CN1708134A - 用于估计运动的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种在图像编解码器中使用的ME方法及其设备。该ME方法包括：基于关于包括各种大小的块的多种预测模式的每个的IPME结果，选择其整数象素运动估计(IPME)结果成本相对低的至少一种预测模式；和使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。

Description

用于估计运动的方法和设备
本申请要求于2004年6月11日在韩国知识产权局提交的第10-2004-0042918号韩国专利申请的优先权，该申请公开于此，以资参考。
                    技术领域
本发明涉及一种图像压缩器/解压缩器(编解码器)，更具体地讲，涉及一种用于估计在编码图像数据中使用的运动的方法和设备。
                    背景技术
国际电信联盟电信标准化部门(ITU-T)/ISO/IEC的H.264/运动图像专家组-4(MPEG-4)视频编解码器通过以块为单元对采样数据执行预测处理来获得包括预测采样的预测块，并对预测块执行变换和量化来压缩视频数据。
对于预测方法，有两种方法，即，帧内预测和帧间预测。帧间预测通过参考已经经过编码/解码处理和去块效应滤波的参考画面执行运动补偿/估计来执行预测。在当前画面中，帧内预测通过使用已经编码的相邻块的数据来执行预测。经过预测处理、变换和量化处理而压缩的视频数据通过熵编码处理再次被压缩以成为符合H.264标准的比特流。
图1是H.264编码器的方框图。
参照图1，H.264编码器具有预测块110、变换和量化块120和熵编码块130。
预测块110执行帧间预测和帧内预测。帧间预测是指使用参考画面对当前画面执行块预测，对于所述的参考画面已经执行解码和去块效应滤波，并且已被存储在缓冲器中。换句话说，使用画面之间的信息执行预测。为了这个目的，提供了运动估计(ME)块111和运动补偿(MC)块112。帧内预测是指在已经解码的画面中通过使用与将预测的块相邻的块的象素数据执行块预测。为了这个目的，提供了帧内预测执行块116。根据画面的属性如I-画面、P-画面、和B-画面来执行帧内预测和/或帧间预测。
变换和量化块120对通过在预测块110执行预测获得的预测采样执行变换和量化，并将其压缩。
熵编码块130根据指定的方法对量化的图像数据执行编码，从而输出符合H.264标准的比特流。
更详细地说，根据画面的特性，画面被分为I-画面、P-画面、和B画面，其中，I-画面被压缩为整数象素；对于P-画面，只有前向预测已经被执行；对于B-画面，反向预测和插值预测已经被执行。
图2A至2H是表示根据H.264编解码器的根据宏块和子宏块的划分的预测模式。
参照图2A至2H，显示了表示在执行帧间预测的情况下块的可能的形状和大小的预测模式。对于可能的预测模式，相对于宏块(MB)，存在16×16预测模式(图2A)、16×8预测模式(图2B)、8×16预测模式(图2C)、和8×8预测模式(图2D)。此外，相对于8×8子MB(图2E)，存在8×4预测模式(图2F)，4×8预测模式(图2G)、和4×4预测模式(图2H)。
图1的帧间预测块通过上面描述的七种预测模式中的任一个执行预测。例如，在8×8预测模式下，宏块中的4个8×8块可分别具有运动矢量。此外，每个8×8块可被再次分为预测可被执行的小块单元。因此，可根据给定的画面的特性通过选择有效的预测模式来增加压缩效率。
此外，在执行整数象素的运动估计(IPME)之后，每个预测模式的帧间预测用聚焦的最低成本的象素执行子象素运动估计(SPME)。在执行IPME和SPME之后，每个预测模式的帧间预测比较每个成本值，从而确定具有最低成本的预测模式作为最终预测模式。换句话说，当对P-画面或B-画面执行帧间预测时，H.264/MPEG-4视频编解码器尝试上述七种预测模式，并从它们中选择具有最低成本的预测。从这一点，对每个预测模式执行IPME，以获得成本并比较获得的每个成本，从而找到最低成本的整数象素运动矢量，并使用聚焦的最低成本的整数象素执行SPME。
如上所述，用于H.264编解码器中的帧间预测的预测模式的数目的增加已经相当大地增加了SPME以及IPME的复杂性。此外，SPME用获得的聚焦的整数象素围绕获得的整数象素寻找相邻的半象素，并用聚焦的半象素再次寻找四分之一象素的运动矢量。因此，随着用于整数象素的预测模式的数目的增加，SPME的复杂性增加。此外，不像根据相关技术的不同标准的编解码器通过使用线性插值滤波器来获得半象素的视频数据的情况那样，H.264编解码器通过使用6抽头过滤器已经相当大地增加了SPME的复杂性。
                        发明内容
为了解决上述或其他问题，本发明的一方面提供了一种能够减少图像编码器中的SPME的复杂性的ME方法及其设备。
根据本发明的一方面，提供了一种运动估计(ME)方法，包括：基于关于包括各种大小的块的多种预测模式的每个的IPME结果，在多种预测模式种选择其整数象素运动估计(IPME)结果成本相对低的至少一种预测模式；和使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
多种预测模式可包括16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式。
