Bi-Directional Motion Estimation For Motion Compensation in the Wavelet Domain

Abstract

One of the main goals of video coding is to reduce the required bitrate to encode a video file to betransmitted or stored. Central to the video coding research is the concept of motion compensation,which has a required pre-processing step of motion estimation. Motion estimation methods used invideo coding can be categorized into two groups employing either one (i.e. uni-directional) or twodirectional(i.e. bi-directional) search algorithms. Although the uni-directional algorithms are fasterthan the bi-directional ones, the latter methods have the advantage of recovering objects affected byocclusion which in turn helps to increase the quality of reconstructed video sequences in the decoderside and to reduce the required bitrate to encode a video file. Therefore, our focus in this paper is toanalyze the impact of a bi-directional wavelet-based motion estimation algorithm for motioncompensation. The proposed method is performed in the wavelet domain using the relationshipbetween wavelet subbands which decrease the computational cost of the search technique byreducing the size of the video frames with the wavelet decomposition. Experimental resultsdemonstrate that the proposed technique outperforms both uni- and bi-directional motion estimationmethods in reducing the required bits to be encoded both in spatial and wavelet domains.

Video kodlamanın ana hedeflerinden biri, iletilecek ya da depolanacak bir video dosyasını kodlamak için gerekli bit oranını azaltmaktır. Video kodlama araştırmalarının merkezinde, hareket kestiriminin gerekli bir ön-işlem adımı olduğu hareket dengeleme kavramı bulunur. Video kodlamada kullanılan hareket kestirimi yöntemleri, bir (tek yönlü) veya iki yönlü (çift yönlü) arama algoritmaları kullanan iki gruba ayrılabilir. Tek yönlü algoritmalar çift yönlü olanlardan daha hızlı olmasına rağmen, ikinci gruptaki yöntemler, kod çözücü tarafında yeniden oluşturulan video dizinlerinin kalitesini artırma ve bir video dosyasını kodlamak için gereken bit oranını azaltmaya yardımcı olan, örtmeden etkilenmiş nesneleri kurtarma avantajına sahiptir. Bu nedenle, bu makalenin odağı, hareket dengeleme için iki yönlü dalgacık-tabanlı bir hareket kestirimi algoritmasının etkilerini analiz etmektir. Önerilen yöntem, dalgacık ayrıştırma ile video çerçevelerinin boyutunu küçülterek arama tekniğinin hesaplama maliyetini düşüren dalgacık alt bantları arasındaki ilişkiyi kullanarak dalgacık alanında gerçekleştirilir. Deneysel sonuçlar, önerilen tekniğin, kodlanması gereken bitlerin azaltılmasında hem tek yönlü hem de çift yönlü hareket kestirimi yöntemlerinden uzaysal ve dalgacık alanlarında daha iyi performansı olduğunu göstermektedir.