CN1137210A - 确定特征点的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用来确定特征点的新方法包括步骤：检测视频帧中的边缘点，将在所述每个搜索区域中具有最大边缘点数目的块选择为处理块；将处理块划分成多个候选块；及在处理块中选择具有最大数目边缘点的候选块并将选出的候选块的中心象素确定为一个特征点。

Description

确定特征点的方法
本发明涉及一种用来确定特征点的方法，具体地涉及通过基于物体边缘特征点的确定能有效地对视频信号编码的方法。
众所周知，数字化视频信号的传输可以传送比模拟信号传输质量好得多的视频图象。当包括一个序列图象“帧”的图象信号以数字形式表达时，就产生出大量的用于传输的数字数据，尤其是在高清晰度电视系统中更是如此。但是，由于可得到的传统传输频道的频带宽度是有限的，因此为了通过有限的频道带宽传输大量的数字数据，就不可避免地要压缩或减少传输数字数据容量。在各种视频信号压缩技术中，其中所谓混合编码的技术被认为是最有效的，该技术将时间及空间压缩技术与统计编码技术结合在一起。
大多数混合编码技术使用了移动补偿DPCM(差分脉冲码调制)，二维DTC(离散余弦变换)，DCT系数量化，及VLC(可变长度编码)。移动补偿DPCM是这样一种方法：评价当前帧与在先帧之间物体的移动，并根据物体移动流预测当前帧，以产生代表当前帧与其预测帧之间差值的差分信号。这些方法譬如描述在Staffan Ericsson著的“用于混合预测/变换编码的固定及自适应预测器”，IEEE，通信会刊，COM-33，第12期(1985年12月)及Ninomiya和Ohtsuka著的“用于电视图象的移动补偿帧间编码方案”IEEE，通信会刊，COM-30，第1期(1982年1月)中。
尤其是，在移动补偿DPCM中，基于对当前帧及在先帧之间物体移动的估算从相应的在先帧数据中预测出当前帧数据。这种被估算的移动可用代表在先及当前帧中相应象素之间的位移的二维移动矢量的措词来描述。
对于估算物体象素的位移具有两种基本方案：一种是逐个块地估算，另一种是逐个象素地方案。
在逐块移动估算中，将当前帧中的一个块与在先帧中的各块相比较直到确定出最佳适配为止。为此，对于被传输的当前帧可以估算整个块的帧间位移矢量(代表在帧之间已移动了多少象素块)。但是，在逐块移动估算中，如果在一块中所有象素不以同一方式移动，会产生出差的估算，由此降低了整个图象的质量。
另一方面，使用逐个象素的方案，对于每一个象素确定出其位移。这种方案能得到更精确的象素值估算，并具有易于处理比例变化的能力(例如变焦，垂直图象平面的移动)。但是，在逐象素的方案中，由于移动矢量是对每一个象素确定的，实际上不可能对一个接收机传输所有的移动矢量。
为了对由逐象素方案产生的过剩或多余传输数据处理问题作出改善而导入的一种技术是基于特征点的移动估算技术。在该基于特征点的移动估算技术中，在发送端的编码器中确定出一组选择象素，即特征点，然后在接收端的解码器中作反向处理，并且用于特征点的移动矢量被传输到接收机而不具有它们位置数据，其中特征点被规定为在先帧或当前帧中能代表视频信号中物体移动的象素，它使得对于当前帧中所有象素的移动矢量能从接收机中的那些特征点被复原或由特征点的象素来近似。采用基于特征点移动估算的一种编码器公开在一共享的相关申请：US序列号08/367,520，名称为“使用逐象素移动估算对视频信号编码的方法及装置”中，在该编码器中，首先对于包含于在先帧中的所有象素选择多个特征点。然后对选择出的特征点确定移动矢量，其中每个移动矢量代表在先帧中一个特征点与一个相应适配点即当前帧中最相似的象素之间的空间位移。尤其是，在当前帧中的一个搜索区域中搜索出对于每个特征点的适配点，其中搜索区域定义为包围着相应特征点的预定范围的区域。在基于特征点的移动估算技术中，由于基于对于一组特征点的那些移动矢量从在先帧中预测出当前帧，因此选择能正确代表物体移动的特征点是很重要的。
典型地，在采用基于特征点的移动估算的编码器及解码器中，使用栅格(grid)技术来选择多个特征点。
在使用各种类型栅格、例如矩形或六边形栅格的栅格技术中，其节点即栅格的格线的交点或格点被确定为特征点。但是，该栅格点不总是能正确代表物体的移动，会产生差的物体移动评价。
因此，本发明的主要目的在于提供一种改善的特征点确定方法，它能有效地通过基于目标边缘确定特征点对视频信号编码。
根据本发明，提供一种用在采用基于特征点的移动补偿技术的视频信号处理器中用来确定特征点的方法，所述特征点是能够代表视频帧中目标移动的象素，它包括以下步骤：
产生视频帧上的一个栅格以提多个栅格点，这些栅格点是位于栅格节点上的象素位置；
产生多个搜索区域，每个搜索区域具有在其中心的一个栅格点并包括多个块；
检测视频帧中的边缘点；
将在所述每个搜索区域中具有最大边缘点数目的块选择为处理块；
将处理块划分成多个候选块；及
在处理块中选择具有最大数目边缘点的候选块并将选出的候选块的中心象素确定为一个特征点。
通过以下结合附图对优选实施例的描述，将会使本发明的上述及另外目的及特征更加阐明，附图为：
图1表示本发明的确定特征点设置的电路框图；
图2表示通过使用矩形栅格产生的示范性栅格点；
