[發明專利]一種基于菱形搜索的多分辨率的快速運動估計方法

無效

• 申請號: 200910192138.5
• 申請日: 2009-09-08
• 公開（公告）號: CN101720039A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 宋立鋒
• 申請（專利權）人: 廣東工業大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/32
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及視頻編碼技術領域，特別是涉及一種基于菱形搜索的多分辨率的快速運動估計方法。

背景技術

上世紀80年代3C(Computers，Communications，Consumer?Electronics)的相互滲透與融合催生了多媒體技術并且推動多媒體技術飛速發展與普及。視頻編碼技術是多媒體技術中的關鍵技術。現有的視頻編碼標準包括MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4，H.261，H.263，H.264/AVC，都是包括運動補償幀間預測、分塊正交變換與量化、熵編碼三類數據壓縮方法的混合編碼方法，分別去除視頻數據表達的時域冗余、空域冗余和符號統計冗余，通過換用更高效率的數據表達方式來提高數字視頻數據的傳輸與存儲效率。其中又以運動補償幀間預測的貢獻最大。現有視頻編碼標準均采用閉環的分塊運動補償幀間預測方法，并且依賴于運動估計所求得的最佳塊匹配準則下的運動矢量實現過去幀重建圖像數據對當前幀圖像數據的最佳預測。運動估計僅出現于編碼過程，屬于標準不予定義的開放內容，決定了壓縮效率、重建圖像質量和編碼運算量，成為多媒體數據壓縮的關鍵、核心技術。

運動估計的直接實現方法是全搜索。即計算一定范圍內所有位置的塊匹配量度量。全搜索具有全局最優的意義，但是運算量太大，難以實用，尤其不適合于實時多媒體應用。所以面向實用的局部搜索或者部分搜索的快速運動估計方法應運而生。快速運動估計方法的目標和評估指標是在壓縮效率與運算量兩項指標之間取得最佳折衷。

最早的快速運動估計方法是三步法，屬于分層的運動估計方法，在由粗至細的多個層次上搜索正方形模板的8鄰點，上一層的最佳運動矢量為下一層的搜索中心，由粗至細不斷精確化。隨后的新三步法和四步法利用運動矢量分布偏向中心的統計特性在執行三步法之前執行小范圍全搜索，以避免搜索中心過早地跳到遠離最優位置的地方。后來的菱形搜索方法沿著最佳塊匹配方向逐個像素移動圖1的菱形模板去逼近最佳運動矢量位置，見于文獻1(J.Y.Tham，etal.A?Novel?Unrestricted?Center-Biased?Diamond?Search?Algorithm?for?BlockMotion?Estimation.IEEE?Transactions?on?CSVT，1998，8(4)：369-377)。統計顯示在實時攝取的場景中物體運動集中于水平運動和垂直運動，菱形模板比正方形和圓形模板更能有效把握物體局部運動。如果當前菱形的最佳塊匹配位置非中心點，就把該位置作為下一個菱形的中心點繼續搜索，直至菱形中心點陷入菱形鄰域最佳塊匹配位置為止，如圖2所示。菱形搜索方法能夠最好地利用運動矢量分布偏向中心的特性，以最少搜索點數獲得接近全搜索的壓縮效率。

菱形搜索方法進一步發展為預測運動矢量場的自適應搜索方法(Predictive?Motion?Vector?Field?Adaptive?Search?Technique，縮寫PMVFAST)，見于文獻2(A.M.Tourapis，et?al.Highly?Efficient?PredictiveZonal?Algorithms?for?Fast?Block-Matching?Motion?Estimation.IEEETransactions?on?CSVT，2002，12(10)：934-947)和專利US6842483。PMVFAST在菱形搜索前先執行基于時空層間相關性的搜索中心預測及搜索，依次計算絕對零位移位置、空間相關的搜索中心、時間相關的搜索中心、層間相關的搜索中心最多4個位置的塊匹配量度量，以其中最佳塊匹配位置為后續菱形搜索的搜索中心。PMVFAST進一步利用運動矢量分布偏向中心的特性，減少運動搜索陷入局部最優而無法達到全局最優的機會，也加快了菱形搜索的收斂。目前實用的運動估計方法均與PMVFAST大同小異，包括六角形搜索方法。