Análise comparativa entre algoritmos de estimação de movimento por block-matching para compressão de vídeo em resolução full HD

Abstract

Em virtude do recente crescimento das resoluções e qualidades de imagem em vídeos digitais, o aumento gradativo da demanda de largura de banda para a transmissão se torna inviável, despertando a necessidade da compressão destes vídeos. A principal técnica utilizada para a compressão de vídeos consiste em eliminar a redundância de informações entre quadros consecutivos, substituindo-as por vetores de movimento que indicam o deslocamento de determinados pixels do quadro. Esta técnica é chamada estimação de movimento, método empregado para identificar o movimento do quadro atual em comparação com o quadro anterior, sintetizar estes vetores de movimento e utilizá-los, enfim, para a reconstrução o quadro desejado. Essa reconstrução ocorre somente com o quadro anterior e os vetores, permitindo que o quadro atual seja descartado. Tal prática reduz significativamente o peso do vídeo, mas eleva a complexidade computacional e o tempo de compressão. A fim de amenizar esta contrapartida, foi introduzida na literatura a técnica de block-matching, responsável por segmentar o quadro em blocos de determinado tamanho, compará-los com outros blocos e atribuir o mesmo vetor de movimento para todos os pixels deste bloco. Esta técnica é amplamente difundida pela área tecnológica em vista de sua simplicidade de implementação e baixa complexidade computacional, enquanto que produzindo resultados satisfatórios, perante o olho humano. Ao longo dos anos, vários algoritmos de block-matching foram elaborados, refinando cada vez mais seus critérios de seleção de blocos. Contudo, estes algoritmos podem tornar-se obsoletos muito rapidamente, por conta do desenfreado crescimento das resoluções de imagem. Portanto, este trabalho visa apresentar e comparar três algoritmos de block-matching desenvolvidos nos últimos três anos, supostamente adaptados para a resolução full HD (1920x1080), que são os algoritmos PAL (Pal, 2015), WUARPS (Wu; Huang, 2016) e PRO (Ziwei et al, 2017). Os resultados apresentados apontam um equilíbrio entre os três no que diz respeito a qualidade do quadro reconstruído, complexidade computacional e tempo empregado na execução. Em destaque, o algoritmo PRO apresentou, de todos, a melhor qualidade de imagem, enquanto que o WUARPS obteve o menor tempo de execução. Já o algoritmo PAL possui melhor desempenho em sequências de baixo grau de movimentação. É interessante que futuras pesquisas possam abordar a utilização de tamanhos variados de blocos, no lugar de tamanhos de bloco fixos.