基于H．264視頻壓縮快速運動的估計算法

H.264是現(xiàn)有最重要數(shù)據(jù)壓縮編碼國際標(biāo)準(zhǔn)之一。

快速運動估計算法一直是視頻壓縮中的研究熱點。本文針對一些快速估計算法過早確定了搜索方向，容易陷入局部最小點，損失了搜索精度的情況，在原有基礎(chǔ)上，運用菱形十字搜索算法(DCS)與閾值估計相結(jié)合的方法提高了運動估計的性能。實驗結(jié)果表明，該算法可以用較小的搜索代價取得與全搜索(FS)相當(dāng)?shù)男Ч⑶以谒阉魉俣确矫鎯?yōu)于鉆石法DS)。

0 引言

H.264采用了減少視頻圖像各幀間冗余度的運動估計算法。運動估計算法傳統(tǒng)的有全搜索(FS)、三步搜索(TSS)、新三步搜索(NTSS)、四步搜索(FSS)等;常用的是鉆石搜索(DS)和非對稱十字交叉多層次六邊形格點運動搜索算法(UMHexagonS)。運動估計是整個視頻編碼中運算量最大的模塊，可占整個軟件編碼器運算量的70%以上。因此視頻系統(tǒng)中編碼器的復(fù)雜部分取決于運動估計算法體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

1 運動估計算法分析

1.1 鉆石搜索(DS)算法

DS算法即鉆石搜索算法，被MPEG-4國際標(biāo)準(zhǔn)采用并收入驗證模型VM(Verification Model)中，是MPEG-4建議采用的快速運動估計算法。 DS算法采用了兩種搜索模板，分別是有9個檢測點的大模板和有5個檢測點的小模板。搜索時先用大模板LDSP在搜索區(qū)域中心及周圍8個點處進(jìn)行匹配計算，當(dāng)最小塊誤差出現(xiàn)在中心點處時，將大模板LDSP換為SDSP，再進(jìn)行匹配計算，這時5個點中的MBD(Minimum Block Distortion)即為最優(yōu)匹配點;否則，改變中心位置，仍用LDSP重復(fù)計算。

1.2 菱形十字搜索(DCS)算法

菱形十字搜索算法(DCS)算法是在DS算法基礎(chǔ)上改進(jìn)而來，DCS的匹配模板是建立在兩種不同的搜索模板之上的，即大菱形十字型(LDCSP)和小菱形十字型(SDCSP)，如圖1所示。其中，十字型可以對應(yīng)于實際的運動的矢量分布，而交叉型則是為了加速搜索效果。

DCS算法在進(jìn)行運動估計匹配運算時，有三種可能的情況：

(1)若MBD點位于LDCSP中心位置，說明圖像是靜止的，DCS算法一步結(jié)束;

(2)若MBD點位于LDCSP小十字位置，說明圖像的運動較小，則在此基礎(chǔ)上按照SDCSP模板反復(fù)進(jìn)行交叉搜索。

(3)若MBD點位于LDCSP大十字位置，說明圖像的運動較大，則在此基礎(chǔ)上按照LDCSP模板反復(fù)進(jìn)行交叉搜索。

由此可以看出，DCS算法的優(yōu)點是，可以根據(jù)圖像的運動類型(如上述三種情況)，白適應(yīng)選擇下一步相應(yīng)的搜索模板，使搜索與圖像內(nèi)容有關(guān)(基于內(nèi)容的搜索)，從而得到較好的搜索效果;DCS算法的搜索并不一定要經(jīng)歷模板由大到小的必然過程，有時一步即可完成搜索;用DCS搜索時，十字形模板對應(yīng)于實際的運動矢量分布，交叉形模板則有準(zhǔn)確性“聚焦”特性，這從本質(zhì)上體現(xiàn)了DCS是粗定位和準(zhǔn)確定位的有效結(jié)合。