KR20070092481A - Adaptive fast motion estimation method for h.264 video encoder - Google Patents

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KR20070092481A KR1020060022681A KR20060022681A KR20070092481A KR 20070092481 A KR20070092481 A KR 20070092481A KR 1020060022681 A KR1020060022681 A KR 1020060022681A KR 20060022681 A KR20060022681 A KR 20060022681A KR 20070092481 A KR20070092481 A KR 20070092481A
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Abstract

A method for adaptive fast motion estimation of an H.264 video encoder is provided to reduce an amount of computation in a motion estimation process by downscaling a search range and search points in the H.264 video encoder. A motion vector of a horizontal/vertical direction is obtained, and the size of a motion search range given as an encoding condition is obtained from neighboring encoded blocks having high correlation with a block to be encoded. The size of the minimum search region, in which a predicted motion vector of the block to be encoded is able to be searched for, is determined by using the maximum value of the motion vector of the neighboring block(S10). A reference value used to estimate the correlation and the size of the motion vector of the neighboring block is calculated by using the sum of the sizes of the motion vectors of the neighboring vectors. The motion search region is determined by reflecting a local statistics characteristic. The motion search region of the horizontal/vertical direction used to minimize the error of the motion vector estimation is determined. A motion estimation operation is performed by employing a directional variable step search scheme used to independently downscale a search point according to the determined motion search area of the horizontal/vertical direction.

Description

Ｈ.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법 {ADAPTIVE FAST MOTION ESTIMATION METHOD FOR H.264 VIDEO ENCODER}Adaptive Fast Motion Estimation Method of H.264 Video Encoder {ADAPTIVE FAST MOTION ESTIMATION METHOD FOR H.264 VIDEO ENCODER}

도 1은 H.264 부호화기의 블록도이다.1 is a block diagram of an H.264 encoder.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법의 순서도를 도시한 것이다.2 is a flowchart illustrating an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에서 움직임 탐색 영역 결정을 위해 사용되는 각각의 인접 블록을 도시한 것이다.FIG. 3 illustrates each adjacent block used for determining a motion search region in the adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder according to the embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에서 지향성 가변 단계 방식의 일례를 도시한 것이다. 4 illustrates an example of a directional variable step method in an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention.

본 발명은 H.264 부호화기의 고속 움직임 추정 방법에 관한 것으로, 특히 움직임 추정에 소요되는 복잡도를 효과적으로 감소시킬 수 있는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a fast motion estimation method of an H.264 encoder, and more particularly, to an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder capable of effectively reducing the complexity required for motion estimation.

MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.263, 및 H.264 동영상 표준 부호화 방식(이하, H.264라고 함) 등의 비디오 코딩 표준들이 개발되어 디지털 미디어의 선두 역할을 수행하고 있다. 이러한 압축 기술이 VCD, DVD, 및 디지털TV 분야에 엄청난 변화를 가져오고 있으며, 그 중에서 H.264 압축 기술은 이동 수신이 가능한 DMB에 사용되는 영상 압축 방식으로서 높은 압축 성능을 갖고 있어 DMB 외에도 다양한 응용 분야에 사용되고 있다. Video coding standards such as MPEG-1, MPEG-2, MPEG-4, H.263, and H.264 video coding standards (hereinafter referred to as H.264) have been developed to play a leading role in digital media. . This compression technology is making a tremendous change in the field of VCD, DVD, and digital TV. Among them, H.264 compression technology is a video compression method used for mobile reception DMB and has high compression performance. It is used in the field.

H.264는 ITU-T VCEG(Video Coding Experts Group)와 ISO/IEC MPEG(Moving Picture Experts Group)의 최신 영상 표준 프로젝트이고, 이전의 압축 기술에 비해 개선된 압축 성능을 가지면서 대화형이나 비대화형 응용으로 지정된 네트워크에서 친화적인 비디오 영상을 제공한다. H.264 is the latest video standard project of the ITU-T Video Coding Experts Group (VCEG) and ISO / IEC Moving Picture Experts Group (MPEG), and is interactive or non-interactive with improved compression performance over previous compression technologies. The application provides friendly video footage on the specified network.

H.264 설계는 다양한 색차 포맷으로 순차 프레임이나 비월 프레임 중 하나 또는 같은 시퀀스에서 혼합된 비디오 코딩을 지원한다. 일반적으로 비디오 프레임의 하나는 2개의 비월된 기수 필드와 우수 필드로 구성된다.The H.264 design supports mixed video coding in one or the same sequence, either sequential frames or interlaced frames, in various chrominance formats. Typically one of the video frames consists of two interlaced radix fields and even fields.

H.264는 다양한 블록 크기를 갖는 움직임 예측 및 보상의 개선, 정수 블록 변환, In-Loop 디블록킹 필터의 개선, 엔트로피 코딩의 개선 등의 중요한 기술적 특성을 갖도록 설계된다. H.264 is designed to have important technical characteristics such as improved motion prediction and compensation with various block sizes, integer block transform, improved In-Loop deblocking filter, and improved entropy coding.

