HM代码阅读4：运动估计函数Void TEncSearch::xMotionEstimation()和全搜索Void TEncSearch::xPatternSearch(）

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本文详细介绍了HEVC编码标准中运动估计的过程，包括小范围全搜索在B帧中的应用和大范围菱形搜索(TZSearch)。在全搜索算法中，首先设定搜索范围，然后计算每个整数点的SAD和运动矢量的bit数，通过比较形成cost，更新最优运动矢量。全搜索的实现关键在于xPatternSearch函数。

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HEVC中的运动估计采用的方法：
1、小范围内全搜索（主要用于B帧，第二次遍历计算出较小cost的MV）
2、大范围内菱形搜索（TZSearch）

全搜索：
1、设置好搜索范围，获取当前PU在参考帧重建帧中的位置，获取重建帧的步幅(包含padding)
2、遍历完范围内的所有整数点，逐像素作差得到SAD，获取编码运动矢量的bit数，加在一起形成cost，如果当前SAD比之前最好的SAD小，那么将当前运动矢量x,y赋给rcMV，cost赋给ruiCost

/*
基于当前最优MVP做运动估计：
Input:
1、当前CU
2、当前原始图像的Yuv数据(对应CU大小)
3、当前PU的索引
4、参考图像列表
5、当前参考帧最优MVP(cMvPred[iRefList][iRefIdxTemp])
6、参考帧索引
7、cMvTemp[iRefList][iRefIdxTemp]的引用，对当前参考帧最优MV会存在这里
8、编码所需bit数、RDcost
9、是不是双向运动估计
Output：
1、针对当前帧最优MV
2、针对当前数据编码的bit数以及RDcost大小
*/
Void TEncSearch::xMotionEstimation( TComDataCU* pcCU, TComYuv* pcYuvOrg, Int iPartIdx, RefPicList eRefPicList, TComMv* pcMvPred, Int iRefIdxPred, TComMv& rcMv, UInt& ruiBits, Distortion& ruiCost, Bool bBi  )
{
   
   
  UInt          uiPartAddr; //当前PU的起始4x4块的位置
  Int           iRoiWidth;
  Int           iRoiHeight;

  TComMv        cMvHalf, cMvQter; //亚精度、1/4精度
  TComMv        cMvSrchRngLT; // MV搜索范围
  TComMv        cMvSrchRngRB;

  TComYuv*      pcYuv = pcYuvOrg;

  assert(eRefPicList < MAX_NUM_REF_LIST_ADAPT_SR && iRefIdxPred<Int(MAX_IDX_ADAPT_SR));
  m_iSearchRange = m_aaiAdaptSR[eRefPicList][iRefIdxPred]; //cfg文件中会写明Search Range

  Int           iSrchRng      = ( bBi ? m_bipredSearchRange : m_iSearchRange ); //双向搜索范围：默认为4
  TComPattern   tmpPattern;
  TComPattern*  pcPatternKey  = &tmpPattern;

  Double        fWeight       = 1.0;

  pcCU->getPartIndexAndSize( iPartIdx, uiPartAddr, iRoiWidth, iRoiHeight );

  if ( bBi ) // Bipredictive ME,用于第二次对cost较大的参考图像列表再搜索获取最优MV
  {
   
   
    TComYuv*  pcYuvOther = &m_acYuvPred[1-(Int)eRefPicList];
    pcYuv                = &m_cYuvPredTemp;

    pcYuvOrg->copyPartToPartYuv( pcYuv, uiPartAddr, iRoiWidth, iRoiHeight ); //先把原始像素值拷贝到当前pcYuv中

    pcYuv->removeHighFreq( pcYuvOther, uiPartAddr, iRoiWidth, iRoiHeight, pcCU->getSlice()->getSPS()->getBitDepths().recon