[發(fā)明專利]一種HEVC子像素運動估計方法及裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110650428.0
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113489987B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉鵬飛;陳高鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 翱捷科技股份有限公司
• 主分類號: H04N19/182
• 分類號: H04N19/182;H04N19/52
• 代理公司: 上海雙霆知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31415
• 代理人: 殷曉雪

本申請公開了一種HEVC子像素運動估計方法。預(yù)設(shè)至少兩種搜索模式，每種搜索模式中所有像素點的位置都是固定的。選擇一種預(yù)設(shè)的搜索模式，進行1/2像素插值，在完成其中一個1/2像素位置的插值計算后就立即開始對該1/2像素位置周圍的1/4像素位置進行1/4像素插值。計算并找到最優(yōu)的1/2像素精度運動矢量和最優(yōu)的1/4像素精度運動矢量。比較最優(yōu)的1/2像素精度運動矢量和最優(yōu)的1/4像素精度運動矢量的率失真代價，選擇兩者中率失真代價較小的作為該搜索模式中的最優(yōu)子像素運動矢量。本申請可依據(jù)不同編碼場景對編碼性能的需求，在各種搜索模式間靈活切換；1/4像素的插值位置是固定的，不依賴于最優(yōu)1/2像素位置的篩選結(jié)果，有利于采用硬件并行流水實現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及一種高清數(shù)字視頻編碼方法，特別是涉及一種適合于硬件實現(xiàn)的HEVC子像素運動估計方法。

背景技術(shù)

HEVC（High Efficiency Video Coding，高效率視頻編碼）又稱H.265，是新一代的視頻編碼標準。運動估計（Motion Estimation）是HEVC視頻編碼算法的核心技術(shù)之一，包含整像素（integer，也稱整數(shù)像素）運動估計（IME）和子像素（fractional，也稱分像素、分數(shù)像素）運動估計（FME），其作用是消除視頻信號的時域信息冗余，從而提高編碼效率。

請參閱圖1，運動估計是在已編碼的視頻幀（稱為參考幀）中，為當前編碼幀中的當前PU（Prediction Unit，預(yù)測單元）塊搜索最優(yōu)匹配塊，使得率失真代價（Rate DistortionCost，RD Cost）最小。參考幀中的最優(yōu)匹配塊與當前編碼幀中的當前PU塊的相對偏移即為當前PU塊的最優(yōu)運動矢量（Motion Vector，MV）。對于整像素運動估計來說，運動矢量是指整像素運動矢量。子像素運動估計是對整像素運動估計的結(jié)果在1/2像素和1/4像素精度上進行優(yōu)化，得到率失真代價更小的子像素運動矢量，從而進一步消除時域信息冗余，提高編碼效率。

HM（HEVC Test Model，HEVC參考軟件）是一種軟件形式的HEVC編碼器，HM中的子像素運動估計方法如圖2和圖3所示。圖2中，黑色圓表示整像素點，具有A標識的黑色圓表示最優(yōu)整像素點，灰色圓表示1/2像素點，具有B標識的灰色圓表示最優(yōu)1/2像素點，斜線網(wǎng)格淺灰色圓表示1/4像素點，具有C標識的斜線網(wǎng)格淺灰色圓表示最優(yōu)1/4像素點，白色圓表示子像素運動估計過程中未被掃描到的1/2像素點或1/4像素點。

請參閱圖3，現(xiàn)有的子像素運動估計方法是：先對整像素運動估計得到的最優(yōu)整像素運動矢量對應(yīng)的位置（A點）周圍的8個1/2像素位置進行1/2像素插值，然后計算插值得到的A點周圍的這8個1/2像素點的率失真代價，找到率失真代價最小的1/2像素點作為最優(yōu)的1/2像素精度運動矢量的位置（B點）。然后在最優(yōu)的1/2像素精度運動矢量對應(yīng)的位置（B點）周圍的8個1/4像素位置進行1/4像素插值，然后計算插值得到的B點周圍的這8個1/4像素點的率失真代價，找到率失真代價最小的1/4像素點作為最優(yōu)的1/4像素精度運動矢量的位置（C點）。然后比較最優(yōu)的1/2像素精度運動矢量和最優(yōu)的1/4像素精度運動矢量的率失真代價，選擇率失真代價較小的作為最優(yōu)子像素運動矢量。

現(xiàn)有的子像素運動估計方法中，1/4像素位置的運算依賴于1/2像素位置的運算結(jié)果，即必須完成8個1/2像素點的插值和RDO（Rate–distortion optimization，率失真優(yōu)化）成本計算并篩選出最優(yōu)的1/2像素點位置后，才能決定1/4像素的插值位置，開始1/4像素位置的運算。因此，在HM的子像素運動估計方法中，PU內(nèi)部的運算具有依賴性，不利于硬件流水實現(xiàn)。

在HEVC標準中，1/4像素位置的插值運算通過7抽頭濾波器實現(xiàn)，運算比較復(fù)雜；而且根據(jù)1/4像素位置的不同，插值1/4像素需要引入許多額外的插值點，運算量和帶寬消耗都很大。但是實際上，1/4像素位置對編碼效率帶來的提升遠不及1/2像素位置。因此，在硬件實現(xiàn)時，有必要在算法層面上簡化1/4像素位置的插值運算，在不明顯降低編碼效率的前提下，簡化硬件設(shè)計，降低硬件成本。