CN104702957B - 运动矢量压缩方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运动矢量的压缩方法和装置，以解决现有技术中对运动矢量压缩编码时间耗时长、性能局限的问题。所述方法包括搜索运动矢量的像素精度区域，对所述运动矢量按照两个不同的像素精度区域进行搜索；对第一区域的MV采用第一表示法进行表示，对第二区域的MV采用第二表示法进行表示。本发明通过在运动搜索的过程中对所述运动矢量按照不同像素精度区域的方式进行分区搜索，对低像素精度区域的部分像素进行舍弃，而后对不同像素精度区域的MV进行适当的转换并采用不同的表示方法进行表示，从而达到压缩运动矢量的目的，对压缩后的运动矢量进行编码，减少了码流，优化了运动估计性能，提高了运动估计速度，实现编码性能的增益。

Description

运动矢量压缩方法和装置

技术领域

本发明属于数据压缩技术领域，具体涉及一种运动矢量的压缩方法和装置。

背景技术

在视频压缩技术领域，国际上的主流编码标准是H.264/AVC，我国的第一代视频压缩编码标准是MPEG-2，AVS是我国具备自主知识产权的第二代信源编码标准。2012年，AVS+引入了先进的场技术和熵编码技术，正式成为了广电行业标准。目前，我国即将推出的AVS2标准则是AVS的下一代标准。

AVS2基于四叉树的分块模式和灵活的参考帧，使得AVS2对高清视频序列的编码性能有巨大的提高，从而相比之前国际上的主流编码标准H.264/AVC带宽节省可达到50％以上，主观质量也得到大幅提升，具有更广阔的应用空间。例如，对于块大小来说，最大编码单元(CTU,Coding Tree Unit)从AVS的16x16增加到了AVS2的64x64，编码单元可从64x64划分到8x8大小，使得编码能够适应更多变的分辨率和更复杂的图像纹理。

但是，AVS2整个编码器的复杂度随着性能的提高呈数倍的增加，其中帧间编码占据了编码的主要时间(除了全I帧的编码配置)。帧间编码最耗时的部分是运动估计，这来源于在整像素和分像素精度上搜索匹配块的过程。现有的AVS2的数据压缩过程中对运动矢量的压缩编码，目前还存在耗时过长的问题。另外，帧间预测过程中最终运动矢量的压缩性能是影响AVS2的压缩性能的主要因素，由于现有技术中对运动矢量的压缩性能存在一定的局限性，使得帧间预测准确性不高，从而使得AVS2标准相对于ITU-T VCEG和ISO/IEC MPEG标准化组织联合发布的最新的视频编码标准HEVC，还有一定差距。

发明内容

本发明的目的是提供一种运动矢量的压缩方法和装置，通过引入渐进的运动矢量精度，以优化运动估计性能，提高运动估计速度，实现编码性能的增益。

根据本发明的一个方面，提供了一种运动矢量的压缩方法，所述方法包括：

搜索所述运动矢量的像素精度区域，将所述运动矢量分为两个区域，并对两个区域使用不同的像素精度进行搜索；

对第一区域的MV采用第一表示法进行表示，对第二区域的MV采用第二表示法进行表示。

上述方案中，所述两个不同的像素精度区域，进一步为1/4像素精度的第一区域和1/2像素精度的第二区域。

上述方案中，当所述运动矢量位于1/2像素精度的第二区域且本身为1/4像素精度时，则舍弃所述运动矢量所对应的像素点。

上述方案中，所述搜索所述运动矢量的像素精度区域，通过阈值来实现。

上述方案中，所述对第二区域的MV采用第二表示法进行表示，进一步为，在编码端对所述MV进行压缩，在解码端对所述MV进行恢复。

上述方案中，所述在编码端对所述MV进行压缩，进一步为采用Algorithm 1公式对所述MV进行转换，所述在在解码端对所述MV进行恢复，进一步为采用Algorithm 2公式对所述MV进行转换。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种运动矢量的压缩装置，所述装置包括：

