专利名称：具有跳空块模式的分层级运动估计装置和方法
技术领域：
本发明涉及数字视频编码运动估计技术，尤其是具有跳空块模式的分层级运动估计技术。
背景技术：
自MPEG视频编码标准出现以来，宏块模式判决一直是视频编码研究的重点。随着 H.264视频编码标准的出现，宏块分割模式更加细化，模式判决对编码系统的执行效率和编 码压缩率的影响更加凸出。在H. 264视频编码标准中，P帧和B帧的运动估计都支持跳空块模式(skip mode)， 在跳空块模式下，宏块的运动矢量和残差信息都不需要编入码流，解码器可以根据运动矢 量预测机制产生跳空块的运动矢量MV，并由该运动矢量MV直接从参考帧中拷贝数据作为 当前宏块的解码数据。因此，相较于其他宏块模式，跳空块模式能够节省更多的编码比特 数。在H. 264编码系统中，满足跳空块模式的条件为(1)宏块模式为16x16，(2)参考 帧是前一帧编码图像的重构，(3)运动矢量为(0，0)或者同运动矢量预测值PMV相同，以及变换量化后的系数都是0。通常运动估计的初始匹配点由运动矢量预测值PMV决定，如图1所示，当前待估计 宏块的运动矢量预测值PMV在前一个宏块的分像素运动估计结束后才能得到，同时只有在 前一个宏块的分像素运动估计结束后才能开始下一个宏块的整像素运动估计，这将导致基 于宏块模式判决的运动估计在整个视频编码系统中耗时较长，特别地，随着分像素预测精 度的精细化，整个运动估计流程耗时更多。为提高流水效率，以专用ASIC架构实现的运动估计硬加速系统通常采用分层级 运动估计方法，如图2所示，即对当前宏块进行分像素运动估计时，可同时启动下一个宏块 的整像素运动估计，整像素运动估计的初始匹配点由改进型运动矢量预测值PMV’确定，图 3所示。如果在分层级运动估计系统中实现跳空块模式，存在如下困难(1)若宏块模式 判决处于整像素运动估计阶段，该宏块的运动矢量预测值PMV精确到分像素精度，因此无 法将跳空块模式与其他宏块分割模式作比较；(2)若宏块模式判决处于分像素运动估计阶 段，则可能在整像素运动估计的16x16模式下的最佳匹配点所对应的运动矢量值和该宏块 的运动矢量预测值相差甚远，导致分像素运动估计时无法将跳空块模式与各宏块分割模式 作比较。
发明内容
本发明旨在解决现有技术的不足，提出了一种具有跳空块模式的分层级运动估计 装置，该装置可以在运动估计阶段实现跳空块模式与其他宏块分割模式比较，在保证编码 系统实时性的前提下，充分发挥跳空块模式的优点，有效地提高编码系统的压缩效率。
本发明还提供了一种具有跳空块模式的分层级运动估计方法。具有跳空块模式的分层级运动估计装置，包括整像素运动估计单元、整像素运动 估计判决单元、分像素运动估计单元以及分像素运动估计判决单元所述整像素运动估计单元实现宏块的整像素运动估计，所述整像素运动估计单元 输入待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运动矢量预测值PMV’和由参考帧数据构成 的搜索窗，将改进型运动矢量预测值PMV’的整像素精度值作为待估计宏块在各宏块分割模 式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜索窗内进行匹配，所述整像素运动估计单元输出 各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值；将运动矢量预测值PMV的整像素精度值 作为待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，所述整像素运动估计单元输出跳空块模式在整 像素运动估计的代价函数值，整像素运动估计单元的输出连接整像素运动估计判决单元；所述整像素运动估计判决单元实现宏块整像素运动估计的模式判决，所述整像素 运动估计判决单元输入各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及跳空块模式 在整像素运动估计的代价函数值，进行下列情况中的一种(1)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各宏块分割模式在整像素运 动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函 数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一 最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV;(2)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动 估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式 (包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的 最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及 跳空块模式下的各个运动矢量MV ；在(1)、(2)两种情况下，所述整像素运动估计判决单元输出提供给分像素运动估 计单元以及分像素运动估计判决单元；所述分像素运动估计单元实现宏块的分像素运动估计，所述分像素运动估计单元 接收整像素运动估计判决单元的输出，(1)如果所述整像素运动估计判决单元完成整像素 运动估计模式判决，所述分像素运动估计单元在所述唯一最佳匹配点的基础上进行分像素 匹配，分像素运动估计单元输出所述最优模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函 数值；(2)如果所述整像素运动估计判决单元未进行整像素运动估计的模式判决，所述分 像素运动估计单元在各模式下的最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，分像素运动估计单 元输出各模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值；所述分像素运动估计单元 输出连接分像素运动估计判决单元；所述分像素运动估计判决单元实现宏块分像素运动估计的模式判决，根据整像素 运动估计判决单元和分像素运动估计单元的输入，执行如下功能之一(1)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块 的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动
