ESTIMA ¸ C ˜ AO DE MOVIMENTO COM USO DE ALGORITMO GEN ´ ETICO MODIFICADO Robson C. Lins * , Rafael S. Xavier * , Francisco Madeiro * , Tiago A. E. Ferreira * * Universidade Cat´olica de Pernambuco Recife, PE, Brasil Emails: rcl@dei.unicap.br, rsixavier@gmail.com, madeiro@dei.unicap.br, taef@dei.unicap.br Abstract— This paper presents a modified genetic algorithm applied to motion estimation in video sequences. When compared to the conventional genetic algorithm, the modified version leads to a higher convergence speed. Simulation results are presented for comparing the modified genetic algorithm to classical motion estimation algorithms. Keywords— Video compression, motion estimation, block-matching, genetic algorithm. Resumo— Este artigo apresenta um algoritmo gen´ etico modificado aplicado ` a estima¸ c˜ ao de movimento em se- q¨ uˆ encias de v´ ıdeo. Quando comparada ao algoritmo gen´ etico convencional, a vers˜ ao modificada leva a uma maior velocidade de convergˆ encia. S˜ao apresentados resultados de simula¸ c˜ oes que permitem comparar o desempenho do algoritmo gen´ etico modificado com o desempenho de algoritmos cl´assicos de estima¸ c˜ ao de movimento. Keywords— Compress˜aodev´ ıdeo, estima¸ c˜ ao de movimento, casamento de blocos, algoritmo gen´ etico. 1 Introdu¸c˜ ao O principal objetivo das t´ ecnicas de compress˜ ao de sinais ´ e reduzir o n´ umero de bits necess´ arios para represent´ a-los adequadamente, visando mi- nimizar os requisitos de largura de faixa e de ca- pacidade de armazenamento. Apesar de alguns sistemas n˜ao apresentarem grandes limita¸ c˜ oes de largura de faixa, como ´ e o caso das redes de comu- nica¸c˜ oes por fibra ´otica, e embora a evolu¸ c˜ ao tec- nol´ ogica esteja continuamente contribuindo para o surgimento de mem´orias com grandes capaci- dades de armazenamento, a compress˜ ao de sinais desempenha um papel importante, devido a uma s´ erie de fatores, como, por exemplo (Jayant and Noll, 1984; Gersho and Gray, 1992): nas redes digitais de servi¸ cos integrados (ISDN, integrated services digital networks), as t´ ecnicas de compress˜ ao permitem uma in- tegra¸c˜ ao eficiente de sinais e dados; a enorme utiliza¸ c˜ ao dos sistemas multim´ ıdia tem levado ao aumento da demanda no to- cante ao armazenamento de voz, m´ usica, ima- gens, v´ ıdeo e dados em forma comprimida; um maior n´ umero de canais de comunica¸c˜ ao pode ser multiplexado em sistemas de faixa larga, por meio do uso de t´ ecnicas de com- press˜ ao para reduzir os requisitos de largura de faixa de cada sinal a ser multiplexado; em telefonia m´ovel celular, a largura de faixa ´ e severamente limitada, o que tem motivado muitos estudos em compress˜ ao de sinais; nos sistemas de reconhecimento de fala e de locutor e nos sistemas de resposta vocal, vocabul´ arios maiores podem ser armazena- dos por meio da redu¸ c˜ ao dos requisitos de mem´ oria necess´ arios para cada padr˜ ao de voz. As t´ ecnicas de compress˜ ao de sinais desem- penham um papel importante em aplica¸c˜ oes que necessitamminimiza¸c˜ ao dos requisitos de largura de faixa (para o prop´ osito de transmiss˜ ao) e/ou de capacidade de mem´oria (para o prop´ osito de armazenamento), tais como: sistemas multim´ ı- dia, redes digitais de servi¸ cos integrados, video- conferˆ encia, sistemas de resposta vocal, correio de voz (voicemail), difus˜ ao de m´ usica, facs´ ımile de alta resolu¸ c˜ ao, televis˜ ao de alta defini¸ c˜ ao (HDTV, high definition television), telefonia m´ ovel, sis- temas de armazenamento de imagens m´ edicas e de impress˜ oes digitais e transmiss˜ ao de imagens de sensoriamento remoto obtidas por sat´ elites. Este trabalho tem como foco a compress˜ ao de v´ ıdeo. Um dos grandes desafios em se tratando de codifica¸ c˜ ao de v´ ıdeo ´ e a estima¸c˜ ao de movimento, respons´avel por grande parte do custo computa- cional da codifica¸c˜ ao e essencial para a qualidade do v´ ıdeo comprimido. Neste trabalho, um algo- ritmo gen´ etico modificado ´ eaplicado`aestima¸c˜ ao de movimento. O desempenho do m´ etodo ´ e com- parado ao apresentado por algoritmos cl´assicos de estima¸ c˜ ao de movimento. 2 Estima¸c˜ ao de movimento por block-matching As principais diferen¸ cas entre quadros consecu- tivos, numa seq¨ uˆ encia de v´ ıdeo, s˜ ao causadas por movimenta¸ c˜ ao de cˆamera, do objeto ou por vari- a¸c˜ oes de forma que aparentam ser movimentos lo- cais. Essas varia¸ c˜ oes podem ser estudadas dentro de um modelo: compensa¸ c˜ ao de movimento.Este modelo precisa de parˆ ametros que tˆ em de ser es- timados no codificador: estima¸ c˜ ao de movimento. Em outras palavras, estes geradores de movimento podem ser compensados pela detec¸ c˜ ao do desloca- mento de pixels ou regi˜ oes de pixels entre quadros