[发明专利]HEVC帧间运动估算像素搜索改进方法

说明书

本发明提出的HEVC帧间运动估算像素搜索改进方法，基于整像素搜索模型的搜索核心过程和对应的优缺点，对搜索模型进行改进，采用不规则六边形搜索改进模型，更好的适应现实视频中运动倾向于水平和竖直方向运动的特征，利用临界值判定是否进行亚像素的搜索，有效减少亚像素搜索过程，提出亚像素运动估算快速判定方法，优化亚像素快速搜索模型，从搜索区域和曲面单峰特征缩小搜索范围，根据极值点和1/2亚像素最优点之间的距离来判定是否进行1/4像素的搜索，以此降低编码时间；本发明的关键创新点是能够大幅降低HEVC标准的编码运算量和提高编码效率。

技术领域

本发明涉及一种HEVC帧间像素搜索改进方法，特别涉及一种HEVC帧间运动估算像素搜索改进方法，属于HEVC帧间像素搜索技术领域。

背景技术

当今，移动互联网和通信技术飞速发展，多媒体已成为人们获取信息最主要的载体，多媒体信息数据量大，且信息丰富。视频影像作为重要的多媒体，能提供丰富的视觉和听觉感知，因此视频技术得到越来越多的重视。由于视频信息内容的丰富性，视频技术的应用范围很广，如现上视频通话、商业视频会议、体育娱乐直播、电子商务政务、互联网教学、短视频、远程医疗等等业务。因为传送的数据量很大，所用的视频应用数据必须压缩，压缩之后，不论是存储的比特数还是传送的比特数都将大幅减少，如此一来解决了存储问题和传送高带宽问题，视频编码的发展随着应用场景的需求而变化，近年来基于视频的应用服务不断提高和升级，而其重要的视频编码技术要想应对这种发展趋势，则更要升级和改进。

人们对于移动互联网所提供的生活学习方面的要求更多，人们也希望视频的分辨率越高越好，高清和超高清视频的分辨率越高，包含的信息量越大，也意味着传输量越大，这给传输通道和存储空间带来了很大的压力。未经压缩的数字视频比特数是一个不小的数目，应用于实际传输和存储，将耗费大量的传输带宽和存储空间。然而，高分辨率已是视频发展的必然趋势，为了使得有限的存储能力和一定的带宽取得更优的平衡，对压缩也提出更高的期待。面对视频发展的趋势，现有技术的视频编码出现了一些无法靠自身已有的技术解决的问题：

第一，高分辨率视频意味着每帧图像的宏块数目会成倍增加，同时编码单元的划分、预测单元的预测模式、参考帧和序列、变换单元信息、整像素和亚像素的运动矢量、量化参数等信息都将需要更多的编码信息来记录，假如依然采用H.264编码码率，用来表示残差部分的编码信息将明显减少，不能很好的表达视频信息；

第二，随着视频中图像分辨率的增加，H.264中的宏块尺寸表示的图像信息过于细节化，但无法表述很多图像信息，相邻的残差块的信息可能非常相近，经过变换和量化后的低频系数会相近，甚至相同，这样传输相近的信息会增加传输带宽；

第三，现有技术如H.264使用哥伦布指数编码，编码方式不使用固定的信号量表示运动矢量信息，而是根据值的大小决定信号量的大小，由于高分辨率的图像表示的信息更加细节化，统一运动矢量相对于之前的幅值会大幅增加，编码后的运动矢量比特数将大幅增加很多，压缩率将降低。

第四，高分辨率带来更大的信息量，压缩的同时还要考虑压缩效率，面对大量信息处理，最好的办法是将信息分成多个部分，同时并行化处理，然而现有技术很多算法不能很好的并行化，更多地采取串行编码。现有技术应用局限性和视频发展趋势的矛盾越来越明显。

视频压缩的目标是在保证使用尽量少的信息量表达内容的同时要获得原视频的效果，为了应对越来越庞大的传输信息量，对新的视频编码标准的要求越来越高，为了获得更好的压缩率，编码的计算量也对应提高，复杂度是和编码时间成正比的，基于此，为了能够使得编码算法编码效率更高和时间消耗最少，在这之间找到最优的平衡点。压缩能起到有效减少资源的作用，减少存储空间和降低传输容量，压缩是一个时间与空间之间的折中，设计数据压缩方案包括很多因素之间的折中，包括压缩程度，引入的失真量和压缩时需要的计算资源，来自于各种类型的数字视频由于高码率使得通过预期的通道变得很困难，即便是高带宽技术准备就绪，也要保证每字节的传输成本很低，这样才能将其应用到数据量惊人的高清视频和超高清视频。