運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，包括：根據(jù)視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定第一搜索模板；在當(dāng)前幀的參考幀中使用第一搜索模板進(jìn)行匹配塊搜索；若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則采用第二搜索模板進(jìn)行搜索；若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則位于第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為匹配塊；根據(jù)匹配塊確定當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)矢量。本發(fā)明能夠在具有相同搜索精度的情況下，以更少的搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索，從而具有更快的搜索速度。
【專利說明】運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法。
【背景技術(shù)】
[0002]由于視頻序列圖像在時(shí)間軸上具有較強(qiáng)的相關(guān)性，幀間預(yù)測(cè)中的運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)可以有效地減少時(shí)間冗余，因此，該技術(shù)被廣泛的應(yīng)用于各種視頻壓縮編碼方案中。
[0003]運(yùn)動(dòng)估計(jì)用來估計(jì)物體的位移，得到運(yùn)動(dòng)矢量；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償根據(jù)得到的運(yùn)動(dòng)矢量，對(duì)前一幀中由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的位移進(jìn)行調(diào)整，從而得到盡可能接近本幀的預(yù)測(cè)幀。在傳輸過程中，為了減少數(shù)據(jù)量，傳輸時(shí)傳輸?shù)氖穷A(yù)測(cè)幀與原始幀之間的殘差值，預(yù)測(cè)圖像越接近原圖像，其之間的殘差值就越小。因此，運(yùn)動(dòng)估計(jì)越完善，估計(jì)出的運(yùn)動(dòng)矢量越準(zhǔn)確，運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)男阅芫驮胶?，從而使預(yù)測(cè)誤差越小，編碼后需要傳輸?shù)男畔⒘恳矊㈦S之大大減少，整個(gè)系統(tǒng)的碼率壓縮比得到很大的提高，因此，運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償技術(shù)在視頻序列圖像編碼系統(tǒng)中起到了重要的作用，大大提高碼率壓縮比和減少時(shí)間。
[0004]現(xiàn)有的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法主要分為兩類:塊匹配算法(BMA)和像素遞歸算法(PRA)。其中，塊匹配算法是一種簡(jiǎn)單而有效的視頻壓縮編碼方法。BMA就是把當(dāng)前幀分成MXN個(gè)宏塊(MB),然后以宏塊為單位，以一個(gè)預(yù)先定義的匹配標(biāo)準(zhǔn)為參考,并以參考巾貞中相對(duì)應(yīng)塊為中心的搜索區(qū)域中進(jìn)行搜索，尋找一個(gè)最佳匹配塊。在得到匹配塊之后，當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊和最佳匹配塊之間的偏移為該當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)向量(MV)。它們的像素間的差值稱為殘差塊，匹配塊與當(dāng)前塊之間通過匹配準(zhǔn)則函數(shù)得到的值稱為塊失真度(BDM)。這樣當(dāng)前幀中的每一塊都可用一個(gè)殘差塊和一對(duì)運(yùn)動(dòng)矢量來表示。圖1為塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)的示意圖。
[0005]塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)可以從三個(gè)方面進(jìn)行研究:塊形狀與大小、塊匹配準(zhǔn)則、搜索策略。搜索策略相比較前兩個(gè)方面較為復(fù)雜，它決定了一個(gè)塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法的好壞以及計(jì)算量和所耗時(shí)間，因此一直是快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究的主要方向。目前的H.26X和我國自主研發(fā)的新的視頻編碼AVS等標(biāo)準(zhǔn)采用的都是基于塊運(yùn)動(dòng)估計(jì)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)膸g壓縮方案，其壓縮比和基于幀內(nèi)壓縮的標(biāo)準(zhǔn)(如JPEG)相比有較大的提高。由于幀間預(yù)測(cè)是視頻壓縮過程中的主要技術(shù)之一，運(yùn)動(dòng)估計(jì)占幀間預(yù)測(cè)絕大部分的計(jì)算量和時(shí)間量。因此，運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻壓縮的瓶頸。而隨著高清、超清視頻的發(fā)展，高清和超清中圖像的分辨率高達(dá)幾百萬像素甚至上千萬像素。在運(yùn)動(dòng)估計(jì)中，對(duì)這么巨大數(shù)量的像素點(diǎn)進(jìn)行搜索，所消耗的計(jì)算量以及所需要的時(shí)間都是巨大的。
