CN1829325A - 动态调整运动估计的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种动态调整运动估计的方法及系统，用以在前一帧中设定一搜寻范围，以根据一当前帧的每一宏块而在该搜寻范围内找到对应的宏块来决定其运动向量，其由当前帧的一目标宏块与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块来决定一运动向量；再由该目标宏块、参考宏块及运动向量而决定该目标宏块的压缩模式；且根据该储存的模式数据及运动向量而决定一搜寻范围，以在节省运算量及使用频宽的情形下，达到高效率的图像压缩。
Description
技术领域
本发明涉及一种运动估计方法及系统，特别是涉及一种动态调整运动估计的方法及系统。
背景技术
在国际视频压缩标准(MPEGx，H.26x)中，使用块匹配(blockmatching)的运动估计(motion estimation)的帧间(inter-frame)预测技术已广泛用来达到对移动图像数据的高效率编码，如图1所示的帧间编码(inter-frame coding)的过程，其中，MPEG系统将帧切分为许多宏块(MacroBlock，MB)，假设先前帧11(Previous Frame)为I-Frame或P-Frame，当前帧12为P-Frame，编码的方式是对先前帧11的每一宏块101’求出其运动向量(Motion Vector，MV)，据此对先前帧11进行运动估计而获得一预测帧13，再将预测帧13与当前帧12相比较而得到一差异帧14，据此，在传输或储存时，只需保有运动向量及差异帧14即可达成有效压缩的目的，而在解压缩时，将运动向量与差异帧14传送给MPEG译码器，即可根据运动向量到先前帧11中读出相对应的宏块，再加上差异帧14的宏块，即可还原当前帧12的宏块。
参照图2所示，前述的运动估计是根据当前帧12的每一宏块101而在先前帧11中的一搜寻范围111内找到对应的宏块101’，而可得知此宏块101’的移动行为，进而决定其运动向量。由于运动估计需进行宏块的比对，因此，其在视频压缩中占运算量及频宽很大的比例，而其中搜寻范围111的设定即是主要的因素，当搜寻范围111过大时，将导致浪费计算量而使压缩效能不显著，反之，当搜寻范围111过小时，将导致无法搜寻到对应的宏块而造成压缩比例的下降。因此，如何决定一适当的搜寻范围111实际上是一个极重要的课题。
为正确决定一搜寻范围，图3显示一种公知的做法，其中先前由输入目标宏块101与搜寻范围111内的参考宏块101’经运动估计所决定的运动向量MV暂存在一运动向量内存31中，以在当前由输入目标宏块101与搜寻范围111内的参考宏块101’进行运动估计时，根据储存在运动向量内存31的先前运动向量MV而选出一搜寻范围(1~N)。这种做法由于只使用运动向量来调整搜寻范围，因此，当遇到例如场景变化(Scene change)或前一张场景被遮住的背景等较复杂的视频时，由于先前帧与当前帧的差异过大，将无法有效预测正确的搜寻范围，另一方面，只以运动向量来调整搜寻范围时，容易因运动估计的不准确而造成搜寻范围调整的不稳定，因而导致压缩画面品质的不稳定。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种动态调整运动估计的方法及系统，从而能在节省运算量(节省消耗功率)及使用频宽的情形下，达到高效率的图像压缩。
根据本发明的一个方面，提出一种动态调整运动估计的系统，用以在前一帧中设定一搜寻范围，以根据一当前帧的每一宏块而在该搜寻范围内找到对应的宏块来决定其运动向量，该系统包括：一运动估计单元，其用以由当前帧的一目标宏块与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块来决定一运动向量；一模式决定单元，其由该目标宏块、参考宏块及运动向量来决定该目标宏块的压缩模式，并输出对应的模式数据；一模式存储单元，其用以储存该模式决定单元所输出的模式数据；一运动向量存储单元，其用以储存该运动估计单元所决定的运动向量；以及一搜寻范围决定单元，其用以根据该模式存储单元所储存的模式数据及运动向量存储单元所储存的运动向量MV来决定一搜寻范围。
