CN1011466B - 检测电视信号中的图象运动的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于检测电视信号中的图象运动的方法和装置，可用作无低频域帧间混迭部分的多重亚取样发送信号的解码器。在该运动检测方法和装置中，下一相邻的帧间差分信号、直接相邻的帧间窄带差分信号、直接相邻帧间宽带差分信号或这些信号的补偿后的信号，由用于在这三个信号之中选取最大值和最小值的最大值选择电路和最小值选择电路相结合，以便从发送信号中提取出适当的运动信号。

Description

本发明涉及一种用于检测不包含较低频域帧间混迭部分的带宽压缩的电视发送信号中的图象运动的方法和装置设备，具体地说，涉及可用作接收经压缩的电视发送信号的接收机中的解码器的那种图象运动检测方法和装置。

发送电视信号（具体地指发送经带宽压缩后的高清晰度电视信号）的方法之一是采用多重亚取样（multiple    subsampling）发送系统，该系统在两帧间和两场间执行偏置亚取样。这种称为MUSE（多重亚奈斯特取样编码系统）的一个实例正在实际中应用并能完成有效的带宽压缩。MUSE系统在日本电子学和通信工程研究新的技术研究报告“图形工程IE84-72”中有详细的叙述。这个发送系统中检测图象的运动时，由于亚取样周期为两帧，因此接收机不能对直接相邻帧使用差分信号（因为没有比较对象），因而必须在以后的相邻帧之间使用差分信号，因而导致不准确的运动检测。本发明的申请以克服上述问题、简化接收机以及改进画面质量为目的提出了一种多重亚取样发送系统，该系统进行运动检测是使用直接相邻帧的差分信号（参见第264889/86号（JP-A-61-264889））。

上面提出的建议属于在两场间和两帧间进行偏置亚取样来压缩发送带宽的多重亚取样发送系统。在这种系统中，电视画面信号起初须经场间偏置亚取样由此得出的信号由截止频率等于场间偏置亚取样的取样频率一半的低通滤波器处理，然后再将这个滤波后的信号经频率变 换并以低于该低通滤波器截止频率两倍的频率进行帧间偏置亚取样。这样产生的发送信号不包含较低频域的帧间混迭部分。因而就能用在接收机中提取的低频分量信号以产生作为运动信号的帧间差分信号（直接相邻帧的差分信号），从而实现准确的运动检测。

然而，在某些情况下，具体地说，当画面的一小部分移动时，上述发送系统在运动检测方面也是不完善的。为了提高运动检测的准确性，本发明的申请者，已在第172876/87号（JP-A-62-172876）未审查公开的日本中提出了“检测多重亚取样发送信号中的图象运动的方法”。

根据第172876/87号未审查日本专利申请，不含有较低频域帧间混迭部分的多重亚取样发送系统中的解码器（第172826/87号未审查日本专利申请中所提出的）旋换直接相邻的帧间差分检测信号的频带用以对一个包含混迭部分的区域，或不含混迭部分的区域产生运动检测信号，上述区域包含或不包含混迭区域取决于下一相邻帧间差（即两个下一相邻帧之间的差）的检测结果。在被检测的下一相邻帧间差很明显的情况下，即其幅度高于参考电平时，该转换操作允许检测运动的直接相邻帧间差分信号的宽与一个比第264889/86号未审查公开的日本专利中的解码器中应用的低通滤波器的截止频率（例如4MHE）还高的分量即混迭部分相混合。以便对较小的部分进行准确的运动检测。而在快速运动的大目标的情况下，则要保持直接相邻帧间差分信号中没有混迭部分，从而使运动检测平稳化。

然而，在这三个信号（下一相邻帧间差分信号、直接相邻帧间窄带差分信号和直接相邻帧间宽带差信号）之中，当一个信号（例如下一相邻帧间差分信号）占支配地位地作为上述运动信号时，该系统将 变得越来越多地依赖于那个起支配作用的信号。例如，当画面的小部分由于电视摄像机或类似物的慢摆动而引起向右或向左的移动时，起支配作用的下一相邻帧间差分信号将交替地变得有效或无效。如果这种现象在每一帧中都出现，那末象素位置（Pixelwise）的运动信号随着其状态在每帧中的变化将变得很不稳定，因而转换运动信号以便与不稳定的起支配作用的信号匹配，由此可能导致画面的恶化。为此，必须适当地使用上述三种信号作为运动信号，而不是占支配地位地使用一种信号，那会使运动信号变得不稳定。

本发明的目的是提供一种检测电视信号中的图象运动的方法和装置，它将减轻画面的恶化，甚至在由于因电视摄像机摆动而引起画面的小部分摆动的时候，与常规的运动检测系统相比，它能更平稳地工作。

