KR100431075B1 - A fast method of estimating block motion vectors - Google Patents

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Abstract

본 발명은 동영상 부호화기를 위한 고속 블록 정합 움직임 추정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 움직임이 적은 영상들 뿐만 아니라 움직임이 크고 복잡한 영상들에서도 움직임 추정 성능이 뛰어나며 실시간 어플리케이션에 적용 가능한 고속 움직임 추정 기법에 관한 것이다.The present invention relates to a fast block matched motion estimation method for a video encoder. More specifically, the present invention relates to a fast motion estimation technique that is excellent in motion estimation performance and is applicable to real-time applications as well as low motion images.

본 발명은 움직임 벡터들의 공간적 상관성을 이용하는 1차원 특징 정합기법(1DFM)에 있어서, 현재 프레임의 매크로블록에 대한 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 구하는 제 1단계와; 이미 계산된 주변의 움직임 벡터들을 이용하여 현재 매크로블록의 움직임 벡터에 대한 수평 또는 수직 성분을 예측하는 제 2단계와; 이전 프레임의 탐색영역에 대하여 상기 제 2단계에서 예측된 수평 또는 수직 성분이 가리키는 위치에 해당하는 후보 매크로블록들의 화소들에 대한 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 구하는 제 3단계와; 상기 제 1 및 제 3단계에서 구해진 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 4단계와; 상기 제 4단계에서 구해진 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 이용하여 탐색영역 중 일부분의 화소들만 수평 또는 수직 성분의 가산 투영을 구하는 제 5단계와; 상기 제 1 및 5단계에서 구해진 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 6단계와; 상기 제 4 및 6단계에서 구해진 수평 또는 수직 성분을 이용하여 최종 움직임 벡터를 구하는 제 7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법을 제공한다.The present invention provides a one-dimensional feature matching technique (1DFM) using spatial correlation of motion vectors, comprising: a first step of obtaining an additive projection of horizontal or vertical components with respect to a macroblock of a current frame; A second step of predicting a horizontal or vertical component of the motion vector of the current macroblock using already calculated surrounding motion vectors; Obtaining an additional projection of the horizontal or vertical component with respect to the pixels of the candidate macroblocks corresponding to the position indicated by the horizontal or vertical component predicted in the second step with respect to the search region of the previous frame; A fourth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using addition projections of the horizontal or vertical components obtained in the first and third steps; A fifth step of obtaining an additive projection of a horizontal or vertical component only of pixels of a part of the search area by using the horizontal or vertical component of the motion vector obtained in the fourth step; A sixth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using addition projections of the horizontal or vertical components obtained in the first and fifth steps; And a seventh step of obtaining a final motion vector using the horizontal or vertical components obtained in the fourth and sixth steps.

Description

동영상 부호화기를 위한 고속 블록 정합 움직임 추정방법{A fast method of estimating block motion vectors}A fast method of estimating block motion vectors for video encoder

본 발명은 동영상 부호화기를 위한 고속 블록 정합 움직임 추정방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 움직임이 적은 영상들 뿐만 아니라 움직임이 크고 복잡한 영상들에서도 움직임 추정 성능이 뛰어나며 실시간 어플리케이션에 적용 가능한 고속 움직임 추정 기법에 관한 것이다.The present invention relates to a fast block matched motion estimation method for a video encoder. More specifically, the present invention relates to a fast motion estimation technique that is excellent in motion estimation performance and is applicable to real-time applications as well as low motion images.

블록 정합 움직임 추정 기법은 H.263, MPEG-1/2/4 등 오늘날의 대표적 동영상 부호화 표준들에서 공간적 상관성을 제거하기 위해서 사용되는 중요한기법이다. 대표적인 블록 정합 움직임 추정 기법인 전역 탐색 (Full search: FS) 기법은 움직임 추정 성능면에서는 최적이지만, 막대한 계산량으로 인해 실시간 어플리케이션들을 위해서는 고속 움직임 추정 기법의 개발이 불가피하다. 그 동안 많은 고속 움직임 추정 기법들이 개발되어 왔다.Block-matched motion estimation is an important technique used to remove spatial correlation in today's representative video coding standards such as H.263 and MPEG-1 / 2/4. Full search (FS), a typical block-matched motion estimation technique, is optimal in terms of motion estimation performance, but due to the large amount of computation, it is inevitable to develop fast motion estimation techniques for real-time applications. Many high speed motion estimation techniques have been developed.

