基于运动矢量场预测的自适应多模板块运动估计算法
运动估计算法简述
运动估计算法简述标签：搜索运动估计预测矢量算法分类：探索H.2642007-02-03 13:59马上要做运动估计算法，重点整理了一下这方面的内容。
帧间预测编码可以简单地分为单向预测、双向预测、多帧预测。
而H.264标准采用了多帧预测，参考帧可达5—15帧。
运动补偿采用较多的有运动矢量估计[重叠块运动补偿(OBMC)]、全局运动估计、基于象素点的运动估计、基于区域的运动估计、基于网格的运动估计。
1.单向预测原理：将重建帧和参考帧送运动参数估值器(ME)比较得到运动矢量，再将运动矢量和重建帧送到运动补偿预测器中，得预测帧Ft^(x,y)。
Ft^(x,y)=Ft(x+i,y+j) 其中(i,j)即MV2.基于块匹配算法的运动矢量估计简单地说就是以块为单位分配运动矢量。
在前一帧搜索区(M+2Wx,M+2Wy)内找到与当前帧块相匹配的块，位移d(i,j)即为运动矢量。
常用的块匹配准则有：均方误差(MSE)最小准则，绝对误差均值(MAD)最小准则、NCCF准则。
搜索方法：a.穷尽搜索计算(2Wx+1)×(2Wy+1)个MAD值，全局最优，计算量大。
b.快速搜索(1)分层的和多分辨率的快速块匹配方法(2)基于连续消除的快速块匹配方法(3)固定搜索模式的快速块匹配方法(e.g.三步搜索法)(4)基于时空相关性和视觉特性的快速块匹配方法3.重叠块运动补偿(OBMC)为解决方块效应特别是运动矢量估计不准确或物体运动不是简单的平移运动以及一个块中有多个不同物体运动时的问题，采用OBMC方法，即一个像素的预测不仅基于其所属块的MV估计，还基于相邻块的MV估计。
4.运动估计•运动表示法：(1)基于块的运动表示法帧间宏块分割区域大小的选择：大分区，表征MV的选择和区分割类型的比特数较少，但运动压缩的冗余度较高，运动补偿残差在多细节区域能量很高。
小分区，运动补偿残差能量较低，但需要较多的表征MV的选择和区分割类型的比特数，运动压缩的冗余度较低。
一种基于自适应模板的运动估计算法
程进行介绍 。
Ｕ ｅａｏＳ ＭＨ ｘｇｎ 算法 大致分为 以下几个步骤 ： 阶段 １搜 索起始点 的预测 。根据 Ｈ． ４ ： ２ 采用多参考 ６ 帧和 ７ 分块模 式 ， 种 利用运 动矢 量 间存 在 时间和空 间上 的相关 性 ， 用 ５ 预测模 式来 预测 当前块 的运动矢 量 使 种
１ ）以目前最优点为中心 ， （２２ 的方形区域 中螺旋 在 一 ，）
搜 索 ５ ５区域 ， ｘ 类似 于全搜索 ， 只搜 前 ２ 个 点 ； 但 ５ 搜索完
后， 获得当前最优点 ， 对残差值 （ ｉ ｃｓ 进行判断此处是 ｍ ｎ ｏｔ — ） 否属于满意或很满意区， 然后跳到阶段４ 中相应步骤 。 ２ ）进行非 均匀多层 次六边形 格点搜索 （ ｎ １ ， ｉ 图 ）直
１ Ｈ．６ ２ ４简 介
Ｈ． ４ 是 一种高 性能 的视 频编解 码技术 ， 既保 留 ２ ｍ ６ 其 了以往压缩技术 的精华又具有其他压缩技 术无 法 比拟的 许多优点 ， 并且很好地兼顾 了图像质量 、 网络带宽 和网络 稳定性 的限制 ， 高清视频 、 在 视频会议 、 高清监 控和移 动 多媒体等各个领域都有广泛应用 。 然而 Ｈ． ４ 能改进是 以编码复杂度 大幅增长为代 ２ 性 ６ 价的 ， 其编码时 间与 ＭＰ Ｇ ４ 比有大幅增加 ， Ｅ 一相 严重 降低
