CN1121123C - 边界匹配运动估算装置 - Google Patents

Abstract

确定表示视频信号的当前帧与前一帧之间位移的运动矢量的装置，包括：一误差检测器，比较块匹配部分计算出的误差函数，并按从小到大次序选择M个误差函数；一位移矢量选择器，选择M个位移矢量；一候选块选择器，选择M个候选块；M个边界匹配部分，生成M组边界差；M个比较与计数部分，将M组边界差与一预定值比较，计数大于该预定值的边界差的个数；以及一最佳运动矢量选择器，用于选择一具有最小值的计数数，确定与该选中的计数数对应的矢量，作为该搜索块的运动矢量。

Description

边界匹配运动估算装置

技术领域

本发明涉及一种确定运动矢量的装置；更具体地，涉及一种采用边界匹配技术确定运动矢量的改进的运动估算装置。

背景技术

在诸如高清晰度电视及视频电话系统等各种电子/电气应用中，可能需要以数字化方式传输图象信号。当用数字化方式表示图象信号时，必定会出现可观的数字数据量。然而，可供一条传统的传输信道利用的频带宽度是有限的，为了通过它来传输图象信号，不可避免地要压缩或减少传输的数据量。在各种视频压缩技术中，利用两个相邻的视频帧之间的视频信号的时间冗余性的运动补偿帧间编码技术进行信号压缩，已知是较高效的压缩技术之一。

在运动补偿帧间编码方案中，当前帧数据是根据当前与前面的帧之间的一种运动估算从前面帧数据中预测的。这种估算的运动可用表示前一帧与当前帧之间的象素的位移的二维运动矢量来描述。本技术中曾经提出过的运动矢量估算方案之一为一种块匹配算法(见诸如J.R.Jain等人的“帧间图象编码中的位移测定及其应用”(Displacement Measurement and itsApplication in interframe image Coding)，IEEE Transactions onCommunications COM-29(IEEE通信学报COM-29)，12号(1981年12月))

按照块匹配算法，将一个当前帧分成多个大小相等的搜索块。每一个搜索块的大小通常在8×8与32调32个象素之间的范围内。为了为当前帧中的一个搜索块确定一个运动矢量，在当前帧的搜索块与包含在前一帧内的一个通常较大的搜索区中的多个大小相等的候选块中每一个之间执行相似性计算。诸如平均绝对误差或均方误差之类的误差函数用来进行当前帧的搜索块与搜索区中的各候选块之间的相似性测定。并且按照定义，用一个运动矢量表示搜索块与一个最佳配块，即一个得出最小“误差”或差的候选块，之间的位移。

在这种运动估算中，在整个搜索区上只找出一个与给定的搜索块对应的最小平均绝对误差是所希望和合宜的。但是，有时可能在块匹配中找到多个相等的最小差。在这一情况中，MPEG(电影专家组Moving pictures Expert Group)建议，除了它们中具有最高优先级的最小差(即最先找到的一个)以外，将所有其余的相等最小差都略去，虽然这不是标准化的做法。结果，用这种方法难于在搜索块与对应的搜索区之间正确地检测出一个运动矢量。

发明内容

因此，本发明的一个主要目的为提供一种通过使用边界匹配技术能够精确地测出一个运动矢量的改进的运动估算装置。

按照本发明，提供了一种用于确定表示视频信号的当前帧与前一帧之间的位移的运动矢量的装置，其中该当前帧是分成多个大小讨目等的搜索块的，而该前一帧则具有大于一个搜索块的所述相等大小的多个搜索区，各搜索区包含多个所述相等大小的候选块，该装置包括：用于测定当前帧中的一个搜索块与包含在对应于该搜索块的搜索区中的所述多个候选块之间的位移矢量与误差函数的装置；用于互相比较这些误差函数并从最小的开始按它们的大小次序选择M个误差函数的装置，M为一个太于1的整数；用于从所述测定的位移矢量中选择M个位移矢量的装置，所述M个位移矢量分别对应于所述M个误差函数；用于从所述多个候选块中选择M个候选块的装置，所述M个候选块是分别从所述选择的M个位移矢量中得出的；用于生成M组边界差的装置，其中所述M组边界差中的各组表示M个候选块中各个中的边界象素与邻接所述边界象素的象素之间的差，并且所述邻接象素是包含在当前帧中的；具有M个比较与计数部分的装置，其中各比较与计数部分将所述M组边界差中一组中的各边界差与一个预定的值进行比较，以计数具有大于该预定值的值的边界差的数目；以及用于选择一个具有最小值的计数的装置，借此确定所述M个位移矢量中与所选中的计数对应的一个位移矢量，作为所述搜索块的运动矢量。

附图说明

从以下结合附图给出的较佳实施例的描述中，本发明的上述及其它目的与特征将是显而易见的，附图中：

图1，包括图1A与1B在内，示出按照本发明的能够测出一个运动矢量的一种边界匹配运动估算装置的示意性方框图；以及

图2说明一个候选块边界匹配操作的一个示例性视频帧。

具体实施方式

参见图1，其中示出了用在一个运动估算系统中的一种边界匹配运动估算装置的示意性方框图，它是通过利用相继的帧，即一个当前帧与其邻接的或前一帧之间的冗余性来达到显著的数据压缩的。这便是，在当前帧与前一帧之间可能存在着差，这些差是由于一个目标的位移或运动引发的；然而，这种差可能只局限在一个帧内的相对小的区域中。因此，没有必要将当前帧的全部图象数据传输给一台接收机(未示出)。反之，只需传输位移信息，即运动矢量，便足够了。然后，接收机便利用这些运动矢量，从其图象数据已存储在接收机的一个帧存储器中的前一帧中重构该当前帧。