하지만, 종래의 기법들은 움직임이 거의 없거나 적은 동영상들에서는 만족할 만한 성능을 나타내지만 움직임이 크거나 복잡한 동영상들에 대해서는 그 성능이 현저히 떨어지는 단점을 안고 있다.However, the conventional techniques show satisfactory performance for moving pictures with little or no motion, but have a disadvantage in that the performance is remarkably degraded for moving or moving pictures.

80년대 초반부터 지금까지 전역 탐색 기법의 막대한 계산량을 줄이기 위해서 다양한 기법들을 도입한 많은 고속 움직임 추정 기법들이 개발되어 왔다. 종래의 고속 움직임 추정 기법들은 계산량을 줄이기 위한 접근 방식에 따라 몇 가지로 분류될 수 있다. 그 중 계산량을 크게 줄이기 위해서는 극소점이 하나인 정합 오차 곡면(unimodal error surface model)을 가정하여 탐색점 수를 줄이는 방식이 가장 효과적이라고 말할 수 있으며 본 발명에서도 이 기법을 적용하기로 한다.Since the early 80's, many fast motion estimation techniques have been developed to introduce various techniques to reduce the enormous computational amount of global search technique. Conventional fast motion estimation techniques can be classified into several categories according to the approach to reduce the amount of computation. In order to greatly reduce the amount of computation, the method of reducing the number of search points is assumed to be the most effective, assuming a uniform error surface model having only one minimum point, and the present invention will be applied to this technique.

1981년에 3단계 탐색 기법(TSS: three-step search)이 개발된 이후로 그와 유사한 방식의 고속 움직임 추정 기법들이 다양하게 개발되어왔다. 개발 연대 순으로 나열해 보면 다음과 같다.Since three-step search (TSS) was developed in 1981, a variety of similar high-speed motion estimation techniques have been developed. In order of development age, they are as follows.

●TSS(three-step search)TSS (three-step search)

●OTS(one-at-a-time)OTS (one-at-a-time)

●NTSS(new three-step search)NTSS (new three-step search)

●1DFS(one-dimensional full search)1DFS (one-dimensional full search)

●4SS(four-step search)4SS (four-step search)

●BBGDS(block-based gradient descent search)Block-based gradient descent search (BBGDS)

●SES(simple and efficient search)SES (simple and efficient search)

●UCBDS(unrestricted center-biased diamond search)UCBDS (unrestricted center-biased diamond search)

●AMT(adaptive motion tracking BMA)AMT (adaptive motion tracking BMA)

●MIBAS(center-biased minima bounded area search)MIBAS (center-biased minima bounded area search)

●1DGDS(one-dimensional gradient descent search)1DGDS (one-dimensional gradient descent search)

상기의 기법들은 모두 특정한 탐색 패턴에 대한 탐색을 반복적으로 수행함으로써 점진적으로 정합 오차가 최소인 점을 찾아내는 절차를 가진다. 효과적인 탐색을 위해 사용되는 유용한 두 가지 특성으로는 첫째, 실제 영상에서의 움직임 벡터의 분포가 (0, 0) 점에 집중되어 있다는 통계적인 특성과, 둘째 서로 인접한 블록들 사이의 움직임 벡터는 그 크기와 방향이 유사하다는 특성이다.All of the above techniques have a procedure of gradually finding a point where the matching error is minimal by repeatedly searching for a specific search pattern. Two useful characteristics used for effective search are: first, statistical characteristics that the distribution of motion vectors in the real image is concentrated at (0, 0) points, and second, the motion vectors between adjacent blocks are The direction is similar to that of.

상기 TSS는 이러한 움직임 벡터의 분포 특성을 전혀 고려하지 않은 기법이고, 첫번째 특성을 이용한 기법으로는 OTS, NTSS, 4SS, BBGDS, UCBDS, MIBAS 등이 있고, 첫번째와 두번째의 특성 모두를 이용한 기법으로는 AMT, 1DGDS 등이 있다. 하지만, 위의 기법들은 움직임이 거의 없거나 적은 영상에 대해서는 만족할 만한 성능을 나타내지만 움직임이 크거나 복잡한 영상에 대해서는 전역 탐색에 크게 못 미치는 성능을 나타낸다는 단점을 가지고 있다.The TSS is a technique that does not consider the distribution characteristics of such a motion vector at all, and the technique using the first characteristic is OTS, NTSS, 4SS, BBGDS, UCBDS, MIBAS, etc., and the technique using both the first and second characteristics AMT, 1DGDS, and the like. However, the above techniques have satisfactory performance for images with little or no motion, but have a performance that is far less than global search for large or complex images.

