運動搜尋演算法之鑽石搜尋

前言

　　很多年前寫的老文章，備份之：DS演算法是在運動搜尋中使用最為廣泛的搜尋演算法之一，有的地方被翻譯成鑽石搜尋，菱形搜尋。不管是硬體還是軟體的視頻編碼器中，都可以看到它的存在。下面文章的內容主要從學報上摘錄，希望給視頻演算法的新手們有些許協助。

原理

　　通常，運動向量總是高度集中在搜尋視窗的中心附近。這對於物體作緩慢運動的視頻序列來說更加明顯，因為靜止塊和緩慢運動塊佔主導地位。運動向量的中心位移特性提示了在視窗內不用對所有的點進行搜尋，只需要對視窗中心附近的那些點進行搜尋就能快速搜尋到首選塊。因此，搜尋模板都是以視窗中心為中心對稱的，其形狀和大小共同決定了搜尋的速度和效能。
　

 

圖表 1 (LDSP and SDSP)

　　DS演算法用到兩個模板，表 1 (LDSP and SDSP)所示。左邊所示的模板稱為大鑽石搜尋模板（LDSP）；右邊所示的模板稱為小鑽石搜尋模板（SDSP）。在DS演算法中，先反覆使用LDSP進行搜尋，直到本次搜尋誤差最小的那個點出現在模板的中心，接著就以這個最小誤差點為中心，以SDSP為新的搜尋模板進行最後一輪搜尋，並將最後一輪搜尋中誤差最小的那個點作為首選點。在運用鑽石演算法的時候，要注意下面三點：

1. 所有的搜尋點必須在搜尋視窗內，當待搜尋的點超過視窗的邊界時，演算法將不採用這些點。
2. 在連續使用LDSP模板進行搜尋時，待搜尋的點有部分重疊。若用前一個LDSP模板搜尋得到的最小誤差點位於LDSP的4個角之一時，則下一個搜尋只需要在LDSP剩下的5個點進行；若出現在LDSP邊上的中點，只需要在LDSP剩下的3個點進行搜尋。這樣就大大減少了搜尋點數，從而大大提高搜尋速度。
3. 演算法中並沒有限制使用LDSP搜尋的次數，這樣可能會因等待最小誤差點出現在模板的中心而使搜尋次數大大增加。在這樣的情況下，可以採用設定合適的搜尋邊框來強制搜尋結束。