基于块匹配的视频图像运动估计技术研究

摘要

视频图像的运动估计，是指根据相互关联的两帧或多帧图像估计出图像中各物体运动信息的技术，其中基于块匹配（Block Matching）的视频图像运动估计技术，方法简单、估计效果好、压缩效率高，而且容易满足硬件系统的实时计算，已经被许多视频编码标准（如MPEG-1/2以及ITU-T H.261/263）采用，成为数字视频技术的一个研究热点。 本文首先在详细介绍块匹配运动估计工作原理的基础上，系统地研究了目前国内外典型的块匹配算法，分析了它们的搜索策略和优缺点。其次，从搜索路线、搜索方向、搜索步长、搜索模式以及搜索中止准则等方面，重点研究了快速运动估计的关键技术——搜索策略。在基于运动矢量分布特性的运动估计方面，研究了运动矢量的中心倾向分布特性和运动矢量的偏向性分布特性，阐述了两种运动矢量分布特性的关系，即运动矢量的偏向性分布特性的发现并不是对运动矢量的中心分布特性的否定，运动矢量首先必须是在中心分布的基础上，才有偏向性分布，是在中心分布里面含有的偏向性分布，所以说运动矢量的偏向性分布特性是对运动矢量中心分布特性的一种最准确的补充。最后在全面分析和总结当前块匹配技术研究的基础上，充分运用了运动矢量的中心倾向分布特性和运动矢量的偏向性分布特性，提出了两种基于运动矢量分布特性的块匹配算法——基于小钻石模板的块匹配算法和基于混合模板的块匹配算法，两种新算法既考虑到了运动矢量的中心分布特性，更预计到了运动矢量存在的偏向性分布倾向。实验结果表明，所提出的方法，在降低计算复杂度、提高运动估计精度等方面有所改善。