다른 한편으로, 블록의 특징을 추출하여 이를 움직임 추정에 이용하는 특징 정합 기법(feature matching)도 고려되어 왔다. 사용되는 특징들로는 물체의 윤곽선 정보 등 여러 가지가 있지만 그 중 본 발명과 관련된 기술로는 다음과 같은 가산투영(integral projection)을 이용하는 기법들이 있다.On the other hand, feature matching has been considered to extract the feature of the block and use it for motion estimation. There are various features such as contour information of an object, but among the techniques related to the present invention, there are techniques using integrated projection as follows.

●PTSS(projection three-step search)PTSS (projection three-step search)

●Two-stage BMA using integral projectionsTwo-stage BMA using integral projections

●FBMA(feature BMA) and NFBMA (new FBMA)FBMA (feature BMA) and NFBMA (new FBMA)

●HPM(efficient BMA using integral projections)HPM (efficient BMA using integral projections)

이들 기법들은 블록 정합 움직임 추정 기법에서 일반적으로 사용하는 정합 기준인 SAD(sum of absolute differences) 대신에 누적투영(integral projections)을 사용함으로써 계산량을 줄이는 방식이다. 여기서, 사용된 누적투영이란 임의의 방향이 주어졌을 때 2차원 영상에서 그 방향으로 진행하면서 만나는 모든 화소값들을 더하여 1차원 배열을 만드는 것을 말한다.These techniques reduce the amount of computation by using integral projections instead of the sum of absolute differences (SAD), which are commonly used in block-matched motion estimation. Here, the cumulative projection used refers to creating a one-dimensional array by adding all the pixel values that meet and progress in the two-dimensional image in a given direction.

PTSS에서 가산투영을 움직임 추정에 처음으로 도입하며, 기존의 TSS 기법에서 정합 기준을 가산투영으로 바꿈으로써 계산량을 줄였다. Two-stage BMA using integral projections 기법은 가산투영을 이용하여 전역 탐색을 수행한 후 결정된 움직임 벡터 주변으로 9개의 탐색점들에 대해서 SAD를 구해 비교함으로써 최종 움직임 벡터를 구하는 방식이다.In PTSS, addition projection is introduced for motion estimation for the first time and the computation is reduced by changing the matching criteria to addition projection in the existing TSS technique. Two-stage BMA using integral projections is a method of finding the final motion vector by performing SEAR over nine search points around the determined motion vector after performing global search using additive projection.

또한, FBMA(feature BMA) and NFBMA (new FBMA)기법은 Two-stage BMA using integral projections와 마찬가지로 가산투영을 이용하여 전역 탐색을 수행한 후 정합 오차가 적은 순서대로 여러 개의 탐색점들을 선택한 후 그 들 각각에 대해서 SAD를 구하여 최소인 점을 찾는 방식이다. HPM은 계층적인 3개의 탐색 단계를 가지고 있으며 각각의 단계에서 탐색 영역의 모든 화소값들에 대해서 가산투영을 수행하여 2차원 화소 영역 탐색을 두 개의 1차원 수평, 수직 가산투영 영역으로 변환하여 탐색을 수행하는 방식이다.In addition, FBMA (feature BMA) and NFBMA (new FBMA) techniques, like two-stage BMA using integral projections, perform global search using additive projection, select multiple search points in the order of least matching error, and then select them. SAD is obtained for each and finds the minimum point. HPM has three hierarchical search steps, and each step adds all the pixel values of the search area to convert the two-dimensional pixel area search into two one-dimensional horizontal and vertical addition projection areas. This is how it is done.

그러나, 상기 PTSS는 TSS를 기본으로 하기 때문에 성능이 크게 떨어지고, 상기 FBMA(feature BMA) and NFBMA (new FBMA)와 Two-stage BMA using integral projections는 가산투영을 이용하여 전역 탐색을 수행하기 때문에 계산량의 감소가 미미하다. 또한, 상기 HPM은 탐색 영역 내의 모든 화소값들을 가산투영함으로써 움직임 추정이 부정확해지는 단점이 있다. 결과적으로 상기의 기법들 모두 계산량을 효과적으로 줄이는 동시에 성능을 높이기 위해 가산투영을 충분히 활용하지 못하였다.However, since the PTSS is based on the TSS, the performance is greatly reduced, and the FBMA (feature BMA) and NFBMA (new FBMA) and the two-stage BMA using integral projections perform a global search using additive projection, so The decrease is minimal. In addition, the HPM has a disadvantage in that the motion estimation is inaccurate by adding and projecting all pixel values in the search area. As a result, none of the above techniques could fully utilize the addition projection to reduce the computational efficiency and increase the performance.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 본 발명의 목적은 움직임 벡터들의 공간적 상관성을 이용하여 탐색영역내의 화소들을 선택적으로 가산투영하여 1차원 가산투영 영역에서의 특징 정합을 수행하는 기법을 제안함과 더불어 이를 주변 움직임 벡터들을 이용한 경사하강탐색(gradient descent search) 기법과 결합함으로서 움직임 추정의 속도 및 성능을 향상시키는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to propose a technique for performing feature matching in a one-dimensional addition projection region by selectively adding and projecting pixels in a search region using spatial correlation of motion vectors. In addition, this method is combined with gradient descent search using surrounding motion vectors to improve the speed and performance of motion estimation.