根据本发明的另一方面，提出一种动态调整运动估计的方法，用以在前一帧中设定一搜寻范围，以根据一当前帧的每一宏块而在该搜寻范围内找到对应的宏块来决定其运动向量，该方法包括步骤：(A)由当前帧的一目标宏块与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块来决定一运动向量；(B)由该目标宏块、参考宏块及运动向量来决定该目标宏块的压缩模式，并输出对应的模式数据；(C)储存该模式决定单元所输出的模式数据；(D)储存该运动估计单元所决定的运动向量；以及(E)根据该储存的模式数据及运动向量而决定一搜寻范围。
附图说明
图1显示公知帧间编码的过程。
图2显示公知运动估计的过程。
图3为在公知运动估计中决定一搜寻范围的示意图。
图4为本发明的动态调整运动估计的系统的架构图。
图5为运动估计单元进行运动估计的示意图。
图6显示搜寻范围决定单元的一运作流程。
图7显示搜寻范围决定单元的另一运作流程。
具体实施方式
有关本发明的动态调整运动估计的方法及系统，请先参照图4所示的系统架构图，其包括一运动估计单元41、一模式决定单元42、一模式存储单元43、一运动向量存储单元44及一搜寻范围决定单元45。其中，运动估计单元41用以由当前帧的一目标宏块(Target MB)与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块(Reference MBs)来决定一运动向量MV，并请参照图5所示，运动估计单元41先算出目标宏块的亮度Y与相对应搜寻范围内的参考宏块的亮度Y1’~Yn’的差异值，其中差异值的计算可采用已知的绝对差值和(Summed Absolute Difference，SAD)，再在所算出的亮度差异值(Y1-SAD~Yn-SAD)中进行比较，而由其中找出最小的差异值，据以求出其运动向量(MV)。而当决定一宏块的运动向量MV时，前述模式决定单元42也由目标宏块、参考宏块及运动向量MV而决定了此目标宏块是以何种模式来压缩，并输出对应的模式数据，当中，可能的模式包括：帧内(intra)、零编码块图案(zero codedblock pattern，zero cbp)、跳过(skipped)、直接(direct mode)、绝对差值和(SAD)、差异内(intra variance)、宏块位(MB bits)等。前述模式存储单元43用以储存模式决定单元42所输出的模式数据，前述运动向量存储单元44则用以储存运动估计单元41所决定的运动向量MV。
前述搜寻范围决定单元45用以根据该模式存储单元43所储存的模式数据及运动向量存储单元44所储存的运动向量MV而动态地决定一搜寻范围，以供该运动估计单元41进行运动估计，图6显示该搜寻范围决定单元45的一运作流程，其首先由该运动向量存储单元44所储存的运动向量MV而计算出前一帧的运动向量的平均值MV_AVG、及由该模式存储单元43所储存的模式数据而计算出以intra模式压缩的宏块的数目N_Intra(步骤S61)，由于运动向量的平均值可代表视频数据的位移量，而以intra模式压缩的宏块代表无法在搜寻范围找到对应的宏块而以内部数据来进行压缩，因此，在运动向量的平均值MV_AVG大于一搜寻范围临界值TH_LSR、或以intra模式压缩的宏块的数目N_Intra大于一运动向量上临界值TH_MVHIGH时(步骤S62)，表示视频数据的位移量大、或是搜寻范围过小而难以找到对应的宏块，因此需将搜寻范围加大(步骤S64)，若非上述的情形且在以intra模式压缩的宏块的数目N_Intra小于一运动向量下临界值TH_MVLOW时(步骤S63)，表示视频数据的位移量小且是搜寻范围过大，因此需将搜寻范围减小(步骤S66)，否则，搜寻范围维持不变(步骤S605)。据此，该搜寻范围决定单元45可根据实际的压缩情形而动态地决定一适当的搜寻范围，以供该运动估计单元41进行运动估计。
