【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及图像编码压缩，尤其涉及一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法及系统。
技术介绍
1、在视频图像压缩技术中，帧间预测中的运动估计可以有效地消除视频序列中各帧之间的时间相关性，目前已经被广泛地应用于各种基于分块匹配的视频编码标准中。运动估计是整个视频压缩编码过程中最为耗时、计算复杂度较高的步骤。
2、随着超高清分辨视频的逐渐普及，新一代图像编码标准为不断提高编码效率，引入了更大尺寸的计算单元块和更复杂的单元块划分，使得对视频编码处理的数据量变得非常大，为满足对实时性或者快速压缩的需求，对运算速度提出了更高的要求。对于视频编码器来说，帧间预测部分占编码器总运算量的60%以上，运动估计则是帧间预测中最为重要的一环。
3、运动估计包含对整像素和亚像素的运动估计。因为分块运动矢量不一定落在整数倍的像素点上，所以在帧间预测中需要对分数级别的运动矢量进行估计运算。运动估计中，首先通过整像素级别的运动估计找到搜索范围内的最优整像素精度运动矢量，随后以此最优整像素精度的匹配位置为中心，通过分数运动估计进行下一步的亚像素搜索以获得最佳分数运动向量。
4、分数运动估计涉及到多个1/2和1/4级别的分数倍亚像素插值计算，单个整像素可衍生出几十个亚像素级的计算量，而且每个亚像素都需要额外存储空间，每个亚像素同样可能涉及到对绝对差值和（sad，sum of absolute difference）或绝对变换差值和（satd，sum of absolute transformed difference）的计算过
技术实现思路
1、针对以上问题，本专利技术提出一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法及系统，无需亚像素的插值计算，利用误差曲面模型进行函数拟合获得分数级别运动矢量的最小编码代价值。本专利技术根据硬件计算的特点进行优化，计算过程可将全部乘法运算转换为位操作，具有运算速度快、运动补偿价值高等优点。
2、为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：
3、一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，所述方法包括：
4、s1：对整像素点进行搜索，直至搜索到最小编码代价值所在位置位于搜索形状的正中心，则切换为小正方形搜索；
5、s2：整数运动估计的最后一级使用步进为1的小正方形搜索最小编码代价值，每次搜索点为中心位置和8个相邻整像素点，直至搜索到最小编码代价值所在位置位于正方形的中心位置，则停止搜索；
6、s3：计算整像素级别的9个像素点的satd值，同时得到整像素级别的运动矢量 mv_ x int和 mv_y int，完成整数运动估计；
7、s4：构建中心位置是最低点的单峰值的误差曲面函数模型，将所述9个像素点的satd值及对应整数坐标值带入误差曲面函数模型，求解出误差曲面函数模型的多项式参数，完成对误差曲面函数模型的拟合；
8、s5：采用枚举方法，枚举出[-1，1]范围内的分数坐标带入误差曲面函数模型进行求解，得到每个分数坐标的satd值；
9、s6：求出每个分数坐标对应的最小编码代价值并进行大小比较，输出分数坐标对应的最小编码代价值中的最小值，以及1/4亚像素级别的运动矢量 mv_x frac和 mv_y frac，完成分数运动矢量计算；
10、s7：将整像素级别的运动矢量 mv_x int和 mv_y int与1/4亚像素级别的运动矢量 mv_ x frac和 mv_y frac相加，得到最匹配的分数运动矢量 mv_x和 mv_y，完成分数级别的运动估计。
11、作为本专利技术的一种优选方案，所述计算整像素级别的9个像素点satd值，具体为采用二级串联的一维哈达玛变化矩阵进行运算。
12、作为本专利技术的一种优选方案，所述误差曲面函数模型为9参数模型，函数表达式为：
13、；
14、式中， x、 y表示像素点坐标，为 x和 y坐标下对应的satd值；a-i为9参数模型的多项式参数。
15、作为本专利技术的一种优选方案，所述求解出误差曲面函数模型的多项式参数，具体方法包括：
16、以正方形的中心位置为坐标原点（0,0），则8个相邻整像素点的坐标分别为(-1,-1)、(0,-1)、(1,-1)、(-1,0)、(1,0)、(-1,1)、(0,1)、(1,1)，将这9个整像素点对应的satd值记为 s(1)- s(9)，一同带入误差曲面函数模型的函数表达式，得到：
17、；
18、将上式简化为矩阵表达式，表示为：
19、；
20、式中， s代表 s(1)- s(9)，q代表对应坐标 x和 y的乘积结果，c代表多项式参数a-i；
21、9个整像素坐标互不相关，所以q的行列式不等于零，存在可逆矩阵，通过求解最小二乘法得到如下表达式：
22、；
23、式中， t表示矩阵转置；是一个常数矩阵；
24、求解出多项式参数a-i：
25、。
26、作为本专利技术的一种优选方案，所述枚举出[-1，1]范围内的分数坐标，具体为枚举1/2、1/4和1倍数的分数坐标。
27、作为本专利技术的一种优选方案，步骤s6中，所述求出每个分数坐标对应的最小编码代价值，计算公式为：
28、；
29、式中， mcost表示最小编码代价值； s表示运动补偿的本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述计算整像素级别的9个像素点SATD值，具体为采用二级串联的一维哈达玛变化矩阵进行运算。
3.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述误差曲面函数模型为9参数模型，函数表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述求解出误差曲面函数模型的多项式参数，具体方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述枚举出[-1，1]范围内的分数坐标，具体为枚举1/2、1/4和1倍数的分数坐标。
6.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，步骤S6中，所述求出每个分数坐标对应的最小编码代价值，计算公式为：
7.一种基于误差曲面计算分数运动估计的系统，其特征在于，所述系统包括：
8.根据权利要求7所述的一种基于误
9.根据权利要求7所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的系统，其特征在于，所述枚举出[-1，1]范围内的分数坐标，具体为枚举1/2、1/4和1倍数的分数坐标。
...【技术特征摘要】
1.一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述计算整像素级别的9个像素点satd值，具体为采用二级串联的一维哈达玛变化矩阵进行运算。
3.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述误差曲面函数模型为9参数模型，函数表达式为：
4.根据权利要求3所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述求解出误差曲面函数模型的多项式参数，具体方法包括：
5.根据权利要求1所述的一种基于误差曲面计算分数运动估计的方法，其特征在于，所述枚举出[-1，1]...
【专利技术属性】
技术研发人员：区健川，王晓寄，何亚康，孙志海，
申请(专利权)人：鹏钛存储技术南京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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