專(zhuān)利名稱(chēng)：基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻圖像壓縮編碼運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，屬于視頻圖像處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
在信息交互高度發(fā)達(dá)的今天，網(wǎng)絡(luò)電視會(huì)議、網(wǎng)絡(luò)可視電子商務(wù)、網(wǎng)上政務(wù)等以網(wǎng) 絡(luò)為載體的視頻交互、分配業(yè)務(wù)對(duì)視頻信息的表達(dá)、存儲(chǔ)以及傳輸提出了更高的要求，幾乎 所有現(xiàn)代視頻處理技術(shù)均需要面對(duì)海量數(shù)據(jù)的困擾。如何處理海量數(shù)據(jù)，減少視頻表達(dá)的 復(fù)雜度、減少視頻存儲(chǔ)對(duì)硬件成本的需要，提高視頻傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性是當(dāng)今視頻處理技術(shù)的 研究重點(diǎn)。為了克服這些困難，傳統(tǒng)的處理策略多是采用擴(kuò)大存儲(chǔ)器容量、增加通信干線(xiàn)傳 輸速率等方法，但是這些方法均是以犧牲硬件成本為代價(jià)所進(jìn)行的被動(dòng)改進(jìn)，不能從本質(zhì) 上解決海量視頻數(shù)據(jù)處理的瓶頸。為了主動(dòng)地解決視頻處理中的數(shù)據(jù)量過(guò)高的問(wèn)題，對(duì)視 頻數(shù)據(jù)本身的處理是一種更為合理的解決方案。通過(guò)數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)可以有效地降低視頻數(shù) 據(jù)中的冗余信息量，以壓縮形式存儲(chǔ)、傳輸及處理，不僅可以節(jié)約存儲(chǔ)空間，還能夠提高通 信干線(xiàn)的傳輸效率，提高視頻處理的實(shí)時(shí)性。視頻編碼是當(dāng)今視頻壓縮領(lǐng)域的主流技術(shù)，它以視頻信號(hào)的高度相關(guān)性和人眼的 視覺(jué)特性為基礎(chǔ)，通過(guò)恰當(dāng)?shù)木幋a方式消除因各種相關(guān)性和人眼特性所產(chǎn)生的冗余，以求 表達(dá)相同質(zhì)量視頻信號(hào)的同時(shí)降低所需要的碼率。由于視頻序列中大量時(shí)域冗余、空域冗 余以及由于人類(lèi)視覺(jué)所引起的心理視覺(jué)冗余的存在，各種視頻編碼的最終目標(biāo)歸結(jié)于如何 盡量減少這些冗余信息量，如何在一定碼率的條件下盡量提高視頻圖像的質(zhì)量?？傮w上視 頻編碼主要分為基于波形編碼和基于內(nèi)容編碼兩種，前者主要針對(duì)時(shí)空信息冗余，后者主 要針對(duì)人類(lèi)視覺(jué)系統(tǒng)所引起的心理視覺(jué)冗余。基于波形的編碼技術(shù)主要依據(jù)幀間的相關(guān)性 特征利用變換編碼和預(yù)測(cè)編碼來(lái)降低信息的冗余度，主要有MPEG-I、MPEG-2、H. 26UH. 263, H. ^4/AVC等標(biāo)準(zhǔn)，其中大多都采用了基于固定塊劃分的編碼方案。而正是由于在編碼設(shè)計(jì) 中選擇固定塊作為基準(zhǔn)，在跨越物體輪廓邊界的塊上會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的偏差。為了解決這 一問(wèn)題，在基于內(nèi)容的編碼方案中將一個(gè)視頻序列分成多個(gè)目標(biāo)對(duì)象區(qū)域分別進(jìn)行編碼， 需要復(fù)雜場(chǎng)景的分析，其典型的編碼標(biāo)準(zhǔn)主要有MPEG-4。以上各種國(guó)際視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)以及 其特性見(jiàn)表.1。在時(shí)間域上，對(duì)于目標(biāo)對(duì)象運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的估計(jì)是時(shí)域信息壓縮的關(guān)鍵；在空 間域上，塊分割的設(shè)計(jì)的是空間域上信息壓縮的關(guān)鍵。同時(shí)二者又密切相關(guān)沒(méi)有塊分割就 無(wú)從實(shí)現(xiàn)目標(biāo)對(duì)象的準(zhǔn)確界定，沒(méi)有目標(biāo)的界定就無(wú)法衡量幀間目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息。因此塊 分割以及在此基礎(chǔ)上的運(yùn)動(dòng)估計(jì)成為當(dāng)今視頻編碼技術(shù)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通過(guò)表.1可以清楚地看到在現(xiàn)今的視頻編碼國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中均含有運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)。 由于運(yùn)動(dòng)估計(jì)的高計(jì)算復(fù)雜度，在編碼的過(guò)程中耗費(fèi)了多達(dá)80%的時(shí)間復(fù)雜度，因而運(yùn)動(dòng) 估計(jì)以及在此基礎(chǔ)上的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法的優(yōu)劣直接對(duì)編碼碼率及圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響。