[发明专利]一种基于码率控制的帧间图像运动估计方法与系统

说明书

本发明公开了一种基于码率控制的帧间图像运动估计方法，涉及图像处理技术领域，主要包括步骤：基于时空域上的运动相关性，获取当前编码块的运动矢量候选列表；基于率失真代价函数筛选运动矢量候选列表中代价最小的运动矢量候选作为预测运动矢量；以预测运动矢量为中心进行运动搜索，并计算运动搜索过程中所获得编码块的率失真代价；在当前运动搜索所获得编码块所对应的码率超过阈值后，筛选当前率失真代价最小的编码块进行运动矢量获取。本发明通过率失真函数的运用，进行最优运动搜索中心的判定，并基于运动中心进行第次向外的运动搜索，减少传统技术中无序搜索所带来的无效计算量，同时，避免以有限点进行区域搜索可能导致的局部最小值陷入。

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，具体涉及一种基于码率控制的帧间图像运动估计方法与系统。

背景技术

目前，高分辨率（4K×4K，8K×8K）的视频应用非常广泛，更重要的是，随着互联网的飞速发展，催生了各种不同的视频应用。而随着视频应用需求的提高，目前的视频编码技术面临着很大的挑战。联合视频编码组(Joint Collaborative Team on Video Coding，JCT-VC)在2013年发布了一种高效率视频压缩标准H.265/HEVC。H.265/HEVC采用混合编码技术，与H.264/AVC相比，它的编码块大小从16×16增加到64×64，平均编码压缩率也提高了55%-87%，但是其编码的复杂度也随之提高。在视频编码中，连续帧图像间的帧间预测主要目的在于去除图像之间的时间相关性。H.265/HEVC中帧间预测编码算法是通过将已编码的图像作为当前图像的参考图像，通过运动估计来获得当前图像的各个块在参考图像中的运动信息。那么在此基础上，如何在运动搜索的过程中更好更快的获取所要的运动信息，进而获取当前编码块的运动矢量，就是本发明所要解决的技术问题。

发明内容

为了更好的对帧间图像进行运动估计，提高效率的同时保证数据压缩还原后的完整度，本发明提出了一种基于码率控制的帧间图像运动估计方法，包括步骤：

S1：基于时空域上的运动相关性，获取当前编码块的运动矢量候选列表；

S2：基于率失真代价函数筛选运动矢量候选列表中代价最小的运动矢量候选作为预测运动矢量；

S3：以预测运动矢量为中心进行运动搜索，并计算运动搜索过程中所获得编码块的率失真代价；

S4：判断当前运动搜索所获得编码块的运动矢量和预测运动矢量的差值所对应的码率是否超过阈值，若否，继续进行运动搜索，若是，筛选当前率失真代价最小的编码块进行运动矢量获取。

进一步地，所述时空域上的运动相关性，包括时域和空域上当前编码块的运动方向特性。

进一步地，所述运动矢量候选列表包括预设个数的运动矢量候选，当运动矢量候选不足预设个数时，以零矢量填充运动矢量候选列表。

进一步地，所述率失真代价函数可表示为如下公式：

式中，D(SAD)为当前编码块与当前运动搜索所获得编码块之间的像素值残差，F_t(i，j)为t时刻当前编码块的像素值，F_t-1(i，j)为t时刻当前运动搜索所获得编码块的像素值，(i，j)为当前编码块的坐标，m*n为当前帧间图像的尺寸大小，为当前运动搜索所获得编码块的运动矢量，为预测运动矢量，为运动向量差值，J_cost为率失真代价，为的码率，λ为拉格朗日乘子。

进一步地，所述当前运动搜索所获得编码块的运动矢量和预测运动矢量的差值所对应的码率是否超过阈值可表示为如下公式：

式中，e为自然常数，β为阈值。

本发明还提出了一种基于码率控制的帧间图像运动估计系统，包括：