[發明專利]運動估計搜索方法

有效

• 申請號: 201410001582.5
• 申請日: 2014-01-02
• 公開（公告）號: CN103763563B
• 公開（公告）日: 2017-06-30
• 發明（設計）人: 劉治;孫彬;張海霞;安慧中;朱珂;劉衛東
• 申請（專利權）人: 青島海信電器股份有限公司
• 主分類號: H04N19/57
• 分類號: H04N19/57;H04N19/137;H04N19/154
• 代理公司: 北京友聯知識產權代理事務所(普通合伙)11343
• 代理人: 尚志峰,汪海屏

技術領域

本發明涉及信息技術領域，具體而言，涉及一種運動估計搜索方法。

背景技術

由于視頻序列圖像在時間軸上具有較強的相關性，幀間預測中的運動估計和運動補償技術可以有效地減少時間冗余，因此，該技術被廣泛的應用于各種視頻壓縮編碼方案中。

運動估計用來估計物體的位移，得到運動矢量；運動補償根據得到的運動矢量，對前一幀中由于運動而產生的位移進行調整，從而得到盡可能接近本幀的預測幀。在傳輸過程中，為了減少數據量，傳輸時傳輸的是預測幀與原始幀之間的殘差值，預測圖像越接近原圖像，其之間的殘差值就越小。因此，運動估計越完善，估計出的運動矢量越準確，運動補償的性能就越好，從而使預測誤差越小，編碼后需要傳輸的信息量也將隨之大大減少，整個系統的碼率壓縮比得到很大的提高，因此，運動估計和補償技術在視頻序列圖像編碼系統中起到了重要的作用，大大提高碼率壓縮比和減少時間。

現有的運動估計算法主要分為兩類：塊匹配算法(BMA)和像素遞歸算法(PRA)。其中，塊匹配算法是一種簡單而有效的視頻壓縮編碼方法。BMA就是把當前幀分成M×N個宏塊(MB)，然后以宏塊為單位，以一個預先定義的匹配標準為參考，并以參考幀中相對應塊為中心的搜索區域中進行搜索，尋找一個最佳匹配塊。在得到匹配塊之后，當前幀中的當前塊和最佳匹配塊之間的偏移為該當前塊的運動向量(MV)。它們的像素間的差值稱為殘差塊，匹配塊與當前塊之間通過匹配準則函數得到的值稱為塊失真度(BDM)。這樣當前幀中的每一塊都可用一個殘差塊和一對運動矢量來表示。圖1為塊匹配運動估計的示意圖。

塊匹配運動估計可以從三個方面進行研究：塊形狀與大小、塊匹配準則、搜索策略。搜索策略相比較前兩個方面較為復雜，它決定了一個塊匹配運動估計方法的好壞以及計算量和所耗時間，因此一直是快速運動估計研究的主要方向。目前的H.26X和我國自主研發的新的視頻編碼AVS等標準采用的都是基于塊運動估計與運動補償的幀間壓縮方案，其壓縮比和基于幀內壓縮的標準(如JPEG)相比有較大的提高。由于幀間預測是視頻壓縮過程中的主要技術之一，運動估計占幀間預測絕大部分的計算量和時間量。因此，運動估計是視頻壓縮的瓶頸。而隨著高清、超清視頻的發展，高清和超清中圖像的分辨率高達幾百萬像素甚至上千萬像素。在運動估計中，對這么巨大數量的像素點進行搜索，所消耗的計算量以及所需要的時間都是巨大的。

此，很多運動估計的快速算法從降低匹配函數復雜度和降低搜索點數等方面進行了改進，早期的運動估計改進算法主要有三步搜索法(TSS)，但此算法主要利用運動矢量的均勻分布進行搜索，其搜索步長較大，可能導致搜索方向的不確定和搜索的局部性。為此，人們提出了利用序列運動矢量中心偏置分布特性的算法，如四步搜索法(4SS)，以及非矩形搜索模型的算法，如菱形搜索算法(DS)和六邊形搜索算法(HEXBS)等，其中DS算法被MPEG2/4標準所采用。除了搜索模型的形狀對搜索結果有影響之外，搜索模型的大小以及搜索策略對搜索速度和圖像質量同樣有影響。新三步法，四步法，菱形搜索法和六邊形搜索法提高了匹配速度，減小了陷入局部最小的可能性，但是搜索點數依然較多。尤其是在如今高清、超清視頻發展迅速，其分辨率提高，一幀圖像中像素點高達幾百萬，要將所有的點搜索一遍所耗費的時間和資源將是巨大的。

發明內容

考慮到上述背景技術，本發明提出了一種新的運動估計搜索方法，可以減少搜索點，提高搜索速度。

有鑒于此，本發明提出了一種運動估計搜索方法，包括：根據視頻中圖像的運動特點確定第一搜索模板；在當前幀的參考幀中使用所述第一搜索模板進行匹配塊搜索；若搜索出像素絕對差和最小的像素塊在所述第一搜索模板的中心搜索點，則采用第二搜索模板進行搜索；若搜索出像素絕對差和最小的像素塊在所述第二搜索模板的中心搜索點，則位于所述第二搜索模板的中心搜索點的像素塊為所述匹配塊；根據所述匹配塊確定所述當前幀中的當前塊的運動矢量。

本實施例根據圖像的運動特點來決定采用合適的搜索模板進行搜索，這樣可以有針對性的進行匹配塊搜索，從而提高搜索到匹配塊的幾率，減少搜索點，并且在搜索過程中，首先利用第一種模板進行搜索，在確定一個大致范圍后，采用第二種模板進行搜索，在該大致范圍中確定最終的匹配塊，同樣能夠減少搜索點的數量，從而提高搜索速率。

附圖說明

圖1示出了相關技術中的塊匹配運動估計的示意圖；

圖2示出了根據本發明的一個實施例的運動估計搜索方法的流程圖；

圖3A示出了根據本發明實施例的水平十字搜索模板的示意圖；