CN100356794C - 用于在分层运动估计中产生运动矢量的方法和装置 - Google Patents

用于在分层运动估计中产生运动矢量的方法和装置 Download PDF

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Abstract

提供了一种用于在分层运动估计中产生中层运动矢量的方法和装置。从具有第一分辨率的第一分辨率帧中的第一分辨率帧运动矢量在具有第二分辨率的第二分辨率帧中产生第二分辨率帧运动矢量，第二分辨率高于第一分辨率。基于第一分辨率帧运动矢量在第二分辨率帧中确定局部搜索参考点，并且通过基于确定的局部搜索参考点对第二分辨率帧执行局部搜索处理来产生第二分辨率帧运动矢量。基于下估计块的匹配参考值来执行局部搜索处理，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值。当前估计块是当前帧的估计块，并且过去估计块是相应的过去帧的估计块。因此，用于匹配参考值的运算量可以被减少。

Description

用于在分层运动估计中产生运动矢量的方法和装置
本申请要求于2004年3月29日在韩国知识产权局提交的第2004-21147号韩国专利申请的利益，该申请全部公开于此以资参考。
                        技术领域
本发明涉及一种视频数据的分层运动估计，更具体地讲，涉及一种能够降低施加到宏块自适应帧-场(MBAFF)模式的运算量的中层运动矢量产生方法和装置。
                        背景技术
在作为用于对视频数据编码的处理的运动估计中，通过使用预定的测量函数来搜索与当前帧中的宏块最相似的过去帧中的宏块，从而产生表示宏块的位置之间的差别的运动矢量。用于确定最相似的宏块的标准是匹配参考值，该值是预定的测量函数的值。通常，在用于对视频数据编码的处理中，确定最相似的宏块需要最大量的运算。
搜索处理是用于搜索与将根据预定的搜索范围和预定的块大小被编码的当前帧中的块最相似的过去帧中的块的处理。搜索处理分为全搜索处理和局部搜索处理。全搜索处理对帧的所有部分执行，并且局部搜索处理基于预定的参考点对先前帧的某些部分执行。
通过使用过去帧和当前帧中的所有像素值来确定过去帧和当前帧的块之间的相似性。通过使用预定的测量函数来计算匹配参考值。测量函数包括：绝对差之和(SAD)函数，用于获得绝对差之和；绝对变换差之和(STAD)函数，用于获得绝对变换差之和；以及差平方之和(SSD)函数，用于获得差平方之和。
计算匹配参考值需要大量的运算。因此，需要大量的硬件资源来实现实时视频数据编码。分层运动估计技术已经被开发以降低运动估计中的运算量。在分层运动估计技术中，原始帧被分为具有不同分辨率的帧，并且相应于具有不同分辨率的帧的运动矢量被分层地产生。最众所周知的用于分层运动估计技术的方法是多分辨率多候选搜索(MRMCS)方法。
图1是传统的分层运动估计的概念图。中层运动估计处理在多层中被执行：下层104，在其中将被编码的当前帧和过去帧的块具有与原始图像相同的分辨率；中层102，在其中通过以2∶1(水平∶垂直)的抽取率抽取下层104中的原始图像来降低分辨率；和上层100，在其中通过以2∶1的抽取率抽取中层102中的已被抽取的图像来进一步降低分辨率。在分层运动估计中，通过使用具有不同分辨率的三个图像来在这些层中执行运动估计，从而能够以高速执行运动估计。
现在将详细地描述传统的分层运动估计。在该运动估计中，假设运动估计以具有16×16大小的宏块为单位被执行，并且运动估计中的搜索范围是[-16，+16]。该分层运动估计包括如下的三个步骤。
在第一步骤中，搜索处理在上层中被执行，以搜索与具有4×4大小(原始大小的1/4)的当前块匹配的具有4×4大小(原始大小的1/4)的过去帧的块。上层中的搜索范围是[-4，4](原始搜索范围的1/4)。通常，SAD函数用作用于匹配参考值的测量函数。基于在上层中的搜索处理的结果，与当前块第一匹配和第二匹配的两个块被确定，并且用于这两个块的运动矢量被获得。
在第二步骤中，从位于下层的当前宏块的左、右、和右上侧的三个相邻宏块的三个运动矢量计算中值运动矢量。三个相邻宏块的运动矢量被预先确定。中值运动矢量是这三个运动矢量的中值。
接着，通过基于包括中层102中确定的两个块的两个左上角点和由中值运动矢量表示的一个点的三个点对具有1/2原始大小的过去帧执行搜索范围为[-2，2]的局部搜索处理，来获得与当前块最匹配的一个块和相应的运动矢量。
在第三步骤中，通过基于在中层102中确定的一个宏块的左上角点对下层104中的过去帧，即，对具有原始大小的过去帧执行搜索范围为[-2，2]的局部搜索处理，来最终获得与当前宏块最匹配的一个宏块和相应的运动矢量。
另一方面，在包括H.264和MPEG2标准的当前的运动图像标准中，场运动估计以及帧运动估计被使用以支持隔行扫描方案。具体地，H.264和MPEG2标准支持在其中帧和场运动估计处理以宏块为单位而不是以画面为单位被执行的MBAFF模式。