[0006]此，很多運(yùn)動(dòng)估計(jì)的快速算法從降低匹配函數(shù)復(fù)雜度和降低搜索點(diǎn)數(shù)等方面進(jìn)行了改進(jìn)，早期的運(yùn)動(dòng)估計(jì)改進(jìn)算法主要有三步搜索法(TSS)，但此算法主要利用運(yùn)動(dòng)矢量的均勻分布進(jìn)行搜索，其搜索步長較大，可能導(dǎo)致搜索方向的不確定和搜索的局部性。為此，人們提出了利用序列運(yùn)動(dòng)矢量中心偏置分布特性的算法，如四步搜索法(4SS)，以及非矩形搜索模型的算法，如菱形搜索算法(DS)和六邊形搜索算法(HEXBS)等，其中DS算法被MPEG2/4標(biāo)準(zhǔn)所采用。除了搜索模型的形狀對(duì)搜索結(jié)果有影響之外，搜索模型的大小以及搜索策略對(duì)搜索速度和圖像質(zhì)量同樣有影響。新三步法，四步法，菱形搜索法和六邊形搜索法提高了匹配速度，減小了陷入局部最小的可能性，但是搜索點(diǎn)數(shù)依然較多。尤其是在如今高清、超清視頻發(fā)展迅速，其分辨率提高，一幀圖像中像素點(diǎn)高達(dá)幾百萬，要將所有的點(diǎn)搜索一遍所耗費(fèi)的時(shí)間和資源將是巨大的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]考慮到上述【背景技術(shù)】，本發(fā)明提出了一種新的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，可以減少搜索點(diǎn)，提高搜索速度。
[0008]有鑒于此，本發(fā)明提出了一種運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，包括:根據(jù)視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定第一搜索模板；在當(dāng)前幀的參考幀中使用所述第一搜索模板進(jìn)行匹配塊搜索；若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在所述第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則采用第二搜索模板進(jìn)行搜索；若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則位于所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為所述匹配塊；根據(jù)所述匹配塊確定所述當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
[0009]本實(shí)施例根據(jù)圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)來決定采用合適的搜索模板進(jìn)行搜索，這樣可以有針對(duì)性的進(jìn)行匹配塊搜索，從而提高搜索到匹配塊的幾率，減少搜索點(diǎn)，并且在搜索過程中，首先利用第一種模板進(jìn)行搜索，在確定一個(gè)大致范圍后，采用第二種模板進(jìn)行搜索，在該大致范圍中確定最終的匹配塊，同樣能夠減少搜索點(diǎn)的數(shù)量，從而提高搜索速率。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1示出了相關(guān)技術(shù)中的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)的示意圖；
[0011]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法的流程圖；
[0012]圖3A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的水平十字搜索模板的示意圖；
[0013]圖3B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的垂直十字搜索模板的示意圖；
[0014]圖3C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的菱形搜索模板的示意圖；
[0015]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法的流程圖；
[0016]圖5A示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法中的模板搜索示意圖；
[0017]圖5B示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法中的模板搜索示意圖；
[0018]圖5C示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法中的模板搜索示意圖；
[0019]圖示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法中的模板搜索示意圖；
[0020]圖6A示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不同搜索方法的搜索點(diǎn)對(duì)比示意圖；
[0021]圖6B示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不同搜索方法的峰值信噪比對(duì)比示意圖；
[0022]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的不同搜索方法的峰值信噪比對(duì)比示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。
[0024]在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。
[0025]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法的流程圖。