H.264는 가변 크기 블록 움직임 추정 방식으로 인해 동일 매크로 블록(Macro Block)에 대한 반복적인 움직임 추정 연산으로 압축 효율은 개선되었지만 계산량이 증가하는 문제점이 있다. 그로 인해, H.264의 부호화기가 실시간 구현이나 휴대용 단말기에 적용하는데 어려움이 있다. In H.264, the compression efficiency is improved by iterative motion estimation operation for the same macro block due to the variable size block motion estimation method, but there is a problem in that the calculation amount is increased. Therefore, it is difficult to apply the encoder of H.264 to a real-time implementation or a portable terminal.

영상의 움직임 벡터는 대부분 인접한 블록의 움직임 벡터와 유사한 정도의 움직임을 갖는 특성을 나타낸다. H.264의 부호화 과정에서 움직임 추정 과정(Motion Estimation)은 미리 지정된 정방향의 탐색 영역 내에서 움직임 추정을 하게 되므로 불필요한 위치를 탐색하여 계산량이 증가하는 결과를 초래하게 된다.Most of the motion vectors of the image have characteristics similar to those of the adjacent motion blocks. In the encoding process of H.264, the motion estimation process performs motion estimation within a predetermined forward search region, which results in an increase in the amount of computation by searching for unnecessary positions.

H.264의 움직임 추정 과정은 전체 부호화 시간의 약 60~70%를 차지하게 된다. 따라서, 움직임 추정 과정의 계산량 감소 기법은 실시간 구현과 휴대용 단말기의 전력 소모 문제를 해결하기 위해 H.264 부호화기에서 필수적으로 개발되어야 하는 기술이다. The motion estimation process of H.264 occupies about 60 ~ 70% of the entire coding time. Therefore, the computational reduction technique of the motion estimation process is a technology that must be developed in the H.264 encoder to solve the real-time implementation and power consumption problem of the portable terminal.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 H.264 부호화기에서 탐색 영역의 축소와 탐색 지점의 축소를 혼용하여 구현함으로써 움직임 추정 과정의 과도한 계산량을 감소시킬 수 있는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법을 제공하는 것이다. SUMMARY The present invention provides an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder that can reduce an excessive amount of computation in the motion estimation process by implementing a mixture of the reduction of the search area and the reduction of the search point in the H.264 encoder. To provide.

본 발명의 첫 번째 특징에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법은, 부호화 대상 블록과 상기 부호화 대상 블록에 이웃한 인접 블록들로 이루어진 움직임 추정 대상 블록에서 움직임 탐색 영역을 결정하는 방법에 있어서, a) 상기 부호화 대상 블록과 상관관계가 높은 부호화된 인접 블록으로부터 수평/수직 방향의 움직임벡터를 획득하고, 부호화 조건으로 주어진 움직임 탐색 영역의 크기(ω )를 획득하는 단계; b) 상기 인접 블록의 움직임 벡터 최대값을 이용하여 상기 부호화 대상 블록의 예상되는 움직임 벡터를 찾을 수 있는 최소 탐색 영 역 크기 값(

Figure 112006017118985-PAT00001
)을 정의하는 단계; c) 상기 인접 블록의 움직임 벡터 크기 합을 이용하여 인접 블록의 상관도와 움직임 벡터의 크기를 추정할 수 있는 척도 값(
Figure 112006017118985-PAT00002
)을 산출하는 단계; d) 상기 c) 단계의 척도 값에 의해 상기 움직임 탐색 영역을 국부 통계 특성을 반영하여 결정하고, 상기 움직임 벡터 추정 오류를 최소화하기 위한 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역을 결정하는 단계; 및 e) 상기 d) 단계에서 결정된 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역에 따라 독립적으로 탐색 지점 축소를 위한 지향성 가변 단계 탐색 방식을 적용하여 움직임 추정 연산을 수행하는 단계를 포함한다. An adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to the first aspect of the present invention is a method for determining a motion search region in a motion estimation target block including an encoding target block and adjacent blocks adjacent to the encoding target block. A) obtaining a motion vector in a horizontal / vertical direction from an encoded neighboring block having a high correlation with the encoding target block, and obtaining a size ω of a motion search region given as an encoding condition; b) a minimum search region size value for finding an expected motion vector of the block to be encoded using the motion vector maximum value of the neighboring block (
Figure 112006017118985-PAT00001
Defining); c) a measure value for estimating the correlation of the neighboring block and the magnitude of the motion vector using the sum of the motion vector magnitudes of the neighboring blocks (
Figure 112006017118985-PAT00002
Calculating c); d) determining the motion search area by reflecting local statistical characteristics according to the scale value of step c), and determining a motion search area in a horizontal / vertical direction for minimizing the motion vector estimation error; And e) applying a directional variable step search method for reducing the search point independently according to the horizontal / vertical motion search area determined in step d).

상기 a) 단계는, 상기 부호화 대상 블록의 위치와 부호화 조건에 따라 상기 부호화 대상 블록의 특정 방향으로 인접 블록의 움직임 벡터가 유효하지 않은 경우에 해당 방향의 유효하지 않는 인접 블록의 움직 벡터 크기 값은 상기 부호화 조건으로 주어진 움직임 탐색 영역 크기로 대체하는 것이 바람직하다. In step a), when the motion vector of the neighboring block is not valid in a specific direction of the encoding target block according to the position of the encoding target block and the encoding condition, the motion vector size value of the invalid neighboring block in the corresponding direction is It is preferable to replace with the size of the motion search region given by the encoding condition.

