CN104202606B - 一种基于hevc运动估计起始点确定方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，该方法根据当前帧之前的几帧确定像素点的运动速度，根据运动速度，预测当前块在参考帧中可能出现的位置，以此位置作为搜索起始点，会更加接近最佳匹配块的位置，从而可以减少计算量，更快更准确地找到最佳匹配块，提高编码的效率。本发明方法所述的一种基于HEVC运动估计起始点确定方法不但提高编码质量，还能更快更好的进行运动估计块匹配算法，块匹配算法是针对于当前帧中的当前编码块，在其参考帧中进行搜索，根据SAD最小准则，找寻与当前块最匹配的块，取最佳匹配块与当前块之间的矢量作为运动矢量，来标明每帧图像中像素的运动。

Description

一种基于HEVC运动估计起始点确定方法

技术领域

本发明涉及一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，属于视频编码、进行快速帧间预测的技术领域。

技术背景

近年来，由于技术的发展和人们对于生活品质的需求提高，原本的视频分辨率已经无法满足人们感官上的需要，高清的视频乃至超高清的视频应运而生，并不断的发展和壮大。随着高清视频的发展和广泛应用，随之带来的是巨大的数据量和巨大的存储和传输压力。而旧的视频编码标准H.264已经无法很好地解决高清视频的发展所带来的一系列问题。旧标准的编码效率以及压缩性能已经开始制约了高清视频的发展。因此，为了满足新的视频应用对编解码标准的要求，视频编码联合协同小组(JCT-VC)目前制定出了新的视频编码标准HEVC。用以提高压缩性能和编码效率。

目前，在视频编码过程中，通常使用帧内预测方法来消除图像的空间冗余度，使用帧间预测方法来消除时间冗余度。由于视频源的相邻帧间的时间冗余度相比较于帧内的空间冗余度要大得多，那么这就使得帧间预测方法在视频编码中显得极为重要。由于视频序列图像在时间轴上具有较强的相关性，帧间预测中的运动估计和运动补偿技术可以有效地减少时间冗余，因此，该技术被广泛的应用于视频压缩编码方案中。

运动估计用来估计物体的位移，得到运动矢量；运动补偿根据得到的运动矢量，对前一帧中由于运动而产生的位移进行调整，从而得到尽可能接近本帧的预测帧。在传输过程中，为了减少数据量，传输时传输的是预测帧与原始帧之间的残差值，预测图像越接近原图像，其之间的残差值就越小。因此，运动估计越完善，估计出的运动矢量越准确，运动补偿的性能就越好，从而使预测误差越小，编码后需要传输的信息量也将随之大大减少，整个系统的码率压缩比得到很大的提高，因此，运动估计和补偿技术在视频序列图像编码系统中起到了重要的作用，大大提高码率压缩比和减少时间。

现有的运动估计算法主要分为两类：块匹配算法(BMA)和像素递归算法(PRA)。其中，块匹配算法是一种简单而有效的视频压缩编码方法。BMA就是把当前帧分成M×N个宏块(MB)，然后以宏块为单位，以一个预先定义的匹配标准为参考，并以参考帧中相对应块为中心的搜索区域中进行搜索，寻找一个最佳匹配块。在得到匹配块之后，当前帧中的当前块和最佳匹配块之间的偏移为该当前块的运动向量(MV)。它们的像素间的差值称为残差块，匹配块与当前块之间通过匹配准则函数得到的值称为块失真度(BDM)。这样当前帧中的每一块都可用一个残差块和一对运动矢量来表示。图1为块匹配运动估计的示意图。

目前，由于高清甚至超清视频的发展和广泛应用，HEVC提供了一种高效的视频编解码标准。由于高清和超清视频的分辨率较高，像素点较多。在进行HEVC视频编码处理尤其在帧间预测中，在进行运动估计时，所需要的计算量增大，耗时增加。针对以上问题，本发明提出一种基于HEVC的运动估计起始点确定方法，用来对帧间预测中的运动估计进行优化，已达到提高编码质量同时减少编码时间，提高编码效率的目的。

在传统的块匹配搜索方法中，针对于当前帧，取参考帧中相对应位置的块为中心。然后围绕中心块根据一定的搜索模板进行搜索。这种方法，没有考虑到相邻帧之间像素点的运动，因为，搜索最佳匹配块的SAD准则如下