．
人
，、 上，
０
中心 ， 用小六边形模 板搜 索 （ 图 １， 使 如 ）直到最优 点在 中
心时跳转 到下一步 。
２ ）对很 满意 区的子块进 行搜 索 。以当前在 最优点 为 中心 ， 使用小菱 形模板搜索 （ 如图 １ ， 到最优点在 中 ）直
基于运动矢量场和方向自适应的快速运动估计算法
需要检测零矢量点即可完成搜索，极大的节省了计算量。
3.2 运动类型判定 根据性质 2，视频序列的运动矢量场具有一致性特性，
如果利用运动矢量的这种时空相关性便可以对当前块的运
动情况做出预测，利于随后进行自适应搜索。实验统计表明，
当前块与帧内上方、左方和右上方的相邻宏块的相关性最
强，而与其他位置的相关性则较弱，M-DAS 算法选取这 3
摘 要 该文提出了一种基于运动矢量场和方向自适应的快速搜索算法。算法针对序列图像的运动矢量场所具有
的中心偏置性和时空相关性进行预判，对静止块设定阈值直接中止搜索；根据运动类型自适应选择搜索起始点和
搜索策略；采用了两种新的混合搜索方法，对小运动和大运动宏块使用线性-菱形搜索，对中等运动块使用六边形-
菱形搜索算法，搜索模板具有强烈的方向特性。实验结果表明，该文算法的搜索速度和搜索精度优于现有的快速
性质 4 残差图像的误差曲面具有多峰分布的特性，在 大多数情况下，误差曲面含有一个或多个局部极小点[9]。因 此搜索模板不能太小，以免陷入局部极小点。
图 1 运动矢量的空间分布图 图 2 图像宏块的 SAD 分布图 Fig.1 Spatial distribution map of MV Fig.2 Distribution map of SAD
个空间邻块和参考帧中相同位置的时间邻块作为候选点进
行预测。定义运动矢量集合
V = {V0,V1,V2,V3,V4}, V0 = (0,0), Vi = (xi , yi ), i = 1, 2,3, 4, 分别表示 4 个时空邻块的运动矢量，定义运动矢量的绝对值
距离 li 为
li = xi + yi
3 基于运动矢量场和方向自适应的快速运动估计 算法
基于矢量叠加和自适应中止的快速运动估计
【 关键 词】 电子稳像 ；运动估计 ；运动 矢量 【 中图分 类号】Ｔ ９ １ Ｎ １ 【 文献标识码 】Ａ
Ｆａ ｔ Ｍ ｏ ｉ ｎ Ｅｓ ｍ ａ ｏ ｓ ｄ ｏ ａ ｅ Ｖｅ ｔ ｒ ｃ ｍｕ ａ ｉ ｅ Ｃａ ｒ ｎ ｓ ｔｏ ｔ ｉ ｉ ｔ ｎ Ｂａ ｅ ｎ Ｆｒ ｍ ｃ ｏ ｓ Ａｃ ｕ ｌ ｔｖ ｒ ｙ ａ ｄ
Ａｄａ ｉｖｅ ｐｔ Ｂｒ ａ Ａｌ ｏｒｔ ｓ ｅ ｋ ｇ ｉｈｍ
ＺＨＡＮＧ ’ Ｕ Ｚ ｉ ｌ ’ ＨＡＮＧ Ｘｉ ｙ ，ＣＨＥＮ Ｂｏ ，Ｗ ｈ — ｕ ，Ｚ ｎ— ｕ’ Ｇｕ ｎｇ ｐｉ ｇ，ＬＩ ａ － ｎ２ Ｎ Ｍａ － ｉ ｏｌ ｕ’
