2011.10.13-运动估计快速块匹配算法
快速块匹配算法研究
快速块匹配运动估计算法的探索与分析——浙江大学第13期srtp研究报告指导教师：陆系群组员：金鑫、徐洋、徐超快速块匹配运动估计算法的探索与分析摘要：本文介绍了块匹配运动估计算法及对现已实现的三种算法（新三步法、四步法、钻石算法）进行分析及对比。
关键词：运动估计算法、块匹配、三步法、四步法、钻石算法Exploration and Analysis of Fast Block Matching Algorithms forMotion EstimationAbstract: This article introduces Fast Block Matching Algorithms for Motion Estimation, and analyzes three implemented algorithms (New three-step search algorithm, Four-step search algorithm, diamond search algorithm).Key Words:Motion Estimation Algorithms, Fast Block Matching, Three-step search algorithm, Four-step search algorithm, diamond search algorithm第一部分概述1.研究背景视频压缩(Video Compression)技术是计算机处理视频的前提。
视频信号数字化后数据带宽很高，通常在20MB/秒以上，因此计算机很难对之进行保存和处理。
采用压缩技术以后通常数据带宽能降到1-10MB/秒，这样就可以将视频信号保存在计算机中并作相应的处理。
视频图像数据有极强的相关性，也就是说有大量的冗余信息(Redundant information)。
冗余信息可分为空域冗余信息和时域冗余信息。
压缩技术就是将数据中的冗余信息去掉。
块匹配算法原理及过程
块匹配算法原理及过程
块匹配算法是一种用于字符串匹配的算法，它的原理是将文本串和模式串分成若干个块，然后逐个比较块之间的相似度，从而确定匹配位置。
块匹配算法的优点是可以减少比较次数，提高匹配效率，特别适用于长文本串和长模式串的匹配。
块匹配算法的过程如下：
1. 将文本串和模式串分成若干个块，每个块的长度相等，一般取2-4个字符为一块。
2. 对于每个块，计算它与模式串中对应位置的块的相似度，可以使用哈希函数或其他相似度计算方法。
3. 从文本串的第一个块开始，逐个比较它与模式串中对应位置的块的相似度，如果相似度达到一定阈值，则认为匹配成功。
4. 如果匹配成功，则继续比较下一个块，直到所有块都匹配成功，返回匹配位置。
5. 如果匹配失败，则将文本串向右移动一个块的长度，重新开始匹配。
6. 如果文本串已经到达末尾，但是模式串还没有匹配成功，则认为匹配失败。
块匹配算法的时间复杂度为O(n/m)，其中n为文本串的长度，m 为块的长度。
由于块的长度比较小，因此块匹配算法的效率比传统的字符串匹配算法要高。
块匹配算法的应用非常广泛，例如搜索引擎中的关键词匹配、文本编辑器中的查找替换等。
在实际应用中，可以根据具体情况选择不同的块长度和相似度阈值，以达到最优的匹配效果。
运动估计快速块匹配算法
运动估计快速块匹配算法向友君，郭宝龙（西安电子科技大学机电工程学院，西安）710071摘要： 基于块的运动估计是视频压缩国际标准中广泛采用的关键技术。
在对目前运动估计快速块匹配算法研究的基础上，描述了运动估计的原理；揭示了在图像质量、搜索速度和压缩码率等方面提高算法效率时存在的类主要问题：初始搜索点的选择、匹配准则和搜索策3略；分别阐述了目前常用的解决这类问题的方法，并进行了比较和分析；提出了对运动估计算法的一些展望。
