Fast Motion Estimation for Variable Motion Block Size in H.264 Standard

The main feature of H.264 standard against conventional video standards is the high coding efficiency and the network friendliness. In spite of these outstanding features, it is not easy to implement H.264 codec as a real-time system due to its high requirement of memory bandwidth and intensive computation. Although the variable block size motion compensation using multiple reference frames is one of the key coding tools to bring about its main performance gain, it demands substantial computational complexity due to SAD (Sum of Absolute Difference) calculation among all possible combinations of coding modes to find the best motion vector. For speedup of motion estimation process, therefore, this paper proposes fast algorithms for both integer-pel and fractional-pel motion search. Since many conventional fast integer-pel motion estimation algorithms are not suitable for H.264 having variable motion block sizes, we propose the motion field adaptive search using the hierarchical block structure based on the diamond search applicable to variable motion block sizes. Besides, we also propose fast fractional-pel motion search using small diamond search centered by predictive motion vector based on statistical characteristic of motion vector.

H.264 표준의 가변 움직임 블록을 위한 고속 움직임 탐색 기법

기존 비디오 표준과 비교해 볼 때, H.264 비디오 표준이 갖는 중요한 두 가지 특징으로는 높은 부호화 효율과 네트워크 친화성을 들 수 있다. 그러나 이러한 중요한 특성에도 불구하고 H.264 표준은 구현시 요구되는 메모리 대역폭과 연산량의 복잡도가 높기 때문에 실시간 응용에 적용하는데 어려움이 있다. H.264 부호화 기술 가운데 특히 복수 참조 영상을 이용한 다양한 블록 단위 움직임 탐색은 높은 부호화 효율을 갖도록 하는 핵심 요소지만 최적의 움직임 벡터를 찾기 위해 다양한 블록 단위 조합의 모든 경우에 대하여 SAD (Sum of Absolute Difference)를 구해야 하므로 상당한 계산량을 요구한다. 그러므로 본 논문에서는 움직임 탐색의 연산량을 줄이기 위해 정수화소 움직임 탐색 및 부화소 움직임 탐색을 위한 고속 알고리즘을 제안한다. 정수화소 단위 움직임 탐색의 경우, 기존의 고속 움직임 탐색 기법은 H.264의 다양한 블록 단위 움직임 탐색 구조에 그대로 적용할 경우 효과적이지 못하기 때문에 본 논문에서는 종래 다이아몬드 탐색 기반 방법을 계층적 블록 구조에 맞게 개선한 적응적 움직임 탐색 기법을 제안하도록 한다. 또한 부화소 단위 움직임 탐색을 위해서는 움직임 벡터의 통계적 특성을 이용하여 예측벡터를 중심으로 한 다이아몬드 탐색 기반 고속 알고리즘을 제안한다.