[发明专利]利用快速搜索块匹配的运动估计

说明书

对相关申请的交叉引用

本申请要求2003年7月15日提交的、序列号为60/487,458的美国临时专利申请的利益，该临时申请的全部内容在此引入作为参考。 

发明领域

本发明总地涉及视频编码器和译码器，并且具体地，是关于视频编码器和译码器中的运动估计算法。

发明背景

视频数据通常以比特流的形式被处理和传送。典型的视频压缩编码器和译码器(“编译码器”)通过形成对要编码图片的参考图片预测、并且编码当前图片和该预测间的差异，而获得它们的较大的压缩效率。预测与当前图片越相关，则压缩那个图片所需要的比特越少，由此提高了处理的效率。因此，期望形成最佳可能的参考图片预测。

在包括运动图像专家组(“MPEG”)-1、MPEG-2和MPEG-4的许多视频压缩标准中，对先前参考图片和当前图片间的运动进行估计以形成先前参考图片的运动补偿版本。先前参考图片的运动补偿版本被用作对当前图片的预测，并且只编码当前图片和该预测间的差异。

运动估计在当前的视频编码系统中发挥重要的作用，并且通常是编码器的在计算上最复杂的部分。当前的大多数视频编码标准采用了块匹配算法。逐块地估计运动量的全搜索策略是流行的运动估计方法。不幸的是，全搜索策略的复杂度非常高，尤其是对于采用多参考图片和多块类型的高级视频编码标准，诸如H.264。已经提出了几种快速搜索算法，诸如三步搜索、新三步搜索、钻石搜索、带状搜索、分级搜索、或者多分辨率(multi-resolution)搜索或者它们的组合。这些算法通过减少搜索点的数目来降低复杂度。不幸的是，它们在误差面(error surface)上趋于陷入局部最小。因此，它们的性能通常比全搜索策略要差。

大多数当前的视频编码标准采用块运动估计来减小比特率。用于视频编码的块运动估计已经被很好地研究，但对于多参考图片和多块类型选择只有很少几种算法已经被提出，诸如在H.263++以及JVT/H.264/MPEG AVC中的算法。

在H.264中，提供了各种模式用于运动补偿。每种运动补偿的宏块模式对应于一个固定尺寸的块。块可以被分割成16×16、16×8、8×16、以及8×8。8×8块可以进一步被再分割成8×4、4×8或4×4的块尺寸。因此，总计支持7种块类型。每个预测编码的m×n块的预测信号是通过位移相应的参考图片区域来得到的，其中所述参考图片区域由来自运动矢量预测器的、差分编码的平移运动矢量来指定。H.264也支持多图片运动补偿的预测。也就是，一个以上的先前编码的图片可被用作为参考以便构建预测编码块的预测信号。因此，对于运动估计，编码器必须决定应当选择哪种块类型以及哪个参考图片。这种多参考图片和多块类型选择使得运动搜索更加复杂。

当前，已经提出了全搜索(“FS”)和几种快速搜索算法用于运动搜索，诸如象三步搜索、新三步搜索、钻石搜索、带状搜索以及分级搜索。其中，通常只有全搜索得到了最佳解决方案。因此，需要的是一种用于减小全搜索算法的复杂度同时得到最佳解决方案的方法。

发明概述

通过在视频编码器和译码器中利用快速搜索块匹配的运动估计的装置和方法，致力于解决现有技术的这些和其它不足和缺点。

视频编码器被提供以编码用于图像块的视频信号数据和特定参考图片索引以预测该图像块，其中该编码器包括快速搜索块运动估计器用于提供相应于所述至少一个特定参考图片的运动矢量，该运动估计器包括一个快速搜索块匹配部分，用于执行快速搜索块匹配，同时根据该图像块象素的归一化相对于该参考图片象素的归一化的比较来排除非最佳搜索点，所述快速搜索块匹配部分具有响应于所述至少一个特定参考图片的输出。

用于编码图像块的视频信号数据的相应的方法包括：接收基本上未压缩的图像块，与至少一个特定参考图片相对应地块匹配该图像块，同时根据该图像块象素的归一化相对于该参考图片象素的归一化的比较来排除非最佳搜索点，计算相应于该图像块和该至少一个特定参考图片之间差异的运动矢量，并且与所述运动矢量相对应地对该至少一个特定参考图片进行运动补偿。本发明的这些和其它特征、特性和优点将从以下示范实施例的描述中变得清晰，示范实施例要结合附图来理解。

附图简述