矢量；(2)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果不是跳空块模式，则宏块的帧间预测模式为整像素运动估计判决的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位置确定宏块的运动矢量；(3)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量 由分像素运动估计的最小代价函数值来确定。具有跳空块模式的分层级运动估计装置还包括阈值估计单元，所述阈值估计单元 内的实际编码比特数统计模块和分配比特数统计模块分别将单位时间内的实际编码比特 数和分配比特数累加，比较两者的大小，若实际编码比特数大于分配编码比特数，则将量化 参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小于或等于分配编码比特数，则将量化参数阈 值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值与宏块编码所采用的量化参数比较，把比较 结果送入到分像素运动估计判决单元，分像素运动估计判决单元执行下列情况中的一种(1)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计判决 单元输出跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16， 运动矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计判决 单元输出跳空块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数值来确 定宏块的运动矢量。具有跳空块模式的分层级运动估计方法，包括如下步骤(1)启动第n(n为正整数，N为一帧图像所包含的待估计宏块的数量)个待估计宏 块的整像素运动估计，进行下列情况中的一种(A)如果n<=N，则(a)输入第η个待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运 动矢量预测值PMV’和由参考帧数据构成的搜索窗，(b)将改进型运动矢量预测值PMV’的 整像素精度值作为待估计宏块在各种宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜 索窗内进行匹配，输出各种宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值，(c)将运动矢量 预测值PMV的整像素精度值作为第η个待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，输出跳空块 模式在整像素运动估计的代价函数值，继续步骤(2)，同时令η = η+1，并重复步骤(1)；(B)如果η > N，等待步骤(3)完成第N个待估计宏块的分像素运动估计，直到一 帧图像中待估计宏块全部估计完毕；(2)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各种宏块分割模式在整像素 运动估计的代价函数值以及跳空块模在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函 数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一 最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV;(B)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动 估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式 (包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的 最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及 跳空块模式下的各个运动矢量MV ；将(A)或(B)的结果送入步骤(3)；(3)在进行步骤(1)的同时进行下列情况中的一种(A)如果η = 1，则等待步骤(1)完成第1个待估计宏块的整像素运动估计，完成后令η = η+1，重复步骤⑶；
(B)如果 1 < η <= N+l (Bi)若完成整像素运动估计模式判决，等待接收步骤(2) (A)提供的所述第n-1 个待估计宏块的唯一最佳匹配点，然后在唯一最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，输出 所述最优模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)，同时令η = n+l，并重复步骤(3)；(B2)若未进行整像素运动估计的模式判决，等待接收步骤(2) (B)提供的所述第 n-1个待估计宏块在各模式下的最佳匹配点，然后在各模式下的最佳匹配点的基础上进行 分像素匹配，输出各模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)， 同时令η = n+1，并重复步骤(3)；(C)如果η > Ν+1，一帧图像中待估计宏块全部估计完毕，该帧图像的运动估计步
骤结束。(4)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块 的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动