其中N、M为块中像素点的横坐标和纵坐标，S为当前进行编码的块，R为参考帧中的块。通过对参考帧中的块计算SAD值，选取使得SAD值最小的块作为最佳匹配块。所以相邻帧之间像素点的运动，会导致最佳匹配块位置的改变，若依然选取当前编码块在参考帧中的相应位置的块为起始点的话，会导致起始搜索点的位置距离最佳匹配块较远，从而导致找到最佳匹配块的计算量增加。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，该方法根据当前帧之前的几帧确定像素点的运动速度，根据运动速度，预测当前块在参考帧中可能出现的位置，以此位置作为搜索起始点，会更加接近最佳匹配块的位置，从而可以减少计算量，更快更准确地找到最佳匹配块，提高编码的效率。

本发明的技术方案如下：

一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，包括步骤如下：

1)在HEVC标准下的帧间预测模块中，运动估计采用块匹配搜索的方法，设定当前编码帧为F_n，当前编码帧的参考帧为R_n；

当前编码帧中的当前编码块为B_n，当前编码块相对于参考帧中的最佳匹配块为MB_n；

2)针对于当前编码块B_n，在其参考帧中根据SAD最小准则找寻其最佳匹配块MB_n，找到MB_n之后，计算当前编码块B_n与最佳匹配块MB_n之间的位移W_n(W_xn,W_yn)，所述W_xn、W_yn为当前编码块B_n的横纵坐标减去最佳匹配块MB_n的横纵坐标所得到的位移矢量，同时计算当前编码帧F_n与参考帧R_n之间的时间间隔Δt，根据得到的位移W_n和两帧之间的时间间隔Δt得运动速率V_n(V_xn,V_yn)，所述V_xn,V_yn根据之前得到的位移除以时间间隔Δt得到的速率，其中：

3)在下一编码帧F_n+1中，对当前编码块B_n+1进行编码时，需要在下一帧F_n+1的参考帧R_n+1中搜索当前编码块B_n+1的最佳匹配块，根据步骤2)得到的运动速率V_n，对初始点的位置O_n(O_xn+1,O_yn+1)进行预测公式如下：

O_xn+1＝B_xn+1+V_xΔt

O_yn+1＝B_yn+1+V_yΔt

将得到的初始点的位置O_n的坐标设为下一编码帧F_n+1中当前编码块B_n+1，在其参考帧R_n+1中进行块匹配搜索的起始点，所述起始点是指：对于当前编码块，需要在其参考帧中寻找其最佳匹配块，而在参考帧中需要有一个起始点，即第一个搜索的块，从此点开始进行块匹配搜索；并以此起始点通过匹配模板以及SAD最小准则找到编码帧F_n+1中当前块B_n+1的最佳匹配块MB_n+1，所述匹配模板是指：一种块匹配搜索的方法，用匹配模板来进行最佳匹配块的搜索；

4)计算当前编码块B_n+1与最佳匹配块MB_n+1之间的位移W_n+1(W_xn+1,W_yn+1)，同时计算编码帧和参考帧之间的时间间隔Δt’，根据得到的位移W_n+1和两帧之间的时间间隔Δt’的商，得运动速率V_n+1(V_xn+1,V_yn+1)；

5)重复步骤3)-步骤4)，直到编码完成所有的视频数据。

本发明的优势：

本发明方法所述的一种基于HEVC运动估计起始点确定方法不但提高编码质量，还能更快更好的进行运动估计块匹配算法，块匹配算法是针对于当前帧中的当前编码块，在其参考帧中进行搜索，根据SAD最小准则，找寻与当前块最匹配的块，取最佳匹配块与当前块之间的矢量作为运动矢量，来标明每帧图像中像素的运动。此方法的优点在于，充分考虑了现实视频中像素点的运动，使得运动估计中的块匹配搜索算法更具有自适应性。在节省计算量的同时，可以更好地获得编码效果，显著的提高了HEVC的编码效率。

附图说明

图1为本发明块匹配运动估计的示意图；

图2为本发明的一种基于HEVC运动估计起始点确定方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明，但不限于此。

实施例、

一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，包括步骤如下：

1)在HEVC标准下的帧间预测模块中，运动估计采用块匹配搜索的方法，设定当前编码帧为F_n，当前编码帧的参考帧为R_n；

当前编码帧中的当前编码块为B_n，当前编码块相对于参考帧中的最佳匹配块为MB_n；

2)针对于当前编码块B_n，在其参考帧中根据SAD最小准则找寻其最佳匹配块MB_n，找到MB_n之后，计算当前编码块B_n与最佳匹配块MB_n之间的位移W_n(W_xn,W_yn)，所述W_xn、W_yn为当前编码块B_n的横纵坐标减去最佳匹配块MB_n的横纵坐标所得到的位移矢量，同时计算当前编码帧F_n与参考帧R_n之间的时间间隔Δt，根据得到的位移W_n和两帧之间的时间间隔Δt得运动速率V_n(V_xn,V_yn)，所述V_xn,V_yn根据之前得到的位移除以时间间隔Δt得到的速率，其中：