但是，如果上述分层运动估计方案被简单地应用于支持MBAFF模式的运动图像标准，那么因为通过单独地计算用于帧和场运动估计处理的匹配参考值来获得中层运动矢量，所以运算量急剧地增加。
                        发明内容
本发明提供一种能够在分层运动估计处理被应用于支持宏块自适应帧-场(MBAFF)模式的运动图像标准的情况下减少产生中层运动矢量的运算量的中层运动矢量产生方法和装置。
根据本发明的一方面，提供一种从具有第一分辨率的第一分辨率帧中的第一分辨率帧运动矢量在具有第二分辨率的第二分辨率帧中产生第二分辨率帧运动矢量的运动矢量产生方法，第二分辨率高于第一分辨率，该方法包括：(a)基于第一分辨率帧运动矢量在第二分辨率帧中确定局部搜索参考点；(b)通过基于确定的局部搜索参考点对第二分辨率帧执行局部搜索处理来产生第二分辨率帧运动矢量，其中，基于下估计块的匹配参考值来执行局部搜索处理，其中，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，并且其中，当前估计块是当前帧的估计块，过去估计块是相应的过去帧的估计块。
步骤(b)可以包括：(b1)计算下估计块的下匹配参考值；(b2)基于下匹配参考值计算与定义在宏块自适应帧-场(MBAFF)模式中的运动矢量相应的上匹配参考值；和(b3)确定表示具有上匹配参考值中最小值的过去帧的位置的过去帧块点，并且基于确定的过去帧块点计算第二分辨率帧运动矢量。
在本发明应用于MPEG2标准的情况下，过去和当前估计块中的每个可以是宏块。在本发明应用于H.264标准的情况下，过去和当前估计块中的每个可以是宏块对。
根据本发明的另一方面，提供一种运动矢量产生方法，其包括：在将被当前编码的当前估计块中将原始分辨率帧转换为一个或多个分层的分辨率帧；和产生分层的分辨率帧的运动矢量，其中，基于下估计块的匹配参考值来执行运动矢量的产生，其中，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，并且其中，过去估计块是相应的过去帧的估计块。
在上述示例性的方面中，该方法还可以包括：(a)通过抽取将被编码的帧来产生具有第一分辨率的第一分辨率帧、具有高于第一分辨率的第二分辨率的第二分辨率帧、和具有高于第二分辨率的原始分辨率的原始分辨率帧；(b)通过对当前估计块执行全搜索处理来在第一分辨率帧中产生上层运动矢量；(c)通过产生下估计块的匹配参考值，并且基于该匹配参考值使用上层运动矢量作为参考点执行局部搜索处理，来在第二分辨率帧中产生中层运动矢量；和(d)通过基于该匹配参考值使用中层运动矢量作为参考点执行局部搜索处理，来在原始分辨率帧中产生下层运动矢量。
根据本发明的另一示例性的方面，提供一种从具有第一分辨率的第一分辨率帧中的第一分辨率帧运动矢量在具有第二分辨率的第二分辨率帧中产生第二分辨率帧运动矢量的运动矢量产生装置，第二分辨率高于第一分辨率，该装置包括：参考点确定单元，用于基于第一分辨率帧运动矢量在第二分辨率帧中确定局部搜索参考点；和运动矢量产生单元，用于通过基于确定的局部搜索参考点对第二分辨率帧执行局部搜索处理来产生第二分辨率帧运动矢量，其中，基于下估计块的匹配参考值来执行局部搜索处理，其中，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，并且其中，当前估计块是当前帧的估计块，过去估计块是相应的过去帧的估计块。
根据本发明的另一示例性的方面，提供一种运动矢量产生装置，在其中，在将被当前编码的当前估计块中原始分辨率帧被转换为一个或多个分层的分辨率帧并且分层的分辨率帧的运动矢量被产生，其中，基于下估计块的匹配参考值来执行运动矢量的产生，其中，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，并且其中，过去估计块是相应的过去帧的估计块。
                        附图说明
通过结合附图详细描述本发明示例性的实施例，本发明以上和其他方面将会变得更加清楚，其中：
图1是传统的分层运动估计的概念图；
图2是显示根据本发明示例性的实施例的运动矢量产生装置的图解；
图3是显示根据本发明示例性的实施例的中层运动矢量产生装置的图解；
图4A是显示用作计算下匹配参考值的单元的下估计块的类型的视图；
图4B是解释产生用于图4A所示的下估计块的下匹配参考值的原理的视图；
图5是显示在将本发明示例性的实施例应用于H.264标准的情况下产生用于帧运动估计的上匹配参考值的过程的视图；
图6是显示在将本发明示例性的实施例应用于H.264标准的情况下产生用于场运动估计的上匹配参考值的过程的视图；
图7是显示在将本发明示例性的实施例应用于MPEG2标准的情况下从下匹配参考值产生上匹配参考值的过程的视图；和
图8是根据本发明示例性的实施例的产生中层运动矢量的方法的流程图。
                        具体实施方式
