[發(fā)明專利]自適應(yīng)因子的視頻縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810870048.6
• 申請(qǐng)日: 2018-08-02
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109120940B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-07-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 宋傳鳴;閆小紅;王相海;傅博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 遼寧師范大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N19/52
• 分類號(hào): H04N19/52;H04N19/176;H04N19/172;H04N19/177;H04N19/30
• 代理公司: 大連非凡專利事務(wù)所 21220
• 代理人: 閃紅霞

本發(fā)明公開(kāi)一種自適應(yīng)因子的視頻縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，首先，采用運(yùn)動(dòng)向量(0,0)、(1,0)所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償誤差以及參考幀的1階水平自相關(guān)來(lái)判別待預(yù)測(cè)宏塊的縮放形式，進(jìn)而提供了最優(yōu)縮放比例的計(jì)算方法，顯著減少了所需的雙線性插值運(yùn)算次數(shù)和運(yùn)算時(shí)間；其次，在基于平移模型的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合最優(yōu)縮放比例，得到縮放運(yùn)動(dòng)向量，可突破傳統(tǒng)縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)的縮放比例范圍，進(jìn)而提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)精度。本發(fā)明比傳統(tǒng)縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)/補(bǔ)償方法的峰值信噪比平均提高了4.54 dB，比塊匹配全搜索的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償峰值信噪比平均提高了5.45dB；所需的計(jì)算量比傳統(tǒng)縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法平均降低了96.54%。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及視頻編碼壓縮領(lǐng)域，尤其是一種運(yùn)算速度快、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量高，且能有效預(yù)測(cè)視頻中存在的縮放運(yùn)動(dòng)的具備縮放因子自適應(yīng)能力的視頻運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。

背景技術(shù)

運(yùn)動(dòng)估計(jì)是一種有效的時(shí)間維預(yù)測(cè)技術(shù)，而且多年來(lái)視頻編碼效率的大部分提升均是由于其采用了更為優(yōu)秀的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。然而，運(yùn)動(dòng)估計(jì)環(huán)節(jié)所消耗的計(jì)算資源往往占編碼器全部資源的50%以上，甚至可達(dá)80%。為了在復(fù)雜度和預(yù)測(cè)精度之間達(dá)到較好的折中，現(xiàn)有視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)普遍采用基于平移模型的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，并陸續(xù)提出了多種快速塊匹配策略，如基于候選向量下采樣的策略、基于像素下采樣的策略、基于低復(fù)雜度匹配函數(shù)的策略、基于低比特深度像素的策略等。但是，平移模型無(wú)法有效預(yù)測(cè)由物體的旋轉(zhuǎn)、縮放、變形和攝像機(jī)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的非剛性復(fù)合運(yùn)動(dòng)。同時(shí)，基于塊平移模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)通常不能獲得平滑、連續(xù)的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)，往往出現(xiàn)塊效應(yīng)，尤其是在低碼率下，影響解碼視頻的主觀質(zhì)量。在這種情況下，一些研究人員多年來(lái)嘗試將高階運(yùn)動(dòng)模型引入到運(yùn)動(dòng)估計(jì)/補(bǔ)償中來(lái)彌補(bǔ)平移運(yùn)動(dòng)模型的不足，出現(xiàn)了基于網(wǎng)格模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)、基于仿射模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)（如4參數(shù)模型、6參數(shù)仿射模型、8參數(shù)透視或雙線性模型、12參數(shù)變換模型及其混合模型）、基于彈性模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和基于縮放模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)等。

基于縮放模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)(Zoom Motion Estimation Model)是2012年以來(lái)出現(xiàn)的一種視頻運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，它可有效預(yù)測(cè)由于攝像機(jī)的推攝、拉攝和綜合運(yùn)動(dòng)拍攝所產(chǎn)生的視頻運(yùn)動(dòng)。通過(guò)在16個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試視頻序列上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)大約74.46%的宏塊包含非整數(shù)像素精度的縮放運(yùn)動(dòng)。可見(jiàn)，縮放運(yùn)動(dòng)是視頻中普遍存在的一種運(yùn)動(dòng)形式，并且無(wú)法利用基于塊匹配的傳統(tǒng)平移模型實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確預(yù)測(cè)和補(bǔ)償。

然而，基于縮放模型的運(yùn)動(dòng)估計(jì)需要在塊平移向量的基礎(chǔ)上，通過(guò)在可能的參數(shù)空間中“暴力”搜索最優(yōu)的縮放步長(zhǎng)，進(jìn)而計(jì)算最佳的縮放比例，得到縮放運(yùn)動(dòng)向量。該過(guò)程涉及大量的分?jǐn)?shù)像素插值運(yùn)算，其計(jì)算復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于塊平移模型的全搜索，根本無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)/補(bǔ)償，這在很大程度上限制了其實(shí)用性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述技術(shù)問(wèn)題，提供一種運(yùn)算速度快、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償質(zhì)量高，且能有效預(yù)測(cè)視頻中存在的縮放運(yùn)動(dòng)的具備縮放因子自適應(yīng)能力的視頻運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：一種自適應(yīng)因子的視頻縮放運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，其特征在于按照如下步驟進(jìn)行：

步驟1. 若當(dāng)前圖像組（Group of Picture, GOP）的所有幀都已處理完畢，則算法結(jié)束；否則，選取當(dāng)前圖像組中未處理過(guò)的一幀作為當(dāng)前幀，并將其前一幀作為參考幀；

步驟2. 若當(dāng)前幀的所有宏塊均已處理完畢，則轉(zhuǎn)入步驟1；否則，選取當(dāng)前幀的一個(gè)未處理宏塊作為當(dāng)前宏塊，設(shè)其大小為像素，、表示當(dāng)前宏塊左上角像素的橫、縱坐標(biāo)，為一個(gè)預(yù)設(shè)常數(shù)；

步驟3. 根據(jù)公式的定義，計(jì)算零矢量所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償誤差：

所述表示當(dāng)前幀中坐標(biāo)為處的像素值，表示參考幀中坐標(biāo)為處的像素值；

步驟4. 根據(jù)公式的定義，計(jì)算運(yùn)動(dòng)矢量(1,0)所對(duì)應(yīng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償誤差：