专利名称：基于动态缩放搜索窗的运动估计方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频图像压缩编码运动估计方法，属于视频图像处理领域。
背景技术：
在信息交互高度发达的今天，网络电视会议、网络可视电子商务、网上政务等以网 络为载体的视频交互、分配业务对视频信息的表达、存储以及传输提出了更高的要求，几乎 所有现代视频处理技术均需要面对海量数据的困扰。如何处理海量数据，减少视频表达的 复杂度、减少视频存储对硬件成本的需要，提高视频传输的实时性是当今视频处理技术的 研究重点。为了克服这些困难，传统的处理策略多是采用扩大存储器容量、增加通信干线传 输速率等方法，但是这些方法均是以牺牲硬件成本为代价所进行的被动改进，不能从本质 上解决海量视频数据处理的瓶颈。为了主动地解决视频处理中的数据量过高的问题，对视 频数据本身的处理是一种更为合理的解决方案。通过数据压缩技术可以有效地降低视频数 据中的冗余信息量，以压缩形式存储、传输及处理，不仅可以节约存储空间，还能够提高通 信干线的传输效率，提高视频处理的实时性。视频编码是当今视频压缩领域的主流技术，它以视频信号的高度相关性和人眼的 视觉特性为基础，通过恰当的编码方式消除因各种相关性和人眼特性所产生的冗余，以求 表达相同质量视频信号的同时降低所需要的码率。由于视频序列中大量时域冗余、空域冗 余以及由于人类视觉所引起的心理视觉冗余的存在，各种视频编码的最终目标归结于如何 尽量减少这些冗余信息量，如何在一定码率的条件下尽量提高视频图像的质量。总体上视 频编码主要分为基于波形编码和基于内容编码两种，前者主要针对时空信息冗余，后者主 要针对人类视觉系统所引起的心理视觉冗余。基于波形的编码技术主要依据帧间的相关性 特征利用变换编码和预测编码来降低信息的冗余度，主要有MPEG-I、MPEG-2、H. 26UH. 263, H. ^4/AVC等标准，其中大多都采用了基于固定块划分的编码方案。而正是由于在编码设计 中选择固定块作为基准，在跨越物体轮廓边界的块上会产生较为严重的偏差。为了解决这 一问题，在基于内容的编码方案中将一个视频序列分成多个目标对象区域分别进行编码， 需要复杂场景的分析，其典型的编码标准主要有MPEG-4。以上各种国际视频编码标准以及 其特性见表.1。在时间域上，对于目标对象运动状态的估计是时域信息压缩的关键；在空 间域上，块分割的设计的是空间域上信息压缩的关键。同时二者又密切相关没有块分割就 无从实现目标对象的准确界定，没有目标的界定就无法衡量帧间目标的运动信息。因此块 分割以及在此基础上的运动估计成为当今视频编码技术领域的研究热点。通过表.1可以清楚地看到在现今的视频编码国际标准中均含有运动估计技术。 由于运动估计的高计算复杂度，在编码的过程中耗费了多达80%的时间复杂度，因而运动 估计以及在此基础上的运动补偿算法的优劣直接对编码码率及图像质量产生影响。目前运 动估计算法主要是基于块匹配的设计思想，鉴于块匹配算法的特性，对运动估计算法的研 究其目标在于降低搜索过程中寻找到最佳匹配点所需要的的块匹配操作数——搜索点个 数，最终降低块操作所造成的时间开销。搜索技术的发展从最初的单一局部搜索的三步法、新三步法、四步法到菱形搜索、六边形搜索、再到最新的基于运动矢量预测、搜索模式选择、 提前截止等技术的混合搜索技术的提出，根本目标在于利用不同的搜索策略快速准确地估 计运动矢量。通过运动估计视频压缩只需保存运动矢量和残差数据就可以较好恢复出当前 块，实现视频的重构，其结构如图.1所示。
表· 1视频标准
权利要求
1.一种基于动态缩放搜索窗的运动估计方法，其特征在于包括如下步骤(1)对视频序列进行零运动预先终止判定；(2)进行搜索初始点的预测；(3)采用扩大型六边形搜索方法大范围搜索进行初始定位；(4)采用菱形搜索方法小范围在步骤C3)所确定的范围内进行再次搜索；(5)采用十字搜索CSP方法进一步在(4)所确定的范围内进行精确定位得到运动矢量。
2.一种基于权利要求1所述的基于动态缩放搜索窗的运动估计方法的系统，其特征在 于由视频数据输入模块以及中央处理器模块组成，其中视频数据输入模块由采集CCD摄像 机串接A/D转换器构成，中央处理器模块包括图像预处理模块、第一缓存器、第二缓存器、 搜索窗数据存储器、比较器、控制子程序控制模块、运算子程序控制模块和时钟控制模块， A/D转换器的输出端依次串接第一缓存器、图像预处理模块后与搜索窗数据存储器的输出 端分别接第二缓存器的输入端，时钟控制模块和第二缓存器的输出端接运算子程序控制模 块的输入端，控制子程序控制模块分别与运算子程序控制模块和比较器双向通信，运算子 程序控制模块的输出端接比较器的输入端，控制子程序控制模块的输出端接搜索窗数据存 储器的输入端。
3.根据权利要求1所述的基于动态缩放搜索窗的运动估计系统，其特征在于控制子程 序控制模块包括搜索窗形状控制模块、搜索窗状态控制模块和搜索结束控制模块。
4.根据权利要求1所述的基于动态缩放搜索窗的运动估计系统，其特征在于运算子程 序控制模块SAD计算模块串接MV顺序发生器构成。
全文摘要
本发明公布了一种基于动态缩放搜索窗的运动估计方法及系统，所述方法包括对视频序列进行零运动预先终止判定；进行搜索初始点的预测；采用扩大型六边形搜索方法大范围搜索进行初始定位；采用菱形搜索方法小范围在所确定的范围内进行再次搜索；采用十字搜索CSP方法进一步在所确定的范围内进行精确定位得到运动矢量。所述系统，其特征在于由视频数据输入模块以及中央处理器模块组成，其中视频数据输入模块由采集CCD摄像机串接A/D转换器构成，中央处理器模块包括图像预处理模块、第一缓存器、第二缓存器、搜索窗数据存储器、比较器、控制子程序控制模块、运算子程序控制模块和时钟控制模块。本发明提高了运动估计算法的搜索效率。
文档编号H04N7/50GK102075754SQ201110027690
公开日2011年5月25日 申请日期2011年1月21日 优先权日2011年1月21日
发明者徐立中, 王慧斌, 王臣, 王鑫, 石爱业, 陈哲 申请人:河海大学