[发明专利]一种帧级运动矢量精度比特分配的优化方法

说明书

本发明属于视频编解码技术领域，涉及一种帧级运动矢量精度比特分配的优化方法。本发明通过统计序列中三个运动矢量差值精度的使用频率，自适应地调整比特分配，减少传输运动矢量所需比特数，进一步提高了编码性能。特别地，本发明在4K序列等超清序列上有更大的编码性能增益，符合视频超高清发展趋势。

技术领域

本发明属于视频编解码技术领域，涉及一种基于帧级运动矢量精度比特分配的优化方法。

背景技术

在现有的视频框架中，使用帧间预测技术消除视频中的时域冗余，目前普遍采用基于块匹配的运动估计算法，即在已编码重建帧中为当前编码块寻找一个最佳匹配块作为参考，参考块与当前编码块之间的位移称为运动矢量(Motion Vector,MV),当前编码块与参考块之间的差值称为预测残差，编码器只需要将运动矢量和预测残差传输至解码端，即可在解码端恢复出编码块的像素值。运动矢量精度在运动估计和运动补偿中起着关键作用，但是帧与帧之间运动并不只是整数，使用简单的整像素运动矢量精度难以满足物体运动的多样性，运动矢量精度自适应分配使得运动估计更加准确，编码运动矢量所需要的比特数下降。

在最早的视频编码标准H.261中，整数像素运动矢量精度用于运动补偿，其中预测仅在全像素位置执行。在该方法下，尽管时域冗余已经减小到一定程度，但帧与帧之间的位移可能并不总是位于整数像素位置，所以时域冗余相关技术有待进一步提高。鉴于此，在MPEG-2和H.263中引入了1/2像素运动矢量精度，这显著提高了编码效率。随后，自H.264/AVC采用1/4-pel运动矢量精度并保留在最新的H.265/HEVC中。

在H.265/HEVC的开发过程中，还研究了1/8像素运动矢量精度。然而，由于额外的计算复杂性和有限的性能改进，它最终没有被采用。虽然具有高精度的运动矢量可以预测的更加准确，但它们需要更多的比特来编码表示更高精度的运动矢量。

自适应运动矢量精度技术在过去十年中已成为一个活跃的研究课题。J.Ribas-Corbera等人也曾提出过一种块级自适应运动矢量精度方案，运动矢量精度的选择基于率失真优化(RDO)，编码器将选择运动矢量精度的索引传输至解码端。但是引入的比特开销限制了该方法的潜在增益。在最新的视频编码标准H.266/VVC的探索过程中，Qualcomm提出了局部自适应运动矢量精度的方案，即运动矢量残差分辨率能够以1/4，整数或4倍亮度为单位编码，但是该方法中运动矢量残差分辨率是在CU级控制，即对于每一个CU都需要传输一个flag来表示所使用的运动矢量精度，这将带来极大的比特开销。因此，比特消耗与编码效益之间的平衡问题成为进一步的研究重点，在保证良好编码效益的同时控制比特消耗，从而使编码性能更优。

发明内容

为了改善现有帧级运动矢量精度自适应分配方法中，对每个CU都需要传输一个flag表征所采用的运动矢量精度所带来的巨大比特开销的缺点，进一步提升编码性能，本发明拟对CU级flag所占用的比特进行自适应分配，降低比特开销。

本发明的一种帧级运动矢量精度比特分配的优化方法具体步骤如下：

S1、在编码端统计序列中每一帧中使用的1/4像素运动矢量精度信息，1像素运动矢量精度信息，4像素运动矢量精度信息，分别用Encoder_SUM_i(1/4)，Encoder_SUM_i(1)，Encoder_SUM_i(4)来表示，其中i表示第i帧。如表1所示，在编解码器中，使用一个可变长的flag来传输运动矢量精度，其中1/4像素精度用1比特的flag来传输，1像素精度和4像素精度使用2比特的flag来传输。

表1

S2、根据步骤S1中统计的编码端每帧中使用的运动矢量精度信息，对下一帧中传输该运动矢量差值精度精度信息的flag所占用的比特重新进行分配。

具体步骤如下：