基于群智能優(yōu)化快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法研究【文獻(xiàn)綜述】

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1、畢業(yè)論文文獻(xiàn)綜述電子信息工程基于群智能優(yōu)化快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法研究摘要：本文主要針對(duì)群智能優(yōu)化快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)，介紹運(yùn)動(dòng)估計(jì)的幾種分類、算法以及它們之間的優(yōu)缺點(diǎn)，并作相應(yīng)的比較。由于群智能化是一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，對(duì)于一個(gè)新興的領(lǐng)域而言，有各種不同的方法對(duì)其進(jìn)行著研究。而在對(duì)快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)的應(yīng)用方面，許多領(lǐng)域都運(yùn)用到了這一手段，當(dāng)然所運(yùn)用的方法卻各不相同，它們之間有著各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要選擇性地加以利用。關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng)估計(jì)；塊匹配；快速搜索；自適應(yīng)搜索；快捷高精度法；總結(jié)1.引言近些年來，隨著各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)的全面發(fā)展，群智能優(yōu)化方法作為一個(gè)新興的研究領(lǐng)域，為復(fù)雜優(yōu)化的問題求解

2、提供了一個(gè)有效手段，現(xiàn)今已經(jīng)為許多學(xué)者所關(guān)注，并在許多領(lǐng)域得到應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)估計(jì)是視頻壓縮編碼中的核心技術(shù)之一，在現(xiàn)代圖像以及視頻處理中應(yīng)用十分廣泛。而群智能優(yōu)化的快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法已然成為一種新的技術(shù)而被運(yùn)用于各種領(lǐng)域。各種運(yùn)動(dòng)估計(jì)方法有著其各自的特點(diǎn)，它們既相互聯(lián)系，又相互區(qū)別。只有弄清楚各自的優(yōu)缺點(diǎn)，才能更有效地運(yùn)用到實(shí)際生活中去。2.運(yùn)動(dòng)估計(jì)運(yùn)動(dòng)估計(jì)，簡(jiǎn)單地說，就是對(duì)每一個(gè)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行位移估計(jì)。它是將圖像序列的每一幀分為許多互不重疊的宏塊，并假設(shè)宏塊中所有的象素位移量相同，然后根據(jù)一定的匹配準(zhǔn)則找出與當(dāng)前塊最相似的塊（匹配塊），匹配塊與當(dāng)前塊的相對(duì)位移稱

3、為運(yùn)動(dòng)矢量，得到運(yùn)動(dòng)矢量的這個(gè)過程就叫做運(yùn)動(dòng)估計(jì)。通過運(yùn)動(dòng)估計(jì)可以有效地減少視頻圖像幀間時(shí)間的相關(guān)性,并可以去除幀間冗余度，使視頻傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)大為減少。有效的運(yùn)動(dòng)估計(jì)還可以減少運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償殘差幀中的能量,能夠明顯提高視頻的壓縮性能。運(yùn)動(dòng)估計(jì)有很多種不同的算法，不同情況下將使用不同的算法。各算法有其自己的優(yōu)缺點(diǎn)，在選擇算法時(shí)應(yīng)該對(duì)各種方法進(jìn)行比較，選擇合適的算法來進(jìn)行運(yùn)算。下面將論述幾種常用的算法以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)，并做適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)。3.運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法及優(yōu)缺點(diǎn)運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)方法有很多種，主要有塊匹配算法、遞歸估計(jì)法、貝葉斯估計(jì)法和光流法。6其他分法還可以分為快速運(yùn)動(dòng)估計(jì)

4、法、混合運(yùn)動(dòng)估計(jì)法，分層運(yùn)動(dòng)估計(jì)法，時(shí)空相關(guān)性運(yùn)動(dòng)估計(jì)法和自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)估計(jì)法。3.1塊匹配算法（BMA）塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法是目前使用最多的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法，它憑借簡(jiǎn)單的算法以及方便的硬件實(shí)現(xiàn)而廣受人們的青睞。目前塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法有很多，如全搜索法、三步法、共軛方向搜索法、二維對(duì)數(shù)搜索法、交叉搜索法、菱形搜索法以及四步搜索法等。3.1.1全搜索算法塊匹配算法估計(jì)一個(gè)像素移動(dòng)時(shí)，取以該像素為中心的一個(gè)子塊，然后在前一幀圖像中所有可能的位置尋找一個(gè)與之最匹配的子塊，該子塊中心與當(dāng)前像素的位移即為估計(jì)的位移矢量。我們將這種搜索方法稱為全搜索算法，也稱為窮盡法或遍歷法[

