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1、数字电视与数字视频文章编号:1002-8692(2005)12-0004-03运动估计块匹配算法的分析研究·论文·胡喜华,刘卫忠,郑立新(华中科技大学电子科学与技术系,湖北武汉430074)【摘要】在对目前运动估计快速块匹配算法研究的基础上,描述了运动估计的基本原理;揭示了提高运动估计效率的关键技术,并对相关的算法进行了分析和比较;提出了运动估计算法今后的研究方向。【关键词】运动估计;块匹配;运动矢量;视频编码【中图分类号】TN911.72【文献标识码】ABlockMatchingAlgorithmsforMotionEstimation
2、HUXi-hua,LIUWei-zhong,ZHENGLi-xin(HuazhongUniversityofScienceandTechnology,Wuhan430074,China)【Abstract】BasedonthestudyofFastBlockMatchingAlgorithms(FBMA)formotionestimation,thispaperattemptstomakeanoverviewoffastblockmatchingalgorithms.First,itdescribesthetheoryofmotiones
3、timation.Thenitrevealsthekeytech-niqueforimprovingthealgorithmefficiency,analysesthecorrelativealgorithmsandcomparestheirproperties.Attheend,thefuturetrendofmotionestimationresearchisdiscussed.【Keywords】motionestimation;blockmatching;motionvector;videocoding1引言目标帧参考帧在主流视频
4、压缩标准(如H.26x,MPEG系列(x,y)M(x,y)Mdxmax等)中,视频系统编码器的效率主要取决于运动估计NN算法,而运动估计的效率主要体现在图像质量、压缩宏块dymax码率和搜索速度3个方面,这些由采用的搜索策略、匹配准则和初始搜索点的选择等因素决定。参考帧块匹配运动估计算法算法简单,便于VLSI实搜索区域(x,y)M现,被广泛应用。目前,其研究主要集中在:1)利用N不同帧相同位置块和相同帧内相邻块运动矢量的相关性,从同帧中左上、上、左等块的运动矢量及前一帧或前几帧相同位置块的运动矢量中挑选出当前块运动矢量(U,V)运动矢量的
5、最优初始值,然后再按照某一种算法进图1运动估计基本原理行搜索;2)不断改进运动估计匹配模板的形状和为(dxmax,dymax),则搜索范围为(M+2dxmax)×(N+2dymax)。大小,旨在减少搜索点数,从而减少搜索时间,提高编码速度;3)通过数学不等式来改进目标函数,通3提高运动估计效率的关键技术过判断提前结束搜索,达到节约运算量和运算时间运动估计算法的效率主要体现在图像质量、压的目的。其中第2点通过改进模板的方法来减少搜缩码率和搜索速度3个方面。运动估计越准确,预索点数更是当前的研究热点,出现了许多算法。测补偿的图像质量越高,补偿
6、的残差就越小,补偿2运动估计的基本原理编码所需位数也就越少,即比特率就越小;运动估计速度越快,越有利于实时应用。提高图像质量,加如图1所示,运动估计的基本思想是将图像序快估计速度,减小比特率是运动估计算法研究的目列的每一帧图像分成许多互不重叠的宏块,并假设标。通过研究初始搜索点的选择、匹配准则、运动搜块内各像素只作相等的平移,然后对于当前帧中的索策略可以有效提高算法效率。每一块到前一帧或后一帧某一给定搜索范围内根3.1初始搜索点的选择据一定的匹配准则找出与当前块最相似的块,即匹1)直接选择参考帧的(0,0)位置,方法简单,配块,由匹配块与
7、当前块的相对位置计算出运动位但易陷入局部最优点。如采用的算法初始步长太移,所得运动位移即为当前块的运动矢量。大,而原点又非最优点,有可能使快速搜索跳出原宏块大小为M×N,一般取16×16。搜索范围一点周围可能性较大的区域而去搜索远距离的点,导般由最大偏移矢量来决定,设可能的最大偏移矢量致搜索方向的不确定性,故可能陷入局部最优。42005年第12期(总第282期)DIGITALTV&DIGITALVIDEO2)选择预测的起点。相邻块之间具有很强相3.3搜索策略关性,有许多算法利用这种相关性先对初始搜索点搜索策略选择恰当与否对运动估计的准确性
8、、进行预测,以预测点作为搜索起点。大量实验证明运动估计的速度都有很大的影响。因此一直以来都预测点更加靠近最优匹配点,使得搜索次数减少。是研究的热点。目前运动估计搜索的算法很多:其起始点预测的主