[0026]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法可以包括以下步驟:步驟202，根據(jù)視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定第一搜索模板；步驟204，在當(dāng)前幀的參考幀中使用第一搜索模板進(jìn)行匹配塊搜索；步驟206，根據(jù)搜索結(jié)果確定是否更換第一搜索模板，若不更換第一搜索模板，則繼續(xù)使用第一搜索模板進(jìn)行搜索；步驟208，在搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)時(shí)，采用第二搜索模板進(jìn)行搜索；步驟210，若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則位于第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為匹配塊；根據(jù)匹配塊確定當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
[0027]本實(shí)施例根據(jù)圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)來決定采用合適的搜索模板進(jìn)行搜索，這樣可以有針對(duì)性的進(jìn)行匹配塊搜索，從而提高搜索到匹配塊的幾率，減少搜索點(diǎn)，并且在搜索過程中，首先利用第一種模板進(jìn)行搜索，在確定一個(gè)大致范圍后，采用第二種模板進(jìn)行搜索，在該大致范圍中確定最終的匹配塊，同樣能夠減少搜索點(diǎn)的數(shù)量，從而提高搜索速率。
[0028]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一搜索模板的搜索范圍大于所述第二搜索模板的搜索范圍。為了快速找到一個(gè)大致范圍，因此第一搜索模板的搜索范圍大于第二搜索模板，在找到一個(gè)大致范圍后，需要進(jìn)行精確搜索，因此第二搜索模板的搜索范圍被減小。
[0029]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)為在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度，或者在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度；當(dāng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度時(shí)，所述第一搜索模板為水平十字搜索模板，所述水平十字搜索模板在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)大于在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)；當(dāng)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度時(shí)，所述第一搜索模板為垂直十字搜索模板，所述垂直十字搜索模板在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)大于在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)。
[0030]在本實(shí)施例中，針對(duì)圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)(90%以上的運(yùn)動(dòng)主要在垂直方向上運(yùn)動(dòng)或在水平方向上運(yùn)動(dòng))設(shè)計(jì)了兩種搜索模板，一種是水平十字搜索模板，另一種是垂直十字搜索模板，從而加強(qiáng)對(duì)水平方向和垂直方向的搜索力度，因此在相同搜索精度的情況下，可以比其他搜索方法使用更少的搜索點(diǎn)，提高了搜索效率。
[0031]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，在采用所述第二搜索模板進(jìn)行搜索之前，還包括:在所述第一搜索模板為所述水平十字搜索模板時(shí)，若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述水平十字搜索模板的水平方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述水平十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索；若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述水平十字搜索模板的垂直方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述垂直十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索。
[0032]針對(duì)運(yùn)動(dòng)主要發(fā)生在水平上的圖像，若采用水平十字搜索模板進(jìn)行搜索，像素絕對(duì)差和最小的像素塊在水平方向上，那么說明匹配的像素塊已經(jīng)接近了，為了進(jìn)一步縮小搜索范圍，繼續(xù)以該水平十字搜索模板進(jìn)行搜索，在當(dāng)前像素塊周圍進(jìn)行搜索，當(dāng)發(fā)現(xiàn)像素絕對(duì)差和最小的像素塊在水平十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)時(shí)，發(fā)現(xiàn)匹配的像素塊已經(jīng)非常接近了，由于十字搜索模板本身的搜索范圍較大，因此為了確認(rèn)該像素塊是否真的是匹配塊，需要搜索范圍較小的搜索模板來進(jìn)行進(jìn)一步判斷。在當(dāng)前搜索出的像素塊附近進(jìn)行再一次搜索，直到找到為止。這樣的搜索過程，不僅可提高搜索速度，還可以提高搜索精度。