矢量；(B)如果进行整像素运动估计的模式判决，但模式判决结果不是跳空块模式，则宏 块的帧间预测模式为整像素运动估计的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位 置来确定宏块的运动矢量；(C)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量 由分像素运动估计的最小代价函数值来确定；具有跳空块模式的分层级运动估计方法在进行步骤(3)的同时，还可以进行阈值 估计，阈值估计步骤如下分别累加单位时间内的实际编码比特数和分配比特数，比较两者的大小，若实际 编码比特数大于分配编码比特数，则将量化参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小 于或等于分配编码比特数，则将量化参数阈值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值 同宏块编码所采用的量化参数进行比较，把比较结果提供给步骤(4)，原步骤(4) (A)变为 如下两种情况之一(Al)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计的 模式判决结果为跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为 16x16，运动矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(Α2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计输出 跳空块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数值来确定宏块的 运动矢量。本发明的有益效果是1、本发明在分层级运动估计阶段实现了跳空块模式与各种宏块分割模式的可比 性，充分发挥了跳空块模式的优点，有效地提高编码系统的压缩效率；2、在合理规划整像素运动估计和分像素运动估计的前提下，本方法对分层级运动 估计的流水操作无任何影响，保证了编码系统的实时性；3、本发明还利用自适应调节量化参数阈值的方法，进一步平衡编码的图像质量和压缩率。
图1为运动矢量预测值PMV产生方式示意2为分层级运动估计示意3为改进型运动矢量预测值PMV’产生方式示意4为本发明具有跳空块模式的分层级运动估计装置结构5为本发明具有跳空块模式的分层级运动估计装置结构图22-整像素运动估计单元23-整像素运动估计判决单元24-分像素运动估计单元25-分像素运动估计判决单元
具体实施例方式以下结合附图对本发明内容进一步说明。具有跳空块模式的分层级运动估计装置，如图4所示，包括整像素运动估计单元 (22)、整像素运动估计判决单元(23)、分像素运动估计单元(24)以及分像素运动估计判决 单元(25)所述整像素运动估计单元(22)实现宏块的整像素运动估计，所述整像素运动估 计单元(22)输入待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运动矢量预测值PMV’和由参考 帧数据构成的搜索窗，将改进型运动矢量预测值PMV’的整像素精度值作为待估计宏块在各 宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜索窗内进行匹配，所述整像素运动估 计单元(22)输出各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值；将运动矢量预测值PMV 的整像素精度值作为待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，所述整像素运动估计单元(22) 输出跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，整像素运动估计单元(22)的输出连接 整像素运动估计判决单元(23)；所述整像素运动估计判决单元(23)实现宏块整像素运动估计的模式判决，所述 整像素运动估计判决单元(23)输入各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及 跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，进行下列情况中的一种(1)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各宏块分割模式在整像素运 动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函 数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一 最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV;(2)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式 (包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的 最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及 跳空块模式下的各个运动矢量MV ；在(1)、(2)两种情况下，所述整像素运动估计判决单元(23)输出提供给分像素运动估计单元(24)以及分像素运动估计判决单元(25)；所述分像素运动估计单元(24)实现宏块的分像素运动估计，所述分像素运动估 计单元(24)接收整像素运动估计判决单元(23)的输出，(1)如果所述整像素运动估计判 决单元(23)完成整像素运动估计模式判决，所述分像素运动估计单元(24)在所述唯一最 佳匹配点的基础上进行分像素匹配，分像素运动估计单元(24)输出所述最优模式在分像 素运动估计中各个匹配点下的代价函数值；(2)如果所述整像素运动估计判决单元(23)未 进行整像素运动估计的模式判决，所述分像素运动估计单元(24)在各模式下的最佳匹配 点的基出上进行分像素匹配，分像素运动估计单元(24)输出各模式在分像素运动估计中 各个匹配点下的代价函数值；所述分像素运动估计单元(24)输出连接分像素运动估计判 决单元(25)；所述分像素运动估计判决单元(25)实现宏块分像素运动估计的模式判决，根据 整像素运动估计判决单元(23)和分像素运动估计单元(24)的输入，执行如下功能之一(1)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块 的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动
