專利名稱：一種非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻編碼技術(shù)，尤其涉及一種非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
隨著AVS、 H,264等高級(jí)視頻編碼技術(shù)逐漸成熟，采用相應(yīng)技術(shù)的數(shù)字視頻編碼器逐步有了市場(chǎng)需求，對(duì)于視頻編碼器的研究也成為一項(xiàng)重要的工作。幀間預(yù)測(cè)是視頻編碼器中的重要部分，而幀間預(yù)測(cè)的主要途徑是基于單個(gè)宏塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)(ME, motion estimation),最佳匹配塊在運(yùn)動(dòng)估計(jì)中通過搜索來確定。由于全搜索方法的控制邏輯相對(duì)簡(jiǎn)單，而且數(shù)據(jù)復(fù)用效率高，所以當(dāng)前基于超大規(guī)模集成電路(VLSI)的視頻編碼器大多采用全搜索方案，由于全搜索對(duì)搜索窗(SW， search window)內(nèi)所有搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索，每個(gè)搜索點(diǎn)代表一個(gè)宏塊位置，以33x33大小的SW為例，搜索點(diǎn)有1089個(gè)，如此多的搜索點(diǎn)使得ME的并行數(shù)達(dá)到了5~8路，所以資源消耗和功耗較大。除了全搜索方法，還有運(yùn)動(dòng)估計(jì)的快速算法，但是一般是面向串行執(zhí)行過程設(shè)計(jì)的，而且控制邏輯復(fù)雜，所以難以應(yīng)用于VLSI結(jié)構(gòu)。如果能夠在VLSI結(jié)構(gòu)上利用快速算法的原理減少搜索點(diǎn)數(shù)目，可以極大降低VLSI邏輯資源消耗。
在清華大學(xué)視頻通信研究組提出的JVT-F017提案中(參見Zhibo Chen， PengZhou, Yun He, Yldong Chen, "_Fosf /"feger尸e/ awd i^Vac"owa/ Pe/ A/o"ow Esri附a"ow/or JFT, JVT-F017, Joint Video Team (JVT) of ISO/IEC MPEG & ITU-T VCEG(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 and ITU-T SG16 Q.6), Awaji, December, 2002),.提出了一種快速搜索方法，并被H.264參考軟件接納，但是搜索點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)難以復(fù)用，所以很難應(yīng)用于VLSI實(shí)現(xiàn)。此外，
公開日為2008年6月4日，公開號(hào)為CN101193303的中國(guó)專利，提供了一種快速搜索方法，但此方法面對(duì)的應(yīng)用對(duì)象還是軟件，不利于硬件實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種非均勻鋸齒搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，所述方法結(jié)合運(yùn)動(dòng)估計(jì)的統(tǒng)計(jì)特征在一定的搜索范圍內(nèi)設(shè)定特征點(diǎn)和特征區(qū)域，通過非均勻的鋸齒搜索實(shí)現(xiàn)搜索點(diǎn)數(shù)的減少，降低并行數(shù)。
為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)手段 一種非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，所述方法是先將當(dāng)前編碼幀劃分為互不重疊的、固定大小的塊，然后針對(duì)每個(gè)要被編碼的當(dāng)前塊，在參考幀的一搜索區(qū)域內(nèi)搜索出與當(dāng)前塊匹配誤差最小的塊，即最佳匹配塊，最后根據(jù)最佳匹配塊所在點(diǎn)，即最佳匹配點(diǎn)的位置，輸出最佳匹配塊與當(dāng)前塊的相對(duì)位移，即運(yùn)動(dòng)矢量，所述的搜索過程是這樣實(shí)現(xiàn)的