3关键词：运动估计；运动矢量；块匹配；视频编码Fast Block Matching Algorithms for Motion EstimationXIANG Youjun, GUO Baolong(School of Mechano-electronic Engineering,Xidian Univ., Xi'an 710071)【】Abstract The motion estimation based on the block matching is a key technique used in the video coding standards.Based on the study of motion estimation,this paper attempts to make an overview of fast block matching algorithms.First ,it describes the theory of motion estimation. Then it reveals three main problems existing in improving the algorithm efficiency,one is the selection of the initial search point, the second is matching criteria,and the third is searching strategy. It describes respectively the methods used for solving above problems and compares their properties. At the end, the future trend of motion estimation research is discussed.【】Key words Motion estimation; Motion vector;Block matching; Video coding第卷 第期2913№Vol.29 13计 算 机 工 程Computer Engineering 年月20038 August 2003・基金项目论文・ 中图分类号： TN919.81文章编号：———10003428(2003)13 006203文献标识码：A ——6263——64——。
图像编码中的块匹配算法原理与应用(四)
图像编码是一种将图像数据转换为更紧凑形式的技术，通过对图像进行压缩来减少存储空间和传输带宽的需求。
在图像编码中，块匹配算法是一种常用的方法，它通过寻找与当前图像块最相似的参考图像块来进行编码。
本文将介绍块匹配算法的原理和应用。
一、块匹配算法原理块匹配算法的原理基于图像中相邻块之间的相关性，即相邻块通常具有相似的纹理和结构。
该算法的核心思想是在参考图像中搜索与当前图像块最相似的块，并利用相似块的像素值来进行编码。
具体而言，块匹配算法主要包括以下步骤：1. 块划分：将原始图像分割为大小相等的图像块。
常见的块大小为8x8或16x16像素。
2. 搜索窗口：定义一个搜索窗口，在参考图像中搜索与当前图像块最相似的块。
搜索窗口的大小决定了块匹配算法的搜索范围。
3. 相似度度量：利用某种相似度度量方法计算当前图像块和搜索窗口内每个块之间的相似度。
常用的相似度度量方法包括均方误差（MSE）、结构相似性（SSIM）等。
4. 块匹配：选择与当前图像块相似度最高的参考图像块作为匹配块。
匹配块的像素值将用于对当前图像块进行编码。
5. 误差计算：计算当前图像块与匹配块之间的误差，即两者像素值之差。
误差将用于重建图像时进行补偿。
6. 编码方式：将当前图像块与误差值进行编码，包括有损编码和无损编码两种方式。
二、块匹配算法应用块匹配算法在图像编码中有着广泛的应用，以下是几个常见的应用场景：1. 视频编码：视频编码是图像编码的一种特殊应用，块匹配算法在视频编码中扮演着重要的角色。
通过对视频序列中的连续帧进行块匹配编码，可以实现高效的视频压缩和传输。
2. 图像压缩：块匹配算法可以将图像数据压缩为更小的大小，节省存储空间和传输带宽。
其中，JPEG等图像压缩标准就采用了块匹配算法进行编码。
3. 图像去噪：块匹配算法在图像去噪中也有一定的应用。
通过匹配相邻块的像素值，可以提取出图像中的噪声，并进行去除或减少。
4. 图像增强：块匹配算法可以通过匹配相似块来寻找高质量的图像补偿。
图像编码中的块匹配算法原理与应用(二)
图像编码是当今数字图像处理领域中重要的研究方向之一。
在图像编码中，块匹配算法是一种常用的技术，它可以有效地减少图像数据的冗余度，提高图像压缩的性能。
本文将介绍块匹配算法的原理与应用。
1. 块匹配算法的原理块匹配算法的基本思想是通过将源图像分成一系列的块，并在目标图像中寻找与源图像块最为相似的块来进行编码。
常用的块匹配算法包括全搜素算法、三步搜素算法、四步搜素算法等。
全搜素算法是最简单直观的块匹配算法。
它通过计算源图像块与目标图像中每个块的差异度，找到差异度最小的块作为匹配块。
