技术领域
[0001] 本
发明涉及
视频编码相关技术领域，尤其是指一种HEVC中P、B帧快速运动估计方法。
背景技术
[0002] HEVC作为目前最新一代的视频编码标准，比H264压缩效率提升了一倍。HEVC提出了编码单元(Coding Unit，CU)和预测单元(Prediction Unit，PU)的编码
框架。编码单元CU可从最大的64x64到最小的8x8，而且编码单元CU可以采用四叉树递归划分成四个子编码单元CU，编码单元CU内又可以分割成不同的预测单元(PU)。HEVC的预测单元包括帧间预测单元(Merge&Skip_2Nx2N，Inter_2Nx2N，Inter_2NxN，Inter_Nx2N，Inter_2NxnU，Inter_2NxnD，Inter_nLx2N，Inter_nRx2N等)和
帧内预测单(Intra_2Nx2N，Intra_NxN等)。I帧只能采用帧内预测单元，P、B帧则可以采用所有预测单元。可以看到，HEVC的编码
块相比H264更灵活，块的种类更多，
编码器可以根据实际场景选择压缩效率最高的编码单元和预测单元，提高压缩效率。
[0003] HEVC采用率失真优化(RDO)来选择最好的编码单元和预测单元。所谓率失真优化即根据编码失真和编码比特数计算编码代价J，公式表示为J＝D+lambda*R，其中D为编码失真，R为编码比特数，lambda是拉格朗日系数，与QP相关(QP指的是编码当中的量化参数)。编码代价越小，压缩率越高。HEVC的参考
软件HM中编码单元的选择过程如下：先计算当前CU的编码代价J_UnSplit，然后将当前CU递归划成四个子CU，分别计算四个子CU的最小编码代价，将四个子CU的最小编码代价累加得到当前CU采用划分方式的编码代价J_Split。如果J_UnSplit小于等于J_Split，则当前CU采用非划分方式编码，反之，当前CU采用划分方式编码。在编码单元内部要进行预测单元的选择，其中帧间预测单元的选择过程如下：给定一种帧间预测单元后，首先进行运动估计(Merge&Skip_2Nx2N不需要运动估计)和
运动补偿得到预测图像，然后将原始图像与预测图像的差值图像进行变化量化，反量化反变换得到重建图像，计算编码失真和编码比特数及预测单元的编码代价，最后与当前CU的其他预测单元的编码代价进行比较，选择最优的预测单元。
[0004] 视频编码中的运动估计是对当前块在参考帧中寻找最优匹配块。当前块与参考帧中的匹配块的位移称为
运动矢量(Motion Vector，MV)。运动估计过程一般包括整
像素搜索和分像素搜索，其中HEVC分像素搜索
精度可以达到1/4像素。整像素搜索中，MV的X、Y分量都是相邻整像素点距离的倍数，通过计算预测块与当前块的SADCost判决预测效果，SADCost＝SAD+mv_bits*motion_lambda(其中：SAD(Sum of Absolute Difference)是指绝对误差和，mv_bits指的是编码MV的比特数，motion_lambda是拉格朗日系数)。HM中整像素搜索方法包括全局搜索和TZ快速搜索两种方法：全局搜索对搜索范围内所有候选块进行匹配，找到最优块。这种方法搜索效果最好，计算量最大。而TZ快速搜索方法可以大大减少搜索的MV个数，节省计算量；分像素搜索又包含了半像素搜索和四分之一像素搜索，分像素搜索中MV的X、Y分量的精度为两个相邻整像素点距离的1/4，通过计算预测块与当前块的SATDCost来判决预测效果，SATDCost＝SATD+mv_bits*motion_lambda(其中：SATD(Sum of Absolute Transformed Difference)是指哈达玛变换后的绝对值之和，mv_bits指的是编码MV的比特数，motion_lambda是拉格朗日系数)。需要注意的是分像素搜索中预测图像是对整像素图像采用插值滤波
算法计算得到，HEVC中使用8抽头
滤波器计算半像素预测图像，7抽头滤波器计算四分之一像素预测图像，由此可见插值滤波算法计算量很大。根据SATD的计算公式可以看到，大块的SATD值是由小块的SATD值累加得到的。
发明内容
[0005] 本发明是为了克服
现有技术中存在上述的不足，提供了一种降低了运动估计的复杂度同时保证压缩效率没有损失的HEVC中P、B帧快速运动估计方法。
[0006] 为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
[0007] 一种HEVC中P、B帧快速运动估计方法，当前的编码单元CU采用四叉树递归划分成四个一级子编码单元CU，一级子编码单元CU同样采用四叉树递归划分成四个二级子编码单元CU，以此类推，具体包括如下步骤：
[0008] (1)在当前编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N编码过程中，给定候选运动矢量MV，插值滤波获取预测图像后，计算该运动矢量MV的SATD值；
[0009] (2)以此同时，为当前编码单元CU的每个一级子编码单元CU建立一个已搜运动矢量MV队列，用于记录下运动矢量MV及对应的一级子编码单元CU的SATD值；