상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로써 본 발명은As a technical idea for achieving the above object of the present invention

1차원 특징 정합기법(1DFM)과 2단계 플러스 패턴 탐색기법(2SPPS)을 이용한 고속 블록 정합의 움직임 추정 방법에 있어서, 현재 프레임의 매크로블록에 대한 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 구하는 제 1단계와; 주변의 움직임 벡터들을 이용하여 현재 매크로블록의 움직임 벡터에 대한 수평 또는 수직 성분을 예측하는 제 2단계와; 이전 프레임의 탐색영역에 대하여 상기 제 2단계에서 예측된 수평 또는 수직 성분에 해당하는 후보 매크로블록의 화소에 대한 가산투영을 구하는 제 3단계와; 상기 제 1 및 제 3단계에서 구해진 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 4단계와; 상기 제 4단계에서 구해진 움직임 벡터를 이용하여 탐색영역 중 일부분의 화소들만 수평 또는 수직 성분의 가산 투영을 구하는 제 5단계와; 상기 제 1 및 제 5단계에서 구해진 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 6단계와; 상기 제 4 및 제 6단계에서 구해진 수평 또는 수직 성분을 이용하여 최종 움직임 벡터를 구하는 제 7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법 제공한다.A motion estimation method of fast block matching using 1-dimensional feature matching (1DFM) and two-step plus pattern searcher (2SPPS), comprising: a first step of obtaining additive projection of horizontal or vertical components of a macroblock of a current frame; ; A second step of predicting a horizontal or vertical component of the motion vector of the current macroblock using surrounding motion vectors; A third step of obtaining addition projections for pixels of candidate macroblocks corresponding to the horizontal or vertical components predicted in the second step with respect to the search area of the previous frame; A fourth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using the addition projections obtained in the first and third steps; A fifth step of obtaining an additive projection of horizontal or vertical components of only a portion of pixels in the search area by using the motion vector obtained in the fourth step; A sixth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using the addition projections obtained in the first and fifth steps; And a seventh step of obtaining a final motion vector using the horizontal or vertical components obtained in the fourth and sixth steps.

또한, 상기 2단계 플러스 패턴 탐색 기법에는 주변 움직임 벡터로부터 탐색 초기점과 주변 네 개의 점으로 이루어진 (+) 모양의 탐색 패턴에 대해서 각각의 점에서의 SAD값을 구하는 제 1단계와; 상기 SAD가 최소인 점의 위치가 탐색 패턴의 중앙이면 탐색을 중단하는 제 2단계와; 상기 SAD가 최소인 점의 위치가 주변 네 개의 점들 중 적어도 하나이면 SAD가 최소인 점으로 탐색 패턴의 중심을 옮겨 다시 탐색을 수행하는 제 3단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법을 제공한다.In addition, the two-step plus pattern search technique includes: a first step of obtaining SAD values at respective points with respect to a (+)-shaped search pattern composed of a search initial point and four surrounding points from a surrounding motion vector; Stopping the search if the location of the point where the SAD is minimum is the center of the search pattern; And a third step of performing a search by moving the center of the search pattern to the point where the SAD is the minimum when the position of the point having the smallest SAD is at least one of four surrounding points. Provide a method.

도 1은 본 발명에 따라 고속 블록 정합 움직임 추정 기법에서 사용되는 주변 움직임 벡터들을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing peripheral motion vectors used in a fast block matched motion estimation technique according to the present invention.

도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 1차원 특징 정합 기법에서의 선택적 가산투영 방식을 나타낸 모식도이다.2A and 2B are schematic diagrams showing a selective addition projection method in a one-dimensional feature matching technique according to the present invention.

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 2단계 플러스 패턴 탐색(2SPPS) 기법을 나타낸 모식도이다.3A and 3B are schematic diagrams illustrating a two-step plus pattern search (2SPPS) technique in accordance with the present invention.