상기 d) 단계는, d-1) 상기

Figure 112006017118985-PAT00003
값에 의해 움직임 탐색 영역을 국부 통계 특성을 반영하는 탐색 영역(β(i) )으로 결정하는 단계; d-2) 상기 움직임 벡터 추정 오류를 최소화하기 위해 상기β(i) 와
Figure 112006017118985-PAT00004
중에서 최대값(
Figure 112006017118985-PAT00005
)을 출력하는 단계; d-3) 상기
Figure 112006017118985-PAT00006
와 움직임 탐색 영역의 크기(ω ) 중에서 최소값(δ(i) )을 출력하는 단계; 및 d-4) 상기
Figure 112006017118985-PAT00007
에 의해 수평 방향의 움직 임 탐색 영역(
Figure 112006017118985-PAT00008
)과 수직 방향의 움직임 탐색 영역(
Figure 112006017118985-PAT00009
)을 결정하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.In step d), d-1)
Figure 112006017118985-PAT00003
Determining the motion search region as a search region β (i) reflecting the local statistical characteristic by the value; d-2) β (i) and in order to minimize the motion vector estimation error
Figure 112006017118985-PAT00004
Of max
Figure 112006017118985-PAT00005
Outputting; d-3) above
Figure 112006017118985-PAT00006
And outputting a minimum value δ (i) among the magnitude ω of the motion search region; And d-4) above
Figure 112006017118985-PAT00007
Horizontally moved navigation area (
Figure 112006017118985-PAT00008
) And vertical movement search area (
Figure 112006017118985-PAT00009
It is preferred to include the step of determining).

상기 e) 단계는, e-1) 상기 움직임 탐색 영역의 수평/수직 방향의 크기(δ(x) δ(y) )를 이용하여 제1단계의 탐색 원점에서 탐색 지점까지의 수평/수직 방향의 각 크기값(

Figure 112006017118985-PAT00010
)을 구하는 단계; e-2) 상기 제1 단계의 거리값을 이용해 전체 단계의 횟수(
Figure 112006017118985-PAT00011
)를 구하는 단계; 및 e-3) 상기 제1 단계 이후의 각 단계별
Figure 112006017118985-PAT00012
는 이전 단계의
Figure 112006017118985-PAT00013
로 구하여 전체 단계가 종료될 때까지 적합한 탐색 지점에 대해 움직임 추정을 수행하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다. In the step e), the horizontal / vertical direction from the search origin to the search point of the first step is determined by using the horizontal / vertical size δ (x) δ (y) of the movement search region. Each size value (
Figure 112006017118985-PAT00010
Obtaining; e-2) the number of times of all steps using the distance value of the first step (
Figure 112006017118985-PAT00011
Obtaining; And e-3) each step after the first step.
Figure 112006017118985-PAT00012
Of the previous step
Figure 112006017118985-PAT00013
It is desirable to include the step of performing a motion estimation for a suitable search point until the entire step is completed.

상기 e-3) 단계는, 상기 전체 단계의 횟수(

Figure 112006017118985-PAT00014
)가 초기 크기값(
Figure 112006017118985-PAT00015
)이 큰 방향의 움직임 탐색 영역을 기준으로 결정함으로써 수평/수직 방향의 탐색 영역 중에서 상기 움직임 탐색 영역의 크기 값이 상대적으로 크게 결정된 방향에 대해 다수의 탐색 지점을 제공하는 것이 바람직하다. In step e-3, the number of times of the total step (
Figure 112006017118985-PAT00014
) Is the initial size value (
Figure 112006017118985-PAT00015
It is preferable to provide a plurality of search points for the direction in which the size value of the motion search area is relatively large among the horizontal / vertical search areas by determining the relative to the motion search area in the large direction.

상기 e-3) 단계는, 상기 각 단계별 탐색 지점 선정은 제1 단계에서 탐색 원점을 포함한 9개의 탐색 지점에 대해 움직임 추정을 수행하여 적합 지점으로 선정된 지점을 제2 단계의 탐색 원점으로 선정한 후 상기 제2 단계의 탐색 원점의 주변 8지점에 대해 움직임 추정을 수행하는 것이 바람직하다. In step e-3, the search point selection in each step is performed by performing motion estimation on nine search points including the search origin in the first step and selecting a point selected as a suitable point as the search origin of the second step. It is preferable to perform motion estimation on eight surrounding points of the search origin of the second step.

상기 e) 단계는, 상기 가변 단계 탐색 방식 진행 중에 결정된 탐색 영역을 벗어난 탐색 지점은 움직임 추정 연산에서 제외시키는 것이 바람직하다. In the step e), it is preferable to exclude the search point outside the search area determined during the variable step search method from the motion estimation operation.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다. DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.

본 발명에서는 움직임 추정 대상 블록의 인접 블록들과의 국부 움직임 벡터 통계적 특성을 이용하여 수평/수직 방향의 각 움직임 추정 탐색 영역을 결정하는 적응적 움직임 추정 탐색 영역 결정 방식으로 불필요한 탐색 영역을 제거하고, 결정된 탐색 영역 내에 탐색 지점을 지향성 가변 단계 탐색 방식을 사용하여 움직임 추정의 계산량을 감소시킨다. In the present invention, unnecessary search areas are removed by an adaptive motion estimation search area determination method for determining each motion estimation search area in a horizontal / vertical direction using local motion vector statistical characteristics of adjacent blocks of a motion estimation target block. The search point in the determined search area is reduced by using a directional variable step search method.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에 적용되는 H.264 부호화기를 도 1을 참고로 하여 설명한다.First, an H.264 encoder applied to an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 1.

