一种降低边信息生成计算复杂度的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种降低边信息生成计算复杂度的方法，属于分布式视频编码技术领 域。
【背景技术】
[0002] 现有的研究中边信息的生成方法有很多，包括有在解码端只根据帧间的时域和空 域的相关性进行运动估计和运动补偿的边信息生成方法；通过在编码端生成辅助信息辅助 边信息生成；利用已解码的部分信息对原始边信息进行进一步优化的。这些方法生成的边 信息质量已经可以做到很好，但是不可否认的是现有的生成方法都有很大的计算复杂度， 产生较大的计算时延，不利于对实时性要求高的应用场景，例如终端实时视频通话。而在现 实的应用场景中，视频序列中相邻帧之间的相关性是很高的，各帧间的运动强度变化不大 且较有规律，例如视频传感器网络、手机视频通话、室内外的无线监控等。
[0003] 常用的边信息生成方法是基于运动估计和补偿的边信息生成方法，它包括外推法 和内插法。外推法是根据待解码帧的前面两个已解码帧，利用视频序列中帧的运动延续性 原则，进行运动估计和补偿生成边信息的方法。内插法是根据前后相邻已解码帧，利用视频 序列中帧之间的运动中值性原则。内插法的主要思想是首先求出前后两个解码帧之间的运 动矢量，并进行相应的运动补偿完成对帧的预测生成边信息。外推法仅仅利用了其前面已 解码帧的向后连续性，因此它不需要等待其后面的帧解码，有较好的实时性；但是，它仅仅 利用了其前面的参考帧，没有考虑到序列后续的运动趋向，边信息质量会在序列运动强烈 时会明显地下降。而本发明能够很好地解决上面的问题。
【发明内容】
[0004] 本发明目的在于针对现有边信息生成方法计算复杂度过高和影响系统实时性的 问题，提出了一种降低边信息生成计算复杂度的方法，该方法利用现实应用场景中视频序 列的运动延续性，在解码端利用前一相邻已解码WZ帧的运动矢量mvf作为前向运动估计的 初始态，并在初始的预测块周围进行小范围的块匹配，进行前向运动估计。该方法通过减少 前向运动估计的时间，压缩前向运动估计的计算复杂度，从而降低了边信息生成过程的计 算复杂度。该方法是以内插法为基础的，在视频序列中，相邻帧之间的运动性具有非常大的 相关性，即运动缓慢的序列，其中大部分帧之间的运动都是缓慢的，而运动较激烈的序列， 其大部分帧之间的运动都是剧烈的，因此，在一个视频序列中，相邻帧之间的运动矢量不会 发生巨大改变，在边信息生成的过程中引入前一WZ帧的运动矢量对前向运动估计进行改 进是很有必要的。
[0005] 本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种降低边信息生成计算复杂度的 方法，该方法包括如下步骤：
[0006] 步骤1 :根据待解码WZ帧的前后相邻已解码关键帧Y2tJPY2t+1以及前一相邻已解 码WZ帧的最终运动矢量mvf，得到各个宏块的运动矢量mvjp对应的预测块的代价函数的 CF值；
[0007] 步骤2 :判断该宏块的CF值与设定阀值Th间的大小关系，若CF>Th，则跳到步骤 4 ；
[0008] 步骤3:把步骤1中获得的运动矢量mvi作为边信息生成过程中的初始运动矢量， 跳到步骤5;
[0009] 步骤4 :进行传统的前向运动估计，把获得的运动矢量11^2作为边信息生成过程中 的初始运动矢量；
[0010] 步骤5 :对得到的初始运动矢量进行优化，包括有双向运动估计、空间平滑滤波等 得到该宏块的最终运动矢量mv，此运动矢量作为下一待解码WZ帧的mvf，即mvf=mv;
[0011] 步骤6 :利用前面所得到的运动矢量mv，对待解码WZ帧的前后相邻解码关键帧 Y2tJPY2t+1进行双向运动补偿，生成其对应边信息Y2t。
[0012] 进一步的，本发明的步骤1包括：
