铁路监控视频的运动估计技术研究

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1、铁路监控视频的运动估计技术研究摘要：运动估计是一种估计视频序列中前后帧之间运动位移的技术，块匹配的原理是先将图当前帧划分为若干宏块‘然后对当前帧的每一宏块根据一定的匹配准则在相邻帧中搜索当前块的匹配块，得到两者的相对位移，即当前块的运动位移。9460本文研究的运动估计算法包括全搜索(ExhaustiveSearch,ES>三步搜索法(ThreeStepSearch,TSS>新三步搜索法(NewThreeStepSearch,NTSS)和菱形搜索法(DiamondSearch,DS)来估计块的运动位移。全搜索法是对图片中的每个像素进行搜索，得到的最小块误差(MinimumBlockDis

2、tortionMBD)像素点即为最佳匹配点。三步搜索法是以(0,0)为中心，周围第一步步长为4的九个像素搜索出MBD，第二步长为S/2搜索MBD7直到步长为1得出的MBD即为最佳匹配点。新三步搜索法是搜索中心附近99与33区域内的17个点,分别搜索找到MBD,若MBD在外围8个点中则进行三步搜索法,若MBD在内部8个点中,则继续搜索以MBD为中心的点得出的MBD即为最佳匹配点。菱形搜索法是对LDSP(大模块)的搜索区域中心以及周围的8个点分别进行匹配计算，当MBD在中心是极为最佳匹配块，否则再以MBD为搜索区域中心以及周围的8个点进行匹配计算直到MBA为中心。实验是采用峰值信噪比(Pe

3、akSignalNoiseRatio,PSNR)和搜索点数来分别评估算法的估计精准度和实时性能。实验结果表明，在这四种算法中，ES算法的搜索点数最大,TSS算法的搜索点数比ES小，但略大于NTSS的搜索点数，DS的搜索点数最小，所以DS实时性能最好。ES算法的PSNR值最大,DS的PSNR值略小于ES,所以ES的估计精度最高。关键词：运动估计；块匹配；MBDMotionestimationfordigitalmovieofrailwayAbstract:Theprincipleofmotionestimationistopideeachframeofvideointoapluralit

4、yofmacroblocksanditwillnotoverlapeachother.Andassumingthatallpixelswithinthemacroblockareequaldisplacement,thenweusethesematchingmethodstosearchthesameblock!hedisplacementofcurrentblockandthereferenceblockistherelativedisplacementofthedisplacementmovement.KeyWords:Motionestimation;MBA(BIockMatch

5、Algorithm);MBD目录1绪论21.1课题背景21.2国内外研究现状313本文的主要工作和内容安排32.1运动估计算法分类52.1.1图像块法52.1.2像素法62.1.3特征法62.1.4相位法62.2常用的二维运动估计算法62.2.1基于光流方程的运动估计72.2.2基于像素的运动估计72.23全局运动估计82.2.4块匹配算法93基于块的运动估计技术研究113.1常用的匹配准则113.2基于块匹配的运动估计算法123.2.1全搜索法123.2.2三步搜索法133.2.3新三步骤算法143.2.4菱形搜索算法154MATLAB的仿真实验与分析14.1各种算法的性能比较185

6、总结与展望245.2进一步的研究工作24致谢25参考文献26附录271绪论1.1课题背景随着网络和通信技术的飞速发展，信息交流的形式越来越丰富，已经从简单的文字信息交流逐渐变为声音、图像以及视频信息等的交流。与语音、图片等传输不同的是，数字视频具有较大的数据量，对存储器的容量、通信信道的带宽以及计算机数据处理速度等要求都比较高。要解决这些问题如果只是增加存储器容量和通信信道的带宽或者提高计算机的运算速度等方法是不经济也是不现实的。因此，对视频的数据进行高效压缩是非常必要的，不仅可以降低存储成本，缓解传输带宽，还突破了存储容量和处理器主频限制等关键性难题。同时人们对监控视频的要求越来越高

7、,视频的信息量占用的空间和传输所需的带宽很大，因此在传输监控视频时不能将每一帧的所有像素信息传输到解码器端，而只需要传输对象运动矢量信息，解码器即可根据前一帧的图像和运动矢量信息计算出当前帧，继而达到了视频压缩的目的，这种方法的关键是确定运动矢量的过程也就是进行运动估计。1.2国内外研究现状1.3本文的主要工作和内容安排本文主要研究用于铁路监控视频的运动估计算法，包括全搜索算法、三步搜索算法、新三步搜索算法和菱形搜索算法，用MATLAB软件对它