도 1은 H.264 부호화기의 블록도이다.1 is a block diagram of an H.264 encoder.

도 1을 참조하면, 입력된 영상데이터의 각각의 매크로블록(Macroblock)은 인트라 모드(Intra Mode)와 인터 모드(Inter Mode)로 부호화된다. 인트라 모드는 동일 프레임 상 재구성된 영상 데이터로부터 구성되어지며, 인터 모드는 기준 프레임 (Reference Frame)을 이용하여 움직임 추정(ME)과 움직임 보정(MC)에 의하여 구성되어진다. Referring to FIG. 1, each macroblock of input image data is encoded in an intra mode and an inter mode. The intra mode is constructed from image data reconstructed on the same frame, and the inter mode is configured by motion estimation (ME) and motion compensation (MC) using a reference frame.

각 모드에 의해 생성된 값과 입력된 영상 데이터와의 차로 생성된 잔여(Residual) 신호는 정수 변환(T)과 양자화(Q)를 거쳐 양자화된 변환 계수로 변환되며 엔트로피코딩(Entropy Coding)을 거치게 된다. The residual signal generated by the difference between the value generated by each mode and the input image data is converted into quantized transform coefficients through integer transform (T) and quantization (Q) and subjected to entropy coding. do.

그와 동시에 생성된 양자화된 변환 계수는 다시 역양자화(Q-1)와 정수 역변환(T-1)을 거치고 인트라 모드 또는 인터 모드로 형성된 값과 더하여진 후 필터를 거쳐 재구성된 기준 영상으로 사용된다. 이러한 부호화 과정 중에서, 본 발명은 움직임 추정에 관련하고 있다.At the same time, the generated quantized transform coefficients are again subjected to inverse quantization (Q -1 ) and integer inverse transform (T -1 ), added to intra or inter mode values, and then used as a reconstructed reference image through a filter. . Among these encoding processes, the present invention relates to motion estimation.

다음, 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에 대해 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세히 설명한다.Next, an adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 4.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법의 순서도를 도시한 것이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에서 움직임 탐색 영역 결정을 위해 사용되는 각각의 인접 블록을 도시한 것이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법에서 지향성 가변 단계 방식의 일례를 도시한 것이다. 2 is a flowchart illustrating an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is an adaptive fast motion estimation of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention. Each neighboring block used for determining a motion search region in the method is illustrated, and FIG. 4 shows an example of a directional variable step method in the adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder according to the embodiment of the present invention. It is.

도 2 내지 도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법은, 먼저 움직임 추정 대상 블록의 인접 블록들 과의 국부 움직임 벡터 통계적 특성을 이용하여 수평/수직 방향의 각 움직임 탐색 영역의 크기를 결정해야 한다.(S10)2 to 4, an adaptive fast motion estimation method of an H.264 video encoder according to an embodiment of the present invention first uses a horizontal motion vector statistical characteristic with neighboring blocks of a motion estimation target block. It is necessary to determine the size of each motion search region in the vertical direction.

도 3에 도시된 바와 같이, 움직임 탐색 영역 결정을 위해 사용된 인접 블록은 가변크기 블록을 사용하는 H.264 동영상 표준 부호화 방식에 따라 각 모드(mode)별 인접 블록을 결정하고, 부호화 블록의 위치에 따라 움직임 벡터 값이 유효하지 않는 인접 블록이 발생하는 경우에 해당 블록의 움직임 벡터 크기 값은 부호화 조건으로 주어진 탐색 영역 크기로 대체한다. As shown in FIG. 3, the neighboring block used for determining the motion search region determines the neighboring block for each mode according to the H.264 video standard coding method using a variable size block, and the position of the coding block. Accordingly, when a neighboring block for which a motion vector value is invalid is generated, the motion vector size value of the block is replaced with a search region size given as an encoding condition.

예외적으로 블록 C가 존재하지 않고 블록 D는 존재하는 경우에, 블록 C의 움직임 벡터 값을 블록 D의 값으로 대체하여 사용한다. Exceptionally, when block C does not exist and block D exists, the motion vector value of block C is replaced with the value of block D and used.

도 3에서, 블록 E는 현재 부호화 대상 블록이며 좌상측 좌표 위치와 우하측 좌표 위치를 표기하고 있다. 이때 block size_h는 해당 모드에 대한 수평 방향의 크기 값이며, block size_v는 해당 모드에 대한 수직 방향의 크기 값이다. In Fig. 3, block E is the current encoding target block and indicates the upper left coordinate position and the lower right coordinate position. In this case, block size_h is a size value in the horizontal direction for the mode, and block size_v is a size value in the vertical direction for the mode.

