[发明专利]一种HEVC整像素运动估计方法及装置

说明书

本申请公开了一种HEVC整像素运动估计方法。采用基本搜索单元BSU，包含三组相对应的可配置的参数。采用一个BSU或多个BSU的组合，并且为每个BSU配置参数，以执行整个HEVC整像素运动估计方法。判断粗粒度搜索范围是否完全覆盖了运动追踪搜索范围。如果是，只执行粗粒度搜索，后续执行细粒度搜索。如果否，同时执行粗粒度搜索和执行运动追踪的粗粒度搜索，后续同时执行细粒度搜索和运动追踪的细粒度搜索。得到当前LCU内部所有PU的最终的最优整像素运动矢量。本申请方便生成或更换各种复杂的整像素运动估计方法，并且适合于硬件实现，对运动场景中剧烈运动物体和加速运动物体的追踪效果好。

技术领域

本申请涉及一种高清数字视频编码方法，具体为一种适合于硬件实现的HEVC整像素运动估计方法。

背景技术

HEVC（High Efficiency Video Coding，高效率视频编码）又称H.265，是新一代的视频编码标准。运动估计（Motion Estimation）是HEVC视频编码算法的核心技术之一，包含整像素（integer，也称整数像素）运动估计（IME）和子像素（fractional，也称分像素、分数像素）运动估计（FME），其作用是消除视频信号的时域信息冗余，从而提高编码效率。

在HEVC中，编码的基本单元是CU（Coding Unit，编码单元）。CU可以为64像素×64像素、32像素×32像素、16像素×16像素、8像素×8像素的块，其中64像素×64像素的块又称为LCU（Largest Coding Unit，最大编码单元）。一个LCU在进行编码时，或者直接以LCU进行，或者划分为比LCU更小的CU块进行；划分后的CU块还可以进一步划分为更小的CU块。从LCU到实际进行编码的CU块的划分层数就称为CU层（depth）。运动估计是编码的一个环节，运动估计的基本单元是PU（Prediction Unit，预测单元）。在进行运动估计时，PU或者等于CU的大小，或者将一个CU划分为两个PU，决定是否划分的依据是率失真代价（RateDistortion Cost，RD Cost）是否更小。

请参阅图1，运动估计是在已编码的视频帧（称为参考帧）中，为当前编码帧中的当前PU块搜索最优匹配块，使得率失真代价最小。参考帧中的最优匹配块与当前编码帧中的当前PU块的相对偏移即为当前PU块的最优运动矢量（Motion Vector，MV）。对于整像素运动估计来说，运动矢量是指整像素运动矢量。

为了提高HEVC的编码速度，使用专用集成电路（ASIC）对HEVC编码过程进行硬件加速成为业界的通用做法。在HEVC的各个算法模块中，运动估计模块的运算量占整个HEVC编码器运算量的70%以上，而整像素运动估计又占整个运动估计模块运算量的80%以上，成为HEVC编码速度提升的瓶颈。目前已经有多种HEVC整像素运动估计的经典算法，比如全搜索算法（Full Search）、钻石型搜索算法（Diamond Search）、六边形搜索算法（HexagonSearch）、HM（HEVC Test Model，HEVC参考软件）中采用的TZ搜索（TZ Search算法）等。这些算法或者存在计算量较大的缺点，或者不利于硬件实现。因此，有必要针对专用集成电路的特点，设计一种适合于硬件实现的HEVC整像素运动估计方法。

现有的适合于硬件实现的整像素运动估计方法中，可以捕捉的运动矢量范围一般是以搜索中心点为中心的一个有限的范围。如果整像素运动估计方法采用粗粒度搜索和细粒度搜索相结合的方式来实现，则可以捕捉的运动矢量范围由粗粒度搜索范围加上细粒度搜索范围来决定。例如，粗粒度搜索范围为[+/-96, +/-96]，分别表示水平搜索半径和垂直搜索半径，细粒度搜索范围为[+/-3, +/-3]，那么可以捕捉的运动矢量范围是[+/-99, +/-99]。由于细粒度搜索范围远小于粗粒度搜索范围，因此可以捕捉的运动矢量范围主要由粗粒度搜索范围决定。对于剧烈运动的场景，当运动物体超出了粗粒度搜索范围，就完全没有能力捕捉到最匹配的运动矢量。