本发明实施例公开一种视频帧图像的运动估计方法及相关设备，其中方法包括：获取目标视频中的第一帧图像，将第一帧图像划分为多个图像块；获得多个图像块中的第一中心图像块；采用第一中心图像块进行针对第一候选搜索集合中的多个第一候选图像块的粗略搜索，根据粗略搜索结果确定第二中心图像块；根据第二中心图像块确定第二候选搜索集合中的多个第二候选图像块；采用第一中心图像块进行针对多个第二候选图像块的精确搜索，根据精确搜索结果确定第一中心图像块的运动估计结果；根据第一帧图像的多个图像块的运动估计结果确定第一帧图像的运动估计结果。本发明实施例提升了运动估计的整体效率和准确率。