基于块匹配的运动估计算法研究和优化

论文

第3卷第 6 0期20 0 8年 1 2月

武汉理工大学学报 信息与管理程版J U N LO T F R TO& MA A E N N I E R N ) O R A FWU fN O MA I N I N G ME TE G N E I G

Vo. 0 No 6 j3 .

De .2 0 c 08

文章编号：07—14 ( 0 8 0 0 6—0 10 4 X 2 0 )6— 8 1 4

基于块匹配的运动估计算法研究和优化王会鲜， 伟谢涛郑洪江陈，, '(. 1武汉理亡大学信息工程学院，湖北武汉 4 07 2塔里木大学信息工程学院， 30 0;.新褫阿拉尔 8 30 4 30)

摘

要：了克服视频编码中运动估计运算量大的困难， H S和 MV B算法进行了深入讨论；为对 B C并利用白适

应静止块检测准则和基于运动相关性自适应的初始搜索点预测方法，实现了对 M C V B算法的优化，少了算减法的搜索点数，有效提高了搜索速度。实验表明，在保证图像质量的前提下，改进后的算法平均搜索点数比H S和 MV B算法分别下降了 4%和 2%。 B C 8 9 关键词：运动估计；匹配； S块 A D准则；起点预测中图法分类号：N 1 .3 T 9 17文献标志码： A

运动估计是视频编码器中计算量最大的一个模块，由于能够有效地减少帧问相关性，广泛用被

于各种视频编码标准中， M E如 P G一1MP G一 、 E 2、MP G一 H. 6、 2 3和 H_ 6/ V等。在 E 4、 2 1 H. 6 24A C

lI

工) t- -

整个视频压缩过程中，运动估计几乎占到总运算量的 6%~8% _ J 0 0 1。尤其是 H.6 24标准引入了多种预测块模式、多参考帧、大搜索范围和亚较像素精度后，然编码性能得到了提高，运 4 虽但动估计的运算耗时却成倍地增长，大地增加了极 H 24 A C编码器的计算量。因此，高运动估 .6/ V提

州卜 卅(偏重于水平方向 a )

() b偏重于垂直方向

图】 H S法的搜索模板 B算

遍历一次模板所搜索的总点数更少，因而运动矢量分布在搜索中心及其附近，只需进行一次模板搜索。因此， S算法比其他算法 ( D、 X HB如 S HE - B S等 )度更快。

速 12 MV B算法 . CMV B( o o etrcr lt n b sd mo o C m t nv c o e i ae t n i o rao i

计算法的速度是提高整个编码速度的关键。 笔者在对 H S算法和 M C B V B算法进行分析研究的基础上，现对 MV B算法的优化。实 C

1相关算法研究1 1 HB . S算法

et ai l rh算法是基于运动矢量相关性 sm tna oi m) i o g t H S hro B (oi n—b ssac )法是一种基于 z i erh算 a水平偏置中心分布模型的快速搜索算法，用了使两个偏向性的模板，图 1所示。在图 1 a和如 () ( ),号为 12和 3的点都是必须要搜索的 b中标、点，号为 4的点为补充点，标只有当上一步搜索的最佳匹配点为 3号点时才搜索与其相邻的一个 4号点。一

的自适应运动估计搜索算法。 该算法的具体步骤如下： () 1根据当前块的坐标判断是否处于图像帧的边沿。若当前块为帧的第一行、一列或最后第列宏块，则跳至步骤 ( )否则， 4;转至步骤 ( ) 2。

() 2根据 C值 ( T矢量相关判决阈值，o e . cr l ra tntrsod, i ehl)其取值特性如图 2所示，断当前 o h判宏块左、上和右上 3个相邻运动矢量间的相关性。 若3个矢量两两相关，则宏块为相关类型宏块，转至步骤 ( )若 3 3;个矢量不为两两相关，则宏块为

HS B算法的搜索模板模型，符合运动矢量的真实分布规律，利于快速找到最佳运动矢量，有且

收稿日期：0 8—0 20 6—1 . 2

作者简介：王会鲜( 9 0女， 18一)河南许昌人，武汉理工大学信息工程学院硕士研究生基金项目：国家自然科学基金资助项目( 0 00 8 . 4 76 5 )

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判决阈值在一定范围内做一个动态的调整。f s:3 4,l 1 T 8 P≤

ls:mn pe_A l r _A 2 0 8P T i(r S D, e S D )× .,l:2 d pd2

l8, ip _DpdA,dA ) I== (dAlr S 2r S 3× pm 3 r S, _Dp _D ne e e 0 .ls=ae g(r— D, e— D, e_A 3 T vr epe S

1 r S 2 r S D, a dA p dA p dI九— D )×s lf c r l p S 4 c e at,=4 dA a_ o P ls=m xpe_ A l r—A 2 r _A 3 F a(r S D, e S D, e S D, d pd pd￣e S r d AD4 pr d, e_ _

S D5 A )×sae atrP clf c,1=5 o() 1

图 2 C值与矢量距离的对应关系 T

独立类型宏块，跳至步骤 ( ) 4。

2 2基于运动相关性的自适应初始搜索点预测 .

( ) 3个相邻运动矢量为候选搜索中心， 3取每个中心以及其上、、和右 4个相邻点为候选下左搜索点，历候选搜索点，中，相互重叠的点遍其对仅执行一次搜索。得到的最优匹配点对应的矢量即为当前块的运动矢量。跳至步骤 ( ) 5。 ( ) HB 4用 S算法进行运动搜索得到当前宏块的运动矢量。

实际视频编码中，当前帧的视频对象里的分

块将前一帧重建的 V P里同一对象的相应位置 O作为起始搜索点。依据分块之间的空间/间相时关性，个分块周围可被采用的用于预测的分块一数为 1 4或 1~— 9块。它们在不同情况下各自的重要程度用加权的方式来体现，值能够根据权待编码视频的特性白适应变化，以反映两者重要程度的变化，:即4,

() 5搜索结束。相关实验结果表明： B H S和 MV B算法的搜 C索速度明显优于现有的几个经典算法。但 HB S

4

(。y) A×∑kp, p,o= xP ixP) ( Y/∑k+9,

算法只是一个单纯的快速模板算法， V B算法 M C在模板算法的基础上，根据相邻矢量的相关性对块的运动情况分类来进行运动估计，两种算法都没有使用其他辅助技术。因此，可以结合亚采样匹配、点预测、止块检测和提前中止等技起静

9

(+ ) 1 A×∑kp,￣ ixp) (￣y/∑

() 2

初始搜索点在当前编码块坐标系统下的坐标为：(,1 1Y ): ( 0Y )一(, )+(,y ) ,o ZZ p op 0() 3

术，对算法进一步改进，使算法的速度和性能得到进一步的提高。

权值 A为：9,

9

2优化算法2 1 AS准则 . D

A:——————

(,o一，x y/ d )∑kp,,∑ y<j ) pl 1 』=1

————￡ L一

∑kp,∑k∑k x y/ ix Y/ i￣ j￣∑ ( ) P+ (,) pp‘ 1 』 1

笔者在 MV B算法的基础上引入自适应静 C止块检测准则 ( S准则 )基于运动相关性的 AD和

() 4

式中，,为 0或 1当该块存在时为 1不存在时 kk i,,则为 0 (x,。为当前分块的初始搜索点的修；p。P ) Y正向量；p P为当前 V P内的已被预测的相 (x,Y) O

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