이하, 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 그 작용을 첨부한 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the configuration and operation of the embodiment of the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명에 따라 고속 블록 정합 움직임 추정 기법에서 사용되는 주변 움직임 벡터들을 나타낸 모식도이다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명에 따라 1차원 특징 정합 기법에서의 선택적 가산투영 방식을 나타낸 모식도이다. 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따라 2단계 플러스 패턴 탐색(2SPPS) 기법을 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing peripheral motion vectors used in a fast block matched motion estimation technique according to the present invention. 2A and 2B are schematic diagrams showing a selective addition projection method in a one-dimensional feature matching technique according to the present invention. 3A and 3B are schematic diagrams illustrating a two-step plus pattern search (2SPPS) technique in accordance with the present invention.

앞에서 움직임 추정의 계산량을 줄이기 위한 종래의 기법들을 살펴보았다. 살펴본 기법들과 같이 탐색 초기점으로부터 특정 패턴을 이루는 탐색점들에서의 정합 오차를 구하고 이 정합 오차가 최소화되는 방향으로 점진적으로 탐색 패턴을 옮겨가면서 탐색을 수행하는 기법들에서는 초기 탐색점의 선택이 움직임 추정의 성능과 계산량에 큰 영향을 준다.In the above, the conventional techniques for reducing the amount of motion estimation are discussed. As in the techniques described above, the method of finding the matching error at the search points forming a specific pattern from the search initial point, and performing the search by gradually moving the search pattern in the direction of minimizing the matching error, selects the initial search point. It has a big influence on the performance and computation of motion estimation.

본 발명에서는 전역 최소점에 좀 더 가까운 탐색 초기점을 제공함으로써 성능을 향상시키고 계산량을 줄일 수 있는 움직임 추정 방식에 대해서 설명한다. 즉, 본 발명의 기법은 움직임 벡터의 상관성을 이용한 선택적 가산투영을 이용한 1차원 특징 정합 기법(1DFM)과 2단계 플러스 패턴 탐색 (2SPPS)의 주요 두 부분으로 이루어진다.The present invention describes a motion estimation method that can improve performance and reduce computation by providing a search initial point closer to the global minimum. That is, the present technique consists of two main parts: one-dimensional feature matching (1DFM) and two-stage plus pattern search (2SPPS) using selective addition projection using the correlation of motion vectors.

먼저, 움직임 벡터의 상관성을 이용한 선택적 가산투영을 이용한 1차원 특징 정합 기법(1DFM)에 대하여 살펴보기로 한다.First, a 1D feature matching technique (1DFM) using selective addition projection using a correlation of a motion vector will be described.

본 발명에서는 가산투영을 이용하는 종래의 기법들보다 더 계산량을 획기적으로 줄이는 동시에 움직임 추정의 정확도를 유지하기 위해 이전 프레임의 탐색 영역 내의 화소들 중 움직임 벡터로 결정될 가능성이 높은 영역에 해당하는 화소들만을 선택적으로 가산투영하는 방식을 제안한다. 본 발명의 1DFM 절차는 다음과 같다. 본 발명에서의 N은 움직임 추정이 수행되는 기본 단위인 매크로블록의 크기이고,p는 탐색 영역의 크기에 해당된다.In the present invention, in order to significantly reduce the amount of computation and to maintain the accuracy of the motion estimation, compared to the conventional techniques using addition projection, only pixels corresponding to a region which is likely to be determined as a motion vector among the pixels in the search region of the previous frame are maintained. We propose a selective addition projection. The 1DFM procedure of the present invention is as follows. In the present invention, N is the size of the macroblock which is the basic unit for which motion estimation is performed, and p is the size of the search region.

< 제 1단계 ><First step>

; 현재 프레임의 (i,j) 위치의 매크로블록 (크기 N ×N)에 대한 수평, 수직 각각의 방향에 대한 가산투영을 구하여 N×1 크기의 배열를 얻는다.; Arrangement of size N × 1 by finding addition projections for the horizontal and vertical directions of the macroblock (size N × N) at the position ( i , j ) of the current frame. Get

< 제 2단계 ><Second Step>

; 이미 계산된 주변의 움직임 벡터들을 이용하여 현재 매크로블록의 움직임 벡터의 수직(수평) 성분을 예측한다. 도 1에서 정의한 이미 구해진 주변 움직임 벡터들을 이용하여 수학식 1 - 3과 같은 방법들로 현재 매크로블록의 움직임 벡터를 예측 가능하다. 여기서Mean은 평균값을,Median은 중간값을 의미한다. 또한, 선택적 가산투영에 사용되는 영역의 폭을 매크로블록의 폭이 아닌 다른 크기로 가변하여 사용할 수 있다.; The vertical (horizontal) component of the motion vector of the current macroblock using the already calculated neighboring motion vectors. To predict. The motion vectors of the current macroblock can be predicted using the methods of Equations 1 to 3 using the already obtained peripheral motion vectors defined in FIG. 1. Mean means mean value and Median means mean value. In addition, the width of the area used for selective addition projection may be used in a variable size other than the width of the macroblock.

