CN1115865C

CN1115865C - 通过使用自适应中值滤波技术确定运动矢量的装置

Info

Publication number: CN1115865C
Application number: CN95101309A
Authority: CN
Inventors: 丁海默
Original assignee: Daewoo Electronics Co Ltd
Current assignee: Fengye Vision Technology Co., Ltd.
Priority date: 1995-01-16
Filing date: 1995-01-16
Publication date: 2003-07-23
Anticipated expiration: 2015-01-16
Also published as: CN1127455A

Abstract

用于确定包括多个处理组的当前帧象索的移动矢量的装置包括：一移动估计器，对当前帧象素提供移动矢量；一边缘检测器，检测当前帧中物体的边缘位置；一中值滤波器，提供象素的被滤波移动矢量；一择多检测器，获得与一处理组的象素对应的第一及第二多数矢量；一控制器，产生控制信号；一矢量选择单元，获得具有最小误差函数的移动补偿处理组的输出移动矢量；一开关，从输出移动矢量及位于每处理组中心的象素的移动矢量中选择对于每个处理组的移动矢量。

Description

通过使用自适应中值滤波技术确定运动矢量的装置

技术领域

本发明涉及用于确定运动矢量的改进装置；更具体地，涉及通过使用设有自适应滤波窗的中值滤波器确定运动矢量的改进装置。

背景技术

在各种电子/电力应用，例如高清晰度电视及电视电话系统中，图象信号需要以数字形式传输。当图象信号以数字形式表达时，必定会产生出大量的数字数据。但是，由于传统的传输频道可获得的频带宽度是有限的，为了通过它传输图象信号，不可避免地要压缩或减少传输数据的容量。在各种视频压缩技术中，一种运动补偿帧间编码技术被认为是一种有效的压缩技术，该技术使用两个相邻视频帧之间的视频信号的时间冗余用于信号压缩。

在运动补偿帧编码方案中，基于对当前帧与上一帧之间运动的估算从上一帧数据来预测当前帧数据。这种估算的运动可用代表前一帧与当前帧之间象素位移的二维运动矢量的术语来描述。在本技术领域中被推荐的一种运动矢量估算方案是组适配算法(参见如，“位移测量及其在帧间图象编码中的应用”J.R.Jain等著，IEEE Transaction on Communications COM-29，No.12(1981年12月))。

根据组适配算法，将当前帧划分成多个等规模的搜索组。一个搜索组的规模典型地在8×8及32×32个象素之间的范围上。为了确定对于当前帧中一个搜索组的运动矢量，在当前帧的搜索组及包括在前一帧通常较大的搜索区域中的多个等规模候选组中的每个组之间进行相似性的计算。一种误差函数，例如平均绝对误差或均方误差，用来进行对当前帧及搜索区域中每个候选组之间相似性的测量。则运动矢量，根据定义，就代表搜索组与最佳适配组、即获得最小“误差”或差值的候选组之间的位移。

在这种运动估算中，在与搜索组相应的整个搜索区域上仅获得一个最小平均绝对误差是所期望的或有利的。但是，有时在组适配时可能得到多个等值的最小差。在此情况下，MPEG(电影专家组)已建议，除去在其中具有最大优先权、即首先获得的最小差外，所有其它的等值最小差将被排除，虽然这不是标准化的问题。其结果是，用这种方案在搜索组及相应的搜索区域之间正确的检测运动矢量是困难的。

发明概述

因此，本发明的主要目的是通过使用设有自适应滤波窗的中值滤波器提供精确确定运动矢量的一种改进装置。

根据本发明，提出一种用于在运动补偿视频信号编码器中确定运动矢量的装置，该运动矢量代表视频信号当前帧与一参考帧之间的位移，其中当前帧被分成多个处理组，每个处理组具有P×Q个象素，P及Q为大于2的整数，并且所述P×Q个象素中包括位于每个处理组中心的中心象素，该装置包括：对包括在当前帧中的每个象素提供运动矢量的装置，运动矢量包括中心运动矢量，物体运动矢量的每一个是用于每个中心象素的运动矢量；用于检测当前帧中一物体边缘位置的装置；以便产生边缘位置信号；具有滤波窗的滤波装置，用于对运动矢量进行中值滤波，并产生对于包括在当前帧中的象素的被滤波运动矢量，所述滤波窗口的规模随边缘位置信号而变化；用于在对于包括在每个处理组中的象素的被滤波运动矢量中，对具有相同值的被滤波运动矢量进行计数的装置，由此选择出第一及第二多数矢量，该第一及第二多数矢量分别代表对于所述每个处理组具有最大及第二最大计数的被滤波运动矢量；基于第一及第二多数矢量对于所述每个处理组计算误差函数的装置，由此在第一及第二多数矢量中选择一个获得最小误差函数的矢量作为输出运动矢量；基于中心运动矢量，第一多数矢量及第一多数矢量的计数为所述每个处理组产生选择信号的装置；及开关装置，它对选择信号作响应，用于在输出运动矢量及中心运动矢量中选择一个作为每个处理组的运动矢量。

