【正文】 ） 結(jié)果最大時為最優(yōu)的匹配點。而且匹配運算、數(shù)據(jù)讀取復(fù)雜度很大程度上決定于所采用的塊匹配準(zhǔn)則。當(dāng)前的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，如 和MPEG 一般以 16 16大小的塊作為一個宏塊，這是一個已經(jīng)證明的較好的平衡結(jié)果。 分塊大小 上面已經(jīng)提到過一點，塊匹配法有個前提，就是同一個塊內(nèi)的像素運動方向是一致的。對象的運動速度越塊，搜索窗也應(yīng)越大，即 xd 和 yd 的取值需加大，以覆蓋更大的運動范圍，從而獲得更高的預(yù)測精度。39。39。需要說明的是，由于假設(shè)宏塊中的所有像素都作相同的平移運動，因此宏塊中的任意一點都可以標(biāo)明其位置。這種方法在運動估計精度與計算復(fù)雜度之間提供了一個較好的折衷，其基本原理如圖 23所示。 運動估計的一個基本問題是如何選擇運動信息的表示方式，這又與運動估計的算法模型密切相關(guān) 。目前研究最多的快速搜索算法，有三步法、四步法、新三步法、菱形法等，這些算法將在第三章詳細(xì)介紹。這樣運動補(bǔ)償方法是基于局部運動估計的，它對圖像中的宏塊進(jìn)行操作，在參考幀圖像的搜索范圍內(nèi)，搜索與當(dāng)前幀最接近的宏塊，從而得到這個宏塊的運動矢量。運動估計是以宏塊為單位進(jìn)行，計算被壓縮圖像與參考圖像的對應(yīng)位置上的宏塊間的位置偏移。這方面一種有效的方法就是基于塊匹配的運動估計 (Motion Estimation， ME)，因為算法簡單，便于實現(xiàn)等優(yōu)點而得到廣泛的應(yīng)用。 基于上述原因，高效快速的運動估計算法一直是視頻壓縮領(lǐng)域的研究熱點。 (a)編碼器 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 10 頁 （ b）解碼器 圖 21 典型的視頻壓縮編解碼系統(tǒng) 在解碼端，如圖 21(b)所示，壓縮碼流經(jīng)過變長解碼分成兩部分 :運動矢量和預(yù)測誤差的逆信息，然后將預(yù)測誤差的逆信息經(jīng)過反量化、 IDCT 變換得到預(yù)測誤差，將運動矢量與幀存器里的前一幀進(jìn)行運動補(bǔ)償?shù)玫筋A(yù)測幀，再將預(yù)測幀與預(yù)測誤差相加就得 到了當(dāng)前幀的重構(gòu)圖像，同時保存到幀存器里作為下一幀的參考幀。運動補(bǔ)償根據(jù)得到的運動矢量，對前一幀中由于運動而產(chǎn)生的位移進(jìn)行調(diào)整，從而得到盡可能接近本幀的預(yù)測幀。 總結(jié)與展望。介紹了運動估計的思想，著重分析了塊匹配運動估計的原理，對塊匹配運動估計的幾項重要的技術(shù)指標(biāo) (分塊的大小，匹配準(zhǔn)則，搜索范圍，估計精度 )的確定進(jìn)行了重點討論。在此基礎(chǔ)上，力爭提出一種優(yōu)化和改進(jìn)后的塊匹配運動估計算法，使其能夠在保證圖像質(zhì)量的同時，搜索速度得到較大的提高。模板搜索快速算法是提出最早，發(fā)展最 為成熟，也是應(yīng)用最為廣泛的一類快速算法。 本文的研究都是針對塊匹配的運動估計算法，在后文中，如無特別說明，所提到的運動估計也都是指基于塊匹配的運動估計。另一類是塊匹配算法 BMA(Block Matching Algorithm)。這里所說的變換去除空間相關(guān)性，僅僅局限在所變換的塊內(nèi)，如 88或者 4 4，并沒有塊與塊之間的處理。 相對于早期的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)， 引入了許多相對 先進(jìn)的技術(shù)，包括 4 4 的整數(shù)變換、空域內(nèi)的幀內(nèi)預(yù)測、 1/4象素精度的運動估計、多參考幀與多種大小塊的幀間預(yù)測技術(shù)等。 (3) 視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn) 是由 ISO/IEC 與 ITUT組成的聯(lián)合視頻組 (JVT)制定的新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)。 與 相比采用了半象素的運動補(bǔ)償，且增加了 4 種有效的壓縮編碼模式。 只對 CIF 和 QCIF 兩種圖像格式進(jìn)行處理，每幀圖像被分成圖像層、宏塊組 (GOB)層、宏塊 (MB)層、塊 (Block)層來處理。該標(biāo)準(zhǔn)沒有規(guī)定利用描述進(jìn)行搜索的工具或任何程序。這一變化會與 1990 年 MPEG2壓縮標(biāo)準(zhǔn)的推出一樣巨大，而且隨著視頻通信應(yīng)用的快速發(fā)展， MPEG4 標(biāo)準(zhǔn)勢會影響到范圍廣泛的多種應(yīng)用領(lǐng)域。據(jù)此目標(biāo)， MPEG4引入了 AV 對象 (Audio/Visual Objects)，從而使得更多的交互操作成為可能 。 (4)MPEG4 MPEG4于 1998 年 11月公布，該標(biāo)準(zhǔn)提出了基于對象編碼的概念，不僅針對一定比特率下的視頻編碼、音頻編碼，更加注重于多媒體系統(tǒng)的交互性和靈活性。還可提供一個較廣的范圍改變壓縮比，以適應(yīng)不同畫面質(zhì)量、存儲容量以及帶寬的要求。 MPEG2 在 NTSC 制式下的分辨率可達(dá) 720 486,MPEG2能夠提供廣播級的視像和 CD級的音質(zhì)。它可針對 SIF標(biāo)準(zhǔn)分辨率 (對于 NTSC 制為 352 240；對于 PAL 制為 352 288)的圖像進(jìn)行壓縮，傳輸速率為 ，每秒播放 30 幀。 1988 年， MPEG(Moving Picture Expert Group)運動圖像專家組成立，它致力于運動圖像及其伴 音編碼標(biāo)準(zhǔn)化的工作，包括 MPEG 系統(tǒng)，即 MPEG 視頻和 MPEG 音頻。經(jīng)過這個處理，殘差幀將包含很少的數(shù) 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 4 頁 據(jù)，因而可以用圖像解碼器對它進(jìn)行有效的壓縮。每一幀都可以利用圖像編解碼器(JPEG)進(jìn)行幀內(nèi)編碼 (Intraframe Coding),每一幀在內(nèi)部先進(jìn)行編碼而沒有考慮到其它的幀。 