本发明的图象运动检测方法属于多重取样发送系统，该系统发送经带宽压缩的电视信号，因而，不包含较低频域的帧间混迭部分。在该系统中要产生三个信号，即下一相邻帧间差分信号、没有帧间混迭部分的直接相邻帧间窄带差分信号以及伴有帧间混迭部分的直接相邻帧间宽带差分信号。在下一相邻帧间差分信号或与之有关的信号、直接相邻帧间窄带差分信号或与之有关的信号以及直接相邻帧间宽带差分信号或与之有关的信号之中指定的两个信号之间最大值。在产生最大值的那个信号和除了以上两个指定信号以外的那个剩余信号之间最小值。由此产生的最小值的那个信号被确定为指示图象运动的运动信号。

本发明的图象运动检测装置可作为电视接收机中的解码器，用以对根据多重亚取样发送系统实行压缩带宽的，不含有较低频域帧间混 迭部分的电视发送信号进行解码。该解码器包括一个信号产生电路，用以根据发送信号产生下一相邻帧间差分信号或与之有关的信号、没有帧间混迭部分的直接相邻帧间窄带差分信号或与之有关的信号以及伴有帧间混迭部分的直接相邻帧间宽带差分信号。

该解码器还包括一个图象运动检测器用以检测发送信号中的图象运动，该检测器包括一个第一最大值选择电路。该电路接收下一相邻帧间差分信号或与之有关的信号和直接相邻帧间窄带差分信号或与之有关的信号，以便在这两个信号之间选择最大值，该检测器还包括有最小值选择电路，该电路接收直接相邻帧间宽带差分信号和来自第一最大值选择电路的输出信号，以在这两个信号中选择最小值，把最后获得的信号确定为指示图象运动的运动信号。

图1是本发明的图象运动检测电路适用的解码器的方框图，用以在接收机中对不含有较低频域帧间混迭部分的电视发送信号进行解码，正如第172876/87号未审定公开的日本专利所示的那样;

图2是信号产生电路的方框图，它用以产生由本发明的图象运动检测电路接收的三个信号;以及

图3是表示实施本发明的图象运动检测电路的方框图。

参照图1，解码器装置包括一个信号/同步检测电路1，它接收加到信号输入端12上的没有较低频域帧间混迭部分的发送信号（帧间亚取样频率为16MHZ），并产生一个用于解码器的同步控制的同步信号。S1是亚取样的开关，它把由帧存储器2和运动补偿电路3提供的有一帧时延的运动补偿信号插入由输入端12收到的发送信 号，以产生一个取样频率为32MH_Z的帧间内插信号（在图中由 指示的线上）。

来自开关S1的帧间内插信号输入到信号产生电路4的一个输入端，还通过与开关S1一致动作的开关S2输入到场内内插电路5，还输入到混合器6的一个输入端。信号产生电路4还有接收来自输入端12的发送信号的另一输入端，信号产生电路4产生三个信号，即下一相邻帧间差分信号（a）、直接相邻帧间窄带差分信号（b），以及直接相邻帧间宽带差分信号（c），这些信号将在下文叙述，它们都是运动检测电路30产生运动信号所必需的。

开关S2仅仅在相应于来自开关S1的信号中的当前场的取样点上提取信号，场内内插电路5用该提取信号进行场内内插，而混合器6接收这个由此得出的信号。混合器6根据由来自运动检测电路30的输出信号所指示的移动量，把来自场内内插电路5的运动画面系统信号与来自开关S1的静止画面系统信号相混合。

场间内插电路9的作用是把由场存储器7和运动补偿电路8提供的一帧时延信号插到混合器6的输出信号中，将由此得出的场间内插信号送到频率变换器/混频器10的一个输入端。该频率变换器/混频器10的另一个输入端接受来自混合器6的32MH_Z的取样信号，该电路10将其频率变换为48MHZ。根据运动检测电路30的输出信号所指示的移动量，此48MHZ的取样信号与来自场间内插电路9的信号相混合。将这个混合后的信号送到TCI（时间压缩集合解码器11，由此把该信号转换为想要的电视信号，并将它引到输出端。

下面，参照图2叙述信号产生电路4的安排和工作。在图中，用 14表示下一相邻帧间差分信号检测电路，它的两个输入端分别接收图1中的 线和 线上的信号，用15表示阈值电路，它将来自下一相邻帧间差分信号检测电路14的输出信号限制在一定的参改电平上，以便在它的输出端提供下一相邻帧间差分信号（a）。

