CN1115548A - 预测运动的一种方法和设备 - Google Patents

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Abstract

基于像素值的运动补偿插值法，数字视频信号的数据压缩编码/译码应用在很多情况下，为决定像素块的运动矢量，常规方法的计算强度是极为巨大的，硬件复杂，根据本发明，运动预测只要分析例如像素值的MSB或两个MSB的特定的位来进行。为此，这些位借助于EXOR和/或EXNOR逻辑操作作逻辑联接，而对于在搜索窗内当前像块的不同像块位置的每个结果被组合。通过比较随后的最小值或最大值，于是当前像块的各个矢量就被决定。

Description

预测运动的一种方法和设备
本发明涉及视频信号中预测运动的一种方法和设备。
数字视频信号数据压缩的编码/译码在许多情况下是基于像素值(帧间编码)的运动补偿插值法。为此对于像素块，运动矢量或位移矢量都是需要的。这些运动矢量通常是借助于运动预测在编码器中产生。
在一个搜索区域内，对一来自当前图像具有，例如8*8亮度像素的像块在所有情况下进行比较；这个搜索区域包含一个放大了的像块，例如，前一图像的16*16亮度像素块，并把它看作是搜索窗。借助于均方误差(MSE)或平均绝对误差(MAE)，在搜索区域内，决定具有最高度相关的8*8像块；并且从较当前图像晚一像块的空间位置决定相应的运动矢量。
这一方法的计算强度是极为巨大的，并要求很高的周率。即使在分层搜索法中也需要复杂且高速的硬件。
本发明的目的是提供一种较小计算强度的预测运动的方法。在一个搜索区域内，将一参考像素块(BS)同一个或几个邻近图像的像素块(SAS)相比较，根据大体上具有最高度相关的位置，决定一个运动矢量。
本发明还基于另一目的，即提供根据本发明的方法做出的一种设备。
在通常预测运动的方法中，用的是一全字长(例如8位)的像素值。详尽的研究表明，只分析像素值的特定位，例如最高有效位(MSB)或两个最高有效位(MSB)，也能完成运动预测。为此，这些位(当前图像的和前一图像的和/或后一图像的像素值的位)用逻辑运算联接；并且对在搜索窗内当前像块(例如8*8像块)的不同像块位置的各个结果在所有情况下进行组合。通过后随的最小值或最大值比较，决定当前像块的有关矢量。最可取的逻辑运算是EXOR和/或EXNOR逻辑操作，在对应的搜索像块内，把它们的结果计数和/或相加。
在原理上根据本发明提出的方法在于对视频信号中运动的预测，这里，在一个搜索区域内的所有情况下，将一参考像素块(BS)同一个或几个邻近图像的对应像素块(SAS)相比较，并根据大体上是最高度相关的位置决定一个运动矢量。在所有情况下像素值的比较中，用到的只是最高有效位(MSB)和/或多个最高有效位(MSB)，即在以后有一般参考作用的MSB。
根据本发明提出的方法的更有用的发展在附加的权利要求中叙述。
在原理上根据本发明提出的设备是用在视频信号中预测运动的。这里，在一个搜索区域内的所有情况下，将一参考像素块同一个或几个邻近图像的对应像素块相比较，并根据大体上是最高度相关的位置决定一个运动矢量。设备装有：
—存储装置，用以储存参考像素块和一个或几个邻近图像的像素块；
—EXOR或EXNOR门电路，联接到存储装置；在所有情况下只把这些像素值的最高有效位(MSB)和/或多个最高有效位(MSB)(以后统称为MSB)提供给它们；—对来自EXOR或EXNOR门电路的各个像素值的比较结果进行相加、计数和/或中间存储的装置，它们决定具有总和或计数结果的最小值或最大值的搜索位置来的运动矢量。
根据本发明提出的设备的更有用的发展在附加的权利要求中叙述。
下面将结合参考附图来描述本发明示范性实施例。图1表明来自当前图像的像块和来自前一图像的搜索区域；图2是根据本发明的运动预测器方框图；图3是根据本发明的另一种运动预测器框图。
为了清晰起见，图1所示的像块大小为2*2像素。实际上使用的像块大小为8*8或16*16像素。为了决定第一次组合结果，在一个EXOR或EXNOR逻辑操作的连续周期CL中，当前像块像素的MSB按照下表与搜索区域(搜索区域的大小可任意选取)的像素A…T的MSB作逻辑联接：
            EXOR               CL
            1A               1
            2B               2
            3F               3
            4G               4
为了决定第二次组合结果，在连续周期CL中，MSB按照下表作逻辑联接：
            EXOR               CL
            1B               1
            2C               2