图7显示前述搜寻范围决定单元45的运作流程的另一范例，其主要依序根据前一帧的运动向量及所使用的压缩模式来决定一适当的搜寻范围，如图所示，其首先由该运动向量存储单元44所储存的运动向量MV而计算出前一帧的运动向量的平均值MV_AVG、且在此平均值MV_AVG大于一第一临界值TH_1时，设定搜寻范围为一预设的第一范围(步骤S71)；否则由该运动向量存储单元44所储存的运动向量MV而计算出前一帧的运动向量的平均差异值SAD_AVG、且在此平均差异值SAD_AVG大于一第二临界值TH_2时，设定搜寻范围为一预设的第二范围(步骤S72)；否则由该模式存储单元43所储存的模式数据而计算出以intra模式压缩的宏块的数目N_Intra、且在此数目N_Intra大于一第三临界值TH_3时，设定搜寻范围为一预设的第三范围(步骤S73)；否则由该模式存储单元43所储存的模式数据而计算出以zero cbp模式压缩的宏块的平均cbp值、且在此平均cbp值大于一第四临界值TH_4时，设定搜寻范围为一预设的第四范围(步骤S74)；最后由该模式存储单元43所储存的模式数据而计算出以skipped模式压缩的宏块的数目N_Skip、且在此数目N_Skip大于一第N临界值TH_N时，设定搜寻范围为一预设的第N范围(步骤S75)，否则设定搜寻范围为一预设的第N+1范围(步骤S76)，其中前述第一至N范围设计为第一范围＞第二范围＞第三范围＞…＞第N范围＞第N+1范围。
由以上的说明可知，本发明是利用一简单有效的处理判断机制，直接针对整个帧的移动搜寻范围大小做调整，根据前一个预测编码场景的运动向量的平均值及内宏块的总个数或是前一帧的压缩模式，来判断目前图像场景的移动搜寻范围，而能在节省运算量(节省消耗功率)及使用频宽的情形下，达到高效率的图像压缩。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范围自应以权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。
Claims (16)
1.一种动态调整运动估计的系统，用以在前一帧中设定一搜寻范围，以根据一当前帧的每一宏块而在该搜寻范围内找到对应的宏块来决定其运动向量，该系统包括：
一运动估计单元，其用以由当前帧的一目标宏块与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块来决定一运动向量；
一模式决定单元，其由该目标宏块、参考宏块及运动向量而决定该目标宏块的压缩模式，并输出对应的模式数据；
一模式存储单元，其用以储存该模式决定单元所输出的模式数据；
一运动向量存储单元，其用以储存该运动估计单元所决定的运动向量；以及
一搜寻范围决定单元，其用以根据该模式存储单元所储存的模式数据及运动向量存储单元所储存的运动向量MV而决定一搜寻范围。
2.如权利要求1所述的动态调整运动估计的系统，其中，该搜寻范围决定单元由该运动向量存储单元所储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均值、及由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以帧内模式压缩的宏块的数目，以在该运动向量的平均值大于一预设的搜寻范围临界值、或以帧内模式压缩的宏块的数目大于一预设的运动向量上临界值时，将该搜寻范围加大。
3.如权利要求2所述的动态调整运动估计的系统，其中，该搜寻范围决定单元在该运动向量的平均值不大于该搜寻范围临界值、且以帧内模式压缩的宏块的数目小于一预设的运动向量下临界值时，将该搜寻范围减小。
4.如权利要求1所述的动态调整运动估计的系统，其中，该搜寻范围决定单元由该运动向量存储单元所储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均值、且在此平均值大于一预设的第一临界值时，设定搜寻范围为一预设的第一范围。
5.如权利要求4所述的动态调整运动估计的系统，其中，若该运动向量的平均值不大于该第一临界值，则该搜寻范围决定单元由该运动向量存储单元所储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均差异值、且在此平均差异值大于一预设的第二临界值时，设定搜寻范围为一预设的第二范围，当中第一范围大于第二范围。
6.如权利要求5所述的动态调整运动估计的系统，其中，若该平均差异值不大于该第二临界值，则该搜寻范围决定单元由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以帧内模式压缩的宏块的数目、且在此数目大于一预设的第三临界值时，设定搜寻范围为一预设的第三范围，当中第二范围大于第三范围。
