Page 292 - 《软件学报》2020年第11期

宋传鸣 等:采用自适应缩放系数优化的块匹配运动估计 3607

另一方面,zv 的取值范围 zr 决定了缩放运动估计搜索空间的大小和计算复杂度的高低,而缩放尺度 zs 则决定了
搜索最优缩放系数的精细程度.文献[50]经过实验得出,当 zs=64 且 zr=2 时,缩放运动模型能够在计算量和运动
补偿质量之间达到一定折中.此时,缩放系数 z 的范围为[0.967,1.033].
直观起见,图 1 给出了上述缩放运动模型的示意图及其与传统块平移模型的比较.显然,前者在平移模型基
础上引进了 1 个缩放步长 zv 来表示物体拉伸所产生的局部运动和摄像机拉摄所产生的全局运动.

(a) 基于块平移模型的运动估计 (b) 基于缩放模型的运动估计

Fig.1 Comparison between zoom motion estimation and block-wise translational motion estimation
图 1 缩放运动估计和块平移运动估计的比较

2.2 自然视频中缩放运动所占比例分析

由仿射变换的性质,平移、缩放和刚性旋转是平面仿射坐标系下的基本运动形式,可以通过三者的组合来
表示任意的复杂运动.这意味着:缩放作为主要运动形式之一,在自然视频中应占据较高的比例.为验证这一点,
本文选取了 26 个空间分辨率不同、运动特性迥异的标准测试视频的前 90 帧进行分析,采用文献[50]的 3D 全
搜索 ZFS 统计各个像素块发生缩放运动的比例.实验中,令 zs=64,zr=2,搜索窗口为 64×64 像素;同时,对于每个
16×16 像素的块,若搜索到的最优缩放步长 zv≠0,则表明其发生了局部缩放运动.统计结果见表 1.

Table 1 Statistics of the zoom motion ratio in natural videos
表 1 自然视频中缩放运动的比例统计
视频序列 格式 每帧的总块数 发生缩放运动的平均块数 缩放运动比例(%)
Akiyo 352×288@30fps 396 33.01 8.34
Hall 352×288@30fps 396 207.65 52.44
Tempete 352×288@30fps 396 260.11 65.68
Tennis 352×288@30fps 396 270.19 68.23
Coastguard 352×288@30fps 396 248.62 62.78
Mother & Daughter 352×288@30fps 396 178.25 45.01
Foreman 352×288@30fps 396 247.72 62.56
News 352×288@30fps 396 66.65 16.83
Paris 352×288@30fps 396 97.12 24.53
Silent 352×288@30fps 396 97.76 24.69
Students 352×288@30fps 396 64.11 16.19
Soccer 352×288@30fps 396 261.63 66.07
Vtc1nw 352×288@30fps 396 44.03 11.12
Waterfall 352×288@30fps 396 229.16 57.87
Husky 352×288@30fps 396 311.00 78.54
Mobile 352×288@30fps 396 295.82 74.70
Crew 704×576@30fps 1 584 1 330.27 83.98
City 704×576@30fps 1 584 1 317.43 83.17
Harbour 704×576@30fps 1 584 1 324.82 83.64
Flowervase 832×480@30 fps 1 560 1 021.34 65.47
ParkScene 960×540@24 fps 2 025 1 630.48 80.52