参照用于示出本发明示例性的实施例的附图以获得对本发明，本发明的价值、和通过实施本发明而实现的目的的充分理解。
以下，将通过参照附图解释本发明示例性的实施例来描述本发明。附图中相同的标号表示相同的部件。
现在，在说明书中使用的术语的定义如下。
层是指在其中对具有从原始分辨率帧获得的各种分辨率的帧中的一个执行运动估计处理的分层运动估计中的逻辑空间。
下层是指在其中对原始分辨率帧执行运动矢量产生处理的层。
中层是指在其中对通过抽取原始分辨率帧而获得的低分辨率帧执行运动矢量产生处理的层。
上层是指在其中对通过抽取中层中的低分辨率帧而获得的最低分辨率帧执行运动矢量产生处理的层。
估计块是指用于运动图像编码方法中的运动估计处理的单元块。例如，根据MPEG2运动图像标准的估计块是具有16×16像素的宏块。另外，根据H.264运动图像标准的估计块是具有16×32像素大小的宏块对。
估计块分为当前估计块和过去估计块。当前估计块是当前帧中的估计块。过去估计块是与当前估计块相应的过去帧中的估计块。当前和过去估计块在每一层中限定。与下层中的相应块相比，中层和上层中的当前和过去估计块的每个以通过预定的抽取率而减小的大小。
块点(block point)是指规定当前估计块或相应的过去估计块的位置的点。
在本发明示例性的实施例中，用于计算匹配参考值的测量函数包括SAD、SATD、和SSD函数。以下，为了方便，将通过使用SAD函数来描述本发明。
图2是显示根据本发明示例性的实施例的运动矢量产生装置的图解。
该运动矢量产生装置包括多分辨率帧产生单元110、上层运动矢量产生单元120、中层运动矢量产生单元130、和下层运动矢量产生单元140。
多分辨率帧产生单元110基于原始图像的过去帧112和当前帧113自身的分辨率，通过抽取原始图像的过去帧112和当前帧113，来产生具有不同分辨率的多个过去和当前帧114到119。
过去上层帧114和当前上层帧115是通过以4∶1的抽取率抽取原始图像的过去帧112和当前帧113而获得的上层中的帧。过去中层帧116和当前中层帧117是通过以2∶1的抽取率抽取原始图像的过去帧112和当前帧113而获得的中层中的帧。过去下层帧118和当前下层帧119是没有通过抽取而从原始图像的过去帧112和当前帧113获得的下层中的帧。
上层运动矢量产生单元120通过在过去上层帧114和当前上层帧115的预定搜索范围执行全搜索处理来产生上层运动矢量122。在H.264标准的情况下，由于下层中的估计块具有16×32的大小，所以上层中的估计块具有4×8的大小。在MPEG2标准的情况下，由于下层中的估计块具有16×16的大小，所以上层中的估计块具有4×4的大小。
更具体地讲，通过对过去和当前上层帧中的具有4×8大小(在H.264标准的情况下)或4×4大小(在MPEG2标准的情况下)的块执行SAD运算，确定具有最小SAD值的过去帧中的块点，并且基于该块点计算上层运动矢量，来产生上层运动矢量。
中层运动矢量产生单元130通过基于上层运动矢量确定中层搜索参考点并基于确定的中层搜索参考点在过去中层帧116的预定搜索范围执行局部搜索处理，来产生中层运动矢量132。
在可选的示例性的实施例中，可以提供基于从先前确定的当前估计块产生的下层运动矢量144而确定的另外的搜索参考点。该另外的搜索参考点通过使用由接近下层中的当前估计块的下层运动矢量所指示的块点被确定。
在MBAFF模式应用于H.264标准的情况下，将产生六个中层运动矢量。这六个中层运动矢量是：顶-顶帧运动矢量，用于当前估计块的上一半和相应的过去估计块的上一半；底-底帧运动矢量，用于当前估计块的下一半和相应的过去估计块的下一半；顶-顶场运动矢量，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的奇数场；底-底场运动矢量，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的偶数场；顶-底场运动矢量，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的偶数场；以及底-顶场运动矢量，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的奇数场。
这里，过去和当前估计块中的每个是中层中的具有8×16像素的大小的宏块对。
另一方面，在MBAFF模式应用于MPEG2标准的情况下，将产生五个运动矢量。这五个运动矢量是：帧运动矢量，用于当前估计块和相应的过去估计块；顶-顶场运动矢量，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的奇数场；底-底场运动矢量，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的偶数场；顶-底场运动矢量，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的偶数场；以及底-顶场运动矢量，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的奇数场。
