

步骤2-3：对步骤2-2得到的最佳搜索点对应在原始参考帧搜索区域进行2倍下采样操作，搜索点以步骤2最佳搜索点中心拓展5x5大小，然后如步骤2-2对该区域进行5x5区域的二维快速滑动运动估算，得到最佳搜索点和运动矢量；

步骤2-4：对步骤2-3得到的最佳搜索点对应在原始参考帧搜索区域进行5x5的整像素运动搜索，以最佳搜索点中心拓展5x5大小进行二维快速滑动运动估算，得到最佳搜索点和运动矢量。