此外，对于关于其执行SPME的预测模式，16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式可被选择，并且也可在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式中选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式。
此外，对于关于其执行SPME的预测模式，16×16预测模式可被选择，并且在16×8预测模式和8×16预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式可被选择，在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式中具有最低IPME结果成本的一种预测模式可被选择。
此外，对于关于其执行SPME的预测模式，在16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式可被选择，并且在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式可被选择。
此外，对于关于其执行SPME的预测模式，在16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式可被选择。
IPME和SPME可遵守H.264标准。
根据本发明的另一方面，提供了一种编码视频的方法，包括：对于包括各种大小的块的多个预测模式的每个执行整数象素运动估计(IPME)；使用IPME结果成本，在多种预测模式中选择至少一种其成本相对低的预测模式；和使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
根据本发明的另一方面，提供了一种ME设备，包括：预测模式选择部分，使用关于包括各种大小的块的多种预测模式的IPME结果，在多种预测模式中选择其整数象素运动估计(IPME)结果成本相对低的至少一种预测模式；和子象素运动估计部分，使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
根据本发明的另一方面，提供了一种用于编码视频的设备，其包括运动估计(ME)块：对于具有各种大小的块的多种预测模式的每个执行整数象素运动估计(IPME)；使用IPME结果成本，在多种预测模式中选择其成本相对低的至少一种预测模式；和使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
根据本发明的另一方面，提供了一种运动估计设备，包括：整数象素运动估计块，用于执行关于信号的整数象素的运动估计；成本计算部分，计算整数象素运动估计的成本；预测模式选择部分，根据整数象素运动估计的成本，选择将被用于子象素运动估计的至少一种预测模式；和子象素运动估计部分，使用选择的至少一种预测模式，对整数象素的子象素执行运动估计。
将在下面的描述中部分阐述本发明的另外的和/或其他方面和优点，另外的部分，通过该描述将是清楚的，或者通过实施本发明来了解。
                            附图说明
通过下面结合附图进行的详细描述，本发明的这些和/或其他方面和优点将会变得清楚和更易于理解，其中：
图1是H.264编码器的方框图；
图2A至2H是表示根据H.264编解码器的根据宏块和子宏块的划分的预测模式的示图；
图3是表示根据本发明的实施例的ME设备的方框图；
图4是表示根据本发明的实施例的ME方法的流程图；
图5是表示图4中所示的模式选择操作的例子的流程图；
图6是表示图4中所示的模式选择操作的另一个例子的流程图；
图7是表示图4中所示的模式选择操作的又一个例子的流程图；和
图8是图4中所示的模式选择操作的又一例子的流程图。
                        具体实施方式
现在，将对本发明的实施例进行详细的描述，其例子表示在附图中，其中，相同的标号始终表示相同的部件。下面参照附图描述实施例以解释本发明。
图3是表示根据本发明实施例的运动估计(ME)设备的方框图。
参照图3，ME设备具有：IPME块302、成本计算块304、预测模式选择块306、和SPME块308。
IPME块302对于整数象素执行ME，并且成本计算块304根据IPME或SPME结果计算成本。预测模式选择块306使用作为IPME的结果而计算的成本来选择对于其执行SPME的预测模式。SPME 308对于选择的预测模式执行ME。
相应地，由于使用IPME结果成本对于其执行SPME的预测模式的数目减少，因此SPME的复杂性可被减小。
图4是表示根据本发明实施例的ME方法的流程图。
参照图4，对于下述的七种预测模式执行IPME，所述的七种预测模式是用于宏块的16×16预测模式、用于宏块的16×8预测模式、用于宏块的8×16预测模式、用于宏块的8×8预测模式、用于子宏块的8×4预测模式、用于子宏块的4×8预测模式、和用于子宏块的4×4预测模式(操作410)。然后，使用IPME结果计算成本，并且使用计算的成本选择对于其执行SPME的至少一种或更多的预测模式(操作420)。随后将更详细地描述选择预测模式的方法。对于选择的预测模式执行SPME(操作430)。
图5是表示图4中所示的模式选择操作的例子的流程图。
参照图4和图5，表示了使用计算的IPME成本选择对于其执行SME的预测模式的例子。
