CH5 52-53視頻信號(hào)運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)31簡(jiǎn)介

數(shù)字視頻技術(shù)第三章視頻信號(hào)運(yùn)動(dòng)估計(jì)技術(shù)§3.1.1運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀一、運(yùn)動(dòng)估計(jì)〔MotionEstimation,ME〕是最根底和有效的方法將活動(dòng)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(gè)過(guò)程通常叫做運(yùn)動(dòng)估計(jì)。運(yùn)動(dòng)估計(jì)〔MotionEstimation,ME〕是去除時(shí)間冗余最根底有效的方法，也是各類(lèi)視頻編碼算法所普遍采用的一項(xiàng)核心技術(shù)；二、運(yùn)動(dòng)估計(jì)的優(yōu)劣直接決定編碼效率和重構(gòu)視頻質(zhì)量運(yùn)動(dòng)估計(jì)越準(zhǔn)確，補(bǔ)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(yùn)動(dòng)估計(jì)的計(jì)算復(fù)雜度占到編碼器的50%以上，為保證視頻編/解碼的實(shí)時(shí)性，運(yùn)動(dòng)估計(jì)應(yīng)當(dāng)具有盡可能低的計(jì)算復(fù)雜度；如何提高運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法的性能，使運(yùn)動(dòng)估計(jì)更快速、精確和健壯受到廣泛關(guān)注。評(píng)估運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)：圖像質(zhì)量計(jì)算復(fù)雜度存儲(chǔ)器需求§3.1.1運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀三、運(yùn)動(dòng)估計(jì)的分類(lèi)全局運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于塊的運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于像素點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于區(qū)域的運(yùn)動(dòng)估計(jì)基于網(wǎng)格的運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)域運(yùn)動(dòng)估計(jì)頻域運(yùn)動(dòng)估計(jì)〔DFT、DCT、DWT〕像素遞歸法:

根據(jù)像素間亮度的變化和梯度，通過(guò)遞歸修正的方法來(lái)估計(jì)每個(gè)像素的運(yùn)動(dòng)矢量?！?.1運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法簡(jiǎn)介二、為什么進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)？對(duì)于活動(dòng)圖像編碼，幀間預(yù)測(cè)是主要的手段；根本幀間預(yù)測(cè)方法對(duì)于存在大量靜止區(qū)域或緩變區(qū)域的圖像，預(yù)測(cè)效果不錯(cuò)；對(duì)于活動(dòng)的物體，預(yù)測(cè)效果不理想；對(duì)于一些發(fā)生運(yùn)動(dòng)的圖像進(jìn)行預(yù)測(cè)編碼，采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的方法。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀三、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)的根本原理將當(dāng)前幀中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息告知解碼器端，解碼器可根據(jù)運(yùn)動(dòng)信息和前一幀圖像內(nèi)容來(lái)更新當(dāng)前幀圖像，獲得當(dāng)前幀的真實(shí)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(duì)應(yīng)局部對(duì)當(dāng)前幀中的子塊進(jìn)行預(yù)測(cè)，可能大大減小預(yù)測(cè)誤差，這種預(yù)測(cè)稱(chēng)為運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償〔MotionCompensation,MC〕。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)估計(jì)(ME)——將活動(dòng)圖像分為假設(shè)干局部結(jié)構(gòu)，檢測(cè)出每個(gè)局部結(jié)構(gòu)在前一幀圖像中的位置，從而可以估計(jì)出這個(gè)結(jié)構(gòu)的位移，用運(yùn)動(dòng)矢量表示；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(duì)應(yīng)關(guān)系，用前一幀圖像中的對(duì)應(yīng)局部對(duì)當(dāng)前幀中的局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)估計(jì)與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)編碼步驟：分割圖像為假設(shè)干局部結(jié)構(gòu)——?jiǎng)澐朱o止和運(yùn)動(dòng)區(qū)域；最簡(jiǎn)單方法分塊；運(yùn)動(dòng)估計(jì)——對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行位移估計(jì)；運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償——由位移估計(jì)建立同一運(yùn)動(dòng)物體在不同幀空間位置對(duì)應(yīng)關(guān)系，建立預(yù)測(cè)關(guān)系；對(duì)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的位移幀差信號(hào)、運(yùn)動(dòng)矢量進(jìn)行編碼傳輸。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀

abc當(dāng)前幀后一幀運(yùn)動(dòng)矢量MV前一幀對(duì)當(dāng)前子塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)，就是找在前一幀圖像中哪一個(gè)子塊和當(dāng)前子塊最相似，估計(jì)它的位移矢量。

