CN1781316A - 用于减少视频伪影的偏移运动矢量内插 - Google Patents

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Abstract

在视频处理系统中，其中为形成视频帧的数据块的子集估计运动矢量并且为该帧的剩余块内插运动矢量，一种方法包括为没有估计运动矢量的当前帧的至少一个块(204)确定左边块或右边块是否具有估计的零运动矢量(206)；确定在先前帧中所述至少一个块是否具有估计的零运动矢量(206)；以及如果所述两个确定是肯定的(208)，为所述至少一个块提供预确定的运动矢量。所述预确定的运动矢量可以是零运动矢量(208)。

Description

用于减少视频伪影的偏移运动矢量内插
本发明通常涉及图像处理，并且更具体而言涉及用于减少视频伪影的偏移(biased)运动矢量内插的方法。
半导体制造、数字系统结构和通信基础结构的发展已经提供了用来产生和输送大容量视频内容的装置。这些发展除了使产生和输送这样的视频内容成为可能之外还使并入视频处理电路和软件对于消费电子产品来说是经济合理。
尽管在消费电子产品中可能实现了视频内容的输送和重放以及在一些情况下视频内容的产生，但是希望以低成本方式产生这样的消费电子产品。类似地，尽管在通常可用的通信基础结构中业务量已经大幅增加，然而希望减少用于通信实际所存在的数据量。通常通过试图减少由这样的设备执行的所需任务的计算复杂性来实现产生低成本操作视频数据的产品的目标。通常通过压缩源材料以便传输较少数据来实现减少通信业务量的目标。
已经开发了各种已知的方案、技术和标准，用于压缩和解压缩视频数据以及其它类型的图像数据。视频压缩的一个通用方法利用以下事实，即在一个视频帧和下一个时间上连续的视频帧之间通常有显著数量的共性。这样的方法可以编码第一帧，然后处理一个或多个随后帧以产生“运动矢量”，这些“运动矢量”然后被传输以替代这些随后的帧。运动矢量基本上包含比帧少的数据，从该帧中得到运动矢量以便产生较少的数据业务量用于传输。可以使用运动矢量来重构视频数据用于重放。
应该理解，各种视频压缩方案甚至可以用于不打算在通信网络上传输的情况，例如当将压缩视频存储在CD、DVD、磁盘、视频磁带或其它这样介质时。
在有时在视频数据上执行的以及称为“扫描率变换”的过程中，一些运动矢量可以被其它运动矢量内插而不是从它们相应的实际视频数据中得到。这样的一个过程提供了运动估计。通常通过为每一个其它像素块(其中该块通常是8像素×8像素)得到一个运动矢量来执行这个估计。因此，整个图像的一半运动矢量实际上是由其它运动矢量内插而来，而不是从实际视频数据中得到。这样做可以节省计算、存储器、总线带宽等等。通常，使用平均或中值滤波技术来产生丢失的运动矢量。
不幸地是，有时在重放期间系统中产生不希望的视频伪影，该系统是使用从其它运动矢量中计算运动矢量，而不是得到所有运动矢量的方法。
所需要的是用于内插运动矢量从而使得减少视频伪影产生的方法。
简要地，在视频处理系统中，其中为形成视频帧的数据块的子集估计运动矢量以及为该帧的剩余块内插运动矢量，该方法包括为没有估计运动矢量的当前帧的至少一个块确定该至少一个块的左边块或右边块是否具有估计的零运动矢量，确定该至少一个块在先前帧中是否具有估计的零运动矢量，以及如果上述两个确定都是肯定的，则为该至少一个块提供预确定的运动矢量。这样预确定的运动矢量可以是零运动矢量。
图1说明了划分为块的视频数据帧；
图2是说明了根据本发明的提供运动矢量的过程的流程图。
通常，本发明涉及用于估计视频材料中运动矢量的方法。本发明相对于用于内插未估计的区域或块的运动矢量的当前内插算法来说是一种改进。本发明的各种实施例提供一种运动矢量内插的方法，可以使用该方法改进用任何随意选择的内插算法取得的结果。在跳过块的区域中仅仅获得非零运动矢量的情况下，然后跳过块接收即被指定一个运动矢量，已经从具有非零运动矢量的周围块的运动矢量中内插该运动矢量。然而，如果与跳过块的左边块或右边块(即跳过块周围的块)相关联的运动矢量是零并且先前(估计)运动矢量(对于跳过块来说)也是零，则将预确定的运动矢量(例如零运动矢量)用作跳过块的当前运动矢量。
