一種基于H.2 6 4的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法

摘要：H．264是現(xiàn)有最重要數(shù)據(jù)壓縮編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)之一。同時(shí)快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法一直是視頻壓縮中的研究熱點(diǎn)。本文針對(duì)一些快速估計(jì)算法過早確定了搜索方向，容易陷入局部最小點(diǎn)，損失了搜索精度的情況，在原有基礎(chǔ)上，運(yùn)用菱形十字搜索算法(DCS)與閾值估計(jì)相結(jié)合的方法提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法可以用較小的搜索代價(jià)取得與全搜索(FS)相當(dāng)?shù)男Ч?，并且在搜索速度方面?yōu)于鉆石法DS)。
關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)估計(jì)；H．264；視頻編碼

0 引言
H．264采用了減少視頻圖像各幀間冗余度的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。運(yùn)動(dòng)估計(jì)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(duì)稱十字交叉多層次六邊形格點(diǎn)運(yùn)動(dòng)搜索算法(UMHexagonS)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是整個(gè)視頻編碼中運(yùn)算量最大的模塊，可占整個(gè)軟件編碼器運(yùn)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(yùn)動(dòng)估計(jì)算法體系結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性。

1 運(yùn)動(dòng)估計(jì)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(guó)際標(biāo)準(zhǔn)采用并收入驗(yàn)證模型VM(Verification Model)中，是MPEG-4建議采用的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。 DS算法采用了兩種搜索模板，分別是有9個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的大模板和有5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)的小模板。搜索時(shí)先用大模板LDSP在搜索區(qū)域中心及周圍8個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行匹配計(jì)算，當(dāng)最小塊誤差出現(xiàn)在中心點(diǎn)處時(shí)，將大模板LDSP換為SDSP，再進(jìn)行匹配計(jì)算，這時(shí)5個(gè)點(diǎn)中的MBD(Minimum Block Distortion)即為最優(yōu)匹配點(diǎn)；否則，改變中心位置，仍用LDSP重復(fù)計(jì)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(duì)應(yīng)于實(shí)際的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)估計(jì)匹配運(yùn)算時(shí)，有三種可能的情況：
(1)若MBD點(diǎn)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(diǎn)位于LDCSP小十字位置，說明圖像的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)位于LDCSP大十字位置，說明圖像的運(yùn)動(dòng)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(diǎn)是，可以根據(jù)圖像的運(yùn)動(dòng)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(shí)一步即可完成搜索；用DCS搜索時(shí)，十字形模板對(duì)應(yīng)于實(shí)際的運(yùn)動(dòng)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。

2 運(yùn)動(dòng)估計(jì)的閾值確定
視頻圖像的運(yùn)動(dòng)矢量大部分為零矢量或運(yùn)動(dòng)很小的矢量。運(yùn)動(dòng)矢量為零的塊稱為靜止塊；運(yùn)動(dòng)矢量很小的塊(以搜索窗口中心為圓心，兩像素為半徑的圓內(nèi))稱為準(zhǔn)靜止塊：而其他的稱為運(yùn)動(dòng)塊。如果有超過80％運(yùn)動(dòng)矢量很小的塊可被看作靜止或準(zhǔn)靜止塊。因此，可設(shè)一個(gè)閥值T，當(dāng)運(yùn)動(dòng)矢量的值小于T時(shí)，可用SDCSP搜索法直接進(jìn)行精確定位，找出最優(yōu)點(diǎn)；當(dāng)運(yùn)動(dòng)矢量的值大于T時(shí)，可用LDCSP搜索算法找出最優(yōu)點(diǎn)。