인접블록 A, B, C는 부호화 대상 블록 E와 상관관계가 높은 인접 4×4 크기 블록으로 각 블록은 수평/수직 방향의 움직임 벡터가 결정된 상태이다. Adjacent blocks A, B, and C are adjacent 4x4 size blocks having a high correlation with the encoding target block E, and each block has a motion vector in a horizontal / vertical direction determined.

Figure 112006017118985-PAT00016
Figure 112006017118985-PAT00016

S10 단계에서, 주어진 움직임 추정 탐색 영역(search range) 크기(ω)는 수학식1과 같이 정의한다. In step S10, the given motion estimation search range size (ω) is defined as in Equation (1).

부호화된 인접 블록 각각의 움직임 벡터를 이용하여 다음과 같이 정의할 수 있다. max( )는 입력 값 중 최대값을 출력하는 함수이고, 수학식1의ω는 움직임 추정 시 미리 정의된 최대 움직임 탐색 영역 값을 의미하며, x와 y는 수평 및 수직 방향을 의미한다. The motion vector of each of the encoded neighboring blocks may be defined as follows. max () is a function for outputting a maximum value among input values, ω in Equation 1 means a predefined maximum motion search range value during motion estimation, and x and y mean horizontal and vertical directions.

움직임 벡터 추정 오류를 줄이기 위해 인접 블록 움직임 벡터 최대값을 2배하여 오류를 줄이기 위한 최소 탐색 영역 크기 값(

Figure 112006017118985-PAT00017
)은 결정된 각각의 움직임 벡터를 이용하여 수학식2 와 같이 정의할 수 있다.(S20)Minimum search region size value to reduce errors by doubling the neighboring block motion vector maximum to reduce motion vector estimation errors (
Figure 112006017118985-PAT00017
) May be defined as in Equation 2 using the determined motion vectors (S20).

Figure 112006017118985-PAT00018
Figure 112006017118985-PAT00018

Figure 112006017118985-PAT00019
Figure 112006017118985-PAT00019

수학식3은 인접 블록의 상관도와 움직임 벡터의 크기를 추정할 수 있는 척도로 사용된다.(S30) 즉,

Figure 112006017118985-PAT00020
가 작은 경우에 인접 블록이 가질 수 있는 움직임 벡터의 크기 종류가 제한되므로 상대적으로 상관도가 높으며, 현재 부호화 대상 블록의 움직임 또한 작은 영역 내에서 일어날 수 있다고 추정할 수 있다. Equation 3 is used as a measure for estimating the correlation of adjacent blocks and the magnitude of the motion vector (S30).
Figure 112006017118985-PAT00020
In the case where is small, the type of a motion vector that a neighboring block can have is limited, so the correlation is relatively high, and it can be estimated that the motion of the current encoding target block can also occur in a small region.

반대로,

Figure 112006017118985-PAT00021
가 큰 경우에 각각의 인접 블록이 가질 수 있는 움직임 벡터의 크기 종류가 다양해지므로 상관도가 낮아지며, 현재 부호화 대상 블록의 움직임이 다양한 크기와 큰 움직임 벡터를 가질 수 있다고 추정할 수 있다. Contrary,
Figure 112006017118985-PAT00021
When is large, the correlation degree becomes low since the types of motion vectors each neighboring block can have vary, and it can be estimated that the motion of the current encoding target block can have various sizes and large motion vectors.

수학식3에 의한

Figure 112006017118985-PAT00022
값에 의해 수학식4와 같이 주어진 움직임 탐색 영 역을 국부 통계 특성을 반영하는 두 가지 탐색 영역 중 하나로 결정한다.(S40) By equation (3)
Figure 112006017118985-PAT00022
The motion search area given by Equation 4 is determined as one of two search areas reflecting local statistical characteristics by the value (S40).

Figure 112006017118985-PAT00023
Figure 112006017118985-PAT00023

위의 수학식2에서 구한

Figure 112006017118985-PAT00024
는 현재 부호화 대상 블록의 예상되는 움직임 벡터를 찾을 수 있는 최소 탐색 영역의 크기이므로 움직임 벡터 추정 오류를 최소화하기 위한 영역을 아래 수학식 5와 같이
Figure 112006017118985-PAT00025
와
Figure 112006017118985-PAT00026
중 최대 값으로 출력한다.(S50) Obtained from Equation 2 above
Figure 112006017118985-PAT00024
Since is the size of the minimum search area where the expected motion vector of the current encoding target block can be found, the area for minimizing the motion vector estimation error is expressed by Equation 5 below.
Figure 112006017118985-PAT00025
Wow
Figure 112006017118985-PAT00026
Output the maximum value among (S50)

Figure 112006017118985-PAT00027
Figure 112006017118985-PAT00027

수학식5에 의해 결정된 움직임 탐색 영역은 수학식1의

Figure 112006017118985-PAT00028
에서 정의된 움직임 탐색 영역의 제약 조건을 위배할 수 있으므로 수학식6과 같이 ω 와
Figure 112006017118985-PAT00029
의 크기 비교에 의해 작은 값을 선택하게 된다. 아래 수학식6의 min()은 입력 값 중 최소값을 출력하는 함수이다.(S60) The motion search region determined by Equation 5 is represented by Equation 1
Figure 112006017118985-PAT00028
Since it can violate the constraint of the motion search region defined in Equation 6, ω and
Figure 112006017118985-PAT00029
A small value is selected by comparing the size of. Min () in Equation 6 below is a function for outputting a minimum value among input values (S60).