[0010] (3)在当前编码单元CU的其他帧间预测单元的分像素搜索过程中，对每一个搜索运动矢量MV，先判断该运动矢量MV是否存在于当前编码单元CU和一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中：如果存在，则利用记录下来的SATD值得到该运动矢量MV的SATD值；如果不存在，则需要为该运动矢量MV插值滤波生成预测图像，然后计算运动矢量MV的SATD值；
[0011] (4)当前编码单元CU编码结束，进行一级子编码单元CU的编码，其他几级子编码单元的编码方法与一级子编码单元CU的编码方法相同；一级子编码单元CU的编码方法如下：
[0012] (a)在一级子编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N编码过程中，获取候选运动矢量MV后，首先从该一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中检索候选运动矢量MV，如果存在，直接获取SATD值；如果不存在，则进行运动补偿得到预测图像，然后计算SATD值；
[0013] (b)在一级子编码单元CU的其他帧间预测单元分像素搜索过程中，运动估计方法与步骤(3)相同。
[0014] 在HEVC参考软件HM中，编码代价的计算是从大编码单元CU到小编码单元CU逐级递归，因此运动估计也是先在大编码单元CU上进行，然后在四个子编码单元CU上进行，而且HM中大编码单元CU的运动估计和子编码单元CU的运动估计过程是相互独立没有关系的。但事实上由于子编码单元CU与大编码单元CU是被包含关系，大编码单元CU的运动搜索路径可能与子编码单元CU的运动搜索路径存在部分重合，因此编码单元CU运动估计的中间计算结果有可能给子编码单元CU使用。通过实验统计发现：(1)、子编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N模式的候选运动矢量MV有较大概率与当前编码单元CU相同；(2)、子编码单元CU运动估计中搜到的分像素运动矢量MV有一定概率与当前编码单元CU运动估计搜索过的运动矢量MV相同；(3)、当前编码单元CU运动估计搜到的运动矢量MV有可能被包含在Merge&Skip_2Nx2N的候选运动矢量MV中。根据本方法的操作，利用大块的运动估计结果
加速子块的运动估计过程，可以减少一部分分像素插值滤波计算和SATD值计算，降低了运动估计的复杂度，同时可以保证压缩效率没有损失，因此可以应用到实际的HEVC编码器的优化中。将本方法应用到HEVC的参考软件HM中，对于LowDelay和RandomAccess的配置，编码时间节省10％以上，而且编码
质量没有损失。
[0015] 作为优选，在步骤(1)中，所述Merge&Skip_2Nx2N选取相邻编码单元的运动矢量MV作为当前编码单元CU的候选运动矢量MV，从候选运动矢量MV中选出最优。
[0016] 作为优选，在步骤(1)中，计算该运动矢量MV的SATD值是通过分别计算四个一级子编码单元CU的SATD值最后求和得到的，四个一级子编码单元CU的SATD值分别为SATD_subcu0、SATD_subcu1、SATD_subcu2和SATD_subcu3，求和公式表达为SATD＝SATD_subcu0+SATD_subcu1+SATD_subcu2+SATD_subcu3。
[0017] 作为优选，在步骤(3)中，如果不存在，则需要为该运动矢量MV插值滤波生成预测图像，然后计算运动矢量MV的SATD值，而该SATD值是分别计算四个一级子编码单元CU的SATD值然后求和的结果，同时运动矢量MV及对应的一级子编码单元CU的SATD值追加到一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列末尾。
[0018] 作为优选，在步骤(4)的步骤(a)中，如果不存在，则进行运动补偿得到预测图像，然后计算SATD值，而该SATD值是分别计算一级子编码单元CU的四个二级子编码单元CU的SATD值求和得到，同时为一级子编码单元CU的二级子编码单元CU记录运动矢量MV和对应的SATD值追加到二级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列末尾。
[0019] 本发明的有益效果是：利用大块的运动估计结果加速子块的运动估计过程，可以减少一部分分像素插值滤波计算和SATD值计算，降低了运动估计的复杂度，同时可以保证压缩效率没有损失，因此可以应用到实际的HEVC编码器的优化中，编码时间节省10％以上，而且编码质量没有损失。
具体实施方式
[0020] 下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。
[0021] 一种HEVC中P、B帧快速运动估计方法，当前的编码单元CU采用四叉树递归划分成四个一级子编码单元CU，一级子编码单元CU同样采用四叉树递归划分成四个二级子编码单元CU，以此类推，具体包括如下步骤：