5、1]。從數(shù)學(xué)角度方面考慮，這是一個(gè)求子塊匹配的過程，可采用上面提及的均方誤差（MSE）或平均絕對(duì)誤差（MAD）作為判決準(zhǔn)則。采用全搜索算法進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估計(jì)時(shí)要求選擇合適的子塊尺寸。子塊尺寸較小時(shí)，塊內(nèi)像素運(yùn)動(dòng)的一致性較好，運(yùn)動(dòng)估計(jì)的準(zhǔn)確度較高，而相應(yīng)的編碼傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)矢量碼率會(huì)增大，計(jì)算量也會(huì)隨之增大。當(dāng)子塊尺寸較大時(shí)，編碼傳輸?shù)倪\(yùn)動(dòng)矢量碼率會(huì)變小，計(jì)算量將會(huì)隨之減小，但是運(yùn)動(dòng)估計(jì)準(zhǔn)確度較低，不能進(jìn)行有效的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償預(yù)測(cè)，主要原因是塊內(nèi)像素運(yùn)動(dòng)一致性變差[2]。在全搜索條件下，塊匹配算法達(dá)到全局最優(yōu)，精度也達(dá)到最高，但其缺點(diǎn)是運(yùn)算量很大，計(jì)算復(fù)雜，實(shí)時(shí)性不高。傳統(tǒng)

6、的全搜索塊匹配算法由于其性能容易受到各種噪聲的影響，針對(duì)這個(gè)不足，朱長(zhǎng)征、沈振康提出了一種改進(jìn)的全搜索塊匹配算法。在新的全搜索塊匹配算法中，搜索區(qū)域內(nèi)圖像序列的當(dāng)前幀與參考幀所對(duì)應(yīng)的像素對(duì)，與匹配結(jié)果是否有影響完全取決于它們灰度值之差的絕對(duì)值與預(yù)先設(shè)定的門限值大小之間比較的結(jié)果，而與外界的各種因素?zé)o關(guān)[3]。3.1.2三步搜索算法（TSS）三步搜索算法（TSS）是僅次于全搜索算法的次最優(yōu)運(yùn)動(dòng)估計(jì)搜索算法，目前應(yīng)用也十分廣泛。三步法就是在上一幀以當(dāng)前子塊為原點(diǎn)，將當(dāng)前子塊在周圍8個(gè)點(diǎn)按照一定的規(guī)則進(jìn)行移動(dòng)，并且每移動(dòng)到一個(gè)位置時(shí)，取出同樣大小的子塊與當(dāng)前子塊

7、進(jìn)行匹配計(jì)算。步驟如下：（1）從原點(diǎn)開始，選取最大搜索長(zhǎng)度的一半為步長(zhǎng)，在周圍距離步長(zhǎng)的8個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行塊匹配計(jì)算并比較，找到最小誤差（MBD）點(diǎn)。（2）將步長(zhǎng)減半，中心點(diǎn)移到上一步的（MBD）點(diǎn)，重新在周圍距離步長(zhǎng)的8個(gè)點(diǎn)處進(jìn)行塊匹配計(jì)算并做比較。（3）在中心及周圍8個(gè)點(diǎn)處找出MBD點(diǎn)，若步長(zhǎng)為1，該點(diǎn)所在位置即對(duì)應(yīng)最佳運(yùn)動(dòng)矢量，算法結(jié)束；否則，重復(fù)步驟（2）。6三步搜索法較全搜索方法，計(jì)算量減少了很多，步驟也只需三步，但它對(duì)于小運(yùn)動(dòng)檢測(cè)效果不好，當(dāng)搜索范圍大于7時(shí)，搜索步驟就會(huì)增多，不會(huì)只有三步。現(xiàn)在吳炳昊、阮秋琦、吳向君提出了新三步搜索方法（NTSS），

8、就解決了三步法對(duì)于小運(yùn)動(dòng)估計(jì)效果較差的缺點(diǎn)。它在第一步搜索時(shí)采用了