[发明专利]具有跳空块模式的分层级运动估计装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频编码运动估计技术，尤其是具有跳空块模式的分层级运动估计技术。

背景技术

自MPEG视频编码标准出现以来，宏块模式判决一直是视频编码研究的重点。随着H.264视频编码标准的出现，宏块分割模式更加细化，模式判决对编码系统的执行效率和编码压缩率的影响更加凸出。

在H.264视频编码标准中，P帧和B帧的运动估计都支持跳空块模式(skip mode)，在跳空块模式下，宏块的运动矢量和残差信息都不需要编入码流，解码器可以根据运动矢量预测机制产生跳空块的运动矢量MV，并由该运动矢量MV直接从参考帧中拷贝数据作为当前宏块的解码数据。因此，相较于其他宏块模式，跳空块模式能够节省更多的编码比特数。

在H.264编码系统中，满足跳空块模式的条件为：(1)宏块模式为16x16，(2)参考帧是前一帧编码图像的重构，(3)运动矢量为(0，0)或者同运动矢量预测值PMV相同，以及(4)变换量化后的系数都是0。

通常运动估计的初始匹配点由运动矢量预测值PMV决定，如图1所示，当前待估计宏块的运动矢量预测值PMV在前一个宏块的分像素运动估计结束后才能得到，同时只有在前一个宏块的分像素运动估计结束后才能开始下一个宏块的整像素运动估计，这将导致基于宏块模式判决的运动估计在整个视频编码系统中耗时较长，特别地，随着分像素预测精度的精细化，整个运动估计流程耗时更多。

为提高流水效率，以专用ASIC架构实现的运动估计硬加速系统通常采用分层级运动估计方法，如图2所示，即对当前宏块进行分像素运动估计时，可同时启动下一个宏块的整像素运动估计，整像素运动估计的初始匹配点由改进型运动矢量预测值PMV’确定，图3所示。

如果在分层级运动估计系统中实现跳空块模式，存在如下困难：(1)若宏块模式判决处于整像素运动估计阶段，该宏块的运动矢量预测值PMV精确到分像素精度，因此无法将跳空块模式与其他宏块分割模式作比较；(2)若宏块模式判决处于分像素运动估计阶段，则可能在整像素运动估计的16x16模式下的最佳匹配点所对应的运动矢量值和该宏块的运动矢量预测值相差甚远，导致分像素运动估计时无法将跳空块模式与各宏块分割模式作比较。

发明内容

本发明旨在解决现有技术的不足，提出了一种具有跳空块模式的分层级运动估计装置，该装置可以在运动估计阶段实现跳空块模式与其他宏块分割模式比较，在保证编码系统实时性的前提下，充分发挥跳空块模式的优点，有效地提高编码系统的压缩效率。

本发明还提供了一种具有跳空块模式的分层级运动估计方法。

具有跳空块模式的分层级运动估计装置，包括整像素运动估计单元、整像素运动估计判决单元、分像素运动估计单元以及分像素运动估计判决单元：

所述整像素运动估计单元实现宏块的整像素运动估计，所述整像素运动估计单元输入待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运动矢量预测值PMV’和由参考帧数据构成的搜索窗，将改进型运动矢量预测值PMV’的整像素精度值作为待估计宏块在各宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜索窗内进行匹配，所述整像素运动估计单元输出各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值；将运动矢量预测值PMV的整像素精度值作为待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，所述整像素运动估计单元输出跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，整像素运动估计单元的输出连接整像素运动估计判决单元；

所述整像素运动估计判决单元实现宏块整像素运动估计的模式判决，所述整像素运动估计判决单元输入各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，进行下列情况中的一种：

(1)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV；

(2)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式(包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及跳空块模式下的各个运动矢量MV；

在(1)、(2)两种情况下，所述整像素运动估计判决单元输出提供给分像素运动估计单元以及分像素运动估计判决单元；