[0013] 1)以当前待解码WZ帧的后一关键帧乙1+1的某一宏块B'为例，对应前一关键帧 Y2t丨的宏块B。已知前一已解码WZ帧的边信息的最终的运动矢量为mvf，则把2mvf作为此 次前向运动估计的初始运动矢量，并由宏块B'指向初始预测块P，以预测块P为中心进行块 匹配的小范围搜索。
[0014] 2)然后采用基于SAD的块匹配准则，当预测块的CF值最小时，宏块B相对宏块B' 的位移是宏块B的运动矢量，取其一半即为当前帧对应块的运动矢量。
[0015] 本发明在对初始运动矢量做双向估计之前，引入阀值Th(S卩：本发明设定Th与前 一WZ帧对应宏块的CF值比例为1. 4)作为判定边信息生成过程中该宏块采用何种前向运 动估计来确定初始运动矢量。若CF>Th，则利用传统的前向运动估计方法获得运动矢量 mv2并将其作为初始运动矢量，反之直接将mv丨作为初始运动矢量。
[0016] 本发明对得到的初始运动矢量进行优化，包括有双向运动估计、空间平滑滤波等 得到该宏块准确的运动矢量mv，此运动矢量作为下一待解码WZ帧的mvf，即mvf=mv。利 用所得到的运动矢量mv，对待解码WZ帧的前后相邻解码关键帧Y2tJPY2t+1进行双向运动 补偿，生成其对应边信息Y2t。
[0017] 本发明主要应用于分布式视频编码的降低边信息生成计算复杂度。
[0018] 有益效果：
[0019] 1、本发明有效地降低了改进后的前向运动估计时间，并且降低了边信息整体生成 时间。
[0020] 2、本发明通过压缩前向运动估计的计算复杂度，能够有效地降低边信息生成过程 的计算复杂度。
[0021] 3、本发明综合考虑了待解码帧的前后相邻已解码帧的时域相关性和连续性，有效 地提高了边信息质量。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明的方法流程图。
[0023] 图2为本发明改进的前向估计模型示意图。
[0024]图3为本发明改进的边信息生成模型示意图。 具体实施方案
[0025] 下面结合说明书附图对本发明创造作进一步的详细说明。
[0026] 如图2所示，Y2ti代表当前待解码WZ帧的前一相邻已解码关键帧，Y2t+1代表当前待 解码WZ帧的后一相邻已解码关键帧，以4+1帧作为参考帧进行搜索。取Y2ti中的宏块B， 对应于Y2t+#的宏块B'。前一已解码WZ帧的边信息的最终的运动矢量mvf=(dfudf2)，把 2mvf作为此次前向运动估计的初始运动矢量由宏块B'指向初始预测块P，搜索块T是以P为 中心的一个进行块匹配的小范围搜索区域。本发明采用基于绝对误差和（SumofAbsolute Difference，SAD)的块匹配准则，同时考虑相对位移，使用代价函数CF，其公式如下：
[0027]
[0028]
[0029]式1中，K是距离系数，取值为0· 05,（2(^+4, 2df2+d2)为前一相邻关键帧Y2ti中 宏块B相对于后一相邻关键帧￥21+1中宏块B'的位移，（c^cQ是以初始预测块为中心的相 对位移。式2中，（x，y)为帧的坐标位置，Y2tl(x，y)为前一相邻解码关键帧相应的像素值， Y2t+1(x，y)为后一相邻解码关键帧相应的像素值，MXN表示帧中宏块的大小（在本发明中取 M=N= 8)。在搜索块中，当某一宏块的CF值最小时，此宏块即是块匹配预测块，相应的位 移Odf^+c^Jdf^+cg是前一关键帧Y2tl中当前块的运动矢量，取其一半即为当前帧的运动 矢量mVl。即：
[0030]
搜索块的大小（在本文中T= 1. 5MX1. 5N)。mVl是本发明改进的前向运动估计方法所得 的运动矢量，且作为进一步判断和优化的初始值。
[0031] 在图3所示的模型中，改进的前向运动估计是上面获得运动矢量mvi的过程。传 统的前向运动估计采用经典的边信