然而，全搜素算法需要计算源图像块与目标图像中的所有块的差异度，计算量非常大，在实际应用中不太实用。
为了降低计算复杂度，三步搜素算法被提出。
该算法通过在目标图像中先找到一个与源图像块差异度最小的块，并以该块为中心，向周围搜索，找到差异度更小的块。
然后，以该块为中心再进行一次搜索，直到满足设定的搜索步数。
三步搜素算法减少了计算量，但可能会导致局部最优解的出现。
为了进一步提高块匹配算法的性能，四步搜素算法被提出。
该算法结合了全搜素算法和三步搜素算法的优点。
在四步搜素算法中，首先进行全搜素，然后根据全搜素的结果，进行三步搜素，以获得更准确的匹配块。
四步搜素算法在保证一定压缩比的同时，又能够有效减小计算量。
2. 块匹配算法的应用块匹配算法在图像编码中有着广泛的应用。
首先，它可以用于图像压缩。
通过将图像分块，并使用块匹配算法寻找相似的块来进行编码，可以实现对图像数据的高效压缩，减小图像文件的存储空间。
同时，在网络传输中，图像压缩能够降低传输带宽。
其次，块匹配算法可以用于图像插值和放大。
在图像插值中，块匹配算法可以通过查找相似的块来对图像进行补全，从而实现对图像分辨率的提高。
在图像放大中，块匹配算法可以通过找到相似的块，并进行像素的插值，使得放大后的图像更加清晰。
此外，块匹配算法还可以用于运动估计和视频编码。
在视频编码中，运动估计是一项重要的工作，通过块匹配算法可以找到图像序列中相邻帧之间的运动矢量，从而进一步提高视频压缩的效果。
基于块匹配算法的运动估计
基于块匹配算法的运动估计摘要：本文首先介绍了运动估计和块匹配的概念和思想，然后详细介绍了块匹配的搜索算法。
最后根据块匹配算法的运动估计给出了一个设计。
关键字：运动估计，块匹配，算法1 研究背景随着现代信息社会对通信业务要求的不断增长，图像通信与通信网容量的矛盾日益突出，尤其是具有庞大数据量的视频图像通信，更是很难传输和存储，极大的制约了图像通信的发展。
例如，按CCIR601建议，普通质量的电视信号数字视频的码率约为216Mbit/s，而高清晰度电视HDTV则在1.2Gb/s以上，如果没有高效率的压缩技术，则难以传输和存储。
而运动检测与估计不仅是军事领域中目标探测与跟踪的有效技术之一，同时也是视频图象编码与压缩的常用方法与核心技术。
因此，该项研究对于复杂背景下的目标探测以及视频处理均具有重要的应用价值。
运动估计和运动补偿是紧密联系的，它是视频图像压缩编码中使用的一项核心技术，很好的解决了视频图像中时间冗余的问题，经验表明，实用化的压缩方法可以将运动图像数据压缩30倍而不失真。
运动估计技术主要分为两大类:象素递归法和块匹配法。
考虑到计算复杂度和实时性要求，块匹配法已成为目前最常用的方法。
显然，要想获得好的运动补偿，关键是要有准确的运动估计，因此运动估计算法的研究成为视频压缩算法的研究重点。
运动估计研究的主要内容就是如何快速、有效的获得有足够精度的运动矢量。
即把前一帧的运动部分根据运动矢量补过来，同时用其它方法得到其剩余的不同部分的过程称为运动补偿(Motion Compensation,MC)。
就这样，采用运动估计和补偿可以有效地去除视频信号在时间方向的重复信息，达到压缩的目的。
其中，在这方面的一种有效方法就是块匹配运动估计BMME(Block-Matching Motion Estimation),它目前已被许多视频编码标准所采纳。
为了提高搜索速度和效率，目前研究最多的是基于块匹配(Block Matching,BM)的快速搜索算法，例如三步法，四步法，二维对数法，菱形法等。
一种快速的块匹配运动估计新算法
一种快速的块匹配运动估计新算法
董理濛;张永波;郭德春;杨永坤
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2010(010)034
【摘要】视频编码是一个复杂的过程,包括了空间,时间和统计数据缩减技术的结合.这些技术中运动估计在帧间冗余信息中起着至关重要的作用.因此,寻找最有效的运动估计算法仍然是一项重要的研究课题.在此,为了提高视频编码效率,提出一种新菱形搜索(NDS)的算法. NDS算法适用于开始搜索步骤为十字搜索模式(CSP)并且交叉用大菱形搜索模式(LDSP)和小菱形搜索模式(SDSP),以避免发生局部最优问题.实验结果表明,该NDS算法相对于菱形搜索算法在搜索速度和搜索精度上有显著提高. NDS算法在压缩精度上非常接近于全搜索算法,但是搜索速度是全搜索算法的18.51倍.与DS算法相比,NDS的算法可以实现超过125%倍的速度.
