视频压缩 运动估计算法

课程设计任务书

题目: 通信工程应用技术

初始条件： MATLAB 软件，电脑

要求完成的主要任务:

设计视频压缩系统中的运动估计算法：全搜索法（FS: Full Search）和三步法(TSS: Three Step Search)，比较二种方法的搜索点和每帧的峰值信噪比（PSNR： peak signal to noise ratio）

要求：编制算法代码；对视频进行运动估计；计算PSNR

时间安排：

指导教师签名： 2013 年月日系主任（或责任教师）签名： 2013 年月日

目录

摘要 ........................................................................ I Abstract.................................................................... II

1 设计任务 (1)

2 实验原理及基本思想 (2)

2.1 实验原理 (2)

2.2基本思想 (2)

3 运动估计算法 (3)

3.1全搜索算法 (3)

3.1.1全搜索算法及程序流程图 (3)

3.1.2全搜索的特点 (4)

3.2三步法 (4)

3.2.1三步法的方法 (4)

3.2.2三步法的特点 (4)

1.搜索范围为[-7,7]； (4)

4 仿真结果 (6)

4.1全搜索算法仿真结果 (6)

4.2三步法算法仿真结果 (6)

4.3全搜索算法和三步法指标对比 (12)

4.3.1全搜索算法指标 (12)

4.3.2三步法指标 (12)

4.4仿真结果分析 (12)

5 心得体会 (13)

6 参考文献 (14)

试验程序 (15)

附录： ..................................................... 错误！未定义书签。

摘要

在视频编码和处理系统中，运动估计和运动补偿技术对降低视频序列时间冗余度、提高编码效率起着非常关键的作用。运动估计的准确程度将直接决定视频编码器的编码效率。它极大地消除了视频序列的帧间相关性。运动估计算法的复杂性将直接决定视频压缩编码系统的复杂性，如何提高运动估计的效率，使运动估计算法的搜索过程更快速、更高效一直是人们研究的热点。掌握运动估计的块匹配算法，以及快速运动估计算法。

关键词：运动估计、运动补偿技术、位移（运动）矢量

Abstract

In video coding and processing system, motion estimation and motion compensation technology to reduce the video sequence time redundancy, improve coding efficiency plays a key role. Motion estimation accuracy will directly decide video encoder coding efficiency. It greatly eliminates the video sequence correlation between the frame. The complexity of motion estimation algorithm will directly determine the complexity of video compression coding system, how to improve the efficiency of the motion estimation, make the motion estimation algorithm of the search process more quickly and more efficient has been a research hot spot. Master the block matching motion estimation algorithm, and fast motion estimation algorithm.

Keywords: motion estimation and、motion compensation technology and displacement （motion） vector

1 设计任务

随着视频压缩技术的发展,迫切需要解决视频数据的高效压缩问题、网络带宽变化适应性问题以及提高容错能力问题。视频数据压缩主要通过三种技术手段来实现:利用DCT变换和矢量量化来消除视频帧内的空间冗余;利用熵编码来消除编码冗余;利用运动估计来消除帧间的时间冗余。

运动估计(Motion Estimation)是视频编码中广泛使用的一种技术，由于视频原始图像间存在着大量的信息冗余，所以需要采用运动估计和运动补偿(Motion Compensation)技术来消除视频信号的冗余以提高编码效率。运动估计指压缩编码过程中计算当前帧和参考帧间的运动矢量。运动补偿是解码过程中根据运动矢量和当前帧恢复出下一帧。在帧间预测编码中，由于活动图像邻近帧中的景物存在着一定的相关性。因此，可将活动图像分成若干块或宏块，并设法搜索出每个块或宏块在邻近帧图像中的位置，并得出两者之间的空间位置的相对偏移量，得到的相对偏移量就是通常所指的运动矢量，得到运动矢量的过程被称为运动估计。

运动矢量和经过运动匹配后得到的预测误差共同发送到解码端，在解码端按照运动矢量指明的位置，从已经解码的邻近参考帧图像中找到相应的块或宏块，和预测误差相加后就得到了块或宏块在当前帧中的位置。通过运动估计可以去除帧间冗余度，使得视频传输的比特数大为减少，因此，运动估计是视频压缩处理系统中的一个重要组成部分。

本节先从运动估计的一般方法入手，重点讨论了运动估计的三个关键问题：将运动场参数化、最优化匹配函数定义以及如何寻找到最优化匹配。然而运动估计的计算复杂度在整个视频数据压缩编码系统中最大。因此研究高效的运动估计算法对提高视频数据压缩编码的效率有着非常重要的意义。