7.如权利要求6所述的动态调整运动估计的系统，其中，若该以帧内模式压缩的宏块的数目不大于该第三临界值，则该搜寻范围决定单元由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以零编码块图案模式压缩的宏块的平均编码块图案值、且在此平均编码块图案值大于一预设的第四临界值时，设定搜寻范围为一预设的第四范围，当中第三范围大于第四范围。
8.如权利要求7所述的动态调整运动估计的系统，其中，若该以零编码块图案模式压缩的宏块的平均编码块图案值不大于该第四临界值，则该搜寻范围决定单元由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以跳过模式压缩的宏块的数目、且在此数目大于一第五临界值时，设定搜寻范围为一预设的第五范围，否则设定搜寻范围为一预设的第六范围，当中第四范围大于第五范围，且第五范围大于第六范围。
9.一种动态调整运动估计的方法，用以在前一帧中设定一搜寻范围，以根据一当前帧的每一宏块而在该搜寻范围内找到对应的宏块来决定其运动向量，该方法包括步骤：
(A)由当前帧的一目标宏块与前一帧的一搜寻范围内的参考宏块来决定一运动向量；
(B)由该目标宏块、参考宏块及运动向量而决定该目标宏块的压缩模式，并输出对应的模式数据；
(C)储存该模式决定单元所输出的模式数据；
(D)储存该运动估计单元所决定的运动向量；以及
(E)根据该储存的模式数据及运动向量而决定一搜寻范围。
10.如权利要求9所述的动态调整运动估计的方法，其中，步骤(E)是由该储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均值、及由该储存的模式数据而计算出以帧内模式压缩的宏块的数目，以在该运动向量的平均值大于一预设的搜寻范围I临界值、或以帧内模式压缩的宏块的数目大于一预设的运动向量上临界值时，将该搜寻范围加大。
11.如权利要求10所述的动态调整运动估计的方法，其中，步骤(E)是在该运动向量的平均值不大于该搜寻范围临界值、且以帧内模式压缩的宏块的数目小于一预设的运动向量下临界值时，将该搜寻范围减小。
12.如权利要求9所述的动态调整运动估计的方法，其中，步骤(E)是由该储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均值、且在此平均值大于一预设的第一临界值时，设定搜寻范围为一预设的第一范围。
13.如权利要求12所述的动态调整运动估计的方法，其中，若该运动向量的平均值不大于该第一临界值，则步骤(E)由该运动向量存储单元所储存的运动向量而计算出前一帧的运动向量的平均差异值、且在此平均差异值大于一预设的第二临界值时，设定搜寻范围为一预设的第二范围，当中第一范围大于第二范围。
14.如权利要求13所述的动态调整运动估计的方法，其中，若该平均差异值不大于该第二临界值，则步骤(E)由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以帧内模式压缩的宏块的数目、且在此数目大于一预设的第三临界值时，设定搜寻范围为一预设的第三范围，当中第二范围大于第三范围。
15.如权利要求14所述的动态调整运动估计的方法，其中，若该以帧内模式压缩的宏块的数目不大于该第三临界值，则步骤(E)由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以零编码块图案模式压缩的宏块的平均编码块图案值、且在此平均编码块图案值大于一预设的第四临界值时，设定搜寻范围为一预设的第四范围，当中第三范围大于第四范围。
16.如权利要求15所述的动态调整运动估计的方法，其中，若该以零编码块图案模式压缩的宏块的平均编码块图案值不大于该第四临界值，则步骤(E)由该模式存储单元所储存的模式数据而计算出以跳过模式压缩的宏块的数目、且在此数目大于一第五临界值时，设定搜寻范围为一预设的第五范围，否则设定搜寻范围为一预设的第六范围，当中第四范围大于第五范围，且第五范围大于第六范围。
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