< 제 3단계 ><Third Step>

; 이전 프레임의 탐색 영역(크기)에 대해서 제 2단계에서 예측된 수직(수평) 성분이 가리키는 위치에 해당하는 후보 블록들에 해당하는 화소들 (크기(수직 방향의 경우; 도 2a 참조)혹은(수평 방향의 경우; 도 2b 참조))만 수평(수직) 방향으로 가산투영하여크기의 배열을 얻는다.; Navigation area of previous frame (size Pixels corresponding to candidate blocks corresponding to positions indicated by the vertical (horizontal) component predicted in the second step with respect to (In the vertical direction; see FIG. 2A) or (In the horizontal direction; see Fig. 2b) only by adding in the horizontal (vertical) direction Array of sizes Get

상기 제 1단계와 제 3단계에서 구한 수직(수평) 방향의 가산투영을 이용하여 수학식 4와 수학식 6(또는 수학식 5와 수학식 7)과 같이 정의되는 정합 오차가 최소가 되는 위치 즉, 움직임 벡터의 수평(수직) 성분,을 구한다.The position where the matching error defined by Equation 4 and Equation 6 (or Equation 5 and Equation 7) is minimized by using the vertical (horizontal) direction addition projections obtained in the first and third steps. , The horizontal (vertical) component of the motion vector, Obtain

< 제 5단계 ><5th Step>

; 상기 제 4단계에서 구한 움직임 벡터의 수평(수직)성분,을 이용하여 제 3단계에서와 같이 탐색 영역 중 일부분의 화소들만 수직(수평) 방향으로 가산투영하여크기의 배열을 얻는다.; The horizontal (vertical) component of the motion vector obtained in the fourth step, As in the third step, only pixels of a part of the search area are added and projected in the vertical (horizontal) direction using Array of sizes Get

< 제 6단계 ><The sixth step>

; 제 1단계와 제 5단계에서 구한 수평(수직) 방향의 가산투영을 이용하여 수학식 5)와 수학식 7(또는 수학식 4와 수학식 6)과 같이 정의되는 정합 오차가 최소가 되는 위치, 즉 움직임 벡터의 수직(수평) 성분,을 구한다.; A position where the matching error defined by Equation 5) and Equation 7 (or Equation 4 and Equation 6) is minimized using the horizontal (vertical) addition projection obtained in the first and fifth steps, That is, the vertical (horizontal) component of the motion vector Obtain

< 제 7단계 ><Step 7>

; 최종 움직임 벡터는 제 4단계와 제 6단계에서 구한를 이용하여 다음과 같이 주어진다.; The final motion vector is obtained from steps 4 and 6 Is given by

이어서, 2 단계 플러스 패턴 탐색(2SPPS)에 대하여 설명하기로 한다.Next, a two-step plus pattern search (2SPPS) will be described.

1DFM 혹은 (0,0)과 주변 움직임 벡터들로부터 얻은 탐색 초기점을 시작으로 그 주변 탐색점들에 대한 탐색을 수행하여 좀더 정확한 움직임 벡터를 구하기 위한기법이다. 정합 기준으로는 1DFM 과정과는 달리 움직임 추정에 일반적인 SAD를 사용한다. 2SPPS 기법의 절차는 다음과 같다.Starting from the initial search point obtained from 1DFM or (0,0) and the surrounding motion vectors, a search for the surrounding search points is performed to obtain a more accurate motion vector. Unlike the 1DFM process, the matching criteria uses a general SAD for motion estimation. The procedure of the 2SPPS technique is as follows.

< 제 1단계 ><First step>

; 도 3a(2SPPS의 기본 패턴), 도 3b(이전 단계의 최소 SAD점에 따른 다음 단계의 패턴 모양)에 도시된 바와 같이 탐색 초기점과 주변 네 개의 점으로 이루어진 (+) 모양의 탐색 패턴에 대해서 각각의 점에서의 SAD값을 구한다.; As shown in FIG. 3A (the basic pattern of 2SPPS) and FIG. 3B (the pattern of the next step according to the minimum SAD point of the previous step), the (+) search pattern of the initial search point and four surrounding points is shown. Find the SAD value at each point.