運(yùn)動(dòng)估計(jì)研究現(xiàn)狀運(yùn)動(dòng)矢量-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)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(yùn)動(dòng)一致性，并且只做平移運(yùn)動(dòng)，不包含旋轉(zhuǎn)、伸縮〕；然后對(duì)每個(gè)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(cè)塊〔匹配塊〕；預(yù)測(cè)塊與當(dāng)前塊的相對(duì)位移即為運(yùn)動(dòng)矢量〔MotionVector,MV〕，預(yù)測(cè)塊和當(dāng)前塊之間的差值稱(chēng)為殘差圖像；視頻壓縮的時(shí)候，只需保存運(yùn)動(dòng)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(cè)越準(zhǔn)確，殘差中的數(shù)值越小，編碼后所占用的比特?cái)?shù)越少；利用運(yùn)動(dòng)矢量在參考幀上進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，補(bǔ)償殘差經(jīng)DCT變換、量化、編碼后與運(yùn)動(dòng)矢量共同編碼傳送。-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)

塊匹配算法中塊與運(yùn)動(dòng)矢量的關(guān)系-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)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(huì)發(fā)生匹配到有相同像素值但與場(chǎng)景無(wú)關(guān)的塊；塊小也會(huì)增加運(yùn)算量，同時(shí)增加所需傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)矢量信息；必須足夠小，假設(shè)一個(gè)塊里存在不同的運(yùn)動(dòng)矢量，匹配塊不能提供準(zhǔn)確有效估計(jì)。-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)二、提高搜索效率的主要技術(shù)運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法研究的目標(biāo)——提高預(yù)測(cè)精度，加快估計(jì)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(diǎn)的選擇；匹配準(zhǔn)那么；運(yùn)動(dòng)搜索策略。-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)1、初始搜索點(diǎn)的選擇直接選擇參考幀對(duì)應(yīng)的〔0，0〕位置方法簡(jiǎn)單，易陷入局部最優(yōu)點(diǎn)〔初始步長(zhǎng)太大，原點(diǎn)不是最優(yōu)點(diǎn)，有可能使快速搜索跳出原點(diǎn)周?chē)赡苄暂^大的區(qū)域而去搜索遠(yuǎn)距離的點(diǎn)，導(dǎo)致搜索方向不確定，可能陷入局部最優(yōu)〕；選擇預(yù)測(cè)的起點(diǎn)——利用相關(guān)性預(yù)測(cè)初始搜索點(diǎn)，減少搜索次數(shù)基于SAD(sumofdifference)值的起點(diǎn)預(yù)測(cè)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(yùn)動(dòng)矢量作為預(yù)測(cè)值。預(yù)測(cè)精度高，計(jì)算量大；利用相鄰塊和相鄰幀對(duì)應(yīng)塊的運(yùn)動(dòng)矢量來(lái)預(yù)測(cè)當(dāng)前塊的搜索起點(diǎn)，為簡(jiǎn)化系統(tǒng)多采用同幀塊的空間相關(guān)性來(lái)預(yù)測(cè)運(yùn)動(dòng)；基于相鄰運(yùn)動(dòng)矢量相等的起點(diǎn)預(yù)測(cè)方法，保證精度根底上利用運(yùn)動(dòng)矢量相關(guān)性大大減少計(jì)算量。-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)2、匹配準(zhǔn)那么平均絕對(duì)誤差均方誤差歸一化互相關(guān)函數(shù)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)匹配準(zhǔn)那么有三種：MAD、MSE和NCCF，由于MAD沒(méi)有乘除操作，不需做乘法運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便，所以使用較多。通常使用求和絕對(duì)誤差〔SAD〕代替MAD。-塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)準(zhǔn)則函數(shù)加法乘法取絕對(duì)值開(kāi)方MAD