視覺冗余：人類的視覺系統(tǒng)對圖像的敏感性是非均勻的和非線性的。研究數(shù)據(jù)表明，圖像幀內(nèi)的行、列相鄰點之間的相關(guān)性可以達(dá)到 90%以上。普通的未壓縮視頻都是由一幀幀圖像序列組成的，一般 1 秒中包含 24幀圖像。它的研究和應(yīng)用必將促進(jìn)計算機(jī)通信、圖像 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 3 頁 通信和多媒體技術(shù)的發(fā)展?；谏鲜鲈?，高效快速的運動估計算法一直是視頻壓縮編碼領(lǐng)域的研究熱點。而幀間預(yù)測的方法基本上是以基于塊匹配的運動估計 (補(bǔ)償 )算法為主。運動估計和運動補(bǔ)償技術(shù)就是解決圖像幀間時間冗余的很好的方法。對于靜態(tài)圖像，最主要的數(shù)據(jù)冗余是空間冗余。由此可見，數(shù)字視頻信息的數(shù)據(jù)量是非常巨大的，若不經(jīng)過壓縮，數(shù)字圖像 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 2 頁 傳輸所需要的高傳輸速率和數(shù)字圖像存儲所需要的巨大容量將成為推廣應(yīng)用數(shù)字視頻技術(shù)的最大障礙。它們?yōu)橐曨l編碼技術(shù)的發(fā)展起到了巨大的推動作用。 數(shù)字視頻硬件方面的進(jìn)步和有關(guān)數(shù)字視頻壓縮國際標(biāo)準(zhǔn)的推出，使得數(shù)字視頻技術(shù)領(lǐng)域趨于成熟。 Threestep search method 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 VII 頁 目 錄 第 1 章 緒論 ............................................................ 1 引言 ............................................................ 1 課題的背景與意義 .......................................... 1 視頻壓縮技術(shù)介紹 .......................................... 3 運動估計的研究現(xiàn)狀 .............................................. 7 本文主要內(nèi)容和工作安排 .......................................... 8 第 2 章 運動估計概述及其技術(shù)指標(biāo) ........................................ 9 運動估計 ....................................................... 10 塊匹配運動估計的基本原理 ....................................... 12 塊匹配的運動估計的參數(shù)和指標(biāo) ................................... 14 分塊大小 ................................................. 14 匹配準(zhǔn)則 ................................................. 14 搜索范圍的確定 ........................................... 15 估計精度 ................................................. 16 算法評定指標(biāo) ................................................... 16 第 3 章 典型塊匹配運動估計算法分析 ..................................... 18 全搜索法（ FS） ................................................. 18 快速匹配算法 ................................................... 19 三步搜索法（ FSS） ........................................ 19 新三步搜索法（ NTSS） ..................................... 21 四步搜索法（ FSS） ........................................ 24 鉆石搜索法（ DS） ......................................... 25 六邊形搜索法（ HEXBS） .................................... 27 運動估計算法仿真 ............................................... 31 實驗平臺 ................................................. 31 三步搜索法仿真示例 ....................................... 31 實驗結(jié)果 ................................................. 33 實驗結(jié)果分析 ............................................. 35 西南交通大學(xué) 本 科 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 第 VIII 頁 本章小結(jié) ....................................................... 36 結(jié)束語 ................................................................ 37 本文工作總結(jié) ................................................... 37 研究展望 ....................................................... 37 致謝 ........................................