MSEA運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法研究及其FPGA設(shè)計(jì).pdf

1、運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)問(wèn)題是當(dāng)今一個(gè)熱點(diǎn)問(wèn)題，它在諸如視頻編碼、目標(biāo)實(shí)時(shí)跟蹤等眾多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。塊匹配算法(BMA)由于其自身的優(yōu)勢(shì)，一直受到了學(xué)者們的廣泛重視，是目前普遍采用的運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法。最早誕生的塊匹配運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法是基于全搜索策略的全搜索匹配算法(FSBMA)。 在已有的塊匹配算法中，近年提出的順序排除算法(SEA)和多級(jí)順序排除算法(MSEA)有著重要的地位，尤其是在2000年由學(xué)者Gao等提出的多級(jí)排除算法(MSEA)，

2、它是通過(guò)對(duì)匹配模板進(jìn)行分級(jí)、分塊處理，得到越來(lái)越嚴(yán)格、細(xì)化的判決邊界，這樣做的結(jié)果是MSEA在計(jì)算灰度匹配誤差準(zhǔn)則(MAD)之前具有更高的排除效率，從而減少了算法的運(yùn)算量，提高了運(yùn)算速度。 雖然SEA和MSEA算法具有其他運(yùn)動(dòng)估計(jì)算法無(wú)法比擬的諸多優(yōu)勢(shì)，但其本身卻存在有待改進(jìn)的地方，改進(jìn)的SEA和MSEA算法更加趨于合理，計(jì)算量進(jìn)一步減少，而匹配精確度卻不受影響。另外，本文給出的算法硬件設(shè)計(jì)方案，在運(yùn)動(dòng)矢量估計(jì)的實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)上具有一

3、定的應(yīng)用價(jià)值。 本文的主要內(nèi)容和特色如下： 1.SEA和MSEA算法對(duì)每一個(gè)搜索點(diǎn)都是從第零級(jí)開(kāi)始計(jì)算的，而實(shí)際上大多數(shù)搜索點(diǎn)第零級(jí)的計(jì)算是無(wú)法將該點(diǎn)排除的，往往是在后幾級(jí)將其排除，為了準(zhǔn)確合理地獲得初始匹配級(jí)，減少冗余計(jì)算量，論文提出了對(duì)算法的開(kāi)始級(jí)進(jìn)行估計(jì)的改進(jìn)思想，即對(duì)一個(gè)待搜索的象素點(diǎn)，并不是盲目地從第零級(jí)開(kāi)始匹配計(jì)算，而是取搜索區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)淘汰系數(shù)的加權(quán)平均值作為開(kāi)始級(jí)進(jìn)行匹配計(jì)算。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，改進(jìn)后的算法計(jì)算

4、量減少了約48％。 2.針對(duì)于SEA和MSEA算法在當(dāng)前幀進(jìn)行區(qū)域搜索時(shí)，對(duì)每一個(gè)搜索點(diǎn)都視為同等概率出現(xiàn)為有效點(diǎn)，這樣設(shè)定了搜索區(qū)域后，算法則一成不變地對(duì)每一個(gè)點(diǎn)逐次進(jìn)行匹配運(yùn)算，這樣一來(lái)必定會(huì)出現(xiàn)冗余計(jì)算。實(shí)際上有效點(diǎn)總是在一個(gè)特定的區(qū)域出現(xiàn)的，該區(qū)域出現(xiàn)有效點(diǎn)的概率最大，我們賦予它最大權(quán)值，權(quán)限的設(shè)定以淘汰系數(shù)為依據(jù)。而對(duì)于其他區(qū)域，出現(xiàn)概率變小，權(quán)值相應(yīng)也變小。對(duì)遠(yuǎn)離特定區(qū)域的點(diǎn)，其出現(xiàn)的概率可能為零，這樣一來(lái)我們就可以

5、設(shè)定權(quán)值為零，直接排除。對(duì)track序列和plane序列實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，算法計(jì)算時(shí)間分別減少了31％和34.4％。 3.SEA和MSEA算法是一種耗盡型，并具有精度特性的匹配算法，是目前熱門(mén)的匹配算法之一，如果單靠軟件的方法實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)算速度并不能完全滿足要求，特別是在需要實(shí)時(shí)處理的場(chǎng)合。為了更好地將算法應(yīng)用于實(shí)踐，配合硬件工作，論文提出了硬件設(shè)計(jì)該算法的思想，即通過(guò)FPGA進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，基本硬件設(shè)計(jì)比優(yōu)化后的軟件實(shí)現(xiàn)