CN1078340A - 视频图象处理 - Google Patents

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Abstract

本发明为运动补偿图象的处理方法。执行本方 法时，将生成分配给视频场的各个单元区域的矢量。 这些矢量从一个序列中的至少二个视频场生成。采 用第一种技术来生成这些矢量。如果第一种技术产 生了误差信号，则用第二种技术来产生矢量。

Description

本发明涉及视频图象处理，更具体地说，是涉及运动补偿图象处理。
当需要从一个视频序列的两个帧计算出一个中间帧时，可以使用各种运动补偿技术。在进行慢速运动模拟或者制式转换时，往往需要进行上述的计算。运动物体在某些场中的位置可以根据该序列中的许多某他的场计算出来。在我们递交的第9111348.0号英国专利申请中就给出了这样的运动补偿系统的一个实例。
用于产生表示二个视频图像之间的差异的运动矢量时通常使用二种运动评价技术，当然也可使用其他一些技术。
第一种是相位相关技术，我们的第2188510B号英国专利中就示出了实施这一技术的一种方案。这种技术将产生一系列适用于整个图象区域和每个单元图象区域的运动矢量。使用这些矢量时必须选择哪些矢量才适用于特定的单元图象区域。上述的单元图象区域既可以小至一个象素，也可以大至包括许多象素的一个块。
对于物体的线性运动，相位相关技术工作得非常好，并且很少被场景中的细节所困挠。但是，如用于旋转物体或者有很多细小的图象单元在不同方向上运动的场景时，相位相关技术就不怎么有效了。
另一种广泛使用的运动评价技术称之为“块匹配”。在这种技术中，一个nXm个象素的视频数据块被和前一场中相应的数据块以及该场中一定范围内的多个相同尺寸的数据块中的每一块相比较。对于二个交错的视频场而言，上述的一定范围是垂直方向上+/-8行，水平方向上+/-16个象素。能与原有数据块实现最佳匹配的数据块则被用来引导出该数据块的运动矢量。
使用块匹配系统时，当（比方说）出现摄像机全景移动时，该系统在匹配阶段就很容易出错，进而会引入错误。
在运动补偿系统中，作出的选择往往在相位相关技术和块匹配技术之间，并且对选中的技术尽可能地加以发展，以消除特定类型的运动产生的问题。
本发明提供了一种运动补偿图象的处理方法，包括：使用第一种技术从一序列视频图像的至少二个场为输入视频场中的单元区域产生矢量，再使用第二种技术根据由上述的第一种技术产生的误差信号为输入视频场中的单元区域产生矢量。
下面结合实例并参照附图来描述本发明的一个最佳实施例。
第9111348.0号英国专利申请中描述了一个使用相位相关技术来提取运动矢量的运动补偿图象处理系统。运动评价过程包括对输入图象进行相位相关处理，并且再据此得出一个相位相关表面，其中的峰值即与运动峰值相对应。选出一个包含着预定数量的高于某个值的峰值的表作为试验菜单，用于给图象中的各个单元区域分配矢量以得到一个输出场。当某个矢量的匹配误差（通过把该矢量加至一个输入场的单元区域，再在第二个输入场中把差值相加而计算出）低于某一水平时，我们就把该矢量分配给上述的单元区域。
本发明的实例在与单元区域的匹配误差超过上述的预定水平时开始工作。此时，在该图象区域中使用块匹配器，得出一个最合适的矢量。如果该矢量的匹配误差低于通过相位相关技术得出的矢量，最好还低于其匹配误差，就将该矢量分配给该图象区域。
本发明的组合式系统利用了每个方法的性能。借助于相位相关技术而正确地分配的矢量具有很高的真实运动可信度，因此，双重系统具有通过这种方法来构造图象的优先权。当通过相位相关技术无法进行较好的分配时，系统才会注意通过块匹配得出的矢量的匹配误差。
双重系统能够发挥出每种技术的自然功能，也不太复杂，并且比现有的几种方法更确定。通过使用一种现存的块匹配集成电路的参数进行的模拟试验表明，这种技术能在相位相关技术工作起来很困难的图象区域中比较好地工作。到此为此进行的工作都是采用16个象素X8行的块尺寸来进行的。运动检测范围大约为+/-16个象素和+/-8行。在这一线性位移范围内，二种技术都能工作。
在本申请的唯一的一张附图中示出了本发明的一个实施例。图中，输入的视频场信号2被送至相位相关器4和块匹配器电路6。
相位相关器4的类型是第2188510B号英国专利中描述的那种，它在其输入端产生一个相关面8。该相关面8又构成了对峰值捕获电路10的输入。峰值捕获电路10对相关面进行检索，找出其上的最高值。这些最高值对应于一对输入场之间的峰值运动矢量。这些试验矢量被提供在输出端V1～Vn上，这些输出端V1～Vn又构成了分配单元12的输入。典型情况下，有5个最高峰值被作为试验矢量集在输出端处输出。
每个分配电路12接受一个单独的矢量，使用该矢量对输入场中的每个单元区域进行测试，并且根据该矢量从输入场中产生出一个场时生成的误差形成一个误差信号。每个单元区域的误差14并行地依次提供给误差检测器16。
误差检测器16将检测到的最小误差信号提供给与阈值电路18的输入端A相连的输出端上。阈值电路18的第二个输入端B接收一个阈值电平。如果误差A＜B，则产生一个矢量选择控制信号20，该信号选出由误差检测器16确定的最佳分配矢量并把该矢量分配给输入视频场中的某个特定单元区域。
如果误差A＞B，则阈值电路18产生第二个输出信号。该信号被送至二个“与”门22和24，这二个“与”门的其它输入信号来自第二阈值电路26。下面描述第二阈值电路26的工作情况。
第二阈值电路26从块匹配器电路6接收一个误差信号。块匹配器电路对与输入相位相关器4的信号相同的输入视频场信号2进行处理。块匹配器电路产生一个最佳块匹配矢量30，该矢量被送至矢量选择电路20的一个输入端。
在阈值电路26中，块匹配误差C被与阈值D加以比较。如果误差C＜D，则产生一个将被送往与门22的第二个输出端的输出信号。这样，如果相位相关部分产生的误差A大于阈值B并且块匹配器产生的误差C小于阈值D，则在与门22的输出端上将产生一个逻辑“1”。这个输出将被用来控制选择电路20将最佳块匹配矢量分配给某一特定的单元区域。
如果块匹配误差C＞D，那么阈值电路26的第二输出端上将给与门24的第二输入端产生一个信号。如果A＞B同时C＞D，那么，相位相关矢量及块匹配矢量中哪一个也不会被选中。相反，此时的与门24将控制选择电路20使用一种退却模式给特定的单元区域分配矢量。上述的退却模式可以是又一种矢量生成及分配技术。
应该注意的是，在上面描述的电路中不会出现二种运动估价装置送出的试验矢量在分配单元进行竞争的情况。这是因为通过块匹配块产生的矢量往往没有相位相关器产生的矢量可靠。当通过相位相关技术得到的矢量的匹配误差超过一个预定水平时，则转为使用块匹配器。块匹配器的块尺寸非常之小，为了提高图象的分辨率，块匹配最好在两个方向上都以2∶1进行重叠，最佳矢量分配给块中央的1/4区域。另外，申请人还建议通过在块匹配器的失真图上将一个“V”形状与更低的匹配误差相匹配的方法确定辅助象素的运动估价。
由相位相关器产生的矢量（很可能只有三个再加上一个总矢量）以公知的方式进行分配。良好的匹配能够给出高可靠性的真实运动。如果进行的匹配位于某些阈值之上，那么块匹配器产生的矢量将被加以分配。如果块匹配器也表示出较高的匹配误差，则象先前那样采用退却方法。这将包括将一个零矢量分配给该单元区域。从本质上来讲，块匹配器是一种能使处理器处理大多数种类的运动的更成熟的退却方式。
在一种最佳系统中，匹配误差通过除以所考虑的图象单元的亮度斜率来进行归一化处理。然后再与阈值电平相比较，以决定是否使用块匹配器。之所以要进行归一化处理是因为一个具有大量运动的图象的较好的匹配误差与一个具有很少运动的图象的较好的匹配误差是根本不同的。通过除以亮度斜率进行归一化能使每个图象都使用相同的阈值水平。
用于进行归一化处理的亮度斜率是一个图象单元上的亮度斜率的最大值，它是从垂直和水平斜率的组合计算出来的。

