信息学院计算机专业０２１ 学号：０２４１００１３２ 姓名：魏中州
运动估值和运动补偿 运动处理原理 简单介绍 运动估值（块匹配算法） 运动补偿
运动估值和运动补偿是运动图象帧 间编码中使用的一项基本措施，它 保证了在一定图象质量下有高的码 率压缩比。
运动图象处理 通常，电视节目中只要画面镜头不切换，前后帧运动图象的内容是差别不大的，许多情况下仅仅很少一部分在运动，因此，只需知道画面中哪部分在运动，其运动方向和位移量怎么样，把就可以从前一帧图象中预测出当前帧图象。又由于运动预测会有误差，需要对对幀间预测差信号进行压缩编码和传送，因此我们只需要传送运动矢量和幀间预测差信，从而可以大幅度压缩码率。
运动估值 运动物体的帧间移位如图所 示，它示出前后帧间前景运动 物体的的直线匀速运动。 问题的关键是怎样进行运动估 值以得出准确的位移矢量。在 运动估值的方法中最常 用的一种方法是块匹配法。
块匹配算法 在块匹配法中是把图象分成若干子块，设子块图象是由M×N个象素组成的象块，并假设一个象块内的所有象素作一致的平移运动。对当前帧中的每一个象块MB，在前一帧中以与其对应的位置（m，n）为中心，上下左右四个方向搜寻找与其最佳匹配的象块MB'，宏块MB和MB'在水平和垂直方向上的距离即是求得的位移矢量。块匹配搜索如图所示
块匹配算法 宏块大小 搜索范围 最佳匹配准则 快速搜索法 分级搜索
块匹配算法 宏块大小：在MPEG-1和MPEG-2中，运动估值块的大小为16×16象素，称之为宏块。宏块大小的确定是综合考虑了实际图像细节构成和运算估值中的计算量而得出的。对于SDTV的亮度信号（720×576）来说，横向有45个宏块，纵向有36个宏块，全帧有45×36＝1620个亮度宏块。Cb Cr 色差信号可直接使用亮度信号帧间预测得到位移矢量
块匹配算法 搜索范围：搜索范围的确定要综合考虑帧间运动位移的可能大小和计算量。对于16×16象素的亮度宏块，△m可取16个象素距离，即向上、下、左、右各作0～16次、每次增量一个象素的位移，每移位一次，计算一下匹配情况直至寻找到最佳匹配块，称之为全搜索法
块匹配算法 最佳匹配准则 判断两个宏块间最佳匹配的数学准则有很多种，较为简单的一种准则是计算两个宏块间象素亮度数据的均方差值MSE： 式中fk(m，n)为第K帧中位于(m，n）位置上的象 素值，fk-1(m，n)为第K-1帧中位于(m，n）位置 上的象素值,i、j分别为水平和垂直方向上的位移量
块匹配算法 另一数学准则是计算两宏块间亮度数据绝对差 的均值MAD： 当MSE或MAD最小时，表示两宏块间匹配最佳， 于没有乘法运算，得到较普遍的应用。
块匹配算法 快速搜索法 ： 为了减少搜索次数，提出了多种快速搜索方法，这些搜索方法总是一步步沿着判决函数值减小的方向进行。快速搜索方法如图所示 例如二维对数法中，从宏块中心点(i,j)开始，每一步中在中心点本身及其左、右、上、下共五个点上计算判决函数值，取其中MAD值最小的点作为下一步的中心点，并重复此种步骤，最终找到最佳匹配位置
块匹配算法 分级搜索： 分级搜索方法分为粗搜索和细搜索。首先对图象进行亚取样得到一个低分辨率的图象，然后再对所得到的低分辨率图象进行全搜索，由于分辨率低，使搜索次数大大减少，称为粗搜索。然后以粗搜索的结果作为细搜索的起始点，再在较小的范围内进行细搜索，因此总的搜索次数可相应减少。 例如MPEG-2中的运动估计精度为半个像素，在半像素精度基础上作全搜索计算量太大，因此可以采用分级搜索。第一步的粗搜索可以在原分辨率图象上进行，第二步细搜索，可通过内插得到分辨率提高一倍的图象，再进行细搜索。
运动补偿 运动补偿预测： 帧序列的相邻画面之间的运动部分具有连续性，即当前画面上的图像可以乍成是前面某时刻的图像对当前画面图像进行预测的方法，称为前向预测。反之，根据某时刻的图与位移住处预测刻时之前的图像，称为后向预测。 MPEG的运动补偿将画面分成若干16*16的子图像块（称为补偿单元或宏块），并根据一定的条件分别进行帆内预测、前后预测、后向预测及平均预测。
运动补偿 运动补偿插值 ： 以插补方法裣运动住处是提高视频压缩比的最有效措施之一。在时域中插补运动补偿是一种多分辨率压缩技术。例如1/15秒或1/10秒时间隔选取参考子图，对时域较低分辨率子图反映运动趋势的附加校正信息（运动夭量）进行插值，可得到满分辨率（帧率1/30秒）的视频信号。插值运动补偿也称为双向预测，因为它既利用了前面帧的信息用了后面帧的信息
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