（ Ｓｈ ｏ ｏ ｌ ｔ ｎ ｓ ａｄ Ｉ ｏ ａｉ ｅｈｏ ｇ， ａ ｉ Ｉ ｔｕ ｆ Ｔ ｃｎ ｌ ， ａ ｉ １０ ０ ，Ｃ ｉ ； ， ｃｏｌ ｆＥｅ ｒ ｉ ｎ ｎ ｒ ｔ ｎ Ｔｃ ｎｌ ｙ Ｈ ｒ ｎ ｎ ｉ ｔ ｏ ｅｈ ｏ Ｈ ｒ ｎ ５ ０ １ ｈｎ ． ｃｏ ｃ ｆｍ ｏ ｏ ｂ ｓｔｅ ｏ ｇ ｙ ｂ ｏ
一种快速运动矢量场搜索的块匹配运动估计算法
宁波大学学报（理工版）首届中国高校优秀科技期刊奖JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) 浙江省优秀科技期刊一等奖一种快速运动矢量场搜索的块匹配运动估计算法摘要: 运动估计作为实时视频编解码中最重要最耗时的部分，大量的研究都是通过减少搜索点数来降低计算量。
而块匹配算法以其简单、高效，便于硬件实现等优点被使用到运动估计中。
针对这一特点，提出一种基于块匹配的快速运动矢量场搜索算法（FMVS）。
FMVS算法通过将视频序列时间相关性与空间相关性相结合，提出的一种新算法。
该算法包括以下五部分：预测搜索起点、动态阈值进行静止块判断、方向性类型判定、运动类型判定及混合模板运用。
对视频标准测试序列的实验结果表明,该算法较MVFAST算法,搜索点数降低30%-50%，对于运动复杂的视频序列峰值信噪比提高0.21dB。
关键词: 运动估计；块匹配算法；运动矢量场；（矢量场自适应搜索）MVFAST；峰值信噪比中图分类号: TP393 文献标识码: A 文章编号:对于视频序列图像，由于相连帧之间存在很大的时间相关性，通过减少时间冗余，可以提高视频编码的效率。
而基于块匹配算法以其简单、高效，便于硬件实现等优点，已经被许多视频编码标准所采纳。
运动估计算法占整个编码器的60%~80%的运算量，很大程度决定编码器的效率。
在块匹配运动估计算法中，全搜索算法精度最高，但是运算量也最大大。
为了解决运算量大，产生了很多快速搜索算法。
一类是快速算法是按照某种搜索策略只对搜索窗口的相关参考点进行计算；如一些经典算法3步法[1]，菱形搜索算法[2]，六边形搜索算法[3]。
菱形搜索算法，六边形搜索算法为了避免局部最优，采用大的搜索模板，但带来了搜索点数的大量增加；而小菱形搜索算法采用小菱形减少搜索点数，但是带来局部最优的问题。
另一类快速搜索算法是利用运动矢量相关性来预测当前运动矢量。
此类算法考虑时域或空域相关预测当前搜索起点，性能优于前一种。
基于多模板搜索的快速运动估计算法
Ｋｅ ｗｏ ｄ ：ｍｏｉ ｎ ｅ ｔ ｔｏ ， ｌｃ — ａ ｅ ｔｈ ｎ ｌ ｏ ｔ ｍ ， Ｐ， Ｓ ｉ ｎ ｒ ｓ ａ ｃ ＭＰ ｙ ｒｓ ｔ ｓｉ ｉ ｎ ｂ ｏ ｋ ｂ ｓ ｄ ｍａｃ ｉ ｇ ａ ｇ ｒ ｈ ＨＳ Ｖ Ｐ，ｎ ｅ ｅ ｒ ｈ， ＭＶＦ Ｔ ｏ ｍａ ｉ ＡＳ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｉ ｔ ｉ ａ ｅ ， ｅ ｒ ｐ ｓ ａ ｏ ｅ ｍｏｉ ｎ ｓｉ ｔ ｎ ｌｏ ｉ ｍ ，ｈ Ｍｕ ｉａ ｔｍ — ａ ｅ Ｍｏｉ ｎ ｅ ｔ ｒ ｉｌ ｓｒ ｃ ： ｎ ｈｓ ｐ ｐ ｒ ｗ ｐ ｏ ｏ ｅ ｎ ｖ ｌ ｔ ｅ ｔ ｏ ｍａｉ ａｇ ｒ ｈ ｔ ｅ ｏ ｔ ｈｐ ｔ ｅ ｂ ｓｄ ｔ Ｖ ｃ ｏ Ｆ ｅ ｄ ｏ