在这里提到“一个实施例”、“实施例”或类似表示意味着，结合实施例所描述的特定特征、结构、操作或特性被包含在本发明的至少一个实施例中。因此，在这里这样短语或表示的出现未必都指同一实施例。另外，可以以任何合适的方式将各种特定特征、结构、操作或特性结合到一个或多个实施例中。
像素指的是图像单元。像素基本上是显示器的最小可寻址单元。表示像素的一个通用方法是作为数字数据的一个或多个比特。
块指的是像素的集合，该集合是组成帧或图像的像素子集。
邻域指的是在任何特定块的预确定范围内的一个或多个块。在一些实施例中，邻域包括但不局限于紧邻给定块的块。然而，本发明不局限于任何特定范围或用于定义哪些块是在给定块的邻域内的规则集合。
跳过块指的是没有估计运动矢量的块。根据本发明，将预确定的运动矢量(例如，零运动矢量)或内插的运动矢量指定给跳过块或者为跳过块产生预确定的运动矢量(例如，零运动矢量)或内插的运动矢量。
估计的运动矢量指的是从像素信息的处理过程得到或获得的运动矢量。
内插的运动矢量指的是从估计的运动矢量的处理过程得到或获得的运动矢量。
参考图1，示出了用于视频数据帧的划分或子拆分的说明性布局。更具体而言，可以将视频数据的帧表示为像素的二维阵列。在一些实施例中，由数据的一个或多个数字比特表示每一个像素。对于许多视频处理算法来说，对视频数据块进行操作是有用的。视频数据的这些块是像素的二维集合，该集合表示视频数据帧的子集或子阵列。尽管通常块大小是8像素×8像素，但是这些块可以是任何特定大小。视频数据的块可以以X、Y坐标系统为参考。在这样一个系统中，每一块可视为在一行和一列中。在本上下文中，行表示一系列水平定向的块，每一块将被顺序地显示在光栅类型的显示器的显示屏幕上。类似地，列表示一组垂直定向的块。如图1所示的，示出了N×M阵列的块，其说明了将二维的视频数据帧划分为子阵列的集合(即，块)。在图1的说明性寻址方案中，箭头表示上升X和Y坐标值的方向。划分为块的说明性的视频数据帧是一种与这种类型数据一起工作的方便设备，因为它对应于从视频数据帧中产生的显示器的空间布局。然而，应该指出，在根据本发明的视频处理系统的任何特定实现中，可以以任何便利或合适的模式将视频数据存储在存储器或类似存储系统内，并且不必以与将数据显示在可视显示器上的相同顺序在这种存储系统中分配该视频数据。
在当前正在使用的运动估计器中，尤其对于扫描率变换，为每隔一个像素块产生(即估计)运动矢量，其中块通常是8像素×8像素。因此，仅仅为一半图像数据产生基于实际视频数据的运动矢量。对于块的一半跳过基于实际视频数据产生运动矢量的基本原因是减少对计算资源的需求。如上所述，确定像素块的运动矢量具有计算成本，并且以此方式充分减少计算量也减少了在电子产品中对计算资源的需求，并由此减少了该产品的成本。然而，由于在任何运动补偿过程中都需要每个像素块的运动矢量，因此需要以这样一种方式为没有执行运动矢量计算的这些块产生运动矢量，该方式比直接从像素数据得到运动矢量具有较少的计算强度。
以具有希望的较低计算成本的方式产生“丢失”运动矢量的通用方法是使用平均或中值滤波技术(或二者的组合)产生跳过块的运动矢量。因此，固有地实现了一致性。
如上所指出的，在某些情况下运动估计器可能仅仅为部分图像估计运动，即仅仅为组成视频数据帧的块的子集估计运动。然后属于未估计区域或块的运动矢量从直接邻域中块的估计运动矢量内插而来。一种类型的问题可能发生在例如字幕的左边，因为第一个字母可能落入不是基于实际视频数据得到运动矢量的块中，因此该块的运动矢量需要从其邻域中内插。如果字幕周围的视频是移动的，很可能利用现有最新技术包含第一个字母的块可能得到非零运动矢量，因此有可能产生由于运动补偿技术导致的伪影。
就视频重放中改进的可视显示器而言，尤其就减少的视频伪影而言，本发明的各种实施例提供了期望的结果。这对于减少出现在常规系统中，尤其在包含字幕的图像区域中的这种伪影是有用的。本发明的这些各种实施例可以与任何数目的普通内插过程一起使用。在这个方面，本发明的实施例可以容易地应用于广泛种类的现有视频处理系统和处理过程中。