矢量；(2)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果不是跳空块模式，则宏 块的帧间预测模式为整像素运动估计判决的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所 处位置确定宏块的运动矢量；(3)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量 由分像素运动估计的最小代价函数值来确定。具有跳空块模式的分层级运动估计装置，如图5所示，还包括阈值估计单元，所述 阈值估计单元内的实际编码比特数统计模块和分配比特数统计模块分别将单位时间内的 实际编码比特数和分配比特数累加，比较两者的大小，若实际编码比特数大于分配编码比 特数，则将量化参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小于或等于分配编码比特数，则 将量化参数阈值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值与宏块编码所采用的量化参数 比较，把比较结果送入到分像素运动估计判决单元(25)，分像素运动估计判决单元(25)执 行下列情况中的一种(1)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计判 决单元(23)输出跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为 16x16，运动矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计判决 单元(23)输出跳空块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数 值来确定宏块的运动矢量。本装置中量化参数阈值范围为32-36，最优阈值初始值为32。具有跳空块模式的分层级运动估计方法，包括如下步骤(1)启动第n(n为正整数，N为一帧图像所包含的待估计宏块的数量)个待估计宏 块的整像素运动估计，进行下列情况中的一种(A)如果n<=N，则(a)输入第n个待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运 动矢量预测值PMV’和由参考帧数据构成的搜索窗，(b)将改进型运动矢量预测值PMV’的整像素精度值作为待估计宏块在各种宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜 索窗内进行匹配，输出各种宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值，(c)将运动矢量 预测值PMV的整像素精度值作为第n个待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，输出跳空块 模式在整像素运动估计的代价函数值，继续步骤(2)，同时令n = n+1，并重复步骤(1)；(B)如果n > N，等待步骤(3)完成第N个待估计宏块的分像素运动估计，直到一 帧图像中待估计宏块全部估计完毕；(2)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各种宏块分割模式在整像素 运动估计的代价函数值以及跳空块模在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函 数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一 最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV;(B)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动 估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式 (包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的 最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及 跳空块模式下的各个运动矢量MV ；将(A)或(B)的结果送入步骤(3)；(3)在进行步骤(1)的同时进行下列情况中的一种(A)如果n = 1，则等待步骤(1)完成第1个待估计宏块的整像素运动估计，完成 后令n = n+l，重复步骤⑶；(B)如果 1 < n <= N+1 (B1)若完成整像素运动估计模式判决，等待接收步骤(2) (A)提供的所述第n-1 个待估计宏块的唯一最佳匹配点，然后在唯一最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，输出 所述最优模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)，同时令n = n+1，并重复步骤(3)；(B2)若未进行整像素运动估计的模式判决，等待接收步骤(2) (B)提供的所述第 n-1个待估计宏块在各模式下的最佳匹配点，然后在各模式下的最佳匹配点的基础上进行 分像素匹配，输出各模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)， 同时令n = n+l，并重复步骤(3)；(C)如果n > N+1，一帧图像中待估计宏块全部估计完毕，该帧图像的运动估计步
骤结束o(4)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块 的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动
矢量；(B)如果进行整像素运动估计的模式判决，但模式判决结果不是跳空块模式，则宏 块的帧间预测模式为整像素运动估计的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位 置来确定宏块的运动矢量；(C)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量 由分像素运动估计的最小代价函数值来确定；