Ａ ｖ ｌ Ｍ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｔ ａ ｔ ｒ ． ｓ ｄ Ｍ ｏ ｉ ｎ Ｅｓ ｉ ａ ｉ ｎ Ａｌ ｏ ｉｈ Ｎｏ ｅ ｌｉ ｔｅ ｎ ． ｐ Ｂａ ｅ ｔｏ ｔ ｍ ｔ ｇ ｒｔ ｍ ｏ
Ｚ ａ ｇ Ｐ ｎ Ｇｕ ｏ ｏ ｇ ｈ ｎ ｅ ｇ ｏ Ｂａ ｌ ｎ
（ ｃ ｏｌｏ ｌｃｒｍ ｃ ａ ｉａ Ｅ ｇｎ ｅｉｇ Ｘｉｉ ｎｖｒｉ ， ｉ ｎ ７ ０ ７ ） Ｓ ｈ ｏ ｆＥｅ ｔ ｅ ｈ ｎｃｌ ｎ ｉｅ ｒ ， ｄａ Ｕ ｉ ｓ ｙ Ｘ １ ０ １ ｏ ｎ ｎ ｅ ｔ ａ
Ａｄ ｐ ｉｅ Ｓ ａｃ ｃ ｎｑ ｅ ＭＰ ａ ｔ ｅ ｒｈ Ｔｅ ｈ ｉｕ （ ＭＶＦ Ｔ） ｔｉ ｏ ｏｅ ｆ ｔｅ ｐ ｅ ｉｔ ｎ ｏ ｎｔ ｌ ｅ ｒｈ ｏｎｓ ａ ａ ｔ ｅ ｓ ａｃ ｍｏ ｅ ｖ ＡＳ 。 ｓ ｃ ｍｐ ｓｄ ｏ ｈ ｒｄｃｉ ｆｉｉａ ｓａｃ ｐ ｉｔ ，ｄ ｐｉ ｅ ｒｈ Ｉ ｏ ｉ ｖ ｄｓ
运 动 类 型 进 行 判 断 ， 于 静 止 块 则 直 接 跳 ｆ 匹配 ， 于 其 它 运 对 ｝ ｛ 对
一种有效的自适应运动估计搜索算法
一种有效的自适应运动估计搜索算法
石敏;易清明
【期刊名称】《计算机应用》
【年(卷),期】2008(28)6
【摘要】提出了一种新的基于运动矢量场、方向自适应和半像素搜索的快速搜索算法(M-DAHS).该算法根据图像序列运动矢量场的中心偏置性和时空相关性进行预判,对静止块设定阈值直接终止搜索;非静止块根据运动类型自适应选择搜索起始点和搜索策略.搜索模板具有很强的方向自适应性,对于小运动块采用菱形-线性搜索,其他块使用六边形-菱形搜索算法.整像素搜索完毕后,再以十字优先原则进行半像素搜索.实验结果表明,该算法性能优越,搜索速度快,搜索精度高,且搜索精度可以非常接近全搜索算法.
【总页数】3页(P1504-1506)
【作者】石敏;易清明
【作者单位】暨南大学,信息科学技术学院,广州,510632;暨南大学,信息科学技术学院,广州,510632
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.41
【相关文献】
1.一种自适应的六边形-方形运动估计搜索算法 [J], 刘彦辉;贾俊玲;张颜艳
2.H.264块运动估计自适应快速搜索算法研究 [J], 张小红;张东波
3.一种适于实时应用的快速有效的自适应运动估计算法 [J], 董海燕;张其善
4.一种基于块分类的自适应运动估计搜索算法 [J], 冯文江;向宫
5.一种基于块分类的自适应运动估计搜索算法 [J], 冯文江;向宫
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运动矢量场自适应搜索算法的一种改进方案