3)在下一编码帧F_n+1中，对当前编码块B_n+1进行编码时，需要在下一帧F_n+1的参考帧R_n+1中搜索当前编码块B_n+1的最佳匹配块，根据步骤2)得到的运动速率V_n，对初始点的位置O_n(O_xn+1,O_yn+1)进行预测公式如下：

O_xn+1＝B_xn+1+V_xΔt

O_yn+1＝B_yn+1+V_yΔt

将得到的初始点的位置O_n的坐标设为下一编码帧F_n+1中当前编码块B_n+1，在其参考帧R_n+1中进行块匹配搜索的起始点，所述起始点是指：对于当前编码块，需要在其参考帧中寻找其最佳匹配块，而在参考帧中需要有一个起始点，即第一个搜索的块，从此点开始进行块匹配搜索；并以此起始点通过匹配模板以及SAD最小准则找到编码帧F_n+1中当前块B_n+1的最佳匹配块MB_n+1，所述匹配模板是指：一种块匹配搜索的方法，用匹配模板来进行最佳匹配块的搜索；

4)计算当前编码块B_n+1与最佳匹配块MB_n+1之间的位移W_n+1(W_xn+1,W_yn+1)，同时计算编码帧和参考帧之间的时间间隔Δt’，根据得到的位移W_n+1和两帧之间的时间间隔Δt’的商，得运动速率V_n+1(V_xn+1,V_yn+1)；

5)重复步骤3)-步骤4)，直到编码完成所有的视频数据。

Claims (1)

1.一种基于HEVC运动估计起始点确定方法，其特征在于，该方法包括步骤如下：

1)在HEVC标准下的帧间预测模块中，运动估计采用块匹配搜索的方法，设定当前编码帧为F_n，当前编码帧的参考帧为R_n；

当前编码帧中的当前编码块为B_n，当前编码块相对于参考帧中的最佳匹配块为MB_n；

2)针对于当前编码块B_n，在其参考帧中根据SAD最小准则找寻其最佳匹配块MB_n，找到MB_n之后，计算当前编码块B_n与最佳匹配块MB_n之间的位移W_n(W_xn,W_yn)，所述W_xn、W_yn为当前编码块B_n的横纵坐标减去最佳匹配块MB_n的横纵坐标所得到的位移矢量，同时计算当前编码帧F_n与参考帧R_n之间的时间间隔Δt，根据得到的位移W_n和两帧之间的时间间隔Δt得运动速率V_n(V_xn,V_yn)，所述V_xn,V_yn根据之前得到的位移除以时间间隔Δt得到的速率，其中：

<mrow> <mfenced open='' close=''> <mtable> <mtr> <mtd> <msub> <mi>V</mi> <mi>xn</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>W</mi> <mi>xn</mi> </msub> <mi>&amp;Delta;t</mi> </mfrac> </mtd> <mtd> <msub> <mi>V</mi> <mi>yn</mi> </msub> <mo>=</mo> <mfrac> <msub> <mi>W</mi> <mi>yn</mi> </msub> <mi>&amp;Delta;t</mi> </mfrac> </mtd> </mtr> </mtable> </mfenced> <mo>;</mo> </mrow>

3)在下一编码帧F_n+1中，对当前编码块B_n+1进行编码时，需要在下一帧F_n+1的参考帧R_n+1中搜索当前编码块B_n+1的最佳匹配块，根据步骤2)得到的运动速率V_n，对初始点的位置O_n(O_xn+1,O_yn+1)进行预测公式如下：

O_xn+1＝B_xn+1+V_xΔt

O_yn+1＝B_yn+1+V_yΔt

将得到的初始点的位置O_n的坐标设为下一编码帧F_n+1中当前编码块B_n+1，在其参考帧R_n+1中进行块匹配搜索的起始点，所述起始点是指：对于当前编码块，需要在其参考帧中寻找其最佳匹配块，而在参考帧中需要有一个起始点，即第一个搜索的块，从此点开始进行块匹配搜索；并以此起始点通过匹配模板以及SAD最小准则找到编码帧F_n+1中当前块B_n+1的最佳匹配块MB_n+1，所述匹配模板是指：一种块匹配搜索的方法，用匹配模板来进行最佳匹配块的搜索；

4)计算当前编码块B_n+1与最佳匹配块MB_n+1之间的位移W_n+1(W_xn+1,W_yn+1)，同时计算编码帧和参考帧之间的时间间隔Δt’，根据得到的位移W_n+1和两帧之间的时间间隔Δt’的商，得运动速率V_n+1(V_xn+1,V_yn+1)；

5)重复步骤3)-步骤4)，直到编码完成所有的视频数据。