[0022] (1)在当前编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N编码过程中，给定候选运动矢量MV，插值滤波获取预测图像后，计算该运动矢量MV的SATD值；所述Merge&Skip_2Nx2N选取相邻编码单元的运动矢量MV作为当前编码单元CU的候选运动矢量MV，从候选运动矢量MV中选出最优；计算该运动矢量MV的SATD值是通过分别计算四个一级子编码单元CU的SATD值最后求和得到的，四个一级子编码单元CU的SATD值分别为SATD_subcu0、SATD_subcu1、SATD_subcu2和SATD_subcu3，求和公式表达为SATD＝SATD_subcu0+SATD_subcu1+SATD_subcu2+SATD_subcu3；
[0023] (2)以此同时，为当前编码单元CU的每个一级子编码单元CU建立一个已搜运动矢量MV队列，用于记录下运动矢量MV及对应的一级子编码单元CU的SATD值；
[0024] (3)在当前编码单元CU的其他帧间预测单元的分像素搜索过程中，对每一个搜索运动矢量MV，先判断该运动矢量MV是否存在于当前编码单元CU和一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中：如果存在，则利用记录下来的SATD值得到该运动矢量MV的SATD值；如果不存在，则需要为该运动矢量MV插值滤波生成预测图像，然后计算运动矢量MV的SATD值，而该SATD值是分别计算四个一级子编码单元CU的SATD值然后求和的结果，同时运动矢量MV及对应的一级子编码单元CU的SATD值追加到一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列末尾；
[0025] (4)当前编码单元CU编码结束，进行一级子编码单元CU的编码，其他几级子编码单元的编码方法与一级子编码单元CU的编码方法相同；一级子编码单元CU的编码方法如下：
[0026] (a)在一级子编码单元CU的Merge&Skip_2Nx2N编码过程中，获取候选运动矢量MV后，首先从该一级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中检索候选运动矢量MV，如果存在，直接获取SATD值；如果不存在，则进行运动补偿得到预测图像，然后计算SATD值，而该SATD值是分别计算一级子编码单元CU的四个二级子编码单元CU的SATD值求和得到，同时为一级子编码单元CU的二级子编码单元CU记录运动矢量MV和对应的SATD值追加到二级子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列末尾；
[0027] (b)在一级子编码单元CU的其他帧间预测单元分像素搜索过程中，运动估计方法与步骤(3)相同。
[0028] 实例：
[0029] 对64x64编码单元CU进行Merge&Skip_2Nx2N编码，为4个32x32建立已搜运动矢量MV队列，在候选运动矢量MV运动补偿得到预测图像后，计算四个32x32子块的SATD值，在32x32的已搜运动矢量MV队列中记录运动矢量MV及对应的SATD值。然后对64x64进行Inter_
2Nx2N编码，在分像素搜索计算运动矢量MV的SATDCost过程中，先从子块已搜运动矢量MV队列中查找该运动矢量MV，如果找到，则直接获取SATD值进行累加；如果没找到，则需要运动补偿，计算SATD值，而这里的SATD值也是计算四个32x32子块的SATD值然后累加，同时需要将该运动矢量MV及SATD值保存到四个32x32块的已搜运动矢量MV队列中。后续的Inter_Nx2N和Inter_2NxN的操作与Inter_2Nx2N一致。
[0030] 对32x32编码单元CU进行Merge&Skip_2Nx2N编码，从32x32编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中查找候选运动矢量MV，如果找到，则直接得到SATD值，如果没找到，则需要为该候选运动矢量MV进行运动补偿和计算SATD值，SATD值通过计算4个16x16块的SATD值累加得到，同时运动矢量MV和SATD值要保存到16x16编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中。然后对32x32编码单元CU进行Inter_2Nx2N编码，在分像素搜索计算运动矢量MV的SATDCost过程中，先从32x32编码单元CU的已搜运动矢量MV队列及16x16子编码单元CU的已搜运动矢量MV队列中查找运动矢量MV，如果找到，则直接获取到SATD值，计算SATDCost；如果没找到，需要为该运动矢量MV进行运动补偿，计算SATD值，SATD值通过计算4个16x16块的SATD值累加得到，同时将运动矢量MV和SATD值保存到16x16块的已搜运动矢量MV队列中。后续的Inter_Nx2N和Inter_2NxN的操作与Inter_2Nx2N一致。对8x8、16x16的编码与32x32的编码过程是一致的。
