通信工程应用技术综合训练与实习课程设计课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 学 院： 信息学院 题 目: 多媒体信息处理 初始条件： MATLAB软件平台要求完成的主要任务:1. 设计任务设计视频压缩系统中的运动估计算法：全搜索法（FS: Full Search）和三步法(TSS: Three Step Search)，比较二种方法的搜索点和每帧的峰值信噪比（PSNR： peak signal to noise ratio）2. 设计要求 编制出有全搜索法和三步搜索法分别实现的算法代码对给定的视频中的两幅相邻图像进行运动块估计算法，对视频进行运动估计，并根据估计结果与原来的第二幅图进行比较，计算PSNR，分析全搜索法和三步搜索法的优劣。时间安排： 2013年12月15日-12月25日：研究原理，进行理论学习 2013年12月26日-12月31日：编写程序源代码 2014年1月1日-1月5日 ：调试程序 2014年1月6日-1月10日 ：撰写报告答辩时间2014年1月12日。 指导教师签名： 年 月 日系主任签名： 年 月 日摘要2Abstract31 运动估计算法概念41.1 运动估计算法基本思想41.2 运动估计算法实验原理42 实验原理和方法52.1 块匹配运动估计中的准则函数52.1.1 SSE(和方差)5 2.1.2 MSE(均方差)5 2.1.3 RMSE(均方根)62.1.4 比较结果62.2 全搜索法（FS）62.3 三步法(TSS)72.4 峰值信噪比83运动估计算法的MATLAB编程83.1 MATLAB介绍83.2 全搜索法93.2.1 算法的描述93.2.2 算法的流程图93.3 三步法103.3.1 算法的描述103.3.2 算法的流程图113.4 主要的函数说明114 仿真结果及分析124.1 全搜索法结果124.2 三步法结果154.3分析与比较184.4 实验中出现的问题185 小结与体会19参考文件20附录21摘要 近几十年来，我们正在经历着一场数字革命，数字数据和数字通讯异常普遍。现在，在台式机上的多媒体信息处理技术已经日趋成熟。 数字信号不仅更加健壮，而且数字表示和数字传输最主要的好处是它们使得在同样的网络上提供不同范围的服务变得更加简单。基于计算机的多媒体信息处理技术中的视频处理技术使计算机和通讯以一种全新的方式结合在一起。 运动估计是多媒体视频信息处理中一个很基本的、也很重要的问题。运动估计，通常是指二维的平面图像运动估计或者是三维的实体运动的估计。 事实上，它一直是人们研究很多的主题。块运动估计和块运动补偿是最常用的方法。块运动估计和补偿已经被使用在如 H.261，MPEG1-2 等国际数字视频压缩标准中1。块运动估计同样也被广泛地使用在很多其它的数字视频应用中，比如标准压缩中的运动补偿滤波。 当前的块运动估计算法包括：全搜索法；三步法；共轭方向搜索法；两维对数下降法；交叉搜索法；动态窗口搜索法；两步搜索法等。它们在计算速度和计算精度上各有特点。其中全搜索方法的精度一般是最高的，但是由于是逐点搜索，所以在速度上是最慢的；而三步快速搜索仅在事先确定的侯选的运动矢量的范围内计算准则函数的值，因此精度比较低，但是由于处理的点较少，它的处理速度很快。运动估计与超分辨率等技术相结合，将可以很大程度地提高图像的质量，运用到视频恢复等技术中，因而运动估计的研究会有较大的应用前景。关键词：多媒体信息处理 运动估计 全搜索法 三步法AbstractIn recent decades, we are experiencing a digital revolution . digital data and digital communications are abnormaly common. Now, on the desktop, multimedia information processing technology has matured . Not only digital signal is more robust , but also the main benefit of digital representation and digital transmission is that they make it easier to provide a diverse range of services on the same network . Computer-based multimedia information processing technology in the video processing technology enables computers and communications together in a new way .Motion estimation is a very basic and very important issue in multimedia video information processing . Motion estimation usually refers to the estimated two-dimensional planar image motion estimation or three-dimensional movement of the entity . In fact, it has been the study subject of a lot of people . Block motion estimation and motion compensation block are the most commonly used methods. Block motion estimation and compensation have been used in such as H.261, MPEG1-2 digital video compression and other international standards 1 . Block motion estimation is widely used also in many other digital video applications , such as the standard compression motion compensation filtering.The current block motion estimation algorithms include full search method ,three-step method , conjugate direction search method , two-dimensional logarithmic descent , cross- search method , dynamic window search method , two-step search method. They have their own characteristics in calculation speed and accuracy . The accuracy of the full search method is generally the highes.But because it is the search -by-point , it is the speed of the slowest .And three-step quick search calculated only criterion function value in the range of pre-determined candidate motion vectors ,therefore it has relatively low accuracy and fewer point processing . Its processing speed is very fast. Motion estimation combining super-resolution technology will be able to greatly increase the quality of the image, using the video restoration technology , and thus the motion estimation studies have greater prospects.Keywords multimedium information processing motion estimation Full search Method of three-step method 1 运动估计算法概念 视频原始图像中存在着大量的信息冗余，如时间冗余、空间冗余、信息熵冗余、谱间冗余、几何结构冗余、视觉冗余和知识冗余等等。运动估计是视频压缩编码中的核心技术之一，采用运动估计和运动补偿技术可以消除视频信号的时间冗余以提高编码效率。如何提高运动估计的效率，使运动估计算法的搜索过程更健壮、更快速、更高效成为目前研究的热点。运动估计的基本思想是尽可能准确地获得序列图像帧间的运动位移，即运动矢量。因为运动估计越准确，预测补偿的图像质量越高，补偿的残差就越小，补偿编码所需位数越少，需要传输的比特率就越小。利用得到的运动矢量在帧间进行运动补偿。补偿残差经过变换、量化、编码后与运动矢量一起经过熵编码，然后以比特流形式发送出去。运动估计算法多种多样，大体上可以把它们分成四类：块匹配法、递归估计法、贝叶斯估计法和光流法。其中块匹配运动估计算法因其具有算法简单、便于VLSI实现等优点得到广泛应用。所以本文将重点介绍块匹配运动估计算法。1.1 运动估计算法基本思想 运动估计的基本思想是尽可能准确地获得序列图像帧间的运动位移，即运动矢量。运动估计算法的目标是效率和准确性。由于在成象的场景中一般有多个物体作不同的运动，如果直接按照不同类型的运动将图像分割成复杂的区域是比较困难的。最直接和不受约束的方法是在每个像素都指定运动矢量，这就是所谓基于像素表示法。这种表示法是对任何类型图像都是适用的，但是它需要估计大量的未知量，并且它的解时常在物理上是不正确，除非在估计过程中施加适当的物理约束。这在具体实现时是不可能的，通常采用基于块的物体运动表示法。因为运动估计越准确，预测补偿的图像质量越高，补偿的残差就越小，补偿编码所需位数越少，需要传输的比特率就越小。1.2 运动估计算法实验原理在帧间预测编码中，由于活动图像邻近帧中的景物存在着一定的相关性。因此，可将活动图像分成若干块或宏块，并