Figure 112006017118985-PAT00030
Figure 112006017118985-PAT00030

따라서 수평 및 수직 방향의 움직임 탐색 영역 dx, dy 는 아래 수학식7과 같 이 결정된다. Therefore, the horizontal and vertical movement search areas dx and dy are determined by Equation 7 below.

Figure 112006017118985-PAT00031
Figure 112006017118985-PAT00031

이렇게 하여 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역이 결정되면 움직임 추정을 수행하게 되는데, 이때 탐색지점을 축소하기 위한 방법으로 지향성 가변 단계 탐색(Directional Variable Step Search) 방식을 사용한다.(S70) In this way, when the horizontal / vertical motion search area is determined, motion estimation is performed. In this case, a directional variable step search method is used as a method for reducing the search point.

수학식7과 같이 결정된 움직임 탐색영역이 수평/수직 방향으로 결정되기 때문에 지향성 가변 단계 탐색 방식도 각각의 수평/수직방향에 따라 독립적으로 단계가 결정된다. Since the motion search region determined as in Equation 7 is determined in the horizontal / vertical direction, the directional variable step search method is also independently determined according to each horizontal / vertical direction.

Figure 112006017118985-PAT00032
Figure 112006017118985-PAT00032

수학식8은 지향성 가변 단계 탐색 방식의 제1 단계의 크기 값을 구하는 방법이다. 수학식7에서와 같이 δ(x), ~δ(y) 는 적응적 움직임 추정 탐색영역 결정 방식에 따라 결정된 탐색영역의 수평/수직 방향의 크기이고, M은 정수를 의미한다. Equation 8 is a method of obtaining the magnitude value of the first step of the directional variable step search method. As in Equation 7, δ (x) and δ (y) are horizontal / vertical directions of the search area determined according to the adaptive motion estimation search area determination method, and M means an integer.

따라서, 수학식 8의

Figure 112006017118985-PAT00033
는 제1 단계의 탐색원점으로부터 탐색지점까지의 수평/수직 방향의 각 거리 값이 된다. Thus, Equation 8
Figure 112006017118985-PAT00033
Is the distance value in the horizontal / vertical direction from the search origin in the first step to the search point.

Figure 112006017118985-PAT00034
Figure 112006017118985-PAT00034

Figure 112006017118985-PAT00035
Figure 112006017118985-PAT00035

수평/수직 방향에 대해 제1 단계의 크기 값이 주어지므로, 전체 단계의 횟수(

Figure 112006017118985-PAT00036
)는 수학식9에서와 같이 제1 단계의 크기 값이 큰 값을 기준으로 수학식 10에 의해 구해진다. Since the magnitude value of the first step is given for the horizontal / vertical direction,
Figure 112006017118985-PAT00036
) Is calculated by Equation 10 on the basis of a large value of the size of the first step as in Equation 9.

Figure 112006017118985-PAT00037
Figure 112006017118985-PAT00037

제1 단계 이후에 각 단계별

Figure 112006017118985-PAT00038
는 수학식 11과 같이 이전 단계의 크기 값을 이용하여 구한다. 수학식 11에서 t는 현재 단계를 의미하고, t-1은 이전 단계를 의미한다. After each step
Figure 112006017118985-PAT00038
Is obtained using the magnitude value of the previous step as shown in Equation (11). In Equation 11, t means the current step, t-1 means the previous step.

전체 단계의 횟수가 초기 크기 값이 큰 방향을 기준으로 정해지기 때문에 초기 크기 값이 작은 방향이 전체 단계가 종료하기 전 크기 값이 1이 되고, 크기 값이 1이 된 방향은 전체 단계가 종료할 때까지 크기 값을 1로 유지한다. 이러한 이유로 움직임 추정 탐색영역의 크기 값이 상대적으로 크게 결정된 방향에 대해서 더 많은 탐색지점을 제공할 수 있다. Since the number of total steps is determined based on the direction in which the initial size value is large, the direction in which the initial size value is small becomes the size value 1 before the entire step ends, and the direction in which the size value is 1 indicates that the total step ends. Keep the size value to 1 until you For this reason, more search points may be provided in a direction in which the size value of the motion estimation search area is relatively large.

각 단계별 탐색지점의 선정은 3단계 탐색(Three Step Search)방식과 같이 제1 단계에서 원점을 포함한 9개 지점에 대해 움직임 추정을 수행하여 적합 지점으로 선정 된 지점을 다음 단계의 원점으로 선정하여 그 주변 8지점에 대해 움직임 추정 을 수행하는 방식을 사용한다.As for the selection of search points in each step, like the three-step search method, the motion estimation is performed on nine points including the origin in the first step, and the selected point as a suitable point is selected as the origin of the next step. A motion estimation method is performed for eight surrounding points.

이러한 지향성 가변 단계 탐색 방식은 도 4에 도시된 바와 같이, 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역의 크기가 각각 δ(x) = 5, δ(y) = 3일 때, 수학식 9 및 수학식 10에 의해 전체 단계의 횟수는 3이 된다. As shown in FIG. 4, when the size of the horizontal / vertical motion search region is δ (x) = 5 and δ (y) = 3, as shown in FIG. 4, Equations 9 and 10 By this, the number of total steps is three.