搜索单元，用于搜索所述运动矢量的像素精度区域，将所述运动矢量分为两个区域，并对两个区域使用不同的像素精度进行搜索；

转换单元，所述转换单元与所述搜索单元相连，用于对第一区域的MV采用第一表示法进行表示，对第二区域的MV采用第二表示法进行表示。

上述方案中，所述搜索单元进一步用于对所述运动矢量按照为1/4像素精度的第一区域和1/2像素精度的第二区域的不同区域进行搜索。

上述方案中，所述搜索单元进一步用于当搜索的所述运动矢量位于1/2像素精度的第二区域且所述运动矢量本身为1/4像素精度时，则舍弃所述运动矢量所对应的像素点。

上述方案中，所述转换单元所述对第二区域的MV采用第二表示法进行表示，进一步为，在编码端对所述MV进行压缩，在解码端对所述MV进行恢复。

由以上本发明实施例的技术方案可以看出，本发明运动矢量的压缩方法，通过在运动搜索的过程中，对所述运动矢量按照不同像素精度区域的方式进行分区搜索，对低像素精度区域的部分像素进行弃，而后对不同像素精度区域的MV进行适当的转换并采用不同的表示方法进行表示，从而达到压缩运动矢量的目的，对压缩后的运动矢量进行编码，减少了码流，优化了运动估计性能，提高了运动估计速度，实现编码性能的增益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例的运动矢量压缩方法流程示意图；

图2为本发明第二实施例的运动矢量压缩方法流程示意图；

图3为本发明第二实施例中的运动矢量压缩前的示意图；

图4为本发明第二实施例中的运动矢量压缩后的示意图；

图5为本发明第三实施例的运动矢量压缩装置结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明要解决的技术问题是提高帧间预测过程中最终运动矢量的压缩速率和压缩性。AVS2标准中，帧间预测过程中存在的运动估计复杂度和运动矢量编码比特过多的双重问题，因此，运动估计性能的优化和运动速度的提高还有很大空间。在实际的压缩编码过程中，统计并分析帧间预测最终运动矢量的行为，得出运动矢量的分布规律，呈现出运动矢量聚集在MVP附近的趋势，这使得利用运动矢量的统计信息来优化运动矢量成为了可能。本发明在上述统计结果的基础之上，通过提出渐近的运动矢量精度的概念并将其引入到运动矢量的压缩中，根据运动矢量(MV，Motion Vector)与运动矢量预测值(MVP，Motion VectorPredictor)相对位置的不同对MV搜索的精度进行不同的限制，从而调整运动矢量的搜索过程，同时还提高了MV幅值的压缩效果，进而降低编码码率。

目前，在AVS标准中，MV固定的用1/4像素精度来表示，而本发明对相对接近MVP的MV使用较高的精度，对相对远离MVP的MV使用较低的精度，使得越靠近MVP的MV越有可能获得最优的率失真代价。在编码器中具体实现时，对接近MVP的在一定范围内的MV使用高的像素精度，如1/4像素精度，对远离MVP的在一定范围内的MV使用低的像素精度，如1/2像素精度。这里的高和低是相对于接近和远离时而言，是一个相对的概念，在实际实现时，可以进行无限小的范围区分，以实现MV相对MVP距离从近到远，相对的用于表示MV的像素精度从高到低的渐近过程，即渐进的运动矢量精度(PMVR，Progressive Motion VectorResolution)。

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作详细的说明。

图1是本发明第一实施例的运动矢量压缩方法流程示意图。

如图1所示，本实施例的运动矢量压缩方法包括如下步骤：

步骤S1，搜索运动矢量的像素精度区域，将所述运动矢量分为两个区域，所述两个区域包括第一区域和第二区域，并对所述两个区域使用不同的像素精度进行搜索。

本步骤中，将所述运动矢量分为两个区域，可以通过阈值(TH)来实现。在实际实现的过程中，所述将所述运动矢量限制为两个区域时，可以为1/4像素精度和1/2像素精度，如[CTR-TH,CTR+TH]区域内用1/4像素精度搜索运动矢量,区域外用1/2像素精度搜索运动矢量。其中，所述CTR表示矢量表示的起始点。