步驟l、在大小為S申T的搜索區(qū)內(nèi)，以搜索區(qū)的中心為原點(diǎn)(O，O)，才艮據(jù)最佳匹配點(diǎn)出現(xiàn)的概率，選取八個(gè)特征點(diǎn)和一個(gè)特征區(qū)，所述八個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)分別為Pl(國(guó)m，n)、 P2(-k,1)、 P3(k，1)、 P4(m，n)、 P5(m,-n)、 P6(k，-1)、 P7(國(guó)k,-1)和P8(-m,畫n),所述特征區(qū)為以搜索區(qū)的中心為中心，大小為afa的區(qū)域，其中S， T， m， n,k和l均為自然數(shù)，IO<k<m<(S-l)/2， 0<n<l<(T-l)/2;
步驟2、設(shè)通過搜索區(qū)中心的水平軸和豎直軸與搜索區(qū)邊界的交點(diǎn)分別為A (-(S-l)/2, 0)、 B ((S-1)/2， 0)、 C (0, (T-l)/2)和D (0, -(T-l)/2),在點(diǎn)A、B、 C和D中選取離搜索區(qū)中心較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)分別作為搜索起始點(diǎn)和搜索終止點(diǎn)；將通過搜索區(qū)中心的水平軸和豎直軸穿過的點(diǎn)，以及特征區(qū)內(nèi)的點(diǎn)作為全搜索點(diǎn)；
步驟3、從搜索起始點(diǎn)開始逐點(diǎn)搜索最佳匹配點(diǎn)，搜索路徑經(jīng)過全部特征點(diǎn)及全搜索點(diǎn)，搜索路徑沿單方向水平或豎直移動(dòng)，路徑不重復(fù)，并且每移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)計(jì)算一次累計(jì)絕對(duì)值差SAD值，并保留最小的SAD值及其坐標(biāo)，直至搜索終止點(diǎn)；
步驟4、保存最小的SAD值及其坐標(biāo)，SAD最小值所在坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的塊即為本次搜索的最佳匹配塊。
所述的m的取值范圍為[4, (s-l)/2);. k的取值范圍為[3, m); n的取值范圍為[2, (s-l)/2);及l(fā)的取值范圍為(n， (s-l)/2)，其中s取S和T中的較小值。
當(dāng)所述的S等于T時(shí)，搜索起始點(diǎn)和搜索中止點(diǎn)分別為點(diǎn)(A, B)或(C,D)中的任一組。
所述的a的取^f直可以為3、 5或7中的1壬一值。
由于采用了以上的非均勻鋸齒搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)保證了一定的搜索范圍，使最佳匹配點(diǎn)規(guī)避了局部取優(yōu)的缺陷；另一方面，逐點(diǎn)移動(dòng)和不重復(fù)的路徑，有效的減少了搜索點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的復(fù)用，從而減少了運(yùn)動(dòng)估計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)的并行數(shù)，更能符合實(shí)施編碼的要求。


本發(fā)明的非均勻鋸齒搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法由以下的實(shí)施例及附圖詳細(xì)給出。圖1為本發(fā)明實(shí)施例的特征點(diǎn)及特征區(qū)域示意圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例的搜索路徑示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下將對(duì)本發(fā)明的非均勻鋸齒搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
本實(shí)施例一種非均勻鋸齒搜索運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，所述方法將當(dāng)前編碼幀劃分為互不重疊的塊，然后針對(duì)每個(gè)要被編碼的塊，在參考幀的搜索區(qū)(搜索窗)搜索出與它匹配誤差最小的塊，即最佳匹配塊，最后根據(jù)最佳匹配塊所在點(diǎn)(即最佳匹配點(diǎn))的位置，輸出最佳匹配塊與當(dāng)前編碼幀中的當(dāng)前塊的相對(duì)位移，即運(yùn)動(dòng)矢量，所述的搜索過程是這樣實(shí)現(xiàn)的