【总页数】5页(P8594-8598)
【作者】董理濛;张永波;郭德春;杨永坤
【作者单位】西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072;西北工业大学电子信息学院,西安,710072
【正文语种】中文
【中图分类】TP751
【相关文献】
1.一种新的快速块匹配运动估计搜索算法 [J], 杨军;王群生
2.一种基于块匹配的自适应快速运动估计算法 [J], 舒振宇;高智勇;陈心浩;刘海华
3.快速运动估计中一种改进的块匹配免疫算法 [J], 曾浩;高秀娟;曾孝平
4.一种新的快速块匹配运动估计算法 [J], 王明辉;彭立中
5.一种新的快速两级块匹配运动估计算法 [J], 陈维强;高文
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
图像编码中的块匹配算法原理与应用(九)
图像编码是图像处理中的一个重要技术，它通过对图像进行压缩，实现图像的储存和传输。
而其中的块匹配算法则是图像编码中的一个重要环节。
本文将从块匹配算法的原理与应用两个方面，阐述图像编码中的这一关键技术。
一、块匹配算法的原理块匹配算法是一种基于灰度相似性的图像处理算法，通过将图像分割成小块，并在目标图像中寻找与源图像块最为相似的块，从而实现图像的压缩。
块的分割块匹配算法中的第一步是将图像进行分块。
分块的大小可以根据具体应用进行设置，常见的块大小有8x8、16x16等。
通过将图像分块可以减小计算量，提高算法效率。
块的相似性度量在分块后，我们需要计算源图像块和目标图像块的相似性度量。
目前，常用的相似性度量方法有均方误差（MSE）和结构相似性（SSIM）等。
其中，均方误差是一种常见的度量方法，它通过计算源图像块和目标图像块的像素差值的平方和，来衡量两者之间的差异。
块的搜索和匹配在计算出相似度后，接下来的任务是在目标图像中寻找与源图像块最为相似的块。
常见的块搜索方法有全搜索法、三步搜索法和快速全局搜索法等。
全搜索法是一种最简单的搜索方法，它需遍历目标图像中的所有块，并计算每个块与源图像块的相似度，从而找到最相似的块。
而三步搜索法则通过设置步长，在目标图像中进行搜索，从而降低搜索复杂度。
二、块匹配算法的应用块匹配算法在图像编码中有广泛的应用。
下面将介绍它在JPEG和编码中的具体应用。
JPEG编码中的块匹配算法应用在JPEG编码中，块匹配算法主要用于基于DCT变换的压缩过程中。
将图像分块后，每个块通过DCT变换得到频域系数，然后通过量化和熵编码进一步压缩。
在这一过程中，块匹配算法用于选择合适的量化表和最佳匹配块，从而提高压缩效率。
编码中的块匹配算法应用在编码中，块匹配算法主要用于运动估计和补偿过程中。
运动估计和补偿是视频编码的核心技术，它通过预测未来帧的内容，从而减少视频帧的冗余信息。
块匹配算法在运动估计中用于寻找最佳匹配块，从而实现运动补偿，进一步提高压缩率和视频质量。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
搜索方法
• • • • 全搜索法 三步法 二维对数发 交叉法等等
初始搜索点的选择
• 1、直接选择参考帧的（0,0）位置。（简单、 易陷入局部最优点） • 2、选择预测的起点。（相邻块之间具有很 强的相关性）
块匹配的准则
• 最小绝对差 • 最采样匹配准则
搜索策略
运动估计块匹配法的基本思想
将每一帧图像分割成一系列子块图像，宏块大小为M@N。计算当前帧 中每一个子块与想邻帧中的各子块的误差函数，把具有最小误差的相邻帧 的对应子块作为当前块的预测块，并把两块的相对位移定义为位移矢量。
运动估计越准确，预测补偿的图像质量 越高，补偿的残差就越小，补偿编码所需 位数也就越少，且比特率也就越小；运动 估计速度越快，越有利于实时应用。提高 图像质量，加快估计速度，减小比特率是 运动估计算法研究的目标。
• • • • • • 全搜索法 改进的算法 a、减少搜索复杂度和计算复杂度的方法。 b、防止搜索陷入局部极小的方法。 c、基于运动内容灵活处理不同的运动块 d、提高搜索精度降低码率的方法
运动估计快速块匹配算法
刘陈馨
简介
• 视频序列图像在时间上存在很强的相关性， 采用运动估计和运动补偿可以消除时间冗 余以提高编码效率。 • 运动估计的效率主要体现在图像质量、压 缩码率和搜索速度3方面，这些又是由搜索 策略、匹配准则和初始搜索点的选择决定 的。 • 块匹配运动估计算法因具有算法简单，便 于VLSI实现等优点得到广泛应用。