具有跳空块模式的分层级运动估计方法在进行步骤(3)的同时，还可以进行阈值 估计，阈值估计步骤如下分别累加单位时间内的实际编码比特数和分配比特数，比较两者的大小，若实际 编码比特数大于分配编码比特数，则将量化参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小 于或等于分配编码比特数，则将量化参数阈值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值 同宏块编码所采用的量化参数进行比较，把比较结果提供给步骤(4)，原步骤(4) (A)变为 如下两种情况之一(A1)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计的 模式判决结果为跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为 16x16，运动矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(A2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计输出 跳空块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数值来确定宏块的 运动矢量。本方法中量化参数阈值范围为32-36，最优阈值初始值为32。应该理解到的是，上述实施例只是对本发明的说明，而不是对本发明的限制，任何 不超出本发明实质精神范围内的发明创造，均落入本发明保护范围之内。
权利要求
具有跳空块模式的分层级运动估计装置，其特征在于包括整像素运动估计单元、整像素运动估计判决单元、分像素运动估计单元以及分像素运动估计判决单元所述整像素运动估计单元实现宏块的整像素运动估计，所述整像素运动估计单元输入待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运动矢量预测值PMV’和由参考帧数据构成的搜索窗，将改进型运动矢量预测值PMV’的整像素精度值作为待估计宏块在各宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜索窗内进行匹配，所述整像素运动估计单元输出各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值；将运动矢量预测值PMV的整像素精度值作为待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，所述整像素运动估计单元输出跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，整像素运动估计单元的输出连接整像素运动估计判决单元；所述整像素运动估计判决单元实现宏块整像素运动估计的模式判决，所述整像素运动估计判决单元输入各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，进行下列情况中的一种(1)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函数值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一最佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV；(2)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动估计下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式(包括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的最佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及跳空块模式下的各个运动矢量MV；在上述两种情况下，所述整像素运动估计判决单元输出提供给分像素运动估计单元以及分像素运动估计判决单元；所述分像素运动估计单元实现宏块的分像素运动估计，所述分像素运动估计单元接收整像素运动估计判决单元的输出，(1)如果所述整像素运动估计判决单元完成整像素运动估计模式判决，所述分像素运动估计单元在所述唯一最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，分像素运动估计单元输出所述最优模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值；(2)如果所述整像素运动估计判决单元未进行整像素运动估计的模式判决，所述分像 素运动估计单元在各模式下的最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，分像素运动估计单元输出各模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值；所述分像素运动估计单元输出连接分像素运动估计判决单元；所述分像素运动估计判决单元实现宏块分像素运动估计的模式判决，根据整像素运动估计判决单元和分像素运动估计单元的输入，执行如下功能之一(1)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动矢量；(2)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果不是跳空块模式，则宏块的帧间预测模式为整像素运动估计判决的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位置确定宏块的运动矢量；(3)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量出分像素运动估计的最小代价函数值来确定。
2.如权利要求1所述具有跳空块模式的分层级运动估计装置，其特征在于还包括阈值 估计单元，所述阈值估计单元内的实际编码比特数统计模块和分配比特数统计模块分别将 单位时间内的实际编码比特数和分配比特数累加，比较两者的大小，若实际编码比特数大 于分配编码比特数，则将量化参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小于或等于分配 编码比特数，则将量化参数阈值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值与宏块编码所 采用的量化参数比较，把比较结果送入到分像素运动估计判决单元。