[0033]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，在采用所述第二搜索模板進(jìn)行搜索之前，還包括:
[0034]在所述第一搜索模板為所述垂直十字搜索模板時(shí)，若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述垂直十字搜索模板的垂直方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊為所述垂直十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索；若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述垂直十字搜索模板的水平方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述水平十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索。
[0035]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述水平十字搜索模板和所述垂直十字搜索模板均包含7個(gè)搜索點(diǎn)，其中，所述水平十字搜索模板在除去中心搜索點(diǎn)之后，在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布，在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布，所述垂直十字搜索模板在除去中心搜索點(diǎn)之后，在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布，在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布。
[0036]在相關(guān)技術(shù)中，十字搜索模板至少需要9個(gè)搜索點(diǎn)，而本實(shí)施例中的十字模板僅需要7個(gè)點(diǎn)，從搜索點(diǎn)數(shù)上也能夠說明本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法比以往的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法的搜索點(diǎn)數(shù)都要少。并且為了區(qū)分水平十字搜索模板和垂直十字搜索模板，在水平方向上和垂直方向上設(shè)置的搜索點(diǎn)數(shù)是不相同的，這樣也體現(xiàn)了圖像運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。如果圖像運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度較大，則增加在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)，從而加強(qiáng)在水平方向上的搜索力度，同樣，如果圖像運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度較大，則增加在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)，從而加強(qiáng)在垂直方向上的搜索力度。
[0037]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)與在水平方向上的搜索點(diǎn)和在垂直方向上的搜索點(diǎn)相隔至少兩個(gè)像素塊，所述像素塊是將所述參考幀按照預(yù)定格式進(jìn)行分割得到的像素塊。第一搜索模板的搜索范圍比第二搜索模板的搜索范圍大，除了體現(xiàn)在搜索點(diǎn)數(shù)上之外，還體現(xiàn)在搜索點(diǎn)的布局上，在考慮圖像運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)的同時(shí)，為了能夠快速得到匹配塊的大致范圍，十字搜索模板在水平方向上的搜索點(diǎn)以及在垂直方向上的搜索點(diǎn)與中心搜索點(diǎn)并不是緊挨著的，至少隔了兩個(gè)像素塊。特別是由于增加了水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)(對(duì)于水平十字搜索模板來說)，就更不需要將水平方向上的各個(gè)臨近像素塊都進(jìn)行搜索，從而提高了搜索速度，也不會(huì)減低搜索精度。
[0038]如圖3A所示，示出了一種水平十字搜索模板，中心搜索點(diǎn)為正方形，原點(diǎn)為其他搜索點(diǎn)，在水平方向上布置了 4個(gè)搜索點(diǎn)，在垂直方向上布置了 2個(gè)搜索點(diǎn)，并且均與中心搜索點(diǎn)間隔兩個(gè)像素塊。
[0039]應(yīng)理解，水平方向上還可以設(shè)置6個(gè)或8個(gè)搜索點(diǎn)，與中心搜索點(diǎn)也可以間隔3或4個(gè)像素塊，并不限于圖中所示的模板，圖中所示的模板是一種較優(yōu)的實(shí)施方式。
[0040]如圖3B所示，示出了一種垂直十字搜索模板，中心搜索點(diǎn)為正方形，原點(diǎn)為其他搜索點(diǎn)，在垂直方向上布置了 4個(gè)搜索點(diǎn)，在水平方向上布置了 2個(gè)搜索點(diǎn)，并且均與中心搜索點(diǎn)間隔兩個(gè)像素塊。
[0041 ] 應(yīng)理解，垂直方向上還可以設(shè)置6個(gè)或8個(gè)搜索點(diǎn)，與中心搜索點(diǎn)也可以間隔3或4個(gè)像素塊，并不限于圖中所示的模板，圖中所示的模板是一種較優(yōu)的實(shí)施方式。[0042]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，在所述第一搜索模板為水平十字搜索模板時(shí)，在水平方向上的4個(gè)搜索點(diǎn)分成兩組，每組搜索點(diǎn)中的兩個(gè)搜索點(diǎn)之間間隔零個(gè)像素塊；在所述第一搜索模板為垂直十字搜索模板時(shí)，在垂直方向上的4個(gè)搜索點(diǎn)分成兩組，每組搜索點(diǎn)中的兩個(gè)搜索點(diǎn)之間間隔零個(gè)像素塊。
