Metode de estimare a vectorilor de mișcare

1. Introducere

"O secvență video este o succesiune de imagini digitale (scene statice) care se redau în timp succesiv la un interval de redare suficient de scurt încât ochiul uman să nu în perceapă. Impresia de mișcare în secvența video este dată de modificarea poziției aceluiași obiect static în cadrele succesive ale secvenței, adică, în imaginile statice care compun secvența. Cu cât modificarea poziției spațiale este mai mare între cadrele succesive, cu atât impresia este de mișcare mai rapidă.

Estimarea mișcării blocurilor presupune găsirea deplasărilor orizontale și verticale cele mai probabile ale blocurilor dintr-un cadru de referință într-un cadru următor al secvenței. Aceste deplasări pe orizontală și verticală pot fi privite ca și componente ale unui vector al cărui modul și orientare determină complet viteza de mișcare și direcția mișcării celei mai probabile a fiecărui bloc de pixeli. Vectorul mai sus menționat poartă numele de vector de mișcare sau vector de deplasare (motion vector). Vectorii de mișcare se reprezintă astfel:

Figura 1

Procesul de estimare a mișcării pleacă nu de la blocuri din cadrul considerat referință, ci de la blocuri din cadul următor al secvenței, considerat cadru nou de codat. Acesta constă în împărțirea acestui cadru nou recepționat în blocuri de pixeli adiacente și analiza fiecărui bloc plecând de la ipoteza că este posibil ca el să fi fost prezent în cadrul anterior în aceeași poziție spațială sau în jurul poziției spațiale în care se găsește în cadrul curent.

Figura 2

Rezultatul estimării mișcării este găsirea vectorilor de mișcare pentru fiecare bloc din cadrul curent al secvenței, considerând că fiecare dintre aceste blocuri a putut să provină dintr-un bloc prezent în cadrul anterior, considerat referință. Vectorul de mișcare poate fi descris prin deplasările pe orizontală și verticală ale blocului, considerate diferențe între:

- Coordonata x a colțului stânga sus a blocului considerat din cadrul curent și coordonata x a colțului stânga sus a blocului care dă diferența cumulată cea mai mică a intesității pixelilor din cadrul de referință. Această diferență este componenta d_x a vectorului de deplasare;

- Coordonata y a colțului stânga sus a blocului considerat din cadrul curent și coordonata y a colțului stânga sus a blocului care dă diferența cumulată cea mai mică a intesității pixelilor din cadrul de referință. Această diferență este componenta d_y a vectorului de deplasare." [1]

Figura 3 ilustrează un algoritm de potrivire a blocurilor. Fiecare cadru este împărțit în blocuri, fiecare dintre ele constituind blocuri de luminanță și crominanță. De obicei, pentru eficiența codării, estimarea mișcării este efectuată numai pe blocul de luminanță.

Fiecare bloc de luminanță din cadrul actual se potrivește cu blocurile candidate dintr-o zonă de căutare a cadrului de referință. Aceste blocuri candidate sunt doar versiunile deplasate ale blocului original. Se găsește blocul candidat cel mai bun (cea mai mică distorsiune, adică cea mai potrivită) și se înregistrează deplasarea (vectorul de mișcare). Într-un codor inter-cadru tipic, cadrul de intrare este scos din predicția cadrului de referință. În consecință, vectorul de mișcare și eroarea rezultată pot fi transmise în locul blocului original de luminanță; astfel se elimină redundanța între cadre și se realizează compresia datelor.

La sfârșitul receptorului, decodorul construiește semnalul de diferență cadru de la datele recepționate și îl adaugă la cadrele de referință reconstruite. Sumarea oferă o replică exactă a cadrului curent. Cu cât predicția este mai bună, cu atât semnalul de eroare și, prin urmare, rata de transmisie este mai mică.