首先，在如图4中的操作410中对于详细描述的七种预测模式执行IPME。16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式以宏块(MB)为单元执行预测。为了解释方便起见，用costMB16×16、costMB16×8、costMB8×16表示IPME结果成本。此外，8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式以子MB 8×8为单元执行预测。为了解释的方便起见，用costsubMB8×8、costsubMB8×4、costsubMB4×8和costsubMB4×4表示IPME结果成本。
现在，使用下面描述的方法选择对于其执行SPME的预测模式(操作420)。
首先，由于在帧间预测中主要选择16×16预测模式，因此，选择以MB为单元的16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式(操作522)。
此外，对于每个子MB，比较8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式的IPME结果成本，从而，获得最小值，即min(costsubMB8×8、costsubMB8×4、costsubMB4×8、costsubMB4×4)，并选择其成本最低的预测模式(操作524)。由于对于每个子MB获得预测模式，所以可获得四种子预测模式。
因此，对于最终选择的预测模式，可选择包括16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、具有8×8或更少的预测模式的四种预测模式。因此，不是分别对七种预测模式执行SPME，可仅仅对选择的四种预测模式执行SPME(操作430)，从而ME设备的复杂性被减少。
图6是表示图4中所示的模式选择操作的另一个例子的流程图。
参照图4和图6，首先，由于在帧间预测中主要选择16×16预测模式，所以MB单元中的16×16预测模式被选择(操作622)。接下来，获得16×8预测模式、8×16预测模式的IPME结果成本，从而具有最小成本，即min(costMB16×8、costMB8×16)的预测模式被选择(操作624)。然后，对于每个子MB，8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式的IPME结果成本被比较，从而最小值，即，min(costsubMB8×8、costsubMB8×4、costsubMB4×8、costsubMB4×4)被获得，并且其成本最低的预测模式被选择(操作626)。由于对于每个子MB获得预测模式，所以可获得4种子预测模式。
因此，对于最终选择的预测模式，可选择包括16×16预测模式、16×8预测模式或8×16预测模式中的任一个、和具有8×8或更少的预测模式的三种预测模式。因此，不是分别对七种预测模式执行SPME，可只对选择的三种预测模式执行SPME(操作430)，从而ME设备的复杂性被减小。
图7是表示图4中所示的模式选择操作的又一个例子的流程图。
参照图4和图7，MB中的16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式的IPME结果成本被获得，从而，具有最小成本，即，min(costMB16×16、costMB16×8、costMB8×16)的预测模式被选择(操作722)。此外，对于每个子MB，比较8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式的IPME结果成本，从而最小成本，即，min(costsubMB8×8、costsubMB8×4、costsubMB4×8、costsubMB4×4)被获得，并且其成本最低的一种预测模式被选择(操作724)。
因此，对于最终选择预测模式，包括16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式之一以及具有8×8或更少的预测模式的两种预测模式可被选择。因此，不是对七种预测模式分别执行SPME，可只对选择的两种预测模式执行SPME(操作430)，从而可减少ME设备的复杂性。
图8表示的是图4中所示的模式选择操作的另一个例子的流程图。
参照图4和图8，MB或子MB中的16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式、和4×4预测模式的IPME结果成本被比较，从而最小成本，即，min(costMB16×16、costMB16×8、costMB8×16、costsubMB8×8、costsubMB8×4、costsubMB4×8、costsubMB4×4)被获得，并且其成本最低的一种预测模式被选择(操作822)。因此，对于最终选择的预测模式，七种预测中成本最低的一种预测模式可被选择。因此，不是对七种预测模式分别执行SPME，可只对选择的一种预测模式执行SPME(操作430)，从而ME设备的复杂性被减少。然而，在选择的预测模式的数目是1的情况下，存在危险因素，所以如果可能的话最好选择两种或更多预测模式。
根据上面描述的本发明的实施例，提供了一种用于减少SPME的复杂性的ME方法及其设备。
根据本发明的上述实施例，由于在IPME执行之后执行SPME，建议通过使用作为IPME的结果获得的成本减少将以子象素被处理的预测模式来减少SPME的复杂性的方法。
因此，通过使用IPME结果，减少对于其执行SPME的预测模式的数目，可减少ME的复杂性。换句话说，根据本发明建议的方法，可通过将对于其执行SPME的预测模式的数目从7减少到4或更少来将SPME的复杂性减半。尤其是，在以硬件的形式实现ME设备的情况下，可减少硬件的大小和复杂性。