在一个说明性实施例中，使用普通的内插过程产生并指定运动矢量给在仅仅包含非零运动矢量的图像区域中没有估计运动矢量的块(即跳过块)。然而，如果在左边或右边的估计块具有零运动矢量以及在先前帧中当前块的估计运动矢量是零运动矢量，则将零运动矢量指定给跳过块。
参考图2，示出了根据本发明的说明性方法。在处理一系列视频数据帧的上下文中执行本说明性方法，其中视频数据帧被子拆分或者划分为块，通常是8像素×8像素。在图2中，“MV”表示运动矢量；“X”表示X维(通常是水平的)的块坐标；“Y”表示Y维(通常是垂直的)的块坐标；以及“n”表示当前的视频数据帧。关于当前的视频数据帧，为每隔一个块，即为当前视频数据帧的块的一半估计运动矢量202。通过估计运动矢量，意味着从对视频数据执行的操作中得到运动矢量。在图2的说明性例子中，使用五点形子采样模式。在估计运动矢量之后，选择没有估计运动矢量的视频数据的第一块204。令第一选择块的坐标为(X，Y，n)。更加一般地，第一选择块可以称为当前块(X，Y，n)。然后确定关于第一选择块(即(X，Y，n))的左边块的运动矢量(即MV(X-1，Y，n))或右边块的运动矢量(即MV(X+1，Y，n))是否具有零运动矢量；以及确定先前帧中第一选择块的运动矢量是否是零运动矢量206。如果确定是肯定的，将零运动矢量指定给当前块(即MV(X，Y，n)是零运动矢量)208。如果206的确定是否定的，则从第一选择块的邻域内插运动矢量以及将运动矢量指定给那个块210。在已经将运动矢量指定给第一选择块(208或210)之后，确定关于需要被指定运动矢量的所有块是否已经被处理212。如果212的确定是肯定的，则已经完全处理了当前帧并且系统准备下一个任务216。如果212的确定是否定的，则选择在当前视频数据帧中没有估计运动矢量的另一块214，并且过程在206继续。
应指出，关于块和运动矢量的关系，各种视频压缩/解压缩系统使用运动矢量从初始帧以及从由运动矢量表示的变化中重建视频回放。换句话说，不是传输各种数据块中的实际视频信息而是传输运动矢量。在这点上，可以说运动矢量被“指定”给块、被“提供”给块或与块相“关联”。应该理解，可以稍微相互交换地使用这些词并且它们意味着通过将运动矢量应用到视频数据的“初始帧”来传达运动矢量和要被重建的块之间的关系。
在本发明的典型实施例中，根据图2中说明的方法接收和处理多个视频数据帧。
本发明的各种实施例包括用于减少处理的视频数据中伪影的方法和设备。这样的实施例可适合用于运动估计器和补偿器。更具体而言，本发明的各种实施例提供了关于为非估计区域或块内插运动矢量所用的常规内插处理过程的改进。
本发明的一些实施例的优点包括减少与视频处理系统中字幕相关联的视频伪影，该视频处理系统仅仅为视频数据帧的一部分块提供估计的运动矢量，而不处理任何额外的块或像素、数据。
应该指出，根据本发明的许多可替换的实施例是可能的。在一个这样的可替换实施例中，与当前选择块在空间和/或时间上进一步分离的块相关联的运动矢量被估计确定是否将零运动矢量指定给当前选择块。应该指出，这样的实施例可以需要额外的计算资源，尤其是利用与当前块在时间上进一步分离的块的实施例通常需要额外的存储资源以保持这样的历史。其它可替换的实施例可以包括指定除了零运动矢量之外的运动矢量，即预确定的但非零的运动矢量。
另一其它可替换实施例可以包括不同于五点形子采样模式的采样结构。原则上，任何场变换采样模式都可包含在本发明的实施例中。已经显示了五点形子采样模式来说明本发明。
本发明可以实现为基于电路的解决方案，该解决方案可能在单独集成电路上实现。正如本领域的技术人员显而易见的，也可以作为软件程序中的处理操作来实现电路元件的各种功能。这样的软件可以用于例如数字信号处理器、微控制器或通用计算机。
可以以用于实践这些方法的方法和设备的形式实现本发明。也可以以例如在穿孔卡、磁带、软盘、硬盘驱动器、CD-ROM、闪存卡或任何其它机器可读的存储介质的可触介质上实施的程序代码形式来实施本发明，其中当程序代码加载到机器(例如计算机)并且由机器(例如计算机)执行时，该机器变成实践本发明的设备。也可以以程序代码形式实施本发明，这些代码例如存储在存储介质上，加载到机器和/或由机器执行，或者在一些传输介质或载体上(诸如在电线或电缆上、通过光纤、或经由电磁辐射)传输，其中当程序代码加载到机器(例如计算机)并且由机器(例如计算机)执行时，该机器变成实践本发明的设备。当在通用处理器上执行程序代码时，程序代码段与处理器结合提供操作类似于专用逻辑电路的唯一设备。
