[发明专利]一种AVS-M视频编码快速亚像素运动估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号处理中的视频编码技术领域，具体涉及一种AVS-M视频编码的快速亚像素运动估计方法。所述“AVS-M”全称为“数字音视频移动多媒体国家标准”。 

背景技术

自1948年C.E.Shannon提出信源编码理论以来，人们对图像压缩编码技术进行了大量的研究。经过六十多年的研究和发展，出现了很多的技术和方法。AVS（Audio Video Coding Standard）是我国自主制定，拥有自主知识产权的音视频编解码标准，AVS-M是我国面向移动通信的视频编解码标准。 

运动估计（Motion Estimation, ME）是AVS-M视频编码的关键部分，同时也是整个编码器中计算量最大、耗时最多的部分。运动估计模块由整像素运动估计和亚像素运动估计两部分组成，随着整像素运动估计快速算法的发展，整像素的搜索点数大幅度减少，一般可降至10个点以下，导致亚像素运动估计的计算量占整个运动估计过程计算量的比重增大。因此，如何减少亚像素运动估计的计算量就成了实现实时视频编码的一个研究热点。 

目前许多学者对亚像素运动估计算法进行了大量的研究，其中典型的算法有：中心偏置亚像素搜索算法CBFPS（Center Biased Fractional Pixel Search）；基于亚像素的抛物线预测算法（Parabolic Prediction based Fractional Pixel Search, PPFPS）；亚像素自适应范围搜索算法（Adaptive Range Fractional Pixel Search, ARFPS）。这些算法在某些特征图像中取得了较好的效果，但图像内容千差万别，当像素值分布规律与前提假设不符时，算法匹配效果急剧下降。 

CBFPS算法，首先利用相邻块运动矢量的中值预测出当前块在亚像素位置的运动矢量，然后比较预测亚像素运动矢量和搜索原点的匹配误差，取匹配误差较小点作为搜索起点，利用小菱形搜索模板（SDSP）在1/4像素精度做精细搜索。与全搜索相比，算法可以减少53％的计算量，然而，对于较大尺寸块，预测的亚像素运动矢量往往不够准确，容易造成图像质量的较大下降。 

许多快速运动估计算法利用相邻块的运动矢量来预测当前块的搜索起点，以减少块匹配的搜索点数和防止陷入局部极小点。预测运动矢量包含整像素与亚像素两部分信息，如果预测运动矢量的整像素部分等于整像素运动搜索得到的最优矢量，那么预测矢量的亚像素部分很可能接近全局最优点，我们可以将预测的亚像素运动矢量作为搜索起点开始搜索。否则，不够准确的预测亚像素运动矢量会使匹配效果急剧下降，本发明针对这种情况提出一种搜索策略，在保证图像质量的同时，可有效地减少搜索点数。 

发明内容

针对我国面向移动通信的视频编解码标准AVS-M需要更高效的快速亚像素运动估计算法，为了解决现有技术中存在的不足，本发明公开一种AVS-M视频编码快速亚像素运动估计方法。该方法在保证图像质量和编码效率基本不变的同时，可有效地减少亚像素运动估计的计算量，提高编码速度。 

为达到上述目的，本发明采用如下亚像素运动估计方法。 

Step1 计算最佳整像素点的匹配误差J_MOTION，如果预测矢量的整像素部分等于整像素搜索得到的最优运动矢量，转到Step2，否则，转到Step5。 

Step2 计算MVP_closest和MVP_up-layer的J_MOTION，选择具有最小匹配误差MinJ_MOTION的点，如果MinJ_MOTION＜TH_i，转到Step6，否则，转到Step3。 

Step3 以MinJ_MOTION点为中心做一步小菱形搜索，保存最优和次优点的位置，若最优点是小菱形的中心，转到step6，否则，转到Step4。 

Step4 做新的小菱形搜索，如果最优点是新的小菱形的中心或者小菱形搜索步数达到3，转到Step6，否则，重复Step4。 

Step5做亚像素精细搜索。 

Step6 选择当前最优点的运动矢量为最终的亚数像素搜索的运动矢量，亚数像素搜索结束。