在上述区域限制的基础上，当进行运动搜索时，可以对现有技术中的逐步求精方法进行调整，如设定第一区域为较高精度，而第二区域为较低精度，当候选的MV超过了第一区域的精度范围时，则该MV被忽略，不用被搜索，从而剔除了一部分第一区域精度的MV的搜索，降低了运动估计的复杂度。在具体的实现过程中，表现为对MV进行判断，若|MVx-CTRx|>TH或|MVy–CTRy|>TH，且MV为1/4像素精度，则该点舍弃，不参与最佳MV的决策，降低了运动估计的复杂度。

步骤S2，对第一区域的MV采用第一表示法进行表示，对第二区域的MV采用第二表示法进行表示。

这里的表示法，是在对所述运动矢量限制不同精度区域的基础上，对不同精度的区域采用不同的表示方法，减少了编码的比特数而不会丢失MV的信息量。例如，对1/4像素精度的第一区域中的MV，采用1/4精度方式进行表示；而对1/2像素精度的第二区域中的MVD或MV，采用Algorithm 1公式或Algorithm 2公式进行转换。其中，所述MVD的Algorithm 1公式转换对应于编码端，MV的Algorithm 2公式转换对应解码端。

需要说明的是，本发明适用于任何编码标准的编码器中的运动矢量。

本实施例的运动矢量压缩方法，通过对MVP不同距离的MV划分不同的精度区域，降低了编码端的复杂度，通过如阈值等方法实现上述区域的限制或分割，进而采用不同的表示方法，优化运动估计性能，提高运动估计速度，同时还提高了MV幅值的压缩效果，进而降低编码码率，从而实现编码性能的增益。

图2所示为本发明第二实施例的运动矢量压缩方法流程示意图。

如图2所示，本实施例以一个运动矢量为例，通过PMVR方法，对所述运动矢量进行压缩。这里的运动矢量，其运动矢量可以是任意标准的。

所述运动矢量的压缩方法，包括如下步骤：

步骤S21，对所述运动矢量进行搜索，获得1/4像素精度的MV第一区域和1/2像素精度的MV第二区域。

本步骤中，PMVR方法通过设定一个阈值TH表示1/4MV精度的使用区域，本实施例中TH取值为2，如图3和图4所示。TH是一个控制1/4像素精度可用范围的阈值(以1/4像素为单位，TH取值为非负整数且值为2的整数倍)，其红色方框中的区域即为阈值TH所限定的范围，即红色方框所圈定的区域内，即第一区域，使用1/4像素精度对所述MV进行搜索。第一区域之外的MV都只能使用1/2像素精度进行搜索，所属区域即为第二区域。CTR(CenTer of theRange)是第一区域的中心。

如图3所示，当MVP指向半像素或整像素精度位置时，CTR和MVP是重叠的；如图4所示，当MVP指向1/4像素位置时，CTR与MVP各占一个像素点的位置，不重叠。

当CTR与MVP不重叠时，CTR由MVP通过式(1)-(2)舍入得到，式(1)-(2)如下：

CTRx＝MVPx>>1<<1 (1)

CTRy＝MVPy>>1<<1 (2)

其中，所述CTRx表示CTR在X方向上的分量，MVPx表示MVP在X方向上的分量；所述CTRy表示CTR在Y方向上的分量，MVPy表示MVP在Y方向上的分量。下述涉及到上述符号的表达式均为上述所述的涵义。