[0043]在上述任一技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述第二搜索模板為菱形模板，若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊不在第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則以像素絕對(duì)差和最小的像素塊為該第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行搜索，直到搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在該第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，此時(shí)位于所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為匹配塊。
[0044]在上述技術(shù)方案中，優(yōu)選的，所述菱形模板包括5個(gè)搜索點(diǎn)，如圖3C所示，所述菱形模板的中心搜索點(diǎn)與在水平方向上的搜索點(diǎn)和在垂直方向上的搜索點(diǎn)之間相隔零個(gè)像素塊。由于已經(jīng)確定了匹配塊的大致范圍，因此搜索精度需要提高，所有使用了菱形模板，并且搜索點(diǎn)之間無需間隔像素塊，因?yàn)榱庑文０灞旧韮H有5個(gè)搜索點(diǎn)，如果間隔像素塊反而會(huì)影響搜索速度，難以很快查找到匹配塊。
[0045]下面結(jié)合圖4至圖進(jìn)一步說明根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法。
[0046]如圖4所示，步驟402，大多數(shù)視頻中水平方向運(yùn)動(dòng)的幅度比垂直方向運(yùn)動(dòng)的幅度要大，因此在以搜索窗口中心為起始點(diǎn)開始搜索時(shí)，首先使用水平十字搜索模板進(jìn)行搜索，對(duì)與水平十字搜索模板中的7個(gè)搜索點(diǎn)對(duì)應(yīng)的7個(gè)像素塊分別計(jì)算其SAD (像素絕對(duì)差和)值。SAD值越小，說明是塊失真度越小。
[0047]步驟404，判斷所得SAD最小的像素塊是否位于模板的中心搜索點(diǎn)，是則進(jìn)入步驟412，否則進(jìn)入步驟406。
[0048]步驟406，判斷SAD值最小的像素塊是否在水平十字搜索模板的水平方向上，如果是，則回到步驟402，選用水平模板以此點(diǎn)為中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索，否則進(jìn)入步驟408。
[0049]步驟408，如果SAD最小點(diǎn)位于水平方向上，則，如果SAD最小點(diǎn)位于垂直方向上，則選用垂直模板進(jìn)行搜索，搜索垂直十字搜索模板的7個(gè)搜索點(diǎn)。
[0050]步驟410，判斷SAD值最小的像素塊是否在垂直十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)上，如果是，則進(jìn)入步驟412，否則回到步驟406。
[0051]步驟412，以該點(diǎn)作為中心搜索點(diǎn)，采用菱形小模板進(jìn)行搜索，利用菱形模板的5個(gè)搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索。
[0052]步驟414，判斷SAD值最小的像素塊是否在菱形小模板的中心搜索點(diǎn)上，如果是，則進(jìn)入步驟416，所得到的SAD最小像素塊即為最佳匹配塊，得到運(yùn)動(dòng)矢量MV;否則，回到步驟412，選用菱形小模板以此點(diǎn)為中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索，直到SAD值最小的像素塊在菱形小模板的中心搜索點(diǎn)上，此時(shí)所得到的SAD最小像素塊即為最佳匹配塊。
[0053]本發(fā)明的雙模板十字菱形運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，在執(zhí)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)的處理過程中識(shí)別當(dāng)前像素塊的最佳運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)，根據(jù)搜索結(jié)果來選擇搜索模板，特別是增加了水平十字模板和垂直十字模板，加強(qiáng)了對(duì)水平方向和垂直方向的搜索力度，由于90%以上的運(yùn)動(dòng)發(fā)生在水平和垂直方向，因此在具有相同搜索精度的情況下采用本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，可以比其他運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法搜索更少的搜索點(diǎn)，從而具有更快的搜索速度，提高了搜索效率，能更好的支持實(shí)時(shí)性強(qiáng)的視頻編碼。[0054]接下來結(jié)合圖示來詳細(xì)說明上述運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法的搜索過程。
[0055]將圖像幀按照32X32的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，形成多個(gè)像素塊。
[0056]如圖5A所示，第一步對(duì)在參考幀中與水平十字搜索模板的7個(gè)搜索點(diǎn)對(duì)應(yīng)的像素塊進(jìn)行SAD計(jì)算(圓形中帶有數(shù)字η表示是第η步搜索，黑色圓形說明是SAD最小的像素塊在模板的中心搜索點(diǎn))，在該圖中，SAD最小的像素塊位于模板的中心搜索點(diǎn)。