步驟l、在大小為33*33的搜索區(qū)內(nèi)，以搜索區(qū)的中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)(O，O),根據(jù)最佳匹配點(diǎn)出現(xiàn)的4既率，選取八個(gè)特征點(diǎn)和一個(gè)特征區(qū)，所述八個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)分別為Pl(-m，n)、 P2(-k，1)、 P3(k,1)、 P4(m,n)、 P5(m,-n)、 P6(k,-1)、 P7(-k,-l)和P8(-m，-n)，所述特征區(qū)為以坐標(biāo)原點(diǎn)為中心，大小為a申a的區(qū)域，其中，k<m,n<l。本實(shí)施例中，m、 n、 k、 l分別選取8、 4、 5、 6,則八個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P1(畫8,4)、 P2(-5,6)、 P3(5,6)、 P4(8,4)、 P5(8,-4)、 P6(5,-6)、 P7(-5，-6)和P8(-8，-4);設(shè)通過搜索區(qū)域中心的水平軸和豎直軸與搜索區(qū)域邊界的交點(diǎn)為A(-16,0)、B(16,0)、 C(0,16)和D(0,-16)，特征區(qū)域選擇以搜索中心為中心的5*5方塊(即a取5),以上各特征點(diǎn)及特征區(qū)域如圖1所示；
步驟2、本實(shí)施例中由于搜索窗為正方形，因此可選取點(diǎn)A和B分別作為
6搜索起始點(diǎn)和搜索終止點(diǎn)，如圖1中三角形所示；在其他實(shí)施例中，為了減少 搜索點(diǎn)數(shù)，在點(diǎn)A、 B、 C和D中選取離搜索區(qū)域中心較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)分別作為搜索 起始點(diǎn)和搜索終止點(diǎn)。將通過搜索區(qū)域中心的水平軸和豎直軸穿過的點(diǎn)，以及 特征區(qū)內(nèi)的點(diǎn)作為全搜索點(diǎn)；
步驟3、從起始點(diǎn)開始逐點(diǎn)搜索最佳匹配點(diǎn)，搜索路徑經(jīng)過全部特征點(diǎn)P1 P8 及所有全搜索點(diǎn)，為了盡可能的減少搜索點(diǎn)數(shù)，搜索路徑沿單方向水平或豎直 移動(dòng)，路徑不重復(fù)。本實(shí)施例中的搜索路徑形成了一個(gè)不規(guī)則的鋸齒形路徑， 如圖2箭頭方向所示；而且每移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)計(jì)算一次累計(jì)絕對(duì)值差SAD值，比較 并保留較小的SAD值及其坐標(biāo)，直至搜索終止點(diǎn)；
步驟4、保存最小的SAD值及其坐標(biāo)，SAD最小值所在坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的塊即為 本次搜索的最佳匹配塊。
在其他實(shí)施例中，若搜索窗的大小為sn1,則特征點(diǎn)的坐標(biāo)值，即所述的m 的取值范圍可以在[4, (s-l)/2)中選取，k的取值范圍為[3, m); n的取值可在(2, (s-l)/2)中選取，l的取值范圍為(n， (s-l)/2)，其中s取S和T中的較小值。
所迷的特征區(qū)域的邊長(zhǎng)a的取值可以為3、 5或7中的任一值。
在完成當(dāng)前塊的搜索之后，繼續(xù)對(duì)下一個(gè)塊進(jìn)行搜索，由于下一個(gè)塊相對(duì) 于當(dāng)前塊只是水平或豎直平移一個(gè)像素，因此下一個(gè)塊的搜索路徑與當(dāng)前塊的 搜索路徑有很大一部分是重合的，可以直接采用已有數(shù)據(jù)來提高搜索效率。
本發(fā)明通過在搜索窗內(nèi)合理選取特征點(diǎn)及特征區(qū)，有效地縮小了搜索范圍， 減少了搜索點(diǎn)數(shù)，通過逐點(diǎn)移動(dòng)和采用鋸齒形搜索路徑，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的復(fù)用， 減少了運(yùn)動(dòng)估計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)的并行數(shù)，從而降低了資源消耗和功耗，更能符合實(shí) 施編碼的要求。
本發(fā)明所述的非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法適合標(biāo)清、Dl、 CIF等格式 的編碼，可以使硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)的并行數(shù)由5-8路降低到l路，使資源消耗可下降 到全搜索的近1/5，而且控制邏輯簡(jiǎn)單，更好的滿足了編碼的實(shí)時(shí)性要求。
權(quán)利要求
