CH5 52-53視頻信號運動估計技術(shù)31簡介

數(shù)字視頻技術(shù)第三章視頻信號運動估計技術(shù)§3.1.1運動估計研究現(xiàn)狀一、運動估計〔MotionEstimation,ME〕是最根底和有效的方法將活動圖像的每一幀都劃分為大小相同、互不重疊的子塊，按照一定的判斷準(zhǔn)那么，在前一幀中尋找與編碼塊最匹配的圖像塊，這個過程通常叫做運動估計。運動估計〔MotionEstimation,ME〕是去除時間冗余最根底有效的方法，也是各類視頻編碼算法所普遍采用的一項核心技術(shù)；二、運動估計的優(yōu)劣直接決定編碼效率和重構(gòu)視頻質(zhì)量運動估計越準(zhǔn)確，補償?shù)臍埐顖D像越小，編碼效率越高，在相同碼率下的解碼視頻就具有更好的圖像質(zhì)量；運動估計的計算復(fù)雜度占到編碼器的50%以上，為保證視頻編/解碼的實時性，運動估計應(yīng)當(dāng)具有盡可能低的計算復(fù)雜度；如何提高運動估計算法的性能，使運動估計更快速、精確和健壯受到廣泛關(guān)注。評估運動估計算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：圖像質(zhì)量計算復(fù)雜度存儲器需求§3.1.1運動估計研究現(xiàn)狀三、運動估計的分類全局運動估計基于塊的運動估計基于像素點的運動估計基于區(qū)域的運動估計基于網(wǎng)格的運動估計時域運動估計頻域運動估計〔DFT、DCT、DWT〕像素遞歸法:

根據(jù)像素間亮度的變化和梯度，通過遞歸修正的方法來估計每個像素的運動矢量?！?.1運動估計算法簡介二、為什么進行運動補償預(yù)測？對于活動圖像編碼，幀間預(yù)測是主要的手段；根本幀間預(yù)測方法對于存在大量靜止區(qū)域或緩變區(qū)域的圖像，預(yù)測效果不錯；對于活動的物體，預(yù)測效果不理想；對于一些發(fā)生運動的圖像進行預(yù)測編碼，采用運動補償預(yù)測的方法。

運動估計研究現(xiàn)狀三、運動補償預(yù)測的根本原理將當(dāng)前幀中目標(biāo)的運動信息告知解碼器端，解碼器可根據(jù)運動信息和前一幀圖像內(nèi)容來更新當(dāng)前幀圖像，獲得當(dāng)前幀的真實數(shù)據(jù)；〔可有效降低編碼所需數(shù)據(jù)量〕用其在前一幀圖像中的對應(yīng)局部對當(dāng)前幀中的子塊進行預(yù)測，可能大大減小預(yù)測誤差，這種預(yù)測稱為運動補償〔MotionCompensation,MC〕。

運動估計研究現(xiàn)狀運動估計(ME)——將活動圖像分為假設(shè)干局部結(jié)構(gòu)，檢測出每個局部結(jié)構(gòu)在前一幀圖像中的位置，從而可以估計出這個結(jié)構(gòu)的位移，用運動矢量表示；運動補償(MC)——由位移的估值建立局部結(jié)構(gòu)在不同幀的空間位置對應(yīng)關(guān)系，用前一幀圖像中的對應(yīng)局部對當(dāng)前幀中的局部結(jié)構(gòu)進行預(yù)測。

運動估計研究現(xiàn)狀運動估計與運動補償預(yù)測編碼步驟：分割圖像為假設(shè)干局部結(jié)構(gòu)——劃分靜止和運動區(qū)域；最簡單方法分塊；運動估計——對每一個運動物體進行位移估計；運動補償——由位移估計建立同一運動物體在不同幀空間位置對應(yīng)關(guān)系，建立預(yù)測關(guān)系；對于運動補償后的位移幀差信號、運動矢量進行編碼傳輸。