附图说明

通过以下结合附图对一个优选实施例的描述，将会使本发明的上述及另外的目的和特征更为明显，其附图为：

图1分为图1A和图1B，表示用于确定视频信号目前帧和参考帧之间的运动矢量的本发明装置的方框图；

图2表示当前帧中的一个示范物体；及

图3表示根据本发明的用于象素的中值滤波的滤波窗。

具体实施方式

现在参看图1，它表示用来确定包括在当前帧中多个处理组中每个的运动矢量的本发明装置，每个处理组具有P×Q、例如7×7个象素。

当前帧数据作为输入数字视频信号供给到帧存储器100及运动矢量估算器200。来自帧存储器100的参考帧数据也供给运动估算器200。

运动估算器200用于借助于组适配算法确定包含在当前帧中每个象素的运动矢量。尤其是，为了确定包括在当前帧中的一个象素(“目标象素”)的运动矢量，利用目标象素作为参照建立一个M×N、例如3×3个象素的搜索组，目标象素与搜索组的中心相重合。该搜索组与包含在参考帧相应搜索区域中的所有候选组使用本领域中公知的组适配算法在一组接一组的基础上进行比较。通过使用组适配算法获得的搜索组的位移被规定为目标象素的运动矢量。相应于包括在当前帧中每个象素的每个运动矢量从运动估算器200提供到一个中值滤波器300，用于进一步处理。根据本发明，该运动估算器200也将中心象素的运动矢量提供给一个比较器510，每个中心象素是，当Q及P为奇整数时位于每个处理组中心的象素；当Q或P一个为偶整数时位于其中心的两个象素中的一个；当Q及P均为偶整数时位于其中心的四个象素中的一个。也就是中心象素是位于处理组中心至多四个象素中的一个。

如图1所示，当前帧数据也提供给一个边缘检测器400，它用于检测当前帧中一物体的边缘位置。该边缘检测器400对到来的当前帧中物体的边缘位置进行检测并产生边缘位置信号供给中值滤波器300。对边缘检测器400的操作在此不再赘述，因为它是在本技术领域中公知的(例如，参见“数字图象处理原理”A.K.Jain著Prentice-Hall International，1989年出版)。

在中值滤波器300中，通过使用合适的滤波窗对来自运动估算器200的每个运动矢量进行中值滤波操作。在本发明的一个优选实施例中，该中值滤波器300具有一个设有如图3中所示可变窗规模的自适应滤波窗，其中自适应滤波窗的规模随着来自边缘检测器400的边缘位置信号而变化。

根据本发明，该中值滤波器300渐增地扩展它的滤波窗，直到滤波窗的边界包含了任何边缘时为止。由图3可以看到，自适应滤波窗W1扩展到W2，W2包括图2中所示物体50的边缘位置。在图2中，所表示的在当前帧中的物体具有一个处理组25中，该组具有一个中心象素(a)。包含在处理组25的物体50的边缘位置利用(x)来标记，如图3中所示。

中值滤波器300，将包含在扩展自适应滤波窗W2中的象素(a)至(y)的运动矢量乘以预定的滤波系数，求其象素(a)至(y)运动矢量的平均值；并将该平均值指定为中心象素(a)的被滤波运动矢量。与包含在当前帧的每个处理组中的每个象素对应的每个被滤波运动矢量从中值滤波器300提供给一个择多检测器500。

择多检测器500接收与每个处理组、例如7×7个象素的处理组相对应的被滤波运动矢量，对具有同样值的被滤波运动矢量进行计数，并确定出第一及第二多数矢量，该第一及第二多数矢量各相当于具有最大及第二大计数值的被滤波运动矢量。第一及第二多数矢量通过择多检测器500的输出端子400A及400C分别被输出。同时，该择多检测器500通过其输出端子400B输出第一多数矢量的数目。