这里，过去和当前估计块中的每个是中层中的具有8×8像素的大小的宏块。
下层运动矢量产生单元140通过基于中层运动矢量确定下层搜索参考点并基于确定的下层搜索参考点在过去下层帧118的预定搜索范围执行局部搜索处理，来产生下层运动矢量142。
图3是显示根据本发明示例性的实施例的中层运动矢量产生装置的图解。
该中层运动矢量产生装置包括参考点确定单元200和运动矢量产生单元300。
参考点确定单元200包括：上参考点确定单元210，用于从上层运动矢量122确定上参考点212；和下参考点确定单元220，用于从下层运动矢量144确定下参考点232。
上参考点确定单元210以上层和下层的抽取比率对上层运动矢量122执行换算处理，并且将由换算的上层运动矢量122指示的中层中的块点确定为上参考点。
上层运动矢量122是指表示上层中具有最小匹配参考值的块点的运动矢量。在某些情况下，可以使用两个或更多的上层运动矢量122。在这种情况下，上参考点确定单元210确定两个或更多的上参考点，如第一上参考点、第二上参考点等。
下参考点确定单元220通过使用预定的相邻估计块的下层运动矢量144来确定用于中层中的局部搜索的另一参考点，即，下参考点。
相邻估计块是指与下层中的当前估计块相邻的块。通常，由于从左上块到右下块执行帧间编码，所以在当前估计块的运动矢量被确定之前，将被帧间编码的当前估计块的左侧、上侧、和右上侧的块的运动矢量被确定。
另外，由于相邻估计块具有与当前估计块紧密的空间关系，所以相邻估计块能够被用于产生当前估计块的运动矢量。在使用空间关系的方法之一中，通过使用相邻估计块中的下层运动矢量来确定用于中层中的当前估计块的局部搜索参考点。
下参考点确定单元220包括：中值矢量产生单元225，用于通过计算下层运动矢量144的中值来产生中值矢量；和中值参考点确定单元230，用于以中层和下层的抽取比率来对产生的中值矢量执行换算处理，并且将由换算的中值矢量232所指示的中层中的块点确定为下参考点。
运动矢量产生单元300通过基于上参考点212和下参考点232对过去中层帧116和当前中层帧117执行局部搜索处理，来产生中层运动矢量332。运动矢量产生单元300包括下匹配参考值计算单元310、上匹配参考值计算单元320、和运动矢量计算单元330。
下匹配参考值计算单元310通过基于上参考点212和下参考点232计算用于预定搜索范围的匹配参考值，来产生下匹配参考值312。
下匹配参考值计算以下估计块为单位被执行。下估计块是由一个估计块中的一些像素组成的块。随后将参照图4A和图4B来描述下估计块的类型和下匹配参考值计算的步骤。
通过将当前和过去估计块的像素值输入给预定的测量函数来获得匹配参考值。如上所述，测量函数包括SAD、SATD、和SSD函数。
上匹配参考值计算单元320通过将由下匹配参考值计算单元310产生的下匹配参考值312求和，或者通过根据运动图像标准中的MBAFF模式的条件执行其它运算，来产生上匹配参考值322。在分层运动估计应用于MBAFF模式的情况下，运动图像标准中的MBAFF模式的条件与中层中的估计块的大小、将在中层中被产生的运动矢量的类型和数目相关。
运动矢量计算单元330通过确定具有上匹配参考值中的最小上匹配参考值的过去帧的块点，并且通过在过去帧的确定的块点和当前帧的块点之间计算运动矢量，来产生中层运动矢量322。这里，确定具有最小上匹配参考值的块点以用于中层运动矢量中的每个。
现在将参照图4A和图4B描述用于计算下匹配参考值的过程。
图4A是显示用作计算下匹配参考值的单元的下估计块的类型的视图。
在本发明示例性的实施例中，如图4A所示，有四种类型的下估计块。A类型的下估计块是包括中层中的估计块的上一半中的奇数场的像素值的块。B类型的下估计块是包括中层中的估计块的上一半中的偶数场的像素值的块。C类型的下估计块是包括中层中的估计块的下一半中的奇数场的像素值的块。D类型的下估计块是包括中层中的估计块的下一半中的偶数场的像素值的块。
在该示例性的实施例中，用于产生下估计块的中层的估计块的大小是8×16。由于中层的估计块的大小是8×16，所以可以容易地用简单的算法修改将本发明应用于H.264和MPEG2标准。
图4B是用于解释产生用于图4A所示的下估计块的下匹配参考值的原理的视图。
帧410和420分别是中层中的过去帧和当前帧。块412和422是中层中的过去和当前估计块。为了将本发明容易地应用于H.264和MPEG2，下层的估计块的大小被选择为16×32。其结果是，中层中的估计块412和422的大小变为如图4A所示的8×16，并且中层中的下估计块414到417和下估计块424到427的大小变为8×4。SAD值用作匹配参考值，并且抽取比率为2∶1。
用于当前和过去估计块的八个下匹配参考值被如下产生和定义。基于下估计块的组合来确定下匹配参考值SAD1到SAD8中的每个。