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Ｍ ｕ ｔ ｐ ｔｅ ｎ ｂ ｏ ｋ ｍ ｏ ｉ ｎ ｅ ｔｍ ａ ｉ ｎ ｓ ａ ｃ ｌｉ ａ ｔ ｒ ｌ ｃ ｔｏ ｓ ｉ ｔｏ ｅ ｒ ｈ － ａ ｇ ｒ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｐ ｅ ｉ ｔｖ ｏ ｉ ｎ ｖ ｃ ｏ ｉｌ ｌ ｏ ｉｈ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｄ ｃ ｉ ｅ ｍ ｔｏ ｅ ｔ ｒ ｆｅ ｄ
ＬｉＭ ｉｏ ＬｉＸ ｕ ｏ Ｗ ｅ Ｈ ａｌ ａ ｎｂ ｉ ｉ ｏｎｇ （ ｃ ｏ ｌｏ ｅ ｈ ｔｏ ｉｓｅ ｇｎ ｅ ｉｇ。Ｕｎｖ ｒ ｉ ｆＥｌｃｒ ｎｃＳ ｉｎ ｅａ ｄ Ｔｅ ｈ ｏｏ ｙ ｏ ｉａ，Ｃｈ ｎ ｄ １ ７ １ Ｓ ｈ ｏ ｆＭ ｃ ａｒ ｎｃ ｎ ｉｅ ｒｎ ｉｅｓｔ ｏ ｅｔｏ ｉ ｃｅ ｃ ｎ ｃ ｎ ｌｇ ｆＣｈｎ ｙ ｅｇ ｕ６ １ ３ ）
０ 引
言
高 了搜 索 速 度 ， 降低 了陷人 局 部 极小 点 发生 的概率 ， 但这 些算 法都是 以中心点作 为初 始 搜索 中心 ， 没有 利 用相 邻块
之 间的相关 性 。
运 动估计是 视频编 码 中的 ｌ项 核心 技术 ， 能有 效 去除 序列 图像的帧 间冗 余 从 而实 现 高效 编码 ］ 目前 的各 类 。 运动估计算 法 中 ， 于块匹 配 的运 动估计 算 法 由于其 简 单 基
正 方 形 ， 边 形 等 多种 模 板 。仿 真 结 果 显 示 这 种 算 法 很 好 地 降 低 了 块 运 动 估 计 的计 算 量 和 搜 索 点 数 ， Ｐ 六 与 ＭＶＦ Ｔ ＡＳ
算法 相 比 ， 索速 度 提 高 了 １５ ． 搜 ． ～２ ８倍 ， Ｓ Ｒ（ Ｐ Ｎ 峰值 信 噪 比） 降 了 ０ ２ Ｏ ３ｄ 。 下 ． ～ ． Ｂ 关键 词 ：视 频 压 缩 ； 动 估 计 ； 匹配 ； 运 块 多模 板 ； 索算 法 搜
电
子
测
量
技
பைடு நூலகம்术
第 ３卷 第 １ ３ Ｏ期
２１ ０ ０年 １ ０月
ＥＬＥＣＴＲｏＮＩ Ｃ Ｍ ＥＡＳ ＲＥＭ ＥＮＴ ＴＥ Ｕ ＣＨ Ｎ０Ｌ ０ＧＹ
基 于 运 动 矢 量 场 预 测 的 自适 应 多 模 板 块 运 动 估 计 算 法
李 淼 李迅 波 魏 海龙
（ 子科 技 大 学 机 械 电子 工 程 学 院 成 都 ６ １ ３ ） 电 １ ７ １
性 、 效 性 、 于 硬 件 实 现 等 优 点 而 得 到 广 泛 的 应 用 ］ 有 易 。
为此 提 出了 １种基 于运 动 矢 量场 预测 的 多模 板 块 运 动估计 算法 。算法 中搜索 起 点采 用 自适 应 准则 ， 索方 法 搜 采用 菱 形模 板 、 六边 形 模 板 、 方 形模 板 与运 动 幅度 相结 正 合 ， 时搜 索 过程 中采 用 足够 好 就停 止 准则 ， 同 很好 地 解决