< 제 2단계 ><Second Step>

; 제 1단계의 결과 SAD가 최소인 점의 위치가 탐색 패턴의 중앙이면 탐색을 멈춘다. 이 경우 최종 움직임 벡터는 탐색 초기점과 동일하다. SAD가 최소인 점의 위치가 주변 네 개의 점들 중 하나이면 제 3단계로 넘어간다.; If the position of the point where the result SAD is the minimum in the first step is the center of the search pattern, the search is stopped. In this case, the final motion vector is the same as the search initial point. If the position of the point with the smallest SAD is one of the four surrounding points, go to step 3.

< 제 3단계 ><Third Step>

; SAD가 최소인 점으로 탐색 패턴의 중심을 옮겨 다시 탐색을 수행한다. 이 경우 SAD가 최소인 점이 어느 위치에 있든지 이전 탐색 패턴과 겹치지 않는 새로운 3개의 점에 대한 SAD만 구하면 된다. SAD가 최소인 점이 최종 움직임 벡터가 된다.; Search again by moving the center of the search pattern to the point where SAD is minimum. In this case, you only need to find the SAD for the three new points that do not overlap the previous search pattern, no matter where the point with the smallest SAD is. The point where SAD is minimum becomes the final motion vector.

마지막으로, 상기 1DFM 기법과 2SPPS 기법을 이용한 고속 움직임 추정 기법에 대하여 설명하면 앞에서 설명한 1DFM 기법과 2SPPS 기법을 결합하여 움직임 추정을 수행한다. 1DFM 기법으로 얻은 점을 2SPPS 기법의 탐색 초기점으로 추가 활용함으로써 움직임 추정의 성능을 높인다.Finally, a fast motion estimation technique using the 1DFM and 2SPPS techniques will be described. The motion estimation is performed by combining the 1DFM and 2SPPS techniques described above. The performance of the motion estimation is improved by additionally using the points obtained by the 1DFM method as the initial point of search for the 2SPPS method.

이상에서와 같이 본 발명에 의한 동영상 부호화기를 위한 고속 블록 정합 움직임 추정방법에 따르면, 움직임이 적은 영상들 뿐만 아니라 움직임이 크고 복잡한 영상들에서도 성능이 뛰어나고 속도가 빠른 움직임 추정 기법의 적용이 가능하다. 따라서, 다양한 실시간 동영상 압축 어플리케이션의 속도와 성능을 향상시킬 수 있다.As described above, according to the fast block matched motion estimation method for a video encoder according to the present invention, it is possible to apply a motion estimation technique with excellent performance and high speed to not only images having low motion but also large and complex images. Thus, speed and performance of various real-time video compression applications can be improved.

Claims (6)