图3表示图1中第一选择单元的详细电路框图；
图4表示根据本发明的特征点选择操作。
参见图1，它表示一个用在适用于基于特征点移动补偿技术的编码器及解码器中的装置，它将根据本发明来确定特征点，其中的特征点被定义为能够代表视频信号中目标移动的象素。
视频帧的数字视频信号，例如在先帧或当前帧的数字视频信号被供给到边缘检测单元100。边缘检测单元100通过使用传统的梯度算子，例如索贝尔算子(sobel operator)检测视频信号中的边缘点。例如，方向梯度，如象素位置(x，y)上的水平及垂直梯度Gx(x、y)和Gy(x、y)，使用水平及垂直索贝尔算子被计算出来，则在象素位置(x、y)上的梯度幅值g(x、y)可以如下地获得：
  g(x、y)＝|Gx(x、 y)|+|Gy(x、 y)|然后通过对于视频帧中每个象素将梯度幅值与一预定阈值Te相比较来检测视频帧的边缘点。这就是，如果g(x、y)超过Te，象素位置(x、y)就是边缘点。
因而，将代表边缘点位置的边缘信号eg(x、y)提供给第一及第二选择单元130及150。
在此期间，栅点生成单元110产生栅格并将多个栅格点提供给第一选择单元130，其中栅格点为位于栅格节点上的象素位置，如A至F，即为图2中虚线表示的矩形栅格线的交点。
参见图3，它表示图1中所示第一选择单元130的细节。如图3所示，来自于栅格点生成单元110的线L12上的栅格点GP(x、y)被输入到一个搜索区域形成单元10。
为响应栅格点GP(x、y)，搜索区域形成单元10形成一个(N+1)×(N+1)象素，如11×11象素(N为整偶数)并在其中心具有栅格点GP(x、y)的搜索区域，其中搜索区域包括m个数目的(L+1)×(L+1)象素，如5×5象素(L为小于N的整偶数)的处理单元。接着，搜索区域形成单元10将代表搜索区域位置的搜索区域地址提供给处理块形成部分20-1至20-m。
每个处理块形成单元20-1至20-m将代表搜索区域中每个处理块位置的处理块地址提供给边缘点计数器40-1至40-m；及将代表每个处理块中心象素位置的中心点经由线L30-1至L30-m提供给多路器70。
在此期间，来自于边缘检测单元100的边缘信号eg(x、y)被提供到边缘点计数器40-1至40-m。
为响应由处理块形成部分20-1至20-m供给的处理块地址，每个边缘点计数器40-1至40-m对包括在每个处理块中的边缘点的数目进行计数，以产生出边缘点计数值。
来自于边缘点计数器40-1至40-m的所有边缘点计数值被提供给最大值检测器60，其中将所有的边缘点计数值相互比较，并选择一个最大边缘点计数值，以将一选择信号，即指示具有最大数目边缘点的处理块的选择信号提供给多路器(MUX)70。如果不止一个具有相同最大边缘点数目的处理块，则选择信号指示与栅格点最近的处理组。
为响应选择信号，MUX70选择具有最大边缘点数目的处理组的中心点并将它作为搜索区域的预特征点提供出来。
在第一选择单元130中如上所述地获得的预特征点被提供给第二选择单元150。
第二选择单元150的操作基本上与第一选择单元130的操作相同，所不同的是，它将其搜索区域规定为在其中心上具有预特征点的处理块，以取代在其中心具有输入栅格点的搜索区域。这就是说，为了响应预特征点，第二选择单元150将在其中心上具有预特征点的处理块划分成多个候选块。以及，第二选择单元150在处理块中选择一个具有最大边缘点数目的候选块，并将所选择的候选块的中心象素确定为在其中心上具有栅格点的搜索区域的特征点，由此提供代表特征点位置的特征点信息。如果不止一个具有相同最大边缘点数目的候选块，则将与中心点最近的候选块的中心象素选择为特征点。并且，如果在搜索区域中未发现边缘点时，则将包含在搜索区域中的栅格点本身选择为特征点。
在图4中，示范地表示出如上地选择的特征点，其中的点代表象素，及以X表示的点代表边缘点，块SR表示具有星标记栅格点G的搜索块，子块PB表示具有中心点C的处理块，更小的子块CB示例地表示具有特征点F的一个候选块。
虽然本发明针对一个具体地实施例作出了描述，但对于熟悉该技术领域的人员来说，显然地，在不偏离以下权利要求书所限定的本发明精神及范围的情况下可以作出各种变化和改型。

Claims (3)

1、一种用在采用基于特征点的移动补偿技术的视频信号处理器中来确定特征点的方法，所述特征点是能够代表视频帧中目标移动的象素，它包括以下步骤：
产生视频帧上的一个栅格以提供多个栅格点，这些栅格点是位于栅格节点上的象素位置；
产生多个搜索区域，每个搜索区域具有在其中心上的一个栅格点并包括多个块；
检测视频帧中的边缘点；
将在所述每个搜索区域中具有最大边缘点数目的块选择为处理块；
将处理块划分成多个候选块；及
在处理块中选择具有最大数目边缘点的候选块并将选出的候选块的中心象素确定为一个特征点。
2、根据权利要求1所述的方法，还包括：
当包括所述栅格点的搜索区域在其中无节点时，选择栅格点作为一个特征点的步骤。
3、根据权利要求1所述的方法，其中当不止一个具有相同最大边缘点数目的候选块时，将与处理块中心象素最近的候选块的中心象素选择为特征点。
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