[0057]如圖5Β所示,表示第一步搜索得到的SAD最小點(diǎn)位于水平模板的最右邊的點(diǎn)(+3,
O),隨即選用水平十字模板以此點(diǎn)為中心點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行搜索，即圖中用數(shù)字2表示的搜索點(diǎn)。
[0058]如圖5C所示，表示上一步中采用水平十字模板搜索得到的SAD最小的像素塊位于模板的最下點(diǎn)(0，_2)，隨即選用垂直十字模板以此點(diǎn)為中心點(diǎn)進(jìn)行搜索，即圖中用數(shù)字3表示的搜索點(diǎn)。
[0059]如圖所示，表示上一步中搜索得到的SAD最小的像素塊為模板的中心搜索點(diǎn)，隨即選用菱形小模板以此點(diǎn)為中心點(diǎn)進(jìn)行搜索，即圖中用數(shù)字4表示的搜索點(diǎn)，最后得到最佳匹配點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)矢量MV。
[0060]本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法與以往的搜索方法相比最大的改進(jìn)是搜索點(diǎn)數(shù)明顯減少，搜索速度提高，并可以根據(jù)運(yùn)動(dòng)矢量的方向隨時(shí)更換模板，并且峰值信噪比(峰值信噪比用于衡量運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償后的圖像與原圖像之間的差別)基本上沒有減少，甚至還有相應(yīng)的提高。在以往的塊匹配過程中，菱形模板一次搜索需要搜索9個(gè)點(diǎn)，十字模板也需要搜索9個(gè)點(diǎn)，而本發(fā)明的十字搜索模板只需要搜索7個(gè)點(diǎn)。
[0061]為了驗(yàn)證本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，對(duì)多個(gè)的視頻序列進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，計(jì)算機(jī)CPU為Inter (R)Pentium(R)Dual，主頻2.0OGHz,內(nèi)存2GB，在Matlab上進(jìn)行的編程。在實(shí)驗(yàn)過程中，宏塊的大小為16X16像素，搜索窗口的最大距離在水平和垂直方向上均為±7像素。
[0062]測(cè)試中用到了 4個(gè)不同的視頻序列，考慮到如今高清和超清視頻的飛速發(fā)展，測(cè)試選取了測(cè)試序列:分辨率為3840X2160的ducks_take_off.cif和crowd_run.cif,分辨率為 1280 X 720 的 Stockholm, cif 和 shields, cif。
[0063]本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法可以簡(jiǎn)稱為D⑶S，同現(xiàn)有的全搜索法FS、三步搜索法TSS、菱形搜索法DS、六邊形搜索法HEXBS在兩個(gè)方面進(jìn)行了對(duì)比:
[0064]搜索點(diǎn)數(shù)，每一幀測(cè)試序列搜索到的最小塊失真(MBD)點(diǎn)，即最佳匹配塊所需要的搜索點(diǎn)數(shù)；
[0065]峰值信噪比PSNR，用以衡量運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償后的圖像和原圖像的差別。
[0066]搜索點(diǎn)數(shù)的測(cè)試結(jié)果如下表I所示，由下表I可以看出:在所有的視頻測(cè)試序列中，DCDS所用到的搜索點(diǎn)數(shù)是所有搜索算法中最少的，具體有:
[0067]FS>TSS>DS>HEXBS>DCDS。
[0068]與DS 算法相比較，對(duì)于序列 ducks_take_off、crowd_run、Stockholm 和 shields分別能節(jié)省21%、22%、28%、25%的搜索點(diǎn)。
[0069]
【權(quán)利要求】
1.一種運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，包括: 根據(jù)視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)確定第一搜索模板； 在當(dāng)前幀的參考幀中使用所述第一搜索模板進(jìn)行匹配塊搜索； 若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在所述第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)時(shí)，則采用第二搜索模板進(jìn)行搜索； 若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則位于所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為所述匹配塊； 根據(jù)所述匹配塊確定所述當(dāng)前幀中的當(dāng)前塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述第一搜索模板的搜索范圍大于所述第二搜索模板的搜索范圍。