SAD1＝过去帧的A类型的下估计块和当前帧的A类型的下估计块之间的SAD值。
SAD2＝过去帧的A类型的下估计块和当前帧的B类型的下估计块之间的SAD值。
SAD3＝过去帧的B类型的下估计块和当前帧的A类型的下估计块之间的SAD值。
SAD4＝过去帧的B类型的下估计块和当前帧的B类型的下估计块之间的SAD值。
SAD5＝过去帧的C类型的下估计块和当前帧的C类型的下估计块之间的SAD值。
SAD6＝过去帧的C类型的下估计块和当前帧的D类型的下估计块之间的SAD值。
SAD7＝过去帧的D类型的下估计块和当前帧的C类型的下估计块之间的SAD值。
SAD8＝过去帧的D类型的下估计块和当前帧的D类型的下估计块之间的SAD值。
基于搜索范围和搜索参考点的数目来确定产生的下匹配参考值SAD1到SAD8的数目。
例如，当过去估计块的数目是NB并且搜索参考点的数目是Nref时，产生的下匹配参考值412的数目为：
Nlow＝NB×Nref×8
现在将参照图5到图7来描述从下匹配参考值产生上匹配参考值的过程。在附图中，符号″-″表示SAD运算。符号″-″的左侧是过去帧的块。符号″-″的右侧是当前帧的块。符号″+″表示求和运算。在该过程中，假设抽取比率为2∶1。
图5和图6是显示在将本发明应用于H.264标准的情况下用于产生上匹配参考值的过程。
在分层运动估计被应用于H.264标准的情况下，MBAFF模式的条件如下。
(条件1)
中层中的估计块的大小为8×16。
(条件2)
将在中层中产生的六个匹配参考值是：顶-顶帧匹配参考值SAD_top-top_frame，用于当前估计块的上一半和相应的过去估计块的上一半；底-底帧匹配参考值SAD_bot-bot_frame，用于当前估计块的下一半和相应的过去估计块的下一半；顶-顶场匹配参考值SAD_top-top_field，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的奇数场；底-底场匹配参考值SAD_bot-bot_field，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的偶数场；顶-底场匹配参考值SAD_top-bot_field，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的偶数场；以及底-顶场匹配参考值SAD_bot-top_field，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的奇数场。
条件1与下层估计块的大小为16×32并且抽取比率为2∶1的H.264标准的特性相关。
条件2与在H.264标准的MBAFF模式中有六个运动估计模式的H.264标准的特性相关，这六个运动估计模式是：顶帧运动估计模式；底帧运动估计模式；顶-顶场运动估计模式；底-底场运动估计模式；顶-底场运动估计模式；以及底-顶场运动估计模式。
通过使用方程1来产生H.264中的上匹配参考值。方程1从H.264的估计模式的特性得出。
[方程1]
SAD_top_frame＝SAD1+SAD4
SAD_bot_frame＝SAD5+SAD8
SAD_top-top_field＝SAD1+SAD5
SAD_bot-bot_field＝SAD4+SAD8
SAD_top-bot_field＝SAD3+SAD7
SAD_bot-tot_field＝SAD2+SAD6
这里，SAD_top_frame表示用于产生顶帧运动矢量的上匹配参考值。SAD_bot_frame表示用于产生底帧运动矢量的上匹配参考值。SAD_top-top_field表示用于产生顶-顶场运动矢量的上匹配参考值。SAD_bot-bot_field表示用于产生底-底场运动矢量的上匹配参考值。SAD_top-bot_field表示用于产生顶-底场运动矢量的上匹配参考值。SAD_bot-top_field表示用于产生底-顶场运动矢量的上匹配参考值。
如方程1所示，在H.264标准中，通过使用图4B中的SAD值中的值SAD1到SAD8来产生六个上匹配参考值，以满足H.264的条件1和2。
图5是显示在H.264的情况下产生用于帧运动估计的上匹配参考值的过程的视图。
通过使用定义在H.264中的帧运动估计的特性和图4B中的下匹配参考值来计算用于H.264帧运动估计的上匹配参考值。
参照图5，块512、514、...、528是根据H.264标准的中层估计块。如图4B所示，中层中的下估计块是包括中层估计块512、514、...、528的斜线区域的块。由于中层估计块中的每个具有8×16像素的大小，所以中层中的下估计块具有8×4像素的大小。
在图5中，包括估计块512和514的斜线区域的块是A类型的下估计块；包括估计块516和518的斜线区域的块是B类型的下估计块；包括估计块522和524的斜线区域的块是C类型的下估计块；包括估计块526和528的斜线区域的块是D类型的下估计块。