比较器515将来自择多检测器500的第一多数矢量的数目与一预定值、例如25相比较；并当第一多数矢量数目不小于25时，产生一个逻辑高信号给AND门520；否则它产生一个逻辑低信号给AND门520。比较器510将由输出端子400A提供的第一多数矢量与由运动估算器200提供的中心象素运动矢量进行比较；并当它们相等时产生一个逻辑高信号给AND门520；否则产生一个逻辑低信号。

为了对来自比较器510及515的输出信号作出响应，AND门520在来自比较器510及515的输出信号均为逻辑高时产生一个逻辑高信号作为开关530的控制信号CTL，否则就产生一逻辑低信号。

根据本发明，本发明装置还包括一个矢量选择单元600，用于在第一及第二多数矢量中选择一个能产生具有较小误差函数、如较小均方误差的运动补偿处理组的多数矢量。该矢量选择单元600包括预测器610及615以及均方误差(MSE)检测器620及625。

具体地，如图1中所示，第一及第二多数矢量从择多检测器500分别供给到预测器610及615。为对每个多数矢量作响应，每个预测器610及615从处理组中抽取出预测数据，也即经过线110从帧存储器来的与第一及第二多数矢量相对应的参考帧的象素数据，并将抽取的象素数据分别提供给MSE检测器620及625。MSE检测器计算两个输入信号之间的均方误差，这两个输入信号即为经由线105提供的当前帧的处理组数据及相应的预测数据，并分别将计算值，即均方误差E1及E2提供给比较器630。

比较器630比较两个输入值，即E1及E2，并产生出一个选择信号供给多路器(MUX)635，该多路器具有的两个输入端子与择多检测器500的输出端子400A及400C分别相连接。当E1不小于E2时，该比较器例如产生一个逻辑高的选择信号送给多路器635，由此将第一多数矢量经由线605提供给开关530的一个端子S2，否则就产生一个逻辑低的选择信号送给多路器635，由此将第二多数矢量提供给端子S2。

开关530响应控制信号CTL，在输入到两个端子S1及S2上的两输入信号中选择一个。换言之，当控制信号CTL为逻辑高时，开关530选择输入到端子S1的信号，即中心象素运动矢量，作为该处理组的运动矢量；否则的话，选择输入到端子S2的信号，即产生较小均方误差的多数矢量，作为该处理组的运动矢量。

虽然本发明仅是针对确定的优选实施例进行描述的，但是在不脱离如附设权利要求书所提出的精神及范围的情况下可作出另外的改型和变型。

Claims

1、一种用于在运动补偿视频信号编码器中确定运动矢量的装置，该运动矢量代表视频信号当前帧与一参考帧之间的位移，其中当前帧被分成多个处理组，每个处理组具有P×Q个象素，P及Q为大于2的整数，并且所述P×Q个象素中包括位于每个处理组中心的中心象素，该装置包括：

为包括在当前帧中的每个象素提供运动矢量的装置，该运动矢量包括中心运动矢量，每一个物体运动矢量是每个中心象素的运动矢量；

用于检测当前帧中一物体边缘位置的装置，以便产生边缘位置信号；

具有滤波窗的滤波装置，用于对运动矢量进行中值滤波，以便为包含在当前帧中的象素产生滤波运动矢量，所述滤波窗口的大小随边缘位置信号而变化；

用于为包含在每个处理组中的象素计数具有相同值的滤波运动矢量的数量的装置，由此选择出第一及第二多数矢量，对于所述每个处理组该第一及第二多数矢量分别代表具有最大及第二大计数的滤波运动矢量；

基于第一及第二多数矢量对于所述每个处理组计算误差函数的装置，由此在第一及第二多数矢量中选择一个获得最小误差函数的矢量作为输出运动矢量；

基于中心运动矢量、第一多数矢量及第一多数矢量的计数为所述每个处理组产生选择信号的装置；及

开关装置，对选择信号作响应，用于从输出运动矢量和中心运动矢量中选择一个作为每个处理组的运动矢量。

2、如权利要求1所述的装置，其中所述的用于产生选择信号的装置包括：

比较器(510)，用于比较所述的中心运动矢量和第一多数矢量是否相同并由此产生一个第一逻辑控制信号；

比较器(515)，用于将第一多数矢量的数目与一预定数值相比较并由此产生一个第二逻辑控制信号；

用于比较所述的第一逻辑控制信号和第二逻辑控制信号并作为响应产生一个开关选择信号的装置(520)。