1、一種非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，所述方法是先將當(dāng)前編碼幀劃分為互不重疊的、固定大小的塊，然后針對(duì)每個(gè)要被編碼的當(dāng)前塊，在參考幀的一搜索區(qū)內(nèi)搜索出與當(dāng)前塊匹配誤差最小的塊，即最佳匹配塊，最后根據(jù)最佳匹配塊所在點(diǎn)，即最佳匹配點(diǎn)的位置，輸出最佳匹配塊與當(dāng)前塊的相對(duì)位移，即運(yùn)動(dòng)矢量，其特征在于，所述的搜索過程是這樣實(shí)現(xiàn)的步驟1、在大小為S*T的搜索區(qū)內(nèi)，以搜索區(qū)的中心為原點(diǎn)(0，0)，根據(jù)最佳匹配點(diǎn)出現(xiàn)的概率，選取八個(gè)特征點(diǎn)和一個(gè)特征區(qū)，所述八個(gè)特征點(diǎn)的坐標(biāo)分別為P1(-m，n)、P2(-k，1)、P3(k，1)、P4(m，n)、P5(m，-n)、P6(k，-1)、P7(-k，-1)和P8(-m，-n)，所述特征區(qū)為以搜索區(qū)的中心為中心，大小為a*a的區(qū)域，其中S，T，m，n，k和1均為自然數(shù)，且0<k<m<(S-1)/2，0<n<1<(T-1)/2；步驟2、設(shè)通過搜索區(qū)中心的水平軸和豎直軸與搜索區(qū)邊界的交點(diǎn)分別為A(-(S-1)/2，0)、B((S-1)/2，0)、C(0，(T-1)/2)和D(0，-(T-1)/2)，在點(diǎn)A、B、C和D中選取離搜索區(qū)中心較遠(yuǎn)的兩點(diǎn)分別作為搜索起始點(diǎn)和搜索終止點(diǎn)；將通過搜索區(qū)中心的水平軸和豎直軸穿過的點(diǎn)，以及特征區(qū)內(nèi)的點(diǎn)作為全搜索點(diǎn)；步驟3、從搜索起始點(diǎn)開始逐點(diǎn)搜索最佳匹配點(diǎn)，搜索路徑經(jīng)過全部特征點(diǎn)及全搜索點(diǎn)，搜索路徑沿單方向水平或豎直移動(dòng)，路徑不重復(fù)，并且每移動(dòng)一個(gè)點(diǎn)計(jì)算一次累計(jì)絕對(duì)值差SAD值，并保留最小的SAD值及其坐標(biāo)，直至搜索終止點(diǎn)；步驟4、保存最小的SAD值及其坐標(biāo)，SAD最小值所在坐標(biāo)對(duì)應(yīng)的塊即為本次搜索的最佳匹配塊。
2、 如權(quán)利要求1所述的非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，其特征在于，所 述的m的取值范圍為[4, (s-l)/2); k的取值范圍為[3， m); n的取it范圍為[2, (s-l)/2);及l(fā)的取值范圍為(n, (s-l)/2),其中s取S和T中的較小值。
3、 如權(quán)利要求1所述的非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，其特征在于，當(dāng) 所述的S等于T時(shí)，搜索起始點(diǎn)和搜索終止點(diǎn)分別為點(diǎn)(A, B)或(C, D) 中的任一組。
4、如權(quán)利要求1所述的非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，其特征在于，所 述a的取值為3、 5或7中的任一值。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種非均勻鋸齒搜索的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，所述方法結(jié)合運(yùn)動(dòng)估計(jì)的統(tǒng)計(jì)特征在一定的搜索范圍內(nèi)設(shè)定特征點(diǎn)和特征區(qū)域，設(shè)計(jì)了非均勻的鋸齒搜索路徑。由此，一方面，保證了一定的搜索范圍，使最佳匹配點(diǎn)規(guī)避了局部取優(yōu)的缺陷；另一方面，逐點(diǎn)移動(dòng)和不重復(fù)的路徑，有效的減少了搜索點(diǎn)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的復(fù)用，從而減少了運(yùn)動(dòng)估計(jì)硬件實(shí)現(xiàn)的并行數(shù)，更能符合實(shí)施編碼的要求。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101489132SQ20091004594
公開日2009年7月22日 申請(qǐng)日期2009年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月22日
發(fā)明者濤 嚴(yán), 張錦輝, 滕國(guó)偉, 賀 王, 王國(guó)中 申請(qǐng)人:上海廣電(集團(tuán))有限公司中央研究院