目前運(yùn) 動(dòng)估計(jì)算法主要是基于塊匹配的設(shè)計(jì)思想，鑒于塊匹配算法的特性，對(duì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的研 究其目標(biāo)在于降低搜索過(guò)程中尋找到最佳匹配點(diǎn)所需要的的塊匹配操作數(shù)——搜索點(diǎn)個(gè) 數(shù)，最終降低塊操作所造成的時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)。搜索技術(shù)的發(fā)展從最初的單一局部搜索的三步法、新三步法、四步法到菱形搜索、六邊形搜索、再到最新的基于運(yùn)動(dòng)矢量預(yù)測(cè)、搜索模式選擇、 提前截止等技術(shù)的混合搜索技術(shù)的提出，根本目標(biāo)在于利用不同的搜索策略快速準(zhǔn)確地估 計(jì)運(yùn)動(dòng)矢量。通過(guò)運(yùn)動(dòng)估計(jì)視頻壓縮只需保存運(yùn)動(dòng)矢量和殘差數(shù)據(jù)就可以較好恢復(fù)出當(dāng)前 塊，實(shí)現(xiàn)視頻的重構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖.1所示。
表· 1視頻標(biāo)準(zhǔn)
權(quán)利要求
1.一種基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法，其特征在于包括如下步驟(1)對(duì)視頻序列進(jìn)行零運(yùn)動(dòng)預(yù)先終止判定；(2)進(jìn)行搜索初始點(diǎn)的預(yù)測(cè)；(3)采用擴(kuò)大型六邊形搜索方法大范圍搜索進(jìn)行初始定位；(4)采用菱形搜索方法小范圍在步驟C3)所確定的范圍內(nèi)進(jìn)行再次搜索；(5)采用十字搜索CSP方法進(jìn)一步在(4)所確定的范圍內(nèi)進(jìn)行精確定位得到運(yùn)動(dòng)矢量。
2.一種基于權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法的系統(tǒng)，其特征在 于由視頻數(shù)據(jù)輸入模塊以及中央處理器模塊組成，其中視頻數(shù)據(jù)輸入模塊由采集CCD攝像 機(jī)串接A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，中央處理器模塊包括圖像預(yù)處理模塊、第一緩存器、第二緩存器、 搜索窗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、比較器、控制子程序控制模塊、運(yùn)算子程序控制模塊和時(shí)鐘控制模塊， A/D轉(zhuǎn)換器的輸出端依次串接第一緩存器、圖像預(yù)處理模塊后與搜索窗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的輸出 端分別接第二緩存器的輸入端，時(shí)鐘控制模塊和第二緩存器的輸出端接運(yùn)算子程序控制模 塊的輸入端，控制子程序控制模塊分別與運(yùn)算子程序控制模塊和比較器雙向通信，運(yùn)算子 程序控制模塊的輸出端接比較器的輸入端，控制子程序控制模塊的輸出端接搜索窗數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于控制子程 序控制模塊包括搜索窗形狀控制模塊、搜索窗狀態(tài)控制模塊和搜索結(jié)束控制模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)系統(tǒng)，其特征在于運(yùn)算子程 序控制模塊SAD計(jì)算模塊串接MV順序發(fā)生器構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明公布了一種基于動(dòng)態(tài)縮放搜索窗的運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法及系統(tǒng)，所述方法包括對(duì)視頻序列進(jìn)行零運(yùn)動(dòng)預(yù)先終止判定；進(jìn)行搜索初始點(diǎn)的預(yù)測(cè)；采用擴(kuò)大型六邊形搜索方法大范圍搜索進(jìn)行初始定位；采用菱形搜索方法小范圍在所確定的范圍內(nèi)進(jìn)行再次搜索；采用十字搜索CSP方法進(jìn)一步在所確定的范圍內(nèi)進(jìn)行精確定位得到運(yùn)動(dòng)矢量。所述系統(tǒng)，其特征在于由視頻數(shù)據(jù)輸入模塊以及中央處理器模塊組成，其中視頻數(shù)據(jù)輸入模塊由采集CCD攝像機(jī)串接A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成，中央處理器模塊包括圖像預(yù)處理模塊、第一緩存器、第二緩存器、搜索窗數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、比較器、控制子程序控制模塊、運(yùn)算子程序控制模塊和時(shí)鐘控制模塊。本發(fā)明提高了運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的搜索效率。
文檔編號(hào)H04N7/50GK102075754SQ201110027690
公開(kāi)日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2011年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月21日
發(fā)明者徐立中, 王慧斌, 王臣, 王鑫, 石愛(ài)業(yè), 陳哲 申請(qǐng)人:河海大學(xué)