尽管已经表示和描述了本发明的实施例，但是本发明不限于上述实施例。相反，本领域的技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物所限定范围的本发明的原理和精神的情况下，可对实施例进行改变。

Claims (17)

1、一种运动估计(ME)方法，包括：
基于对于包括各种大小的块的多个预测模式的每个的整数象素运动估计(IPME)结果，在多种预测模式中选择其IPME结果成本相对低的至少一种预测模式；和
使用选择的至少一种预测模式，执行子象素运动估计(SPME)。
2、如权利要求1所述的方法，其中，多种预测模式包括16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式。
3、如权利要求2所述的方法，其中，在预测中，对于关于其执行SPME的预测模式，16×16预测模式、16×8预测模式、和8×16预测模式被选择，并且在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中具有最低IPME结果成本的一种预测模式也被选择。
4、如权利要求2所述的方法，其中，在预测中，对于关于其执行SPME的预测模式，16×16预测模式被选择，并且在16×8预测模式和8×16预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式被选择，在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中具有最低IPME结果成本的一种预测模式也被选择。
5、如权利要求2所述的方法，其中，在预测中，对于关于其执行SPME的预测模式，在16×16预测模式、16×8预测模式和8×16预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式被选择，并且在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式也被选择。
6、如权利要求2所述的方法，其中，在预测中，对于关于其执行SPME的预测模式，在16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，具有最低IPME结果成本的一种预测模式被选择。
7、如权利要求1所述的方法，其中，IPME和SPME遵守H.264标准。
8、一种编码视频的方法，包括：
对于包括各种大小的块的多个预测模式的每个执行整数象素运动估计(IPME)；
使用IPME结果成本，在多种预测模式中选择至少一种其成本相对低的预测模式；和
使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
9、如权利要求8所述的方法，其中，多种预测模式包括16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式。
10、如权利要求9所述的方法，其中，选择预测模式的步骤包括：
选择16×16预测模式、16×8预测模式和8×16预测模式；和
在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式。
11、如权利要求9所述的方法，其中，选择预测模式的步骤包括：
选择16×16预测模式；
在16×8预测模式和8×16预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式；和
在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式。
12、如权利要求9所述的方法，其中，选择预测模式的步骤包括：
在16×16预测模式、16×8预测模式和8×16预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式；和
在8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式。
13、如权利要求9所述的方法，其中，选择预测模式的步骤包括：
在16×16预测模式、16×8预测模式、8×16预测模式、8×8预测模式、8×4预测模式、4×8预测模式和4×4预测模式中，选择具有最低IPME结果成本的一种预测模式。
14、如权利要求8所述的方法，其中，IPME和SPME遵守H.264标准。
15、一种运动估计(ME)设备，包括：
预测模式选择部分，使用关于包括各种大小的块的多种预测模式的IPME结果，在多种预测模式中选择其整数象素运动估计(IPME)结果成本相对低的至少一种预测模式；和
子象素运动估计部分，使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
16、一种用于编码视频的设备，包括：
运动估计(ME)块：对于具有各种大小的块的多种预测模式的每个执行整数象素运动估计(IPME)；使用IPME结果成本，在多种预测模式中选择其成本相对低的至少一种预测模式；和使用选择的至少一种预测模式执行子象素运动估计(SPME)。
17、一种运动估计设备，包括：
整数象素运动估计块，用于执行关于信号的整数象素的运动估计；
成本计算部分，计算整数象素运动估计的成本；
预测模式选择部分，根据整数象素运动估计的成本，选择将被用于子象素运动估计的至少一种预测模式；和
子象素运动估计部分，使用选择的至少一种预测模式，对整数象素的子象素执行运动估计。
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