            3G               3
            4H               4顺序可以不同：A)
根据以上的表，首先取周期CL为‘1’，MSB‘1’(或者是对应于MSB‘1’位置的几个MSB)同时地与A，B，C，……N的MSB(或对应于MSB‘1’位置的几个MSB)在对应数目的EXOE逻辑操作中逻辑联接；而在周期CL为‘2’时，MSB‘2’同时地与B，C……O等的MSB在这些EXOR或EXNOR逻辑操作中作逻辑联接。这些EXOR或EXNOR逻辑操作的输出的每个结果在所有情况下被相加和作中间存储。随着对一像块搜索区域的处理，就决定这些总和的最小值(在EXOR逻辑操作的情况)与这些总和的最大值(在EXNOR逻辑操作的情况)；而从关联的搜索位置(即在那里，两像块的2*2MSB尽可能是相同的)，决定相应的运动矢量。B)
首先，取周期CL为‘1’，以并联方式，EXOR或EXNOR逻辑操作中，MSR‘1’与MSB‘A’作逻辑联接，MSB‘2’与MSB‘B’、MSB‘3’与MSB‘F’，而MSB‘4’与MSB‘G’均作逻辑联接，并且直接地决定相应的组合结果或者这四个个别结果的总和，且作中间存储。然后，在周期CL为‘2’时以并联方式EXOR逻辑操作中，MSB‘1’与MSB‘B’作逻辑联接，MSB‘2’与MSB‘C’，MSB‘3’与MSB‘G’，而MSB‘4’与MSB‘H’均作逻辑联接，相应的组合结果就被决定。随着对一像块搜索区域的处理，就决定搜索区域的这些总和的最小值(在EXOR逻辑操作的情况)与这些总和的最大值(在EXNOR逻辑操作的情况)；而从关联的搜索位置(例如在那里，两像块的2*2MSB尽可能是相同的)决定相应的运动矢量。
根据图2的运动预测器适合于方案A，并包含存储像素值或当前块像素值的所需位(例如MSB，或2或4个MSB)的像块存储装置BS。搜索区域的像素值或相应的MSB存储在搜索区域存储装置SAS中。这些像素值需要的位或多个位被馈送到EXOR或EXNOR的门电路G1，G2…G6…。BS的一个输出，通过它输出MSB‘1’，‘2’，‘3’，‘4’，联接到所有的门电路上。对应于搜索区域像素数的一些线在所有情况下从SAS联接到门电路G1，G2，…G6之一上。门电路输出值在一个相加器内在所有情况下的各搜索位置上相加。有益的是，在1比特值的基础上，各个结果的这一相加能用计数器C1，C2，…C6…来完成。对于一像块的各次搜索，计数结果的最大值或最小值在随后的比较器装置COM中被决定，而从关联的搜索位置决定相应的运动矢量。
若为搜索对许多(n)MSB做并行分析，电路可以不同方式扩展；a)n个门、n个计数器(在MSB和MSB-1或MSB-1和MSB-2的情况下n＝2)以一适当形式并联安排；b)更可取的是n个门、工作在n倍速率的一个计数器或一个加法器；c)如同a)或b)，但是在门电路中作分析之前，要把一个确定值，例如48，同BS和SAS中来的一个或几个MSBs相加，或者从它们减去。这一个或这些确定值能连续地适宜于图象统计。d)不总是分析同样的位，例如在一个像块内，在所有情况分析位MSB的两个选择MSB-1和MSB-2。
这些可能性也能以一适当的形式进行组合。
根据图3的运动预测器适合于方案B，并包含存储像素值或当前像块像素值的所需位(例如MSB或者2或4MSB)的像块存储装置BS。搜索区域的像素值或相应的MSB存储在搜索区域存储装置SAS中。BS有四个(依赖于像块大小)输出，每个都联接到四个EXOR或EXNOR门电路G1…G4之一，通过它们，这些像素值需要的位或多个位被馈送到门电路。对SAS也是同样。对于所有情况下各搜索位置的门电路输出值在一加法器电路CO内相加，并对全部搜索位置作中间存储。有利的是，在1比特值基础上，各个结果的这一相加可用计数器完成。对于一个像块的各次搜索，计数器结果的最大值或最小值在随后的比较器装置COM中被决定；而相应的运动矢量从关联的搜索位置来决定。
关于图2所涉及的可能性扩展可以以相应的形式用于根据图3提出的电路中。
本发明也能用以在译码器中构成(例如局部的)运动矢量。
在隔行图像中，一个运动着的图像存储信息情况，矢量搜索也能在只是由单个场的行组成的像块中进行。
搜索区域也可以是非正方形的，和/或在尺寸上是变化的，特别是相对于时间和/或空间上说来是搜索结果的函数。
本发明也能在一参考像块的矢量搜索中，通过比较一个在前和一个随后的图像的对应像块来实现(双边像块匹配)。
不用均方误差(MSE)或平均绝对误差(MAE)，也可以使用其他电平计算法。不用按照每个最高度相关来决定运动矢量，若有一相近位置较好适合周围矢量的话，还可能无须仔细地去选取最高度相关的位置。
本发明能用于，例如MPEG电视系统，数字视频记录器以及通过电话线路(ISDN)的运动图像传输上。

