專利名稱：基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種應(yīng)用于視頻編解碼的宏塊分割方法，具體的是在運(yùn)動(dòng)估計(jì)中基于內(nèi)邊緣信息進(jìn)行快速分割。
背景技術(shù)：
目前電子行業(yè)中的視頻編解碼標(biāo)準(zhǔn)，如ITU的H.261，H.263，H.264及MPEG組織的MPEG-1，MPEG-2，MPEG-4等標(biāo)準(zhǔn)都是采取以宏塊為單位。所謂的宏塊就是任意一幀圖像被分成的具有一定容量的像素塊。對(duì)于這些宏塊，又可進(jìn)一步地分割成若干個(gè)子塊。
目前在數(shù)字視頻壓縮技術(shù)中，最常用的運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是基于塊的方法?，F(xiàn)有的算法多是針對(duì)16×16的宏塊或其子塊根據(jù)某種匹配準(zhǔn)則和搜索算法在參考區(qū)域內(nèi)進(jìn)行匹配運(yùn)算，以找到最佳匹配塊并獲得運(yùn)動(dòng)向量和像素殘差值。如附圖1所示的是一種比較常用的針對(duì)亮度宏塊的7類分割塊，最小的分塊為4×4。越小的分塊越能保證良好的顯示精度，但相應(yīng)地也需較大的運(yùn)算量。
選擇何種適合的宏塊分割方法，不僅直接影響到整個(gè)解碼的運(yùn)算速度，同時(shí)也一定程度上決定了解碼后的視頻質(zhì)量。現(xiàn)有選擇宏塊分割的方法，是對(duì)同一宏塊運(yùn)用多種分割方式，直至比較優(yōu)選出最佳的分割方法。這類現(xiàn)有分割方法的運(yùn)算速度較慢，且未基于當(dāng)前幀圖像的特點(diǎn)。另外，其他一些方法雖針對(duì)了物體運(yùn)動(dòng)等特征，但同時(shí)還是有著較高的算法復(fù)雜度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所述基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，其目的在于解決上述問題和不足而針對(duì)幀間圖像的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，利用人眼對(duì)物體邊緣信息比較敏感這一特性，提出一種針對(duì)物體邊緣信息的快速確定宏塊的分割方法，可以有效提高運(yùn)算速度、降低復(fù)雜程度。
所述基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，所應(yīng)用的宏塊包括有16×16，8×16，16×8，8×8，8×4，4×8，4×4，這7種類型的子塊。
所述選擇分割方法的步驟如下，即第一步，進(jìn)行針對(duì)宏塊的預(yù)分割。
所述的預(yù)分割，是根據(jù)宏塊中是否含有邊緣信息來劃分。預(yù)分割得到的不含有邊緣信息的塊，即4×4，4×8，8×4這三類塊，將不再繼續(xù)進(jìn)行分割，確立為最終分割子塊。
通過預(yù)分割得到的含有邊緣信息的塊，繼續(xù)下步處理。
第二步，將可再分割的、即含有邊緣信息的塊，即16×16，8×16，16×8，8×8這四類塊，進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
包括邊緣像素點(diǎn)預(yù)判，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD不小于預(yù)設(shè)閾值的塊進(jìn)行下一級(jí)的分割。
若不能再分割，將確定為最終分割子塊；若還可分割，對(duì)此塊再進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，重復(fù)上面的步驟，直至完成整個(gè)宏塊的分割。
上述方法第一步中所述的預(yù)分割，分為以下的步驟進(jìn)行(1)、將當(dāng)前幀進(jìn)行16×16的像素宏塊劃分。
(2)、將宏塊進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD與設(shè)定的閾值t進(jìn)行比較，將小于閾值t的宏塊確定為不需進(jìn)一步劃分的宏塊位置。
(3)、對(duì)于不滿足上一步驟條件的宏塊做邊緣信息提取。
按照邊緣信息的分布情況，以確定是做0級(jí)、1級(jí)還是2級(jí)的分割。其中，0級(jí)為該宏塊不含有邊緣信息，1級(jí)為宏塊從中間均分后的任意一邊含有邊緣信息，2級(jí)為宏塊從中間均分后的兩邊均含有邊緣信息。
上述預(yù)分割處理的目的，在于將邊緣信息較多的部分和邊緣信息較少的部分進(jìn)行分離，以便將含有邊緣信息較多的塊再繼續(xù)進(jìn)行分割。
實(shí)際上，邊緣信息的分布情況由含有邊緣信息的像素點(diǎn)的個(gè)數(shù)決定。所設(shè)定的閾值t，對(duì)含有邊緣像素點(diǎn)較少的塊判定為非邊緣信息塊，將不再做進(jìn)一步的分割。
將含邊緣信息較多的塊進(jìn)行下一步分割。若分割成的兩塊都含有邊緣信息，則停止分割；依此類推，直至完成整個(gè)宏塊的預(yù)分割，以劃分所有邊緣信息塊和非邊緣信息塊。
