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采用改进高斯-牛顿法的视频弹性运动估计
  • ISSN号:1000-9825
  • 期刊名称:《软件学报》
  • 时间:0
  • 分类:TP391[自动化与计算机技术—计算机应用技术;自动化与计算机技术—计算机科学与技术]
  • 作者机构:[1]辽宁师范大学计算机与信息技术学院,辽宁大连116029, [2]大连理工大学信息与通信工程学院,辽宁大连116024
  • 相关基金:国家自然科学基金(61402214,41271422);高等学校博士学科点专项科研基金(20132136110002);辽宁省教育厅科学研究一般项目(L2013406);大连市科学技术基金(2013J21DW027)
中文摘要:

运动估计是去除视频时间维冗余的编码技术,而目前通用的平移运动模型无法有效地表示物体的局部非刚性复杂运动.为此,提出一种基于改进高斯.牛顿法的弹性运动估计方法.首先,通过分析初始迭代点对高斯.牛顿迭代结果的影响,采用基于2bit深度像素的均匀搜索预测初始迭代点;其次,通过理论和实验分析发现,不同的迭代步长对弹性运动估计/补偿性能有明显的影响,采用离散余弦变换的低频能量比率估计步长的上限,再利用黄金分割法对步长进行求精.实验结果表明,对于具有不同场景特点的视频序列,该算法始终能够保持较高的估计精度,运动补偿的平均峰值信噪比,比基于块平移模型的全搜索算法和传统弹性运动估计算法分别提高1.73dB和1.42dB.并且,该算法具有更快的收敛速度,一般仅需1—3次迭代就能取得高于传统弹性运动估计和块平移全搜索的峰值信噪比.

英文摘要:

Motion estimation is a coding technique to eliminate the temporal redundancy of video. However, state-of-the-art translational motion model is not able to efficiently represent objects' local non-rigid complex motion. To address the issue, an elastic motion estimation algorithm is developed in this paper based on modified Gauss-Newton method. The effect of initial iteration point is first analyzed on the result of the Gauss-Newton method, and a two bit-depth pixel based uniform search is used to predict the initial iteration point. Subsequently, it is found that different step size has obvious influence on the performance of the elastic motion estimation by both theoretical and experimental analyses. The ratio of low-frequency energy of discrete cosine transform is employed to estimate the upper bound of the step size which is then refined by the golden ratio method. Experimental results show that the proposed algorithm is able to obtain stable performance for video sequences with various scene characteristics. It gains 1.73dB and 1.42dB higher average motion-compensated peak signal-to-noise ratio (PSNR) than those of the full search algorithm based on block-wise translational model and conventional elastic motion estimation, respectively. Furthermore, the proposed algorithm has faster convergence speed. Only 1~3 iterations are needed before the proposed algorithm achieves higher PSNR than conventional elastic motion estimation and block-wise translational full search method.

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期刊信息
  • 《软件学报》
  • 北大核心期刊(2011版)
  • 主管单位:中国科学院
  • 主办单位:中国科学院软件研究所 中国计算机学会
  • 主编:赵琛
  • 地址:北京8718信箱中国科学院软件研究所
  • 邮编:100190
  • 邮箱:jos@iscas.ac.cn
  • 电话:010-62562563
  • 国际标准刊号:ISSN:1000-9825
  • 国内统一刊号:ISSN:11-2560/TP
  • 邮发代号:82-367
  • 获奖情况:
  • 2001年入选中国期刊方阵“双百期刊”,2000年荣获中国科学院优秀科技期刊一等奖
  • 国内外数据库收录:
  • 俄罗斯文摘杂志,美国数学评论(网络版),波兰哥白尼索引,德国数学文摘,荷兰文摘与引文数据库,美国工程索引,美国剑桥科学文摘,英国科学文摘数据库,日本日本科学技术振兴机构数据库,中国中国科技核心期刊,中国北大核心期刊(2004版),中国北大核心期刊(2008版),中国北大核心期刊(2011版),中国北大核心期刊(2014版),中国北大核心期刊(2000版)
  • 被引量:54609