菱形算法(赵杰)

新三步搜索算法(NTSS,New Three-Step Search)
第一步:对搜索窗口中心9x9的 矩形框和3x3的矩形框的17个 点进行匹配运算； 1、视频运动矢量的中 心偏置分布，加强搜索 中心区域； 2、全局极值点中心偏 移； 3、半路中止；
Hale Waihona Puke Baidu
新三步搜索算法(NTSS,New Three-Step Search)
各算法PSNR
改进
81.81%
十字法
正方形—菱形
谢谢观看
赵杰
2015-5-8
块的选择:MxN
假设：同一块内的像素的运动是一致
……
块越小->残差小->运动矢量多->效率低 16x16,16x8,8xl6,8x8,8x4,4x4
块匹配准则
匹配准则的运算复杂度：
绝对平均误差函数(MAD) 绝对差值和(SAD) 归一化互相关函数(NCFF) 均方误差函数(MSE) 最大误差最小函数(MME) 最大匹配像素数(MPC）
第二步:根据第一步得到 的最小SAD值的位置决 定第二步匹配的位置: (1)如果在搜索窗口的中 心位置得到最小的SAD 值,则停止搜索; (2)如果最小的SAD值在 3x3的矩形框上得到,则 搜索以此点为中心位置 的3x3的窗口,并结束搜 索; (3)如果最小的SAD值在 9x9的矩形框上得到,则 搜索的步骤与TSS算法 相同 ；
1、简单，最好的 匹配方法； 2、计算量大
三步搜索算法(TSS,Three-Step Search)
第一步:以窗口中心点(O,0)为 中心搜索点,步长为4,包括周围 的8个像素点,计算各点SAD,根 据最小SAD值得到一个MBD点, 共搜索9个点。 第二步:以上一步的最佳匹配点 为中心,步长为2,继续搜索周围 8个像素点,计算各点SAD,根据 最小SAD值得到MBD点,共搜 索8个点。 第三步:同上一步,只是步长减 小1,最后得到的MBD点就是需 要的运动估计的点,从而得到运 动矢量。 1、简单，易于硬件实 现； 2、搜索点数为9+8+8； 3、第一步搜索范围大， 局部最优；
新三步搜索算法(NTSS,New Three-Step Search)
第三步:以第二步得到的最佳匹 配位置为中心,做最后的3x3窗 口中九个点的匹配,得到最小 SAD值的位置,就是最佳的匹配 位置 1、新增8个搜索点用来 保证缓慢运动的要求, 第一步大的步长又可以 满足快速运动的要求 2、采用基于中心偏置 的搜索模式不仅提高了 匹配速度,也减少了陷 入局部最优的可能性 3、大范围运动时,这种 改进却带来了额外的运 算量
算法评判指标
1、视觉 2、PSNR（(Peak Signal to Noise Ratio） 3、搜索点数
Part 2
菱形算法及改进
全搜索法(Full search Methed,FS)
STEP1:从(0,0)点出发,按某 种搜索路径由近及远,逐个 像素点计算SAD值,直到遍 历搜索窗内所有的点。 STEP2:在所有的SAD中找到 最小块误差(Minimum Block Distortion ,MBD)点, 该点即最佳匹配点。
四步搜索(Four-Step Search,FSS)
5x5,不是9x9 前三步的搜索是定步长搜索,最 后一步改变步长, 1、既要照顾块的中心 偏移特性,也要兼顾块 的大范围运动
菱形搜索法(DS，diamond Search)
1、基于中 心偏置的多 级搜索方法 2、采用了 中途停止的 搜索策略。 即一旦最小 块失真出现 在LDSP中心 点位置,搜索 转入SDSP 模式,中途就 结束搜索 1、统计数据表明, 视频图像中进行 运动估计时,最优 点通常在零矢量 的周围
1、Akiyo和News静止状态为 主的微小运动视频；
2、Mobile和Foreman小运动；
3、Bus和Football剧烈运动。
各算法平均搜索点数
1、在静止宏块为主的视频和 小运动类型的视频估计中,几种 快速算法获得的PSNR值只有 略微差别 2、 在大运动中，TSS采用了固 定的方形模板,在每一步中都全 面搜索了九个方向上的点,所以 TSS的PSNR总体要略好于其他 算法。
菱形搜索法(DS，diamond Search)
第一步:初始化大菱形LDSP以搜 索窗口的原点(O,0)为中心,测试 LDSP的九个检测点。如果计算 得到的MBD点位于中心位置,则 转到第三步;否则,转到第二步。 第二步:以上一次找到的MBD点 作为中心建构新的LDSP并计算 其8个搜索点的匹配误差,找到新 模板的MBD点。若它位于模板 中心,则转到第三步;否则重复第 二步。 第三步:以上一次得到的MBD点 作为中心建构小模板SDSP,在其 5个搜索点处进行匹配计算和比 较,找出MBD点,该点所在位置即 对应最终得到的运动矢量。 1、较大的LDSP进行粗 定位,当粗定位的搜索 结束后,认为最优点就 在LDSP的8个点所在的 菱形区域中,此时再利 用SDSP来进行更为精 细的定位；
A New Diamond Search Algorithm for Fast Block-Matching Motion Estimation
赵杰 201421190236 2015-5-8
基于块匹配运动 估计技术
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目录
2
菱形算法及 改进
Part 1
基于块匹配运动 估计
块匹配运动估计
运动估计（ Motion Estimation， ME）：在参考图像帧 （ reference frame）中找到最 佳的参考图像块位置，即运动矢 量（ Motion Vector， MV）， 使得经过帧间预测之后，残差 （ prediction residual）的能量 最小，以期达到最高的压缩效率；