進(jìn)行預(yù)分割突出了邊緣塊的處理，淡化了非邊緣塊的處理。因?yàn)槿搜鄹鼤?huì)注意細(xì)節(jié)信息，預(yù)分割只是針對(duì)邊緣信息進(jìn)行，且并沒有進(jìn)行搜索匹配，邊緣信息的計(jì)算并不十分復(fù)雜，所以預(yù)分割部分的運(yùn)算量并不是很大，速度是比較快的。
應(yīng)用上述邊緣信息提取的算法目前有多種選擇，比如sobel算子，roberts算子，拉普拉斯，prewitt算子、小波變換等。
本發(fā)明的目的在于提高運(yùn)算速度，因而對(duì)于算法優(yōu)先選擇prewitt算子和sobel算子。
上述方法第二步中對(duì)于邊緣信息塊的試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，其步驟是確定塊中含邊緣信息像素點(diǎn)的位置和個(gè)數(shù)，提取參考幀中搜索塊中同位置像素點(diǎn)，求這些像素值的殘差絕對(duì)值之和SAD1，與設(shè)定的閾值T1比較。
若能證明此參考?jí)K含有當(dāng)前塊邊緣信息，再對(duì)整個(gè)塊求SAD，再與設(shè)定的閾值T2比較，如果不含有邊緣信息將舍棄此塊，并對(duì)下一塊進(jìn)行搜索匹配。
根據(jù)邊緣信息預(yù)判的方法，不僅能更好的反映邊緣信息，且在搜索的過程中減少了運(yùn)算，能夠加快整個(gè)運(yùn)動(dòng)估計(jì)的速度。
對(duì)于SAD和SAD1閾值的確定都是以單個(gè)殘差值閾值與像素個(gè)數(shù)乘積確定的，所以對(duì)于子塊的大小是自適應(yīng)的，對(duì)于邊緣塊判定的閾值也是根據(jù)塊的大小不同來規(guī)定的。
綜上所述，基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法針對(duì)MPEG-2，H264等視頻標(biāo)準(zhǔn)中基于塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)比較費(fèi)時(shí)的特點(diǎn)，結(jié)合人眼對(duì)物體邊緣比較敏感的特點(diǎn)，針對(duì)物體邊緣信息的快速確定宏塊的分割方式，能夠有效地減少整個(gè)視頻編碼的時(shí)間，解碼后的圖像視覺效果較佳，同時(shí)該方法也可被應(yīng)用到多參考幀的場(chǎng)合。


圖1是常見的宏塊被分成7種子塊的示意圖。
圖2是由宏塊生成各類子塊的示意圖。
圖3是應(yīng)用priwitt算子模板提取邊緣信息的示意圖。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1，如圖1至圖3所示，應(yīng)用所述基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，針對(duì)一幀圖像確定其中所有宏塊的分割方式的步驟是(1)、對(duì)當(dāng)前幀劃分成16×16的像素塊(宏塊)。
(2)、按從左到右，從上到下的順序完成對(duì)所有宏塊進(jìn)行分割，先取第一個(gè)在參考幀中做試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD小于一個(gè)規(guī)定的閾值t1的，則此宏塊采用0級(jí)分割，確立0級(jí)為該宏塊的最終分割方式，記下此宏塊位置。
(3)、若不是上一步驟(2)中的宏塊，則對(duì)此宏塊做邊緣信息提取。
邊緣提取采用prewitt算子，統(tǒng)計(jì)邊緣像素點(diǎn)個(gè)數(shù)及位置，若小于閾值t2，進(jìn)行0級(jí)分割；否則采用1級(jí)分割中的任一方式，分別對(duì)兩部分中的邊緣像素個(gè)數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，若有其中一部分小于t2的二分之一，則確立為非邊緣子塊，并按此方式進(jìn)行分割；若兩子塊都為邊緣子塊，進(jìn)行1級(jí)中另一方式分割，同樣進(jìn)行閾值檢測(cè)，若找出非邊緣子塊，按此進(jìn)行上述第(1)步的分割方式。
若不能得到非邊緣子塊，則第(1)步的分割確立為2級(jí)分割。同時(shí)，檢測(cè)是否能找出非邊緣子塊。
記下第(1)步分割后的所有非邊緣子塊的位置，將這些子塊確立為最終分割子塊。
對(duì)于第(1)步分割后的邊緣子塊，再按圖2進(jìn)行下一步分割，若不能找到非邊緣塊。
則對(duì)此子塊維持上一步的分割，若找到非邊緣塊，進(jìn)行此種分割，記下非邊緣塊的位置并確定為子塊最終分割方式。
按圖2對(duì)非邊緣塊繼續(xù)分割，直到不能再分割或完成所有分割為止，至此完成預(yù)分割。
(4)、對(duì)于所有預(yù)分割后的即含有邊緣信息的塊，即16×16，8×16，16×8，8×8這四類塊，按像素進(jìn)行預(yù)判運(yùn)動(dòng)估計(jì)和試探運(yùn)動(dòng)估計(jì)。
對(duì)于SAD不能達(dá)到要求(小于像素個(gè)數(shù)與單像素殘差閾值乘積)的塊再做下一步的分割。