应该理解，本发明不局限于上述实施例，而是包括在所附权利要求范围内的任何和所有实施例。

Claims (20)

1.一种处理视频数据的方法，包括：提供视频数据帧，所述视频数据帧包括多个像素块，所述块在二维阵列行和列中是可寻址的；选择视频数据帧的可替换块并为选择块估计运动矢量；选择还没有被估计运动矢量的视频数据帧的至少一个块(204)，并且确定所述选择的至少一个块的左边块或右边块是否具有估计的零运动矢量(206)，并且确定在先前的帧中所述选择的至少一个块是否具有估计的零运动矢量(206)；以及如果所述确定是肯定的(208)，将预确定的运动矢量提供给所述选择的至少一个块。
2.权利要求1的方法，其中左边块是顺次地位于所述选择的至少一个块前面的块，右边块是顺次地跟随所述选择的至少一个块的块，以及所述预确定的运动矢量是零运动矢量。
3.权利要求1的方法，其中所述先前的帧是紧接在前的视频数据帧。
4.权利要求1的方法，其中选择可替换块包括使用五点形子采样模式。
5.权利要求1的方法，还包括，如果所述确定是否定的，则从邻域的估计块的运动矢量中内插运动矢量，以及将内插的运动矢量提供给所述选择的至少一个块，以及其中预确定的运动矢量是零运动矢量。
6.权利要求1的方法，还包括确定还没有被估计运动矢量的当前视频数据帧的所有块是否都被提供了运动矢量。
7.权利要求6的方法，其中提供给还没有被估计运动矢量的当前视频数据帧的块的运动矢量是选自由零运动矢量和从被提供运动矢量的块的邻域内插的运动矢量组成的组。
8.权利要求7的方法，还包括存储视频数据帧的估计运动矢量。
9.一种为数据帧的第一多个块产生运动矢量的方法，包括：为第二多个块的每一个块估计运动矢量，所述第二多个块是第一多个块的子集；为第三多个块的每一个块确定所述第三多个块的每一个块的左边块或右边块是否具有估计的零运动矢量(206)，所述第三多个块是第一多个块的子集并且与第二多个块没有重叠(204)，以及确定在先前帧中是否给第三多个块的每一个块指定零运动矢量；将零运动矢量指定给所述确定是肯定的第三多个块的每一个块(208)；以及将从分别在所述确定是否定的第三多个块的每一个块的周围的块的邻域的估计运动矢量内插的运动矢量指定给所述确定是否定的第三多个块的每一个块。
10.权利要求9的方法，还包括选择第二多个块作为二维阵列中的可替换模式。
11.权利要求9的方法，还包括根据五点形子采样模式选择第二多个块。
12.权利要求9的方法，其中第二多个块包括第一多个块的一半。
13.权利要求12的方法，其中数据帧包括视频数据。
14.权利要求13的方法，还包括接收多个视频数据帧。
15.权利要求14的方法，还包括为第二多个块的每一个块存储估计的运动矢量。
16.权利要求15的方法，其中第三多个块的每一个块的左边块包括表示紧接在第三多个块的每一个块的前面分别显示的数据的块。
17.权利要求16的方法，其中第三多个块的每一个块的右边块包括表示紧跟在第三多个块的每一个块的后面分别显示的数据的块。
18.权利要求17的方法，其中估计运动矢量包括在块内处理像素信息。
19.权利要求18的方法，还包括存储内插的运动矢量。
20.一种制造产品，包括：介质，在该介质上编码有机器可理解的指令；以便当机器理解和执行所述指令时使机器：提供视频数据帧，所述视频数据帧包括多个像素块，所述块在二维阵列行和列中是可寻址的；选择视频数据帧的可替换块并且为选择的块估计运动矢量；选择还没有被估计运动矢量的视频数据帧的至少一个块(204)，并且确定所述选择的至少一个块的左边块或右边块是否具有估计的零运动矢量(206)，并且确定在先前的帧中所述选择的至少一个块是否具有估计的零运动矢量(206)；以及如果所述确定是肯定的(208)，将零运动矢量提供给所述选择的至少一个块。
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