3.如权利要求2所述具有跳空块模式的分层级运动估计装置，其特征在于所述分像素 运动估计判决单元接收阈值估计单元的比较结果后，分像素运动估计判决单元执行下列情 况中的一种(1)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计判决单元 输出跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动 矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计判决单元 输出跳空块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数值来确定宏 块的运动矢量。
4.具有跳空块模式的分层级运动估计方法，其特征在于包括如下步骤(1)启动第为正整数，N为一帧图像所包含的待估计宏块的数量)个待估计宏块的 整像素运动估计，进行下列情况中的一种(A)如果n<=N，则(a)输入第n个待估计宏块、运动矢量预测值PMV、改进型运动矢 量预测值PMV’和由参考帧数据构成的搜索窗，(b)将改进型运动矢量预测值PMV’的整像 素精度值作为待估计宏块在各种宏块分割模式下的初始匹配点，然后在预先设定的搜索窗 内进行匹配，输出各种宏块分割模式在整像素运动估计的代价函数值，(c)将运动矢量预测 值PMV的整像素精度值作为第n个待估计宏块在跳空块模式下的匹配点，输出跳空块模式 在整像素运动估计的代价函数值，继续步骤(2)，同时令n = n+1，并重复步骤(1)；(B)如果n> N，等待步骤(3)完成第N个待估计宏块的分像素运动估计，直到一帧图 像中待估计宏块全部估计完毕；(2)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计模式判决，则分别比较各种宏块分割模式在整像素运动 估计的代价函数值以及跳空块模在整像素运动估计的代价函数值，并选取最小代价函数 值，该最小代价函数值所对应的模式为最优模式，该最小代价函数值对应匹配点为唯一最 佳匹配点，根据唯一最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块的运动矢量MV;(B)如果不进行整像素运动估计模式判决，则输出各宏块分割模式在整像素运动估计 下的最小代价函数值以及跳空块模式在整像素运动估计下的最小代价函数值，各模式(包 括各种宏块分割模式以及跳空块模式)下的最小代价函数值对应匹配点为各模式下的最 佳匹配点，根据各模式下的最佳匹配点所处位置确定出待估计宏块在宏块分割模式以及跳 空块模式下的各个运动矢量MV;将(A)或(B)的结果送入步骤(3)；(3)在进行步骤(1)的同时进行下列情况中的一种(A)如果n= 1，则等待步骤(1)完成第1个待估计宏块的整像素运动估计，完成后令 n = n+1，重复步骤⑶；(B)如果1 < n < = N+1 (B1)若完成整像素运动估计模式判决，等待接收步骤(2) (A)提供的所述第n_l个待估 计宏块的唯一最佳匹配点，然后在唯一最佳匹配点的基础上进行分像素匹配，输出所述最 优模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)，同时令n = n+1，并 重复步骤⑶；(B2)若未进行整像素运动估计的模式判决，等待接收步骤(2) (B)提供的所述第n_l个 待估计宏块在各模式下的最佳匹配点，然后在各模式下的最佳匹配点的基础上进行分像素 匹配，输出各模式在分像素运动估计中各个匹配点下的代价函数值，继续步骤(4)，同时令 n = n+l，并重复步骤(3)；(C)如果n> N+1，一帧图像中待估计宏块全部估计完毕，该帧图像的运动估计步骤结束o(4)进行下列情况中的一种(A)如果进行整像素运动估计的模式判决，且模式判决结果为跳空块模式，则宏块的 帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16，运动矢量为跳空块模式的运动矢 量；(B)如果进行整像素运动估计的模式判决，但模式判决结果不是跳空块模式，则宏块的 帧间预测模式为整像素运动估计的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位置来 确定宏块的运动矢量；(C)如果不进行整像素运动估计的模式判决，则宏块的帧间预测模式和运动矢量由分 像素运动估计的最小代价函数值来确定。
5.如权利要求4所述具有跳空块模式的分层级运动估计方法，其特征在于在进行步骤 (3)的同时，还可以进行阈值估计，方法如下分别累加单位时间内的实际编码比特数和分配比特数，比较两者的大小，若实际编码 比特数大于分配编码比特数，则将量化参数阈值调低一个单位，若实际编码比特数小于或 等于分配编码比特数，则将量化参数阈值提升一个单位，最后将产生的量化参数阈值同宏 块编码所采用的量化参数进行比较，把比较结果提供给步骤(4)，原步骤(4) (A)变为如下 两种情况之一(A1)如果宏块编码所采用的量化参数大于量化参数阈值，且整像素运动估计的模式判 决结果为跳空块模式，则宏块的帧间预测模式强制为跳空块，即宏块分割模式为16x16， 运动矢量为跳空块模式的运动矢量，最小代价函数值为跳空块模式的代价函数值；(A2)如果宏块编码所采用的量化参数小于量化参数阈值，且整像素运动估计输出跳空 块模式，则宏块的编码模式为16x16，以分像素运动估计最小代价函数值来确定宏块的运动 矢量。
全文摘要
本发明提供具有跳空块模式的分层级运动估计装置和方法整像素运动估计单元输出各模式在整像素运动估计的代价函数值；整像素运动估计判决单元实现宏块整像素运动估计的模式判决；分像素运动估计单元输出各模式在分像素运动估计的代价函数值并由分像素运动估计判决单元执行如下一种(1)宏块的帧间预测模式强制为跳空块；(2)宏块的帧间预测模式为整像素运动估计判决的模式，以分像素运动估计的最小代价函数值所处位置确定宏块的运动矢量；(3)宏块的帧间预测模式和运动矢量由分像素运动估计的最小代价函数值确定。本发明实现了跳空块模式与各种宏块分割模式的可比性，有效提高编码系统压缩效率。
文档编号H04N7/26GK101841703SQ20091015532
公开日2010年9月22日 申请日期2009年12月17日 优先权日2009年12月17日
发明者李鑫锢 申请人:杭州士兰微电子股份有限公司