Claims (10)

1.视频信号中一种预测运动的方法，其中，在一个搜索区域内的所有的情况下，将一参考像素块(BS)同一个或几个邻近图像的相应像素块(SAS)作比较，根据大体上具有最高度相关的位置决定一个运动矢量。其特征在于：在像素值的这一比较中(G1…G6，C1…C6，COM)，在所有的情况下只用到在以后统称之为MSB最高有效位(MSB)，和/或多个最高有效位(MSB)。
2.根据权利要求1中提出的方法，其特征在于：在比较中，来自参考像块(BS)和来自搜索区域(SAS)的像素值的MSB，用EXOR或EXNOR逻辑操作作逻辑联接。
3.根据权利要求2中提出的方法，其特征在于：在对这些像素值的各个做逻辑联接中，把EXOR或EXNOR逻辑操作的结果相加或计数，并且从具有总和或计数结果的最小值或最大值的搜索位置决定运动矢量。
4.根据权利要求3中提出的方法，其特征在于：在n个EXOR或EXNOR逻辑操作中，对于各像素值至少有2个MSB相加或被计数，这里，在所有情况下，或者使用有n个并联计数器，或者使用有一个n倍速率的计数器。
5.根据权利要求1—4中之一提出的方法，其特征在于：在比较之前，确定值，特别是适合于图像统计的确定值，在所有情况下被加到一个或多个MSB上和/或MSB中减去。
6.根据权利要求1—5中之一提出的方法，其特征在于：在比较中，一个像素块内，分析不同的MSB，用于不同的像素值。
7.根据权利要求1—6中之一提出的在视频信号预测运动的方法而制成的设备，其中，在一个搜索区域内的所有情况下，将一参考像素块(BS)同一个或几个邻近图像的相应像素块(SAS)作比较，根据大体上具有最高度相关的位置决定一个运动矢量。装备这一设备的装置有：—存储装置(BS，SAS)，用于存储参考像素块和一个或多个相邻图像的像素块；—EXOR或EXNOR门电路(G1，G2…G6…)，它们联接到存储装置，并且在所有情况下只提供这些像素值的下面统称之为MSB的最高有效位(MSB)和/或另一些最高有效位(MSB)；—对来自EXOR或EXNOR门电路的各个像素值的比较结果进行相加、计数和/或中间存储的装置(C1，C2，…C6…COM，CO)。它们决定具有总和或计数结果的最小值或最大值的搜索位置的运动矢量。
8.根据权利要求7中提出的设备，其特征在于：在n个并联EX-OR或EXNOR门电路(G1，G2，…G6…)中，对于各像素值至少有n＝2个MSB相加或被计数，这里在所有的情况下，或者使用n个并联计数器、或者是使用一个n倍速率的计数器。
9．根据权利要求7或8中提出的设备，其特征在于：比较之前确定了的值，特别是适合于图像统计的，要在所有情况下去同一个或多个MSB相加，和/或从MSB中减去。
10．根据权利要求1—9中之一提出的方法或设备，可用于MPEG电视系统，数字视频记录器和/或通过电话线(1SDN)的运动图像传输中。
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