각각의 단계에 따른 x와 y는 제1 단계에서 x = 4, y = 2, 제2 단계에서 x = 2, y = 1, 제3 단계에서 x = 1, y = 1의 단계별 탐색 원점으로부터 탐색지점까지의 크기 값을 각각 갖게 된다. X and y in each step are searched from the stepwise origin of x = 4, y = 2 in the first step, x = 2, y = 1 in the second step, x = 1, y = 1 in the third step Each has a magnitude value up to the point.

도 4에서, 직사각 모양의 최외각선은 결정된 움직임 탐색영역이며 지향성 가변 단계 탐색 방식 진행 중에 결정된 움직임 탐색영역을 벗어난 탐색지점에 대해서는 움직임 추정 연산에서 제외시킨다.In FIG. 4, the rectangular outermost line is the determined motion search region and the search point outside the motion search region determined during the directional variable step search method is excluded from the motion estimation operation.

상기 도면과 발명의 상세한 설명은 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.The drawings and detailed description of the invention are merely exemplary of the invention, which are used for the purpose of illustrating the invention only and are not intended to limit the scope of the invention as defined in the appended claims or claims. Therefore, those skilled in the art will understand that various modifications and equivalent other embodiments are possible from this. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.

이와 같이, 본 발명에 의한 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법은 H.264 부호화기의 움직임 추정에 소요되는 복잡도를 감소시켜 전체 부호화 시간이 감소될 수 있고, H.264 동영상 표준 부호화 방식을 이용한 실시간 처리 성능이 개선되고, 복잡도 감소에 따른 전력 소모 감소로 휴대용 장비 응용성도 개선될 수 있는 효과가 있다.As described above, the adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder according to the present invention can reduce the complexity required for the motion estimation of the H.264 video encoder, thereby reducing the overall coding time, and the H.264 video standard coding method. Real-time processing performance is improved, and the application of portable equipment can be improved by reducing power consumption due to complexity reduction.

Claims (7)