对于一种极端的情况，当TH＝0时，1/4像素精度范围缩小为零，即1/2像素精度会应用到除了SKIP/DIRECT模式MV外的所有MV中，在这种情况下，MVP本身会被舍入到半像素精度，如式(3)-(4)所示：

MVPx＝MVPx>>1<<1 (3)

MVPy＝MVPy>>1<<1 (4)

由于对1/4像素区域的限制，PMVR减少了1/4像素的MV被选的机率，从而减少亚像素插值的使用，降低了编解码过程的复杂度。

对于任意运动搜索过程，无论来自单向、对称还是双向编码模式，都采取该步骤。在运动搜索过程中，AVS2采用逐步求精的方法，先搜1/2像素精度点，再搜1/4像素精度点。PMVR对1/4像素精度点的搜索过程进行了调整，如果候选的1/4精度像素点MV超过了1/4像素精度的范围，则该MV被忽略从而不用被搜索，即该点舍弃，不参与最佳MV的决策。这种方法剔除了一部分1/4像素精度位置的搜索，使得运动估计的复杂度下降了。

步骤S22，对所述第一区域和第二区域的MV进行转换并根据相应的转换进行表示。

在具体的实现过程中，本步骤用于搜索完成后计算MV Cost，或者最终MVD的编码。

在本实施例中，对于第一区域中的MV，简单的使用MV–MVP的表示方式，进行编码；对于1/4像素精度范围外的MV，即第二区域中，MVD可以用一种更有效的方式进行转换，而不是简单等于MV–MVP。因为超出范围的MV分量一定是半像素精度的，即在1/4像素单位下是偶数的，所以超出的部分可以缩小一倍而不丢失MV的信息量。

优选的，在编码端，对于第二区域的MV，即此方法中特定的MV，MVD采用Algorithm1公式进行调整。所述MVD具体的转换过程如下：

将上述转换过程应用于图3和图4所示运动矢量。图3中示出了转换前的A、B和C位置，用上述推导过程对图3中的所述A、B和C位置进行转换后，得到图4的位置。在实际的操作过程中，采用现有AVS2标准对图3所示的运动矢量进行转换，并采用本实施例所述的PMVR方法对图3所示的运动矢量进行转换，将转换结果中的MVD值列入表1，如表1所示：

表1

从表1中可以看出，MVD的值通过PMVR方法的Algorithm 1转换，可以压缩为更小的值，从而减少编码MVD的bit数。需要说明的是，当所述运动矢量MV为AVS2编码标准时，压缩过后的MVD值仍然采用AVS2原本的CABAC熵编码模型进行编码，只是编码的幅值变小了。

相应的，当对所压缩的MV进行解码时，即在解码端，对于特定MVD，即与所述第二区域中特定的MV相对应的MVD，采用Algorithm 2公式进行恢复或转换。解码每个块时，首先从码流中读取MVD，然后使用与Algorithm 1对应的反推算法获取MV，而不是简单的MVD+MVP，具体的转换过程如下：

利用本实施例的PMVR方法在AVS2参考软件RD8.0上作性能测试，表2中列出了PMVR在AVS2参考软件RD8.0上的实验结果(RA,TH＝2)。其中，采用的测试序列是AVS2标准测试序列，第1列是视频序列分辨率，第2、3、4列分别是Y、U、V分量的BD-Rate性能结果。如表2所示：

表2

从表2中可以看出，本实施例中压缩过后的MVD值仍然采用AVS2原本的CABAC熵编码模型进行编码，但是，编码的幅值变小了，提高了MV幅值的压缩效果，进而降低编码码率，从而实现编码性能的增益。