在传统方法中，用于产生顶帧运动矢量的匹配参考值是用于中层估计块(8×16)的上半块(8×8)的SAD值，并且用于产生底帧运动矢量的匹配参考值是用于中层估计块(8×16)的下半块(8×8)的SAD值。
但是，在图5所示的示例性的实施例中，用于产生顶帧运动矢量的匹配参考值是A类型的下估计块(8×4)的匹配参考值与B类型的下估计块(8×4)的匹配参考值之和。类似地，用于产生底帧运动矢量的匹配参考值是C类型的下估计块(8×4)的匹配参考值与D类型的下估计块(8×4)的匹配参考值之和。
图6是显示在H.264的情况下产生用于场运动估计的上匹配参考值的过程的视图。
如图6，通过使用场运动估计的特性和图4B所示的下匹配参考值来计算用于场运动估计的上匹配参考值。
换句话说，根据如图6所示的示例性的实施例，用于产生顶-顶场运动矢量的匹配参考值是A类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD1与C类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD5之和。用于产生底-底场运动矢量的匹配参考值是B类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD4与D类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD8之和。
另外，根据本发明示例性的实施例，用于产生顶-底场运动矢量的匹配参考值是过去帧中的B类型的下估计块(8×4)和当前帧中的A类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD3与过去帧中的D类型的下估计块(8×4)和当前帧中的C类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD7之和。类似地，用于产生底-顶场运动矢量的匹配参考值是过去帧中的A类型的下估计块(8×4)和当前帧中的B类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD2与过去帧中的C类型的下估计块(8×4)和当前帧中的D类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD6之和。
在传统方法中，通过对仅由估计块(8×16)的奇数场组成的块(8×8)执行SAD运算，来获得用于产生顶-顶场运动矢量的匹配参考值。
但是，在图6所示的示例性的实施例中，用于产生顶-顶场运动矢量的匹配参考值是A类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD1与B类型的下估计块(8×4)的匹配参考值SAD5之和。其它场运动矢量也通过对不同类型的下估计块执行类似的处理被获得。
理论上，由于图5和图6中的匹配参考值的定义与传统方法不同，所以通过使用图5和图6中的匹配参考值确定的具有最小匹配参考值的块点也可以与传统方法不同。
但是，由于测量函数包括对估计块中的像素值的减法运算和对该减法结果的绝对值运算，所以从估计块的某些部分中计算的下匹配参考值之和与从整个估计块计算的匹配参考值基本相同。
另外，匹配参考值用于用来确定具有最小匹配参考值的块点的比较运算。因此，即使下匹配参考值被如图5定义，具有最小匹配参考值的块点也与传统的块点基本相同。
现在将与传统方法比较来描述本发明示例性的实施例的SAD运算量。
与传统方法相比，用于产生六个运动矢量的运算的总量显著地减少。这是因为下匹配参考值SAD1到SAD8通常用于帧和场估计处理。
在传统方法中，用于产生六个运动矢量的运算的总量计算如下。在计算中，对8×4块的一个SAD运算被认为是一个单位运算。
(传统方法中的运算的总量)
＝(对8×8块的6个SAD运算量)
＝(6×2个单位运算)
＝(12个单位运算)
另一方面，在图5和图6所示的示例性的实施例中，用于产生六个运动矢量的运算的总量计算如下。
(图5和图6中的实施例中的运算的总量)
＝(用于产生SAD1到SAD8的运算的量)+(求和运算量)
＝(8个单位运算)+α
这里，α表示求和运算的运算量。
通常，由于求和运算量α大大小于SAD运算的量，所以求和运算量具有对运算的总量可忽略的影响。其结果是，与传统方法相比，在根据图5和图6所示的示例性的实施例的方法中的运算量能够被降低到8/12(＝66.6％)。通常，随着局部搜索参考点的数目增加和局部搜索的范围加宽，运算量进一步增加。因此，在这种情况下，根据本发明示例性的实施例的方法非常有效。
图7是显示在将本发明应用于MPEG2标准的情况下从下匹配参考值产生上匹配参考值的过程的视图。
在分层运动估计被应用于MPEG2标准的情况下，MBAFF模式的条件如下。
(条件1)
中层估计块的大小为8×8。
(条件2)
