[發明專利]一種基于殘差下降率的快速UMHexagonS運動估計算法

無效

• 申請號: 201010166543.2
• 申請日: 2010-04-30
• 公開（公告）號: CN101835047A
• 公開（公告）日: 2010-09-15
• 發明（設計）人: 羅笑南;李冠彬
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及信號處理中的壓縮編碼技術領域，是針對H.264壓縮編碼標準中的UMHexagonS運動估計算法的簡化和改進，具體涉及一種基于殘差下降率的快速UMHexagonS運動估計算法。

背景技術

快速運動估計算法一直是視頻編碼領域研究的熱點問題，尤其是快速整數像素精度運動估計受到極大重視。典型快速塊匹配算法如三步搜索法(TSS)、四步搜索法(FSS)和六邊形搜索法(HEXBS)等，在一個相對較小的搜索范圍和圖片尺寸上進行搜索能夠取得較好的性能，但在許多實際應用(如SDTV和HDTV)中，圖片尺寸通常比較大，因而搜索范圍應該足夠大以便獲得較高的編碼效率，在這種情況下，典型的快速快匹配搜索算法由于匹配模型過于單一，很可能在搜索的開始便陷入局部最優，從而導致匹配精度較差。

現在，針對這一缺點，國內外許多專家學者已經提出了許多相應的應對措施，特別是針對H.264編碼標準的要求對一些快速算法所做的改進，已經取得卓越的效果。同時由于物體運動類型千變萬化，很難用一種單一的模型去描述，也很難用一種單一的算法來搜索最佳運動矢量，因此采用多種搜索算法相結合的辦法，在很大程度上能提高預測的有效性和健壯性。混合非對稱十字型多層六邊形格點搜索算法(Unsymmetrical-Cross?Muti-Hexagon?Search，UMHexagonS)，是目前搜索效果最好的基于塊匹配的運動估計算法，已被H.264/AVC官方參考軟件采用。UMHexagonS搜索過程主要包含四個步驟，每個步驟采用不同的搜索模板，包括1)搜索起始點的預測；2)非對稱十字形搜索；3)非均勻多重六邊形搜索；4)擴展六邊形搜索。然而，對于視頻序列的每一幀，UMHexagonS算法都采用統一的七種模式進行遍歷搜索，沒有抓住視頻序列的運動特征，因此仍然存在著搜索點數過多的情況。本發明中，提出殘差下降率的概念，在UMHexagonS算法開始前，先計算中心點的殘差下降率，并對其進行運動分類，對不同運動特征的塊采取不同的搜索模式進行遍歷，節省搜索點數，提高搜索效率。

發明內容

本發明實施例提供一種基于殘差下降率的快速UMHexagonS運動估計算法，能保證在原有的UMHexagonS運動估計算法得到的圖像質量的前提下，大大提高算法的運行效率，降低編碼的復雜度。

本發明提供一種基于殘差下降率的快速UMHexagonS運動估計算法，包括原有UMHexagonS運動估計算法四個級別的搜索及在搜索過程中根據最佳匹配點處殘差下降率的大小劃分運動類型，在非均勻多重六邊形搜索階段根據不同的運動類型自適應的選擇合適的搜索策略的運動估計算法，并且在搜索過程中采用提前終止的搜索控制策略。

所述的第一級搜索起始點預測，采用中值預測法得到當前塊的預測點作為下一級非對稱十字型搜索的起始搜索點。

所述的第二級非對稱十字型搜索：以第一級搜索起始點預測得到的結果作為起始搜索點，在搜索窗口內采用非對稱十字型搜索；搜索模板水平方向的搜索范圍設置為搜索窗的寬度W，垂直方向的搜索范圍設為W/2，如在某些特殊的富含大量垂直方向上運動的序列中，垂直搜索范圍可以擴大到W。經過非對稱十字型搜索得到的具有最小匹配誤差的匹配點將作為下一級的起始搜索點。

所述的第三級非均勻多重六邊形搜索：以第二級搜索得到的最佳匹配點作為本級的起始搜索點，并計算該點的殘差下降率，根據殘差下降率的大小劃分當前塊的運動類型，若當前塊被劃分為靜止塊，則直接輸出當前的運動矢量作為計算結果，算法提前終止；否則若當前塊被劃分為小運動類型，則對范圍為-2到2的方形區域內的所有像素點進行全搜索，并對圖2中指示的最內層的兩個六邊形搜索模板進行搜索；若當前塊被劃分為中運動類型，則只對圖2中指示中運動的第三個六邊形搜索模板進行搜索，若當前塊被劃分為大運動塊，則搜索最外層的大六邊形。將本級已搜索過的點與起始點進行對比，匹配誤差最小者作為本級的最佳匹配點，同時作為下一級的起始搜索點。

所述的第四級為擴展六邊形搜索：以第三級搜索得到的最佳匹配點作為本級的起始搜索點，先用半徑為2的六邊形模板進行搜索(如圖2step4-1所示)，直至最佳匹配點為六邊形的中心，然后改用半徑為1的小六邊形模板繼續搜索(如圖2step4-2所示)，搜索直到最佳匹配位置點位于小六邊形的中心為止，此時相應的運動矢量即為最終運動估計矢量。

本發明的有益效果是：本發明的方法和現有的UMHexagonS算法相比，圖像質量損失很小，對視頻重建質量的影響基本可以忽略，但運動估計時間卻大大減少，算法的運行效率得到很大的提高，同時降低了編碼的復雜度。