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｕｎ ｅ ｈ ｒ ｒ ｑ ｉｉ ｆ ａ ｓ ｒｎ ｍａ ｅ ｑ ａｉｙ ｓｒ ｃ ： ｄ ｒｔ ｅ ｐ ｅ ｅ ｕ ｓｔ ｏ ｓ ｕ ｉ ｇ ｉ ｇ ｕ ｌｔ ，ａ ｍｕ ｔ ｐ ｔｅ ｎ ｂ ｏ ｋ ｍｏ ｉ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｓ ａ ｃ ｌ ｏ ｉｈ ｅ ｌ — ａ ｔ ｒ ｌ ｃ ｔ ｓ ｉ ｉ ｅ ｒ ｈ ａ ｇ ｒｔ ｍ ｉ ｏ ｍａ ｏ ｂ ｓ ｄ ｏ ｒ ｄ ｃ ｉｅ ｍｏ ｉ ｎ ｖ ｃｏ ｉｌ ｈ ｔ ｉ ｐ ｏ ｏ ｅ ｗｈ ｃ ａ ｆｅ ｔ ｅｙ ｉ ｃ ｅ ｓ ｈ ｅ ｒ ｈ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ａ ｃ ｒ ｃ ． ａ ｅ ｎ ｐ ｅ ｉｔｖ ｔ ｅ ｔ ｒｆ ｄ ｔ ａ ｓ ｒ ｐ ｓ ｄ， ｉｈ ｃ ｎ ｅｆ ｃ ｉ ｌ ｎ ｒ ａ ｅ ｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｐ ｅ ｎ ｃ ｕ ａ ｙ ｏ ｅ ｖ Ｔｈ ｓａ ｇ ｒｔ ｍ ａ ｅ ｄ ａ ｔ ｇ ｓ ｏ “ ｔ ｐ ｗｈ ｎ ｇ ｏ ｎ ｕ ｈ ｓ ｉ ｔａ ｄ ｄ ａ ｎ ，ｓ ｕ ｒ ，ｈ ｘ ｇ ｎ ｐ ｔｅ ｎ ｂ ｔ ｎ ｉ ｌ ｏ ｉ ｈ ｔ ｋ ｓ ａ ｖ ｎ ａ ｅ ｆ ｓ ｏ ｅ ｏ ｄ ｅ ｏ ｇ ” ｐ ｒ ｎ ｉ ｍｏ ｄ ｑ ａ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｔ ｒ ｙ ｍｏ ｉ ｉ ｏ ａ ｌ ｕ ｅ ｉ ｌｔ ｎ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｈ ｔｔ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ｎ ｒ ａ ｅ ． ～ ２ ８ ｔ ｓｉ ｅ ｍ ｓｏ ｈ ｅ ｒ ｈ ｓ ｅ ｄ ａ ｄ ｄ ｗｎ ｍｐ ｉ ｄ ．Ｓ ｍｕ ａ ｉ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｈ ｌ ｏ ｉ ｔ ｏ ｓ ｈ ｉｃｅ ｓ ｄ １ ５ ． ｉ ｎ ｔ ｒ ｆｔ ｅ ｓ ａ ｃ ｐ ｅ ｎ ｏ ｍｅ
０ ２ Ｏ ３ ｄ ｎ ＰＳ ． ～ ． Ｂ ｉ ＮＲ （ ｅ ｋ Ｓ ｐ ａ ＮＲ）ａ ｏ ｐ ｒ ｄ ｔ ｓ ｃ ｍ ａ ｅ ｏ ＰＭ ＶＦＡＳ Ｔ．
Ｋｅ ｗｏ ｄ ： ｖｄ ｏ ｃ ｍｐ ｅ ｓ ｙ ｒｓ ｉ ｅ ｏ ｒ ｓ ；ｍｏ ｉ ｎ ｅ ｔ ｔ ｎ ｌ ｃ ｔｈ；ｍ ｕ ｔ ｐ ｔｅ ｎ；ｓ ａ ｃ ｌｏ ｉｈ ｔ ｓ ｉ ｉ ；ｂ ｏ ｋ ｍａ ｃ ｏ ｍａ ｏ ｌｉ ａ ｔ ｒ — ｅ ｒ ｈ ａｇ ｒｔ ｍ
摘
要 ：在保 证 图像 质 量 的 基 础 上 ， 出 了一 种 能 有效 提 高运 动估 计 的搜 索 速 度 和 精 度 的算 法 ， 基 于运 动 场 预测 的 提 是
多 模 板 块 运动 估 计 搜 索 算 法 。该 算 法 结 合 “ 够好 就停 止搜 索 ” 思 想 ， 足 的 同时 根 据 运 动 幅 度 的 不 同 相应 地 采 用 了 菱 形 ，