将在中层中计算的五个匹配参考值是：帧匹配参考值SAD_frame，用于当前估计块和相应的过去估计块；顶-顶场匹配参考值SAD_top-top_field，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的奇数场；底-底场匹配参考值SAD_bot-bot_field，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的偶数场；顶-底场匹配参考值SAD_top-bot_field，用于当前估计块的奇数场和相应的过去估计块的偶数场；以及底-顶场匹配参考值SAD_bot-top_field，用于当前估计块的偶数场和相应的过去估计块的奇数场。
条件1与下层估计块的大小为16×16并且抽取比率为2∶1的MPEG2标准的特性相关。条件2与在MPEG2标准的MBAFF模式中有五个运动估计模式的MPEG2标准的特性相关，这五个运动估计模式是：帧运动估计模式；顶-顶场运动估计模式；底-底场运动估计模式；顶-底场运动估计模式；以及底-顶场运动估计模式。
参照图7，块700是根据MPEG2标准的中层中的估计块。在MPEG2标准中，能够通过只使用图4B中所示的匹配参考值中的匹配参考值SAD1到SAD4来产生满足MPEG2标准的条件1和条件2的上匹配参考值。
通过使用方程2来产生MPEG2中的上匹配参考值。
[方程2]
SAD_frame＝SAD1+SAD4
SAD_top-top_field＝SAD1
SAD_bot-bot_field＝SAD4
SAD_top-bot_field＝SAD3
SAD_bot-top_field＝SAD2
这里，SAD_frame表示用于产生帧运动矢量的上匹配参考值。SAD_top-top_field表示用于产生顶-顶场运动矢量的上匹配参考值。SAD_bot-bot_field表示用于产生底-底场运动矢量的上匹配参考值。SAD_top-bot_field表示用于产生顶-底场运动矢量的上匹配参考值。SAD_bot-top_field表示用于产生底-顶场运动矢量的上匹配参考值。
参照方程2，根据本发明示例性的实施例的用于中层中的帧运动估计的匹配参考值的定义与用于传统帧运动估计的匹配参考值的定义不同。在传统的帧运动估计中，对中层中的当前和过去估计块700计算的每个匹配参考值用作用于帧运动估计的匹配参考值。但是，在本发明中，对过去和当前帧的A类型的块计算的匹配参考值与对过去和当前帧的B类型的块计算的匹配参考值之和用作用于帧运动估计的匹配参考值。
如图5到图7所示，在将本发明示例性的实施例应用于H.264和MPEG2标准的两种情况下，除了产生上匹配参考值的过程彼此不同之外，产生下匹配参考值SAD1到SAD8的过程相同。因此，可以用从方程1到方程2的算法的简单修改来容易地将本发明应用于H.264和MPEG2标准。
图8是根据本发明示例性的实施例的产生中层运动矢量的方法的流程图。
在操作810中，参考点确定单元产生用于中层中的局部搜索处理的参考点。可以从当前估计块的上层运动矢量或相邻估计块的下层运动矢量产生参考点。
在从上层运动矢量产生参考点的情况下，上层运动矢量以抽取比率被换算，并且参考点通过使用由换算的上层运动矢量指示的块点被产生。另一方面，在从下层运动矢量产生参考点的情况下，相邻估计块的下层运动矢量的中值矢量被换算，并且参考点通过使用由换算的中值矢量指示的块点被产生。可以使用两个或更多的参考点。
在操作820中，下匹配参考值被产生。下匹配参考值是用于过去和当前帧的下估计块的匹配参考值。下估计块显示在图4A中，并且下匹配参考值是根据给定的规则从四种类型的下估计块中选择出的两个估计块的匹配参考值SAD1到SAD8中的一个。基于预定参考点在预定搜索范围计算每个下匹配参考值。
在操作830中，以每个运动图像标准来计算上匹配参考值。产生的上匹配参考值的数目与根据每个运动图像标准定义的中层运动矢量的数目相同。在H.264标准中，中层运动矢量的大小为8×16，帧运动矢量的数目为2，并且场运动矢量的数目为4。通过使用方程1来产生相应于这些运动矢量的上匹配参考值。另一方面，在MPEG2标准中，中层运动矢量的大小为8×8，帧运动矢量的数目为1，并且场运动矢量的数目为4。通过使用方程2来产生相应于这些运动矢量的上匹配参考值。
在操作840中，具有所有类型的上匹配参考值中最小上匹配参考值的过去帧中的块点被确定。在H.264和MPEG2标准的情况下，六个块点和五个块点分别被确定。
在操作850中，通过使用在步骤840中确定的块点来产生中层运动矢量。
根据本发明示例性的实施例，由于用于产生中层运动矢量的匹配参考值被分层地计算，所以计算匹配参考值所需的运算量可以被减少。
另外，采用产生上匹配参考值的算法的简单修改，本发明示例性的实施例通常可以应用于H.264和MPEG2标准。
