运动估计技术

1、2007 Electronic Information Engineering. JNU暨南大学暨南大学运动估计技术主讲人：石敏主讲人：石敏信息科学与技术学院信息科学与技术学院电子工程系电子工程系运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-272运动估计运动估计 视频编码技术视频编码技术 多媒体技术正在生活中扮演越来越重要的角色。如何解决海量的数据信多媒体技术正在生活中扮演越来越重要的角色。如何解决海量的数据信息的传输与存储成为关键。因此视频压缩技术越来越受到重视。息的传输与存储成为关键。因此视频压缩技术越来越受到重视。 运动估计技术运动估计技术 运动估计技术是视频压缩领域中最重要

2、、发展最快的技术之一，它是运动估计技术是视频压缩领域中最重要、发展最快的技术之一，它是提高编码效率的主要途径。研究快速有效的运动估计算法一直是视频编提高编码效率的主要途径。研究快速有效的运动估计算法一直是视频编码领域的热点问题。码领域的热点问题。运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-273本章问题本章问题 视频中的每帧图像是否都要编码？视频中的每帧图像是否都要编码？ 为什么需要运动估计技术？为什么需要运动估计技术？ 如果不进行运动估计，而对每帧图像都进行编码，会有什么样的后果？如果不进行运动估计，而对每帧图像都进行编码，会有什么样的后果？运动估计技术运动估计技术信息论与编码理

3、论2007-07-274视频图像序列的三种帧类型视频图像序列的三种帧类型I帧帧P帧帧B帧帧三种三种类型类型运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-275 视频图像序列的三种帧类型视频图像序列的三种帧类型运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-276视频图像序列的三种帧类型视频图像序列的三种帧类型 I I帧帧( (帧内图像帧内图像Intra-FrameIntra-Frame):):对整幅图像进行静态图像编码，是一个独立对整幅图像进行静态图像编码，是一个独立的帧。其图像信息不参照其它图像，是的帧。其图像信息不参照其它图像，是P P帧和帧和B B帧的参考。帧的参考。

4、P P帧帧( (前向预测帧前向预测帧Predicted-FramePredicted-Frame):):参照前一幅的参照前一幅的I I帧或帧或P P帧做运动补偿编帧做运动补偿编码。码。 B B帧帧( (双向预测双向预测Bidirectional-FrameBidirectional-Frame):):参照前一幅或后一幅参照前一幅或后一幅I I帧或帧或P P帧做双帧做双向运行补偿编码。向运行补偿编码。运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-277运动估计框图运动估计框图运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-278前一帧图像前一帧图像previous frame5

5、010015020025030035050100150200运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-279当前帧图像当前帧图像current frame5010015020025030035050100150200运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2710两帧图像之间的差别两帧图像之间的差别Frame Difference :frame 0 and 1运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2711运动矢量图运动矢量图050100150200250300350400-250-200-150-100-50050Motion Vector Fi

6、eld of frame 1运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2712运动估计图运动估计图运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2713算法优劣衡量标准算法优劣衡量标准 匹配性能匹配性能 计算复杂度计算复杂度 具体实现具体实现运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2714性能检测方法性能检测方法均方差均方差（MSE: Mean Square ErrorMSE: Mean Square Error）：均方差是能产生较好结果的函数之一，在数字信号处理中比较常用：均方差是能产生较好结果的函数之一，在数字信号处理中比较常用： 当前帧宏块像素值当

7、前帧宏块像素值 参考帧宏块像素值参考帧宏块像素值 两宏块相对位移矢量两宏块相对位移矢量2111(,) ( , )(,)NMijMSE dx dyF i jG idx jdyMN( , )F i j(,)G idx jdy(,)dx dy运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2715运动估计的经典方法运动估计的经典方法 全搜索法全搜索法 三步法三步法 四步法四步法 钻石法（菱形法）钻石法（菱形法） .运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2716搜索范围搜索范围运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2717全搜索法全搜索法 运动估计技术运动估

8、计技术信息论与编码理论2007-07-2718全搜索法步骤全搜索法步骤1. 将搜索中心定在搜索框的最左上角点。将搜索中心定在搜索框的最左上角点。2. 搜索中心从左至右，从上至下移位，并计算每一个搜索中心从左至右，从上至下移位，并计算每一个点，直到计算完搜索框内所有点。点，直到计算完搜索框内所有点。3. 比较所有计算的点，最小值点即为最佳匹配点。比较所有计算的点，最小值点即为最佳匹配点。运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2719三步法三步法 运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2720三步法步骤三步法步骤1. 先以中心点为搜索中心，进行四周先以中心点为搜

9、索中心，进行四周 4点距离搜索，点距离搜索，计算计算9个点，得到最小值点。个点，得到最小值点。2. 将搜索中心移至最小值点，进行四周将搜索中心移至最小值点，进行四周 2点距离搜索，点距离搜索，计算计算9个点，得到最小值点。个点，得到最小值点。3. 将搜索中心移至最小值点，进行四周将搜索中心移至最小值点，进行四周 1点距离搜索，点距离搜索，计算计算9个点，得到最小值点，此最小值点即为最终的个点，得到最小值点，此最小值点即为最终的搜索结果作为运动估计的最优匹配点。搜索结果作为运动估计的最优匹配点。运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2721四步法四步法 运动估计技术运动估计技术

10、信息论与编码理论2007-07-2722四步法步骤四步法步骤1. 先以中心点为搜索中心，进行先以中心点为搜索中心，进行 2点距离搜索，计算点距离搜索，计算9个点。个点。2. 如果如果9个点的最小值点不在正中心，则将搜索中心移个点的最小值点不在正中心，则将搜索中心移至该点，重复至该点，重复 2点距离搜索，直到最小值点处于正点距离搜索，直到最小值点处于正中心点。中心点。3. 在正中心点进行在正中心点进行 1点距离搜索，共计算点距离搜索，共计算9个点，其中个点，其中值最小的点即为最终的搜索结果作为运动估计的最值最小的点即为最终的搜索结果作为运动估计的最优匹配点。优匹配点。运动估计技术运动估计技术信息

11、论与编码理论2007-07-2723钻石法（菱形法）钻石法（菱形法） 运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2724钻石法步骤钻石法步骤1. 先以中心点为搜索中心，进行大钻石搜索，计算先以中心点为搜索中心，进行大钻石搜索，计算9个个点。点。2. 如果如果9个点的最小值点不在大钻石的中心，则将大钻个点的最小值点不在大钻石的中心，则将大钻石的中心移至该点，重复大钻石搜索，直到最小值石的中心移至该点，重复大钻石搜索，直到最小值点处于大钻石中心为止。点处于大钻石中心为止。3. 在大钻石的中心点切换到小钻石搜索模式，共搜索在大钻石的中心点切换到小钻石搜索模式，共搜索5个点，其中值最小的点即为最终的搜索结果作为运个点，其中值最小的点即为最终的搜索结果作为运动估计的最优匹配点。动估计的最优匹配点。运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2725仿真图（全搜索法）仿真图（全搜索法） 运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2726本章小结本章小结 了解视频编码的意义了解视频编码的意义 掌握运动估计的定义掌握运动估计的定义 熟悉四种经典的运动估计算法熟悉四种经典的运动估计算法运动估计技术运动估计技术信息论与编码理论2007-07-2727思考与练习思考与练习 视频中的每帧图像是否都要编码？视频中的每帧图像是否都要编码？ 为什么