图5是本发明第三实施例的运动矢量压缩装置结构示意图。

如图5所示，本实施例的运动矢量压缩装置，包括：搜索单元11、转换单元12，其中，

所述搜索单元11用于搜索运动矢量的像素精度区域，将所述运动矢量分为两个区域，所述两个区域包括第一区域和第二区域，并对所述两个区域使用不同的像素精度进行搜索。

所述转换单元12所述搜索单元11相连，用于对第一区域的MV采用第一表示法进行表示，对第二区域的MV采用第二表示法进行表示。

进一步地，所述搜索单元11还用于对所述运动矢量按照为1/4像素精度的第一区域和1/2像素精度的第二区域的不同区域进行搜索。

进一步地，所述搜索单元11还用于当搜索的所述运动矢量位于1/2像素精度的第二区域且所述运动矢量本身为1/4像素精度时，则舍弃所述运动矢量所对应的像素点。

进一步的，所述转换单元12在编码端对所述MV进行压缩，在解码端对所述MV进行恢复。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

通过以上的实施方式的描述可知，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种运动矢量的压缩方法，其特征在于，所述方法包括：

基于AVS2编码标准，搜索运动矢量的像素精度区域，对接近MVP的在一定范围内的MV使用高的像素精度，对远离MVP的在一定范围内的MV使用低的像素精度，将所述运动矢量分为1/4像素精度的第一区域和1/2像素精度的第二区域的两个区域，且仅为两个区域，不包含1/8像素精度的第三个区域，并对所述两个区域使用不同的像素精度，采用逐步求精的方法，先搜1/2像素精度点，再搜1/4像素精度点，并通过阈值来实现搜索；

对所述第一区域的运动矢量采用第一表示法进行表示，对所述第二区域的运动矢量采用第二表示法进行表示；当所述运动矢量位于1/2像素精度的第二区域且本身为1/4像素精度时，则舍弃所述运动矢量所对应的像素点；通过先搜1/2像素精度点，再搜1/4像素精度点，当候选的1/4精度像素点MV超过了1/4像素精度的范围，则该MV被忽略从而不用被搜索，该点舍弃，不参与最佳MV的决策，剔除了一部分1/4像素精度位置的搜索，从而降低了运动估计的复杂度。

2.根据权利要求1所述的运动矢量压缩方法，其特征在于，所述对第二区域的运动矢量采用第二表示法进行表示，进一步为，在编码端对所述运动矢量进行压缩，在解码端对所述运动矢量进行恢复。

3.根据权利要求2所述的运动矢量压缩方法，其特征在于，所述在编码端对所述运动矢量进行压缩，进一步为采用Algorithm1公式对所述运动矢量进行转换，所述在解码端对所述运动矢量进行恢复，进一步为采用Algorithm2公式对所述运动矢量进行转换。

4.一种运动矢量的压缩装置，其特征在于，所述装置包括：

搜索单元，用于搜索运动矢量的像素精度区域，对接近MVP的在一定范围内的MV使用高的像素精度，对远离MVP的在一定范围内的MV使用低的像素精度，将所述运动矢量分为1/4像素精度的第一区域和1/2像素精度的第二区域的两个区域，且仅为两个区域，不包含1/8像素精度的第三个区域，并对两个区域使用不同的像素精度，采用逐步求精的方法，先搜1/2像素精度点，再搜1/4像素精度点，并通过阈值来实现搜索；

并用于当搜索的所述运动矢量位于1/2像素精度的第二区域且所述运动矢量本身为1/4像素精度时，则舍弃所述运动矢量所对应的像素点；

并用于，当候选的1/4精度像素点MV超过了1/4像素精度的范围，则该MV被忽略从而不用被搜索，该点舍弃，不参与最佳MV的决策，剔除了一部分1/4像素精度位置的搜索，从而降低了运动估计的复杂度；

转换单元，所述转换单元与所述搜索单元相连，用于对所述第一区域的运动矢量采用第一表示法进行表示，对所述第二区域的运动矢量采用第二表示法进行表示。

5.根据权利要求4所述的运动矢量的压缩装置，其特征在于，所述转换单元所述对第二区域的运动矢量采用第二表示法进行表示，进一步为，在编码端对所述运动矢量进行压缩，在解码端对所述运动矢量进行恢复。