用16表示帧存储器，用17表示减法器。帧存储器16接收图1中的

线上的信号（取样频率为16MH_Z的发送信号）。减法器17产生直接相邻帧间差分信号，该信号经过宽通频带（例如-6dB带宽为8MH_Z的第一低通滤波器18后就变成直接相邻帧间宽带差分信号（c），该信号再经与第一低通滤波器18串联的第二窄通频带的低通滤波器19后变成直接相邻帧间窄带差分信号（b），也就是说，通过串联连接的第一和第二低通滤波器的直接相邻帧间窄带差分信号（b）不包含两帧之间的混迭部分，其响应特性不高于4MHZ。与此相反，直接相邻帧间宽带差分信号（c）包括两帧之间的混迭部分，其响应特性超过4MHZ。

下面，参照图3叙述本发明的图象运动检测装置。该运动检测电路30包括帧存储器31、运动补偿电路32、有两个输入端的最大值选择电路33、有两个输入端的最大值选择电路34以及有两个输入端的最小值选择电路35。电路30有三个输上端30a，30b和30c，以及一个由最小值选择电路35的引出的输出端30d。输入端30a，30b和30c分别接收由信号产生电路4提供的下一相邻帧间差分信号（a）、直接相邻帧间窄带差分信号（b）和直接相邻帧间宽带差分信号（c）。在输入端30a上的下一相邻帧间差分信号（a）传送到帧存储器31的输入端和最大值选择电路33的一个输入端，在输入端30b上的直接相邻帧间窄带差分信号（b） 传送到最大值选择电路34的一个输入端，直接相邻帧间宽带差分信号（c）传送到最小值选择电路35的一个输入端。帧存储器31、运动补偿电路32、最大值选择电路33和34以及最小价选择电路35是串联连接的，它们的另一个输入端被连接，以接收各自的前级电路的输出。

下面，说明如上所述安排的图象运动检测电路30的工作。下一相邻帧间差分信号（a）由帧存储器31接收，并且由运动补偿电路32修正。

当前的下一相邻帧间差分信号（a2）和领先一帧的经修正后和下一相邻帧间差分信号（a1都加到最大值选择电路33，以在信号（a1）和（a2）之间选择最大值。这一构思的道理是下一相邻帧间差分信号仅仅在每个画面信号的每第二个样值处检测，无论是在包括较低频域混迭部分的MUSE发送系统还是在其它MUSE系统都一样。

接着把最大值选择电路33选中的下一相邻帧间差分信号（a′）和直接相邻帧间窄带差分信号（b）都送到最大值选择电路34，从这两个信号中取出最大值，从而，在只有小目标移动的区域内选中下一相邻帧间差分信号（a′），而在有大目标移动的区域内选中直接相邻帧间窄带差分信号（b）。此外，把最大值选择电路34选定的信号和直接相邻帧间宽带差分信号（c）一起加到最小值选择电路35，从这两个信号中选取最小值，并把这个选中的信号作为运动信号送到输出端30d。因为直接相邻帧间宽带差分信号（c）包括混迭部分，所以它是那些有多个小目标移动的区域所需要的。

由于这个混迭部分所以直接相邻帧间宽带差分信号（c）随图象中相对的大目标的移动而有确定的值。最小值选择电路35仅在必要 的区域内选取直接相邻帧间宽带差分信号（c），而对不必要的区域，它将抑制该信号。当产生了一个不稳定的下一相邻帧间差分信号时，最小值选择电路就抑制该信号，由此产生一个稳定的运动信号。例如，直接相邻帧间窄带差分信号（b）是一个稳定在4MHZ以下频段内的信号。

在对下一相邻帧间差分信号和直接相邻帧间窄带差分信号的最大值选择的产生的信号通常显示一个比画面上的实际移动区域要大的移动区域，这是因为它们是各自的低通滤波器固有的产物。因此，通过由最小值选择电路35从最大值选择电路34的输出信号和直接相邻帧间宽带差分信号中选择最小值，就可以产生一个正确地指示移动区域的运动信号。

直接相邻帧间宽带差分信号（c）是一个含有混迭部分的信号，因此，甚至对画面中的静止区域也可以产生一个运动信号。然而，在一个垂直条纹的图象水平移动到与第二帧中的垂直条纹重合时，作为一种特别情况，将不产生下一相邻帧间差分信号（a），而具有运动信号的较高频率分量的直接相邻帧间窄带差分信号的信号电平也经低通滤波器降低了，不利的是，这将导致运动信号产生的机会较小。在这种情况下，通过产生一个较小的归属于直接相邻帧间窄带差分信号和下一相邻帧间差分信号运动区域。把在一定信号电平上产生运动信号的直接相邻帧间宽带差分信号（c）当作运动信号。虽然这种操作与上述运动信号选择方法相反，但这些信号彼此是对一定类型的画面规定的，由此能产生更好的运动信号。

