技术领域
[0001] 本
发明属于多媒体编码领域，具体涉及一种针对HEVC
视频编码标准的运动估计提前终止方法，是一种通过判断图像
块所属运动区域进行运动估计提前终止的方法。
背景技术
[0002] 随着网络技术和终端处理能
力不断提高，人们对现有视频压缩标准H.264/AVC，提出了新的要求，希望能够提供：1)高清、超高清
分辨率视频压缩，2)3D视频压缩，3)移动无线视频压缩，以满足新的家庭影院、远程监控、数字广播、移动流媒体、便携摄像和医学成像等领域的应用。为此，JCT-VC（Joint Collaborative Team on Video Coding）于2013年1月正式发布新一代视频编码标准HEVC(High Efficiency Video Coding)。
[0003] HEVC的目标是在H.264/AVC high profile的
基础上，通过采用多种先进的编码技术，使其压缩效率提高一倍，即在保证相同视频图像
质量的前提下，
视频流的码率减少50%。但是编码性能的提升是以增加计算复杂度为代价的，HEVC目前难以在实时性场合应用，因此如何在保证HEVC的编码性能的前提下，降低其编码计算复杂度并能实用化应用，成为目前一个重要的研究方向。
[0004] HEVC引入了灵活的层次型编码数据结构，包括编码单元（Coding Unit，CU）、预测单元（Prediction Unit，PU）和变换单元（Transform Unit，TU）。编码树单元（Coding Tree Unit，CTU）与H.264/AVC宏块类似，编码树单元以四叉树递归的方式划分成子
节点，四叉树中每一个节点代表一个编码单元。编码单元大小从64×64到8×8，一个编码单元在
帧间编码中支持7种分割模式，将编码单元分成若干预测单元。每个预测单元需进行运动估计过程，对于一个64×64的编码树单元共进行1105次运动估计过程。同时，HEVC在运动估计过程引入了两项新技术：1）先进运动向量预测技术(Advanced Motion Vector Prediction，AMVP),相对于现有视频编码标准H.264/AVC的运动向量预测技术增加了时域预测和
空域候选运动向量的个数，使得预测的准确度更高，但是同时运动向量预测的时间复杂度也相应提高；2）新的分数
像素插值
滤波器，
亮度分量的分数像素插值滤波器由H.264/AVC的6抽头滤波器改进为8抽头滤波器，
色度分量的分数像素插值滤波器由H.264/AVC的2抽头滤波器改进为4抽头滤波器，新的插值滤波器有效提高了编码性能，但同时计算复杂度也相应增加。HEVC的运动估计过程计算复杂度大幅度增加，因此对运动估计过程进行优化很有必要。目前利用
阈值判断提前终止运动估计过程的方法，对所有预测单元一视同仁，其代价分布没有明显规律，因此难以取到准确的阈值，导致
算法性能较差。为此，本发明对当前预测单元进行分类，使得代价分布呈现不同的规律，并采取不同的阈值提前终止运动估计过程。
[0005] 本发明首先判断当前预测单元的所属运动区域，然后对不同的区域采用自适应的阈值，提前终止运动估计过程，在保证编码性能的前提下，有效减少了运动估计过程的时间复杂度。
发明内容
[0006] 为了克服
现有技术的
缺陷，本发明提出一种基于运动区域划分的HEVC运动估计提前终止方法，该方法首先利用空域相邻预测单元的运动信息，判断当前预测单元的所属运动区域（运动一致性区域或运动非一致性区域），然后对不同类型的运动区域采用不同的提前终止策略，自适应的提前终止全部或部分运动估计过程。实验证明本方法能够在保证编码性能的前提下，有效地减少编码时间。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
[0008] 一种基于运动区域划分的HEVC运动估计提前终止方法，该方法的步骤如下：
[0009] 步骤（1）、对当前预测单元，获得其空域相邻预测单元的运动信息，并判断当前预测单元属于运动一致性区域还是运动非一致性区域；
[0010] 步骤（2）、若当前预测单元属于运动一致性区域，则计算阈值T1，并据此阈值判断是否提前终止当前预测单元的运动估计过程；
[0011] 步骤（3）、若当前预测单元属于运动非一致性区域，则计算阈值T2，并据此阈值判断是否提前终止当前预测单元的运动估计过程；
[0012] 步骤（4）、获取HEVC中先进运动向量预测技术(Advanced Motion Vector Pre-diction，AMVP)预测的运动向量MVP和运动估计过程得到的运动向量MV，若当前预测单元满足MV=MVP,则更新相关参数值。