本发明示例性的实施例的产生运动矢量的方法可以用计算机程序来被实施。用于实现该计算机程序的函数式程序、代码、和代码段能够容易地被本发明所属领域的程序员理解。另外，该计算机程序可以被存储在计算机可读记录介质上。计算机可读记录介质是能够存储其后能由计算机系统读出的数据的任何数据存储装置。计算机可读记录介质的例子包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置、和载波(如通过互联网的数据传输)。计算机可读记录介质也可以分布在连接计算机系统的网络上，从而计算机可读代码以分布式的方式被存储和执行。
尽管本发明参照其示例性的实施例被具体显示和描述，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求限定本发明的精神和范围的情况下，可以对其做出形式和细节的各种改变。本示例性的实施例应该被理解为仅描述性的意义而不是为了限制的目的。因此，不是由本发明详细的描述，而是由所附权利要求限定本发明的范围，并且在该范围内的所有差别应该被理解为包括在本发明中。

Claims (14)

1、一种从具有第一分辨率的第一分辨率帧中的第一分辨率帧运动矢量在具有第二分辨率的第二分辨率帧中产生第二分辨率帧运动矢量的运动矢量产生方法，第二分辨率高于第一分辨率，该方法包括：
(a)基于第一分辨率帧运动矢量在第二分辨率帧中确定局部搜索参考点；
(b)通过基于该局部搜索参考点对第二分辨率帧执行局部搜索处理来产生第二分辨率帧运动矢量，
其中，基于下估计块的匹配参考值来执行局部搜索处理，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，当前估计块包括当前帧的估计块，并且过去估计块包括相应的过去帧的估计块，
其中，(b)包括：
(b1)计算下估计块的下匹配参考值；
(b2)基于下匹配参考值计算与定义在宏块自适应帧-场模式中的运动矢量相应的上匹配参考值；和
(b3)确定表示具有上匹配参考值中最小值的过去帧的位置的过去帧块点，并且基于该过去帧块点计算第二分辨率帧运动矢量。
2、根据权利要求1所述的运动矢量产生方法，其中，在(b2)中，通过对下匹配参考值选择性地求和来产生上匹配参考值。
3、根据权利要求2所述的运动矢量产生方法，其中，过去和当前估计块中的每个是宏块。
4、根据权利要求3所述的运动矢量产生方法，其中，下估计块包括具有该宏块的奇数场的第一下估计块和具有该宏块的偶数场的第二下估计块。
5、根据权利要求4所述的运动矢量产生方法，其中，(b1)包括：
计算作为过去帧的第一下估计块和当前帧的第一下估计块之间的参考值的第一下匹配参考值；
计算作为过去帧的第一下估计块和当前帧的第二下估计块之间的参考值的第二下匹配参考值；
计算作为过去帧的第二下估计块和当前帧的第一下估计块之间的参考值的第三下匹配参考值；和
计算作为过去帧的第二下估计块和当前帧的第二下估计块之间的参考值的第四下匹配参考值。
6、根据权利要求2所述的运动矢量产生方法，其中，过去和当前估计块中的每个是宏块对。
7、根据权利要求1所述的运动矢量产生方法，其中，(a)包括：
(a1)通过换算第一分辨率帧运动矢量来确定局部搜索上参考点。
8、根据权利要求1所述的运动矢量产生方法，其中，(a)包括：
(a2)基于将以原始分辨率被编码的块的当前估计块附近的相邻估计块来确定局部搜索下参考点。
9、根据权利要求8所述的运动矢量产生方法，其中，(a2)包括：
(a21)产生相邻估计块的高分辨率帧中的运动矢量的中值矢量；和
(a22)通过换算中值矢量来确定局部搜索参考点。
10、根据权利要求9所述的运动矢量产生方法，其中，相邻估计块包括在当前估计块的左侧、右侧、和右上侧的估计块。
11、根据权利要求1所述的运动矢量产生方法，其中，通过使用绝对差之和、绝对变换差之和、以及差平方之和函数中的一个来产生匹配参考值。
12、一种从具有第一分辨率的第一分辨率帧中的第一分辨率帧运动矢量在具有第二分辨率的第二分辨率帧中产生第二分辨率帧运动矢量的运动矢量产生装置，第二分辨率高于第一分辨率，该装置包括：
参考点确定单元，用于基于第一分辨率帧运动矢量在第二分辨率帧中确定局部搜索参考点；和
运动矢量产生单元，用于通过基于该局部搜索参考点对第二分辨率帧执行局部搜索处理来产生第二分辨率帧运动矢量，
其中，基于下估计块的匹配参考值来执行局部搜索处理，每个下估计块包括当前估计块和过去估计块的一些部分的像素值，当前估计块包括当前帧的估计块，并且过去估计块包括相应的过去帧的估计块，
其中，运动矢量产生单元包括：
下匹配参考值计算单元，用于计算下估计块的下匹配参考值；
上匹配参考值计算单元，用于基于下匹配参考值计算与定义在宏块自适应帧-场模式中的运动矢量相应的上匹配参考值；和
运动矢量计算单元，用于确定表示具有上匹配参考值中最小值的过去帧的位置的过去帧块点，并且基于确定的过去帧块点计算第二分辨率帧运动矢量。
13、根据权利要求12所述的运动矢量产生装置，其中，在上匹配参考值计算单元中，通过对下匹配参考值选择性地求和来产生上匹配参考值。
14、根据权利要求13所述的运动矢量产生装置，其中，过去和当前估计块中的每个是宏块。
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