運動估計研究現(xiàn)狀

abc當(dāng)前幀后一幀運動矢量MV前一幀對當(dāng)前子塊進行運動估計，就是找在前一幀圖像中哪一個子塊和當(dāng)前子塊最相似，估計它的位移矢量。

運動估計研究現(xiàn)狀運動矢量-塊匹配運動估計一、根本思想將視頻序列的每一幀都劃分為許多大小相同、互不重疊的子塊〔并做假設(shè)：子塊內(nèi)所有像素具有運動一致性，并且只做平移運動，不包含旋轉(zhuǎn)、伸縮〕；然后對每個子塊到參考幀某一給定特定搜索范圍〔匹配窗〕內(nèi)根據(jù)一定的匹配準(zhǔn)那么找出與當(dāng)前塊最相似的塊，即預(yù)測塊〔匹配塊〕；預(yù)測塊與當(dāng)前塊的相對位移即為運動矢量〔MotionVector,MV〕，預(yù)測塊和當(dāng)前塊之間的差值稱為殘差圖像；視頻壓縮的時候，只需保存運動矢量和殘差數(shù)據(jù)就可以完全恢復(fù)出當(dāng)前塊；預(yù)測越準(zhǔn)確，殘差中的數(shù)值越小，編碼后所占用的比特數(shù)越少；利用運動矢量在參考幀上進行運動補償，補償殘差經(jīng)DCT變換、量化、編碼后與運動矢量共同編碼傳送。-塊匹配運動估計

塊匹配算法中塊與運動矢量的關(guān)系-塊匹配運動估計匹配窗大?。篠=(N+2d)×(N+2d)；d為垂直和水平方向上的最大位移。子塊大小的選擇：必須足夠大，太小會發(fā)生匹配到有相同像素值但與場景無關(guān)的塊；塊小也會增加運算量，同時增加所需傳輸?shù)倪\動矢量信息；必須足夠小，假設(shè)一個塊里存在不同的運動矢量，匹配塊不能提供準(zhǔn)確有效估計。-塊匹配運動估計二、提高搜索效率的主要技術(shù)運動估計算法研究的目標(biāo)——提高預(yù)測精度，加快估計速度，降低編碼比特率；提高算法效率采用的方法：初始搜索點的選擇；匹配準(zhǔn)那么；運動搜索策略。-塊匹配運動估計1、初始搜索點的選擇直接選擇參考幀對應(yīng)的〔0，0〕位置方法簡單，易陷入局部最優(yōu)點〔初始步長太大，原點不是最優(yōu)點，有可能使快速搜索跳出原點周圍可能性較大的區(qū)域而去搜索遠距離的點，導(dǎo)致搜索方向不確定，可能陷入局部最優(yōu)〕；選擇預(yù)測的起點——利用相關(guān)性預(yù)測初始搜索點，減少搜索次數(shù)基于SAD(sumofdifference)值的起點預(yù)測方法——求出當(dāng)前塊與相鄰塊間的SAD值，選取SAD最小的塊的運動矢量作為預(yù)測值。預(yù)測精度高，計算量大；利用相鄰塊和相鄰幀對應(yīng)塊的運動矢量來預(yù)測當(dāng)前塊的搜索起點，為簡化系統(tǒng)多采用同幀塊的空間相關(guān)性來預(yù)測運動；基于相鄰運動矢量相等的起點預(yù)測方法，保證精度根底上利用運動矢量相關(guān)性大大減少計算量。-塊匹配運動估計2、匹配準(zhǔn)那么平均絕對誤差均方誤差歸一化互相關(guān)函數(shù)常見的運動估計匹配準(zhǔn)那么有三種：MAD、MSE和NCCF，由于MAD沒有乘除操作，不需做乘法運算，實現(xiàn)簡單方便，所以使用較多。通常使用求和絕對誤差〔SAD〕代替MAD。-塊匹配運動估計準(zhǔn)則函數(shù)加法乘法取絕對值開方MAD