Claims (10)

1、一种运动补偿图像的处理方法，包括下列步骤：
从一系列视频图象中的至少二个场使用第一种技术产生分配给上述的视频场中的各单元区域的矢量，
根据以上述的第一技术产生的误差信号转而使用第二种技术。
2、根据权利要求1的方法，其中，上述的第一种技术包括下列步骤：通过一个相位相关装置在输入场之间取出一系列运动矢量，把在从一个场得出另一个场时能给出最佳吻合的矢量分配给上述场中的单元区域。
3、根据权利要求1或2的方法，其中，上述的第二种技术包括块匹配技术。
4、根据权利要求1或2或3的方法，包括下列步骤：根据上述的第一和第二种技术产生的误差信号而转向第三种技术。
5、根据权利要求4的方法，其中，上述的第三种技术包括把一个零矢量分配给一个单元区域。
6、根据权利要求3的方法，其中的块匹配装置进行重叠式块匹配。
7、根据权利要求2的方法，其中，在分配步骤使用预定数量的运动矢量。
8、根据前面任何一个权利要求的方法，包括下列步骤：将推导一个单元区域中产生的误差在输入端进行归一化处理。
9、根据权利要求8的方法，其中的归一化步骤包括把该单元区域的误差除以该单元区域的亮度斜率。
10、基本上如本文中所描述的运动补偿图象处理方法。
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