[0013] 所述步骤（1）具体包括如下步骤：
[0014] 步骤（11）、获得当前预测单元左边已编码的预测单元A的运动向量MVA，获取方法同AMVP过程一致；
[0015] 步骤（12）、获得当前预测单元上边已编码的预测单元B的运动向量MVB，获取方法同AMVP过程一致；
[0016] 步骤（13）、若MVA＝MVB，当前预测单元被确定为运动一致性区域；否则，当前预测单元被确定为运动非一致性区域。
[0017] 所述步骤（2）具体包括如下步骤：
[0018] 步骤（21）、计算阈值T1的参数 其中SATD_AVGpreframe是前一帧中SATD_AVGcurrent的值，作为当前帧SATD_AVGcurrent初值，若前一帧为I帧，则置为0；SUM_SATDcurrent是当前帧满足MV＝MVP时，SATD归一化后的累加和，编码一帧前置为0；counter为当前帧中已出现MV＝MVP的次数，编码一帧前置为0；
[0019] 步骤（22）、计算运动一致性区域阈值T1，T1＝1.1×SATD_AVGcurrent；
[0020] 步骤（23）、如果当前预测单元MVP对应的SATD值小于T1阈值，则跳过当前预测单元的运动估计过程；否则仅跳过整像素点的运动估计过程。
[0021] 所述步骤（3）具体包括如下步骤：
[0022] 步骤（31）、同步骤（21），计算得到阈值T2的参数SATD_AVGcurrent；
[0023] 步骤（32）、计算运动非一致性区域阈值T2，T2＝0.8×SATD_AVGcurrent；
[0024] 步骤（33）、如果当前预测单元MVP对应的SATD值小于T2阈值，则跳过运动估计过程；否则进行完整的运动估计过程。
[0025] 所述步骤（4）具体包括如下步骤：
[0026] 步骤（41）、获取AMVP预测的运动向量MVP和运动估计过程得到的运动向量MV；
[0027] 步骤（42）、如果当前预测单元满足条件MV=MVP，则更新参数counter＝counter+1，其中SATD是当前预测单元在运动估计过程之后得到的SATD值，width和height分别代表当前预测单元的宽度和高度。
[0028] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0029] 1、本发明对当前预测单元进行分类，将其分为运动一致性区域和运动非一致性区域，使得不同区域的代价分布呈现不同的规律；
[0030] 2、针对运动一致性区域和运动非一致性区域不同的代价规律，采取不同的阈值提前终止运动估计过程。
附图说明
[0032] 图2为当前预测单元的空域相邻预测单元A0、A1、B0和B1；
[0033] 图3为基于运动区域划分的HEVC运动估计提前终止方法流程图。
具体实施方式
[0034] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
[0035] 为了提高HEVC视频
编码器的编码速度，满足高清视频的实时压缩编码需求，本发明提出了一种基于运动区域划分的HEVC运动估计提前终止方法。该方法首先利用空域相邻预测单元的运动信息，判断当前预测单元的所属运动区域（运动一致性区域或运动非一致性区域），然后对不同类型的运动区域设置不同的阈值，提前终止运动估计过程。下面展开具体说明。
[0036] 新一代视频编码标准HEVC的运动估计过程仍然采用H.264/AVC的三步过程，即整像素点的运动估计、1/2像素点的运动估计和1/4像素的运动估计。但是HEVC的亮度1/2像素和1/4像素采用八抽头插值系数，运算复杂度相对H.264/AVC六抽头插值系数有很大增加，严重制约了HEVC的实时应用。
[0037] 与此同时HEVC引入了先进运动向量预测技术（Advanced Motion Vector Prediction，AMVP），比H.264/AVC对运动向量的估计更加准确。表1是MVA＝MVB条件下对MVD＝0（MV＝MVP）的概率统计，表2是MVA!＝MVB条件下对MVD＝0（MV＝MVP）的概率统计。本发明充分利用AMVP预测准确性高的特点，并利用空域运动信息
加速当前预测单元的运动估计过程。
[0038] 表1 MVA＝MVB条件下MVD＝0的概率P(MV＝MVP|MVA＝MVB)
[0039]
[0040] 表2 MVA!＝MVB条件下MVD＝0的概率P(MV＝MVP|MVA!＝MVB)
[0041]
[0042] 本发明详细流程如图3所示。首先通过AMVP预测当前预测单元的MVP和计算该MVP对应的SATD值。再根据左、上两个相邻预测单元的MV信息确定当前预测单元是运动一致性区域还是运动非一致性区域。最后选择相应的阈值，判断运动估计过程是否提前终止。