如图1中所示，当前帧信号12作用在一个当前帧块形成部分10上。在当前帧块形成部分10上，将当前帧分成预定位置与大小的P×Q个象素的搜索块，P与Q为大于2的整数，诸如4。

将存储在一个帧存储器(未示出)中的前一帧信号22作用在一个搜索区形成部分15上。搜索区形成部分15定义具有相等大小的前一帧的搜索区，各搜索区的大小通常大于搜索块的大小，借此得以进行搜索或比较。

在搜索区形成部分15上确定了搜索区之后，便将搜索区数据作用在相应数目的候选块形成部分上，例如21至29。在各候选块形成部分上，从搜索区中生成P×Q个象素的一个候选块，并作为候选块的位移矢量，诸如31至39，输出候选块距离当前帧中的搜索块位置的相对位移。在确定的搜索区内形成全部具有P×Q个象素大小的可能的候选块，并得到对应于每一个候选块的一个位移矢量。

还从各该候选块形成部分21至29将各候选块的象素数据提供给各该块匹配部分41至49。在各该块匹配部分41至49上，计算来自当前帧块形成部分10的一个搜索块与来自对应的候选块形成部分21至29的候选块之间的一个误差函数。在搜索块与各该候选块的对应象索之间执行诸如光强度或亮度的比较，而为所述的各候选块产生一个误差函数。该误差函数表示搜索块与所述各候选块之间的相似程度。

将来自块匹配部分41至49的全部误差函数提供给一个误差检测器50。误差检测器50互相比较这些误差函数，并从一个最小的开始按它们的大小的次序选择M个误差函数，M为一个大于1的整数，诸如3。

误差检测器50将指示对应于第一、第二与第三最小误差函数的块的选择信号输出到一个位移矢量选择器60。还将从候选块形成部分21至29得到的位移矢量31至39送至位移矢量选择器60。然后，位移矢量选择器60从提供给它的该组位移矢量31至39中选择三个位移矢量，这三个选中的位移矢量分别与第一、第二与第三最小的误差函数相对应。这便是，响应误差检测器50提供的选择信号，位移矢量选择器60从位移矢量31至39中选择三个位移矢量。然后将选中的位移矢量62、64与66提供给一个候选块选择器70及一个最佳运动矢量选择器100，供从选中的位移矢量62、64与66中选择一个作为该搜索块的运动矢量。还将候选块形成部分21至29提供的象素数据111至119提供给候选块选择器70。在候选块选择器70上，从所有包含在与提供给它的搜索块相对应的搜索区中的候选块中选择三个候选块，选中的三个候选块是从选中的位移矢量62、64与66中导出的。分别将选中的候选块馈送到边界匹配部分82、84与86。还将当前帧数据13提供给各边界匹配部分82、84与86，供其进行边界匹配操作。各边界匹配部分82、84与86的操作基本上是相同的；因此，只参照图2代表性地详细描述边界匹配部分82的操作。在图2中，为了描述候选块的边界象素与邻接这些边界象素的象素之间的边界匹配操作(所述相邻的象索是包含在当前帧中的)，示出了一个示例性视频帧。

在本发明的一个较佳实施例中，边界匹配部分82从当前帧中去掉搜索块并将得出最小误差函数的候选块放置在去掉的搜索块的位置上；然后，计算候选块100的边界象素(诸如A至L)与当前帧内与放置在去掉的搜索块的位置上的候选块100的边界象素相邻的象素(诸如A’至A”)之间的边界差，从而生成边界差的绝对值到一个比较与计数部分92。换言之，将边界差(诸如A-A’至A-A”)的绝对值提供给比较与计数部分92。该比较与计数部分将该绝对值与一个预定的值进行比较；并计数具有大于该预定值的边界差的个数，从而将计数值提供给最佳运动矢量检测器100。类似地，边界匹配部分84、86为使候选块产生第二与第三最小的误差函数，执行与边界匹配部分82相同的操作。同时，比较与计数部分94、96执行与比较与计数部分92相同的操作。最佳运动矢量检测器100选择具有最小值的计数数来确定三个位移矢量62、64、66中与选中的最小计数数对应的一个位移矢量，作为该搜索块的运动矢量。

虽然本发明是参照特定的实施例示出与描述的，但是对于熟悉本技术的人员而言，显然可以不脱离所附的权利要求中所定义的发明精神与范围而作出许多变化与修正。

Claims (1)

1、一种用于确定表示视频信号的一个当前帧与前一帧之间的位移的运动矢量的装置，其中该当前帧是分成多个大小相等的搜索块的，而该前一帧则具有大于一个搜索块的所述相等大小的多个搜索区，各搜索区中包括多个所述相等大小的候选块，该装置包括：

用于检测当前帧中的一个搜索块与包含在与该搜索块对应的一个搜索区中的所述多个候选块之间的位移矢量与误差函数的装置；

用于互相比较这些误差函数，并从最小的一个开始按它们的大小的次序选择M个误差函数的装置，M为大于1的一个整数；

用于从所述检测出的位移矢量中选择M个位移矢量的装置，所述M个位移矢量分别对应于所述M个误差函数；

用于从所述多个候选块中选择M个候选块的装置，所述M个候选块是分别从所述M个选中的位移矢量中推导出的；

用于生成M组边界差的装置，其中所述M组边界差中各组表示各该M个候选块中的边界象素与所述边界象素的邻接象素之间的差，所述邻接象素是包含在当前帧中的；

具有M个比较与计数部分的装置，其中各该比较与计数部分将所述M组边界差的一组中的各边界差的绝对值与一个预定值进行比较，以计数具有大于该预定值的值的边界差的个数；以及

用于选择一个具有最小值的计数数的装置，借此确定所述M个位移矢量中与所选中的计数数对应的一个矢量，作为所述搜索块的运动矢量。

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