如第172876/87号未审查公开的日本专利所述的，当用常规的开关电路代替最大值或最小值选择电路时，该电路将可能根据 在阈值电平附近的信号电平而在每个第二象素重复进行开-关操作。因为阈值电平取决于画面的种类，所以必须对每个不同的画面改变这个阈值电平。实际上，各个画面总是相关的，并且在每个第二象素的开-关操作并不经常发生;然而，阈值的控制将使混迭部分出现在画面的每个第二象素处，这是开关电路的不利一面的影响。如在本发明中那样，使用最大或最小值选择电路就能有效地减少这种现象的发生。这是因为开关电路的阈值电平有赖于画面的种类，并且该电路工作于1比特控制，而最大或最小值选择电路则工作于更平滑的2比特或更多比特的控制。

在不含有较低频域帧间混迭部分的多重亚取样发送系统的接收机中，检测画面的运动区域时，应用本发明的方法和装置能实现以前不能实现的正确的移动区域的检测，并使画面质量得到显著的提高。

使用最大值选择电路和最小值选择电路的本发明的图象运动检测装置不限于图3所示的安排。本发明的特色是，通过使用最大值选择电路和最小值选择电路，适当地将下一相邻帧间差分信号、直接相邻帧间窄带差分信号和直接相邻帧间宽带差分信号相结合，来提取最大值或最小值作为运动信号。对于下一相邻帧间差分信号、直接相邻帧间宽带差分信号和直接相邻帧间宽带差分信号来说，通过修正这些信号而产生的信号也可应用，这取决于各自的要求。运动补偿电路32也可以置于帧存储器31的前面。

Claims (5)

1、一种检测多重亚取样发送系统的电视信号中的图象运动的方法，在所述系统中，发送的电视信号具有其被压缩过的发送频带宽度，因此不包含较低频域的帧间混迭部分，所述的方法包括以下步骤：

·产生三个信号，即下一相邻帧间差分信号、没有帧间混迭部分的直接相邻帧间窄带差分信号和伴有帧间混迭部分的直接相邻帧间宽带差分信号；

·在所述的下一相邻帧间差分信号或其经修正的信号、所述的直接相邻帧间窄带差分信号或其经修正的信号以及所述的直接相邻帧间宽带差分信号或其经修正的信号之中规定的两个信号之间取最大值；以及

在产生的最大值信号和除了所说的两个信号之外的那个剩余信号之间取最小值，以把由此产生的最小值信号确定为指示图象运动的运动信号。

2、根据权利要求1所述的方法，其中所述的取最大值的步骤包括在所述的下一相邻帧间差分信号或其经修正的信号和所述的直接相邻帧间窄带差分信号或其经修正的信号之间取最大值的步骤，而所述的取最小值的步骤包括在所产生的最大值信号和所述的直接相帧间宽带差分信号之间取最小值的步骤。

3、根据权利要求2所述的方法，其中所述的与所述下一相邻帧间差分信号有关的信号包括补偿信号，该信号通过在所述的下一相邻帧间差分信号和对领先一帧的下一相邻帧间差分信号的运动补偿而产生的信号之间取最大值而产生的。

4、用于检测电视信号中的图象运动的装置，该装置准备用作解码器，用以对不包含较低频域的帧间混迭部分，按照多重亚取样发送系统压缩带宽的电视发送信号进行解码，所述的解码器包括用以根据所述的发送信号去产生下一相邻帧间差分信号或其经修正的信号、没有帧间混迭部分的直接相邻帧间窄带差分信号或其经修正的信号以及伴有帧间混迭部分的直接相邻帧间宽带差分信号的装置;用以检测所述发送信号中图象运动的图象运动检测装置，其中所说的图象运动检测装置包括：

一个第一最大值选择电路，它接收所述的下一相邻帧间差分信号或其经修正的信号和所述的直接相邻帧间窄带差分信号或其修正信号，在所说的两个输入信号之间选择最大值;以及

一个最小值选择电路，它接收所述的直接相邻帧间宽带差分信号和所述的最大值选择电路的输出信号，以从所说两个输入信号之中选取最小值。

5、根据权利要求4所述的装置，还包括一个电路部分，它包括输入下一相邻帧间差分信号的帧存储器运动补偿电路以及第二最大值选择电路，所述选择电路接收当前的下一相邻帧间差分信号和由所说电路部分提供的经运动补偿的、邻先一帧的、下一相邻帧间弯分信号，以便从这两个输入信号之中选取最大值，所述的输入到第一最大值选择电路的所述的下一相邻帧间差分信号的经修正的信号，是由所述的电路部分和第二最大值选择电路补偿后的信号。

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