[0043] 在介绍具体实施方式前，首先对本发明用到的参数进行说明。
[0044] SATD_AVGcurrent：当前帧中SATD归一化后的值；
[0045] SATD_AVGpreframe：前一帧中的SATD_AVGcurrent值，用来作为当前帧SATD_AVGcurrent的初值，保证SATD_AVGcurrent迅速收敛到一个平稳的值。若前一帧是I帧，则SATD_AVGpreframe设为0；
[0046] SUM_SATDcurrent：当前帧出现MV＝MVP时，将SATD归一化后的累加和，编码一帧前置为0；
[0047] counter：当前帧中已出现MV＝MVP的次数，编码一帧前置为0。
[0048]
权利要求步骤（1）在以下方法（1）、（2）和（3）中详细描述，权利要求步骤（2）、（3）中阈值的计算在方法（4）、（5）中详细描述，权利要求步骤（4）中参数更新在方法（6）中详细描述。
[0049] 方法描述如下：
[0050] （1）通过AMVP（Advanced Motion Vector Prediction）技术预测当前预测单元的MVP，并计算该MVP对应的SATD值。
[0051] （2）获得当前预测单元左边已编码的预测单元A的运动向量MVA，获得当前预测单元上边已编码的预测单元B的运动向量MVB。
[0052] （3）若MVA＝MVB，当前预测单元被划分为运动一致性区域；否则，当前预测单元被划分为运动非一致性区域。
[0053] （4）计算SATD_AVGcurrent值，并通过SATD_AVGcurrent来计算阈值。如果当前编码单元是运动一致性区域，则计算阈值T1作为判断依据；如果当前编码单元是运动非一致性区域，则计算阈值T2作为判断依据。
[0054] （5）如果当前预测单元是运动一致性区域，若当前预测单元最优MVP所对应的SATD值小于T1阈值，则跳过后续整个运动估计过程，包括整像素点的运动估计和分数像素点的运动估计，否则仅跳过整像素点的运动估计过程；如果预测单元是运动非一致性区域，若当前预测单元最优MVP所对应的SATD值小于T2阈值，则跳过后续整个运动估计过程，包括整像素点的运动估计和分数像素点的运动估计，否则进行完整的运动估计过程。
[0055] （6）当前预测单元的MVP与做完运动估计后得到的MV比较。若MV＝MVP，则更新SUM_SATDcurrent和counter值，否则，不进行参数更新。对于满足小于阈值T1或阈值T2的预测单元，虽然没有运动估计过程，但其MV可认为是等于MVP，所以这些预测单元也参与参数SUM_SATDcurrent和counter的更新。
[0056] 其中，步骤（4）中SATD_AVGcurrent的计算方法见公式（1）
[0057]
[0058] 通过公式（1）可以得到一个自适应变化且能够快速收敛的平稳参数SATD_AVGcurrent。再通过SATD_AVGcurrent计算出T1和T2阈值，阈值的计算采用了线性模型，如公式（2）所示。
[0059] T＝a×SATD_AVGcurrent （2）
[0060] 对于系数a的取值则需要考虑不同类型的运动区域。如表1、2所示，因为对于运动一致性区域来说，已经存在P(MV＝MVP|MVA＝MVB)＝85%的先验概率，而运动非一致性区域则没有这么高的先验概率P(MV＝MVP|MVA!＝MVB)＝52%，所以T2阈值相对于T1阈值约束更紧，即T2＜T1。因此对于T1和T2选择不同的因子a来达到这个效果，通过经验和实验表明T1的系数a取1.1，T2的系数a取0.8时整体的编码效果较好，T1和T2阈值的计算公式如（3）、（4）所示。
[0061] T1＝1.1×SATD_AVGcurrent （3）
[0062] T2＝0.8×SATD_AVGcurrent （4）
[0063] 步骤（6）中，SUM_SATDcurrent会针对不同大小的预测单元进行计算，故对SUM_SATDcurrent的计算做了归一化处理。SUM_SATDcurrent和counter的计算方法分别见公式（5）、（6）。其中公式（5）中SATD是当前预测单元在做完运动估计过程之后得到的SATD值，width和height则分别代表当前预测单元的宽度和高度。
[0064]
[0065] counter＝counter+1 （6）
[0066] 以上公开的仅为本发明的具体
实施例。根据本发明提供的技术思想，本领域的技术人员所能思及的变化，都应落入本发明的保护范围内。
