CN103763555A - 一种减少存储带宽需求的运动估计方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种减少存储带宽需求的运动估计方法，通过对视频重建帧进行空域到频域的转换，再加上数据压缩处理，用八分之一的数据量实现对重建帧的近似替代，在此基础上得到的运动估计结果可以作为后续进一步精细化运动估计的参考依据，在减少存储器带宽需求的同时，保持了较高的运动估计精度。

Description

一种减少存储带宽需求的运动估计方法

技术领域

本发明涉及视频压缩编码领域，尤其涉及一种减少存储带宽需求的运动估计方法。

背景技术

运动估计是视频压缩编码的关键环节，很大程度上决定了视频编码器的性能。为了提高运动估计的性能，扩大参考帧搜索范围是有效的途径之一，但也增加了对存储带宽的需求。以分辨率为1920×1080、每秒30帧实时编码为例，假设编码器以16×16像素块进行单参考帧运动估计，搜索范围为上下左右各扩展64个整像素，那么就该部分的数据而言，对存储带宽的需求就达到了5GB/秒。

随着视频编码的高清化以及更高性能的需求，需要更频繁的在更多参考帧和更大的搜索范围内寻找最佳匹配块，对存储带宽的需求也急剧增加，也大幅度增加了编码器的整机功耗。在某些特定应用，特别是高清视频实时压缩编码应用，受存储带宽限制，通常无法实现大范围多参考帧的运动估计搜索，目前大都采用一些快速运动估计方法以实现由粗略搜索到精细搜索的过程，从而减少大范围搜索的数据量，如专利CN200510093217.2公布的“一种分层运动估计方法和超大规模集成电路”，为了减少数据量，该专利在大范围的运动估计搜索时采用抽取部分数据进行比较的方法，但这些实现方法的误差较大，搜索到最佳匹配模块的概率较低。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种减少存储带宽需求的运动估计方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

以8×8像素块为单元对编码重建帧进行哈达玛（hadamard）变换，对变换结果从左上角开始进行之字形扫描，取前15个数值量化并根据位置分配不同数据位宽，总计8字节，构建另外一帧降低数据量的重建帧，写入存储器。

根据运动估计搜索范围从存储器中降低数据量的重建帧中读取数据，对数据进行逆变换处理重建当前步骤运动估计所需参考数据，当次运动估计结果作为后续进一步精细化运动估计的参考依据。

其中，上述过程中的8×8像素块经过hadamard变换后，其低频能量主要集中在8×8矩阵的左上角。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

本发明通过对重建帧进行空域到频域的转换，再加上数据压缩处理，只需八分之一的数据量即实现对重建帧的近似替代，在此基础上得到的运动估计结果可以作为后续进一步精细化运动估计的参考依据，相比较目前采用的抽取数据量进行粗略运动估计的方法，本发明提供方法具有更高的精度，同时对存储带宽的需求更少，尤其是搜索范围越大，存储带宽需求的减少越明显。

附图说明

图1是描述本发明实施例的一种8×8矩阵变换结果扫描顺序示意图。

图2是描述本发明实施例的一种8×8矩阵变换数据位宽分配示意图。

图3是描述本发明实施例的一种8×8像素矩阵进行hadamard变换的示意图。

 

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的进行详细的描述。

本发明是一种减少存储带宽需求的运动估计方法，其通过对运动估计所用到的参考帧进行数据变换和压缩处理，大幅度的减少参考帧的数据量，从而达到减少存储带宽需求的目的，具体步骤如下。

步骤1：视频编码器需要重建视频帧，以作为后续帧编码时进行运动估计的参考帧，设当前编码帧的重建帧为A，需要在重建帧A的基础上另外再构建一帧重建帧B。

步骤2： 重建帧B根据重建帧A获取，以重建帧A的8×8像素块为单元进行hadamard变换，设8×8像素块为X，Y为hadamard变换输出，变换公式如图3所示。

 步骤3：对8×8矩阵Y的每一个元素除以64，得到新的8×8矩阵W。

步骤4： 经过上述hadamard变换和量化后，能量将集中在8×8矩阵的左上角，对矩阵W进行之字形扫描，扫描顺序如图1所示的数字顺序，只取前15个数据，舍弃其余数据。设Z0为矩阵8×8数字标号为0所对应的元素，则前15个矩阵元素的扫描顺序依次为Z0,Z1,Z2,Z3,Z4,Z5,Z6,Z7,Z8,Z9,Z10,Z11,Z12,Z13,Z14。

步骤5： 对上述之字形扫描得到的前15个元素的数值进行范围限定，其中Z0的数值限定在[0,255]；Z1、Z2、 Z3、Z4、Z5限定在[-16,+16]；Z6、Z7、Z8、Z9限定在[-8,+8]；Z10、Z11、Z12、Z13、Z14限定在[-2,+2]。

 步骤6：对上述限定数值范围后的元素进行数据编码，每个数据比特位宽如图2所示，即其中Z0的位宽采用8bit；Z1、Z2、 Z3、Z4、Z5为5bit；Z6、Z7、Z8、Z9为4bit；Z10、Z11、Z12、Z13、Z14为3bit；其中，Z0为无符号数，其它元素的最高位表示符号位，其余位数表示数据绝对值。

步骤7：上述数据编码总共需要64bit数据位宽，而视频编码采用的像素位宽通常为8bit，8×8像素块总共需要512bit数据位宽，因此经过上述数据处理后的8×8像素块的数据量变为原始数据量的八分之一。把上述经过数据处理后的64bit数据按照一定的规则写入到外部存储器中，构建重建帧B，重建帧B的数据量为重建帧A的八分之一，重建帧B将作为后续帧编码时进行运动估计的参考之一。

 步骤8：在当前帧编码时，取一定大小的像素块为单位进行运动估计，该像素块的大小需为8×8的整数倍；对该像素块按8×8像素块划分成几个子块，对每一个8×8的子块参照上述的2、3、4、5、6步骤进行，得到经过数据变换处理后的64bit数据，再按照逆变换处理过程，重建8×8像素子块，从而得到当次运动估计所需要的当前块数据。

 步骤9：根据运动估计搜索范围大小，从外部存储器中读取参考数据，该参考数据是经过数据变换处理的重建帧如上述所述的重建帧B中获取的。参考数据以8×8像素块为最小单元，每个8×8像素块单元需要从外部存储器中读取64bit数据，再参照上述的2、3、4、5、6步骤的逆变换处理过程，重建8×8像素块，最后组成当前编码块的参考数据。

步骤10：根据上述步骤8得到的当前编码块数据以及上述步骤9得到的当前编码块的参考数据，进行当前编码块的运动估计，该次运动估计的结果可以用来确定当前编码块在参考帧搜索范围内最佳匹配块的大致范围，以作为后续进一步精细化运动估计搜索的依据。

Claims (2)

1.一种减少存储带宽需求的运动估计方法，其特征在于，该方法包括:

（1）对视频编码的重建帧以8×8像素块为单位进行哈达玛(hadamard)变换，对变换结果从左上角开始进行之字形扫描，取前15个数值量化并根据位置不同分配不同的数据位宽，总计8字节数据以替代原来的8×8像素数据，构建另外一帧降低数据量的重建帧，写入存储器；

（2）根据运动估计搜索范围从存储器中降低数据量的重建帧中读取数据，对数据进行逆变换处理重建当前步骤运动估计所需参考数据。

2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于8×8像素块经过hadamard变换后，其低频能量主要集中在8×8矩阵的左上角。

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