Skalowalny algorytm estymacji ruchu dla systemów rozproszonych

W pracy zaprezentowano autorski algorytm umożliwiający realizację procesu estymacji ruchu w czasie rzeczywistym przy wykorzystaniu systemów rozproszonych. Jest to algorytm należący do grupy tzw. szybkich algorytmów estymacji ruchu i umożliwia estymację ruchu z rozdzielczością poniżej jednego okresu próbkowania. Zaproponowany algorytm jest skalowalny i posiada budowę modułową, umożliwia elastyczne dostosowanie do rozmiaru układu oraz udostępnia mechanizm kontroli liczby cykli zegara niezbędnych do estymacji ruchu. W rezultacie możliwe jest dostosowanie częstotliwości zegara do możliwości układu przy zapewnieniu przetwarzania w czasie rzeczywistym.

In this paper a novel scalable algorithm for real-time motion estimation dedicated for distributed systems is presented. The proposed algorithm has modular structure and provides ability to flexibly adjust the global clock-rate required for real-time processing. This is achieved using hierarchical structure of the algorithm, which assumes division of the whole motion estimation process into independent processing stages (Figs. 1, 3, 4) and introducing special mechanism for controlling the allowed number of computation cycles. The algorithm modularity provides additional profits like ability to choose various methods for each processing stage independently and scalability of the circuit structure resulting in more efficient hardware implementation. Flexible clock-rate adjustment enables real-time processing with various types of computational platforms, with special regards to distributed systems consisting of many low-performance units. An example of scalable performance of the algorithm in distributed systems is presented. In order to increase the image resolution in real-time processing the processed image is shared between many processing units (Fig. 5). An exemplary system used for evaluation was created using Digilent "Starter Boards" with Xilinx Spartan-3 XC3S1000 FPGA circuits connected with NOC (Network On Chip) (Fig. 6). In the presented implementation six Spartan-3 circuits were able to estimate motion vectors with half-pel accuracy in real-time for HD resolution (1920x1080) video sequence with 25 frames per second.