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述視頻中圖像的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)為在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度，或者在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在垂直水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度； 當(dāng)在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度時(shí)，所述第一搜索模板為水平十字搜索模板，所述水平十字搜索模板在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)大于在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)； 當(dāng)在垂直方向上的運(yùn)動(dòng)幅度大于在水平方向上的運(yùn)動(dòng)幅度時(shí)，所述第一搜索模板為垂直十字搜索模板，所述垂直十字搜索模板在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)大于在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，在采用所述第二搜索模板進(jìn)行搜索之前，還包括: 在所述第一搜索模板為所述水平十字搜索模板時(shí)，若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述水平十字搜索模板的水平方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述水平十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索； 若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述水平十字搜索模板的垂直方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述垂直十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，在采用所述第二搜索模板進(jìn)行搜索之前，還包括: 在所述第一搜索模板為所述垂直十字搜索模板時(shí)，若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述垂直十字搜索模板的垂直方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以所述像素絕對(duì)差和最小的像素塊為所述垂直十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)繼續(xù)搜索； 若搜索出的像素絕對(duì)差和最小的像素塊是所述垂直十字搜索模板的水平方向上的一個(gè)搜索點(diǎn)，則以像素絕對(duì)差和最小的像素塊作為所述水平十字搜索模板的中心搜索點(diǎn)進(jìn)行搜索。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述水平十字搜索模板和所述垂直十字搜索模板均包含7個(gè)搜索點(diǎn)， 其中，所述水平十字搜索模板在除去中心搜索點(diǎn)之后，在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布，在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布， 所述垂直十字搜索模板在除去中心搜索點(diǎn)之后，在垂直方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為4個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布，在水平方向上的搜索點(diǎn)數(shù)為2個(gè)，并以所述中心搜索點(diǎn)為對(duì)稱中心進(jìn)行對(duì)稱分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述第一搜索模板的中心搜索點(diǎn)與在水平方向上的搜索點(diǎn)和在垂直方向上的搜索點(diǎn)相隔至少兩個(gè)像素塊，所述像素塊是將所述參考幀按照預(yù)定格式進(jìn)行分割得到的像素塊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，在所述第一搜索模板為水平十字搜索模板時(shí)，在水平方向上的4個(gè)搜索點(diǎn)分成兩組，每組搜索點(diǎn)中的兩個(gè)搜索點(diǎn)之間間隔零個(gè)像素塊； 在所述第一搜索模板為垂直十字搜索模板時(shí)，在垂直方向上的4個(gè)搜索點(diǎn)分成兩組，每組搜索點(diǎn)中的兩個(gè)搜索點(diǎn)之間間隔零個(gè)像素塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述第二搜索模板為菱形模板； 若搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊不在所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，則以像素絕對(duì)差和最小的像素塊為所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)，繼續(xù)進(jìn)行搜索，在搜索出像素絕對(duì)差和最小的像素塊在所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)時(shí)，位于所述第二搜索模板的中心搜索點(diǎn)的像素塊為所述匹配塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索方法，其特征在于，所述菱形模板包括5個(gè)搜索點(diǎn)，所述菱形模板的中心搜索點(diǎn)與在水平方向上的搜索點(diǎn)和在垂直方向上的搜索點(diǎn)之間相隔零個(gè)像素塊。
【文檔編號(hào)】H04N19/57GK103763563SQ201410001582
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年1月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月2日
【發(fā)明者】劉治, 孫彬, 張海霞, 安慧中, 朱珂, 劉衛(wèi)東 申請(qǐng)人:青島海信信芯科技有限公司