分割后若屬于4×8，8×4，4×4的塊，則認(rèn)定為確定此分割。
否則，再做預(yù)判運(yùn)動(dòng)估值和試探運(yùn)動(dòng)估值，達(dá)到要求的記下此塊位置，確立為最終分割子塊。
按以上四步完成所有宏塊的分割。
權(quán)利要求
1.一種基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，其特征在于所述方法的實(shí)現(xiàn)步驟是，第一步，進(jìn)行針對(duì)宏塊的預(yù)分割，將不含有邊緣信息的塊和含有邊緣信息的塊加以區(qū)分；對(duì)于不含有邊緣信息的塊，不再繼續(xù)進(jìn)行分割；對(duì)于含有邊緣信息的塊，進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)；不能進(jìn)行0級(jí)分割的宏塊，進(jìn)行邊緣提取，將含有邊緣信息的部分和不含邊緣信息的部分以子塊形式區(qū)分開，以完成預(yù)分割；第二步，對(duì)于預(yù)分割后的含有邊緣信息的邊緣子塊，在參考?jí)K內(nèi)針對(duì)是否含有相同的邊緣點(diǎn)進(jìn)行預(yù)判，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD不小于預(yù)設(shè)閾值的塊進(jìn)行下一級(jí)的分割；若不能再分割，將確定為最終分割子塊；若還可分割，對(duì)此塊再進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)；重復(fù)上面的步驟，直至完成整個(gè)宏塊的分割。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，其特征在于所述預(yù)分割的實(shí)現(xiàn)步驟是，將當(dāng)前幀進(jìn)行16×16的像素宏塊劃分；將宏塊進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD與設(shè)定的閾值t進(jìn)行比較，將小于閾值t的宏塊確定為不需進(jìn)一步劃分的宏塊位置；對(duì)于不滿足上一步驟條件的宏塊做邊緣信息提??；按照邊緣信息的分布情況，以確定是做0級(jí)、1級(jí)還是2級(jí)的分割；將含邊緣信息較多的塊進(jìn)行下一步分割；若分割成的兩塊都含有邊緣信息，則停止分割；依此類推，直至完成整個(gè)宏塊的預(yù)分割，以劃分所有邊緣信息塊和非邊緣信息塊。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，其特征在于對(duì)于邊緣信息塊的試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)的步驟是，確定塊中含邊緣信息像素點(diǎn)的位置和個(gè)數(shù)，提取參考幀中搜索塊中同位置像素點(diǎn)，求這些像素值的殘差絕對(duì)值之和SAD1，與設(shè)定的閾值T1比較；若能證明此參考?jí)K含有當(dāng)前塊邊緣信息，再對(duì)整個(gè)塊求SAD，再與設(shè)定的閾值T2比較，如果不含有邊緣信息將舍棄此塊，并對(duì)下一塊進(jìn)行搜索匹配。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，其特征在于在參考?jí)K和當(dāng)前子塊的邊緣像素點(diǎn)位置取像素殘差之和，根據(jù)殘差之和做預(yù)判，預(yù)判通過再對(duì)整個(gè)子塊做匹配檢測(cè)；對(duì)于邊緣塊判定的閾值是根據(jù)塊的不同大小來設(shè)定的。
全文摘要
本發(fā)明所述基于宏塊內(nèi)邊緣信息選擇分割的方法，針對(duì)幀間圖像的運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)，利用人眼對(duì)物體邊緣信息比較敏感這一特性，提出一種針對(duì)物體邊緣信息的快速確定宏塊的分割方法，可以有效提高運(yùn)算速度、降低復(fù)雜程度。其步驟是，第一步，進(jìn)行針對(duì)宏塊的預(yù)分割。根據(jù)宏塊中是否含有邊緣信息來劃分。通過預(yù)分割得到的含有邊緣信息的塊，繼續(xù)下步處理。第二步，將可再分割的、即含有邊緣信息的塊，進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)。包括邊緣像素點(diǎn)預(yù)判，對(duì)于像素殘差絕對(duì)值之和SAD不小于預(yù)設(shè)閾值的塊進(jìn)行下一級(jí)的分割。若不能再分割，將確定為最終分割子塊；若還可分割，對(duì)此塊再進(jìn)行試探性運(yùn)動(dòng)估計(jì)，重復(fù)上面的步驟，直至完成整個(gè)宏塊的分割。
文檔編號(hào)H04N7/32GK1901679SQ200510044129
公開日2007年1月24日 申請(qǐng)日期2005年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月21日
發(fā)明者田樹民, 王曉慧 申請(qǐng)人:海信集團(tuán)有限公司