부호화 대상 블록과 상기 부호화 대상 블록에 이웃한 인접 블록들로 이루어진 움직임 추정 대상 블록에서 움직임 탐색 영역을 결정하는 방법에 있어서,A method for determining a motion search region in a motion estimation target block including an encoding target block and neighboring blocks adjacent to the encoding target block, a) 상기 부호화 대상 블록과 상관관계가 높은 부호화된 인접 블록으로부터 수평/수직 방향의 움직임벡터를 획득하고, 부호화 조건으로 주어진 움직임 탐색 영역의 크기(ω )를 획득하는 단계;a) obtaining a motion vector in a horizontal / vertical direction from an encoded adjacent block having a high correlation with the encoding target block, and obtaining a size ω of a motion search region given as an encoding condition; b) 상기 인접 블록의 움직임 벡터 최대값을 이용하여 상기 부호화 대상 블록의 예상되는 움직임 벡터를 찾을 수 있는 최소 탐색 영역 크기 값(
Figure 112006017118985-PAT00039
)을 정의하는 단계;b) a minimum search range size value for finding an expected motion vector of the block to be encoded using the motion vector maximum value of the neighboring block (
Figure 112006017118985-PAT00039
Defining); c) 상기 인접 블록의 움직임 벡터 크기 합을 이용하여 인접 블록의 상관도와 움직임 벡터의 크기를 추정할 수 있는 척도 값(
Figure 112006017118985-PAT00040
)을 산출하는 단계; c) a measure value for estimating the correlation of the neighboring block and the magnitude of the motion vector using the sum of the motion vector magnitudes of the neighboring blocks (
Figure 112006017118985-PAT00040
Calculating c); d) 상기 c) 단계의 척도 값에 의해 상기 움직임 탐색 영역을 국부 통계 특성을 반영하여 결정하고, 상기 움직임 벡터 추정 오류를 최소화하기 위한 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역을 결정하는 단계; 및d) determining the motion search area by reflecting local statistical characteristics according to the scale value of step c), and determining a motion search area in a horizontal / vertical direction for minimizing the motion vector estimation error; And e) 상기 d) 단계에서 결정된 수평/수직 방향의 움직임 탐색 영역에 따라 독립적으로 탐색 지점 축소를 위한 지향성 가변 단계 탐색 방식을 적용하여 움직임 추정 연산을 수행하는 단계를 포함하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법. e) adapting the H.264 video encoder including applying the directional variable step search method for reducing the search point independently according to the horizontal / vertical motion search area determined in step d). Fast motion estimation method. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 a) 단계는, 상기 부호화 대상 블록의 위치와 부호화 조건에 따라 상기 부호화 대상 블록의 특정 방향으로 인접 블록의 움직임 벡터가 유효하지 않은 경우에 해당 방향의 유효하지 않는 인접 블록의 움직 벡터 크기 값은 상기 부호화 조건으로 주어진 움직임 탐색 영역 크기로 대체하는 것을 특징으로 하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법. In step a), when the motion vector of the neighboring block is not valid in a specific direction of the encoding target block according to the position of the encoding target block and the encoding condition, the motion vector size value of the invalid neighboring block in the corresponding direction is Adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder, characterized in that for substituting the size of the motion search region given by the coding condition. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 d) 단계는, Step d), d-1) 상기
Figure 112006017118985-PAT00041
값에 의해 움직임 탐색 영역을 국부 통계 특성을 반영하는 탐색 영역(β(i) )으로 결정하는 단계;d-1) above
Figure 112006017118985-PAT00041
Determining the motion search region as a search region β (i) reflecting the local statistical characteristic by the value; d-2) 상기 움직임 벡터 추정 오류를 최소화하기 위해 상기
Figure 112006017118985-PAT00042
와
Figure 112006017118985-PAT00043
중에서 최대값(
Figure 112006017118985-PAT00044
)을 출력하는 단계;d-2) in order to minimize the motion vector estimation error
Figure 112006017118985-PAT00042
Wow
Figure 112006017118985-PAT00043
Of max
Figure 112006017118985-PAT00044
Outputting; d-3) 상기
Figure 112006017118985-PAT00045
와 움직임 탐색 영역의 크기(ω ) 중에서 최소값(δ(i) )을 출력하는 단계; 및d-3) above
Figure 112006017118985-PAT00045
And outputting a minimum value δ (i) among the magnitude ω of the motion search region; And d-4) 상기
Figure 112006017118985-PAT00046
에 의해 수평 방향의 움직임 탐색 영역 (
Figure 112006017118985-PAT00047
)과 수직 방향의 움직임 탐색 영역(
Figure 112006017118985-PAT00048
)을 결정하는 단계d-4) above
Figure 112006017118985-PAT00046
Navigation movement region in the horizontal direction (by
Figure 112006017118985-PAT00047
) And vertical movement search area (
Figure 112006017118985-PAT00048
Steps to determine 를 포함하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법. Adaptive fast motion estimation method of H.264 video encoder comprising a. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 e) 단계는, Step e), e-1) 상기 움직임 탐색 영역의 수평/수직 방향의 크기(δ(x) δ(y) )를 이용하여 제1단계의 탐색 원점에서 탐색 지점까지의 수평/수직 방향의 각 크기값(
Figure 112006017118985-PAT00049
)을 구하는 단계; e-1) each size value in the horizontal / vertical direction from the search origin to the search point in the first step using the size (δ (x) δ (y)) in the horizontal / vertical direction of the movement search region (
Figure 112006017118985-PAT00049
Obtaining; e-2) 상기 제1 단계의 거리값을 이용해 전체 단계의 횟수(
Figure 112006017118985-PAT00050
)를 구하는 단계; 및e-2) the number of times of all steps using the distance value of the first step (
Figure 112006017118985-PAT00050
Obtaining; And e-3) 상기 제1 단계 이후의 각 단계별
Figure 112006017118985-PAT00051
는 이전 단계의
Figure 112006017118985-PAT00052
로 구하여 전체 단계가 종료될 때까지 적합한 탐색 지점에 대해 움직임 추정을 수행하는 단계e-3) each step after the first step
Figure 112006017118985-PAT00051
Of the previous step
Figure 112006017118985-PAT00052
Performing motion estimation on the appropriate search point until the entire step is completed. 를 포함하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법. Adaptive fast motion estimation method of H.264 video encoder comprising a. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 e-3) 단계는, 상기 전체 단계의 횟수(
Figure 112006017118985-PAT00053
)가 초기 크기값(
Figure 112006017118985-PAT00054
)이 큰 방향의 움직임 탐색 영역을 기준으로 결정함으로써 수평/수직 방향의 탐색 영역 중에서 상기 움직임 탐색 영역의 크기 값이 상대적으로 크게 결정된 방향에 대해 다수의 탐색 지점을 제공하는 것을 특징으로 하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법.In step e-3, the number of times of the total step (
Figure 112006017118985-PAT00053
) Is the initial size value (
Figure 112006017118985-PAT00054
H.264 characterized in that a plurality of search points are provided for a direction in which a size value of the motion search area is relatively large among the horizontal / vertical search areas by determining a relative to the motion search area in a large direction. Adaptive Fast Motion Estimation Method of Video Encoder. 제4항에 있어서, The method of claim 4, wherein 상기 e-3) 단계는, 상기 각 단계별 탐색 지점 선정은 제1 단계에서 탐색 원점을 포함한 9개의 탐색 지점에 대해 움직임 추정을 수행하여 적합 지점으로 선정된 지점을 제2 단계의 탐색 원점으로 선정한 후 상기 제2 단계의 탐색 원점의 주변 8지점에 대해 움직임 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법.In step e-3, the search point selection for each step is performed by performing motion estimation on nine search points including the search origin in the first step and selecting a point selected as a suitable point as the search origin of the second step. Adaptive fast motion estimation method of the H.264 video encoder, characterized in that for performing the motion estimation for the surrounding eight points of the search origin of the second step. 제1항에 있어서, The method of claim 1, 상기 e) 단계는, 상기 가변 단계 탐색 방식 진행 중에 결정된 탐색 영역을 벗어난 탐색 지점은 움직임 추정 연산에서 제외시키는 것을 특징으로 하는 H.264 동영상 부호화기의 적응적 고속 움직임 추정 방법. In the step e), the H.264 video encoder is a fast motion estimation method, characterized in that the search point out of the search area determined during the progress of the variable step search method is excluded from the motion estimation operation.
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