1차원 특징 정합기법(1DFM)과 2단계 플러스 패턴 탐색기법(2SPPS)을 이용한 고속 블록 정합의 움직임 추정 방법에 있어서,In the motion estimation method of fast block matching using one-dimensional feature matching (1DFM) and two-step plus pattern searcher (2SPPS), 현재 프레임의 매크로블록에 대한 수평 또는 수직 성분의 가산투영을 구하는 제 1단계와;Obtaining addition projections of horizontal or vertical components with respect to the macroblock of the current frame; 주변의 움직임 벡터들을 이용하여 현재 매크로블록의 움직임 벡터에 대한 수평 또는 수직 성분을 예측하는 제 2단계와;A second step of predicting a horizontal or vertical component of the motion vector of the current macroblock using surrounding motion vectors; 이전 프레임의 탐색영역에 대하여 상기 제 2단계에서 예측된 수평 또는 수직 성분에 해당하는 후보 매크로블록의 화소에 대한 가산투영을 구하는 제 3단계와;A third step of obtaining addition projections for pixels of candidate macroblocks corresponding to the horizontal or vertical components predicted in the second step with respect to the search area of the previous frame; 상기 제 1 및 제 3단계에서 구해진 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 4단계와;A fourth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using the addition projections obtained in the first and third steps; 상기 제 4단계에서 구해진 움직임 벡터를 이용하여 탐색영역 중 일부분의 화소들만 수평 또는 수직 성분의 가산 투영을 구하는 제 5단계와;A fifth step of obtaining an additive projection of horizontal or vertical components of only a portion of pixels in the search area by using the motion vector obtained in the fourth step; 상기 제 1 및 제 5단계에서 구해진 가산투영을 이용하여 정합 오차가 최소가 되는 움직임 벡터의 수평 또는 수직 성분을 구하는 제 6단계와;A sixth step of obtaining a horizontal or vertical component of a motion vector having a minimum matching error by using the addition projections obtained in the first and fifth steps; 상기 제 4 및 제 6단계에서 구해진 수평 또는 수직 성분을 이용하여 최종 움직임 벡터를 구하는 제 7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.And a seventh step of obtaining a final motion vector using the horizontal or vertical components obtained in the fourth and sixth steps. 청구항 1에 있어서, 상기 제 2단계에서 현재 매크로블록의 주변 매크로블록들의 움직임 벡터의 수평 혹은 수직 성분들의 평균값 혹은 중간값을 이용하여 가산투영을 선택적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.The method according to claim 1, wherein in the second step, additive projection is selectively used using an average value or a median value of horizontal or vertical components of motion vectors of neighboring macroblocks of the current macroblock. . 청구항 2에 있어서, 상기 선택적 가산투영에 사용되는 영역의 폭을 매크로블록의 폭이 아닌 다른 크기로 가변하여 사용하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.The fast block matched motion estimation method of claim 2, wherein the width of the area used for the selective addition projection is changed to a size other than the width of the macroblock. 청구항 1에 있어서, 상기 2단계 플러스 탐색기법(2SPPS)에는The method of claim 1, wherein the two-stage plus search method (2SPPS) 주변 움직임 벡터로부터 탐색 초기점과 주변 네 개의 점으로 이루어진 (+) 모양의 탐색 패턴에 대해서 각각의 점에서의 SAD값을 구하는 제 1단계와;A first step of obtaining a SAD value at each point with respect to a (+) shape search pattern consisting of a search initial point and four surrounding points from the surrounding motion vector; 상기 SAD가 최소인 점의 위치가 탐색 패턴의 중앙이면 탐색을 중단하는 제 2단계와;Stopping the search if the location of the point where the SAD is the minimum is the center of the search pattern; 상기 SAD가 최소인 점의 위치가 주변 네 개의 점들 중 적어도 하나이면 SAD가 최소인 점으로 탐색 패턴의 중심을 옮겨 다시 탐색을 수행하는 제 3단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.And a third step of performing a search by moving the center of the search pattern to the point where the SAD is the minimum when the position of the point having the smallest SAD is at least one of four surrounding points. Way. 청구항 4에 있어서, 상기 SAD가 최소인 점이 어느 위치에 있든지 이전 탐색 패턴과 겹치지 않는 새로운 3개의 점에 대한 SAD만 구하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.5. The method of claim 4, wherein the SAD is obtained for only three new points that do not overlap with the previous search pattern, regardless of which position the point has the smallest SAD. 6. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서, 상기 1차원 특징 정합기법과 2단계 플러스 패턴 탐색기법을 결합하여 움직임 추정을 수행하는 것을 특징으로 하는 고속 블록 정합 움직임 추정방법.The method of claim 1 or 4, wherein motion estimation is performed by combining the one-dimensional feature matching method and the two-step plus pattern searcher method.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7336707B2 (en) * 2003-06-06 2008-02-26 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for detecting improper area for motion compensation in video signal
WO2012036493A2 (en) * 2010-09-17 2012-03-22 (주)에스엔피월드 Apparatus for liquid material application having an elastic support unit for supporting a rotary roller
KR101441899B1 (en) * 2010-10-06 2014-09-25 에스케이텔레콤 주식회사 Method And Apparatus for Encoding And Decoding Motion Vector
KR101381260B1 (en) * 2013-10-28 2014-04-04 국방과학연구소 Naval target detection device and its control method

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940010784A (en) * 1992-10-07 1994-05-26 배순훈 Method and apparatus for measuring movement amount using local minimum
KR950022654A (en) * 1993-12-24 1995-07-28 김정덕 Block matching dynamic estimation method and apparatus
US5576772A (en) * 1993-09-09 1996-11-19 Sony Corporation Motion vector detection apparatus and method
US5721595A (en) * 1996-06-19 1998-02-24 United Microelectronics Corporation Motion estimation block matching process and apparatus for video image processing
WO1999060779A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Sony Electronics Inc. Motion estimation process and system using sparse search block-matching and integral projection
JPH11355778A (en) * 1998-05-20 1999-12-24 Sharp Corp Motion field estimation method

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR940010784A (en) * 1992-10-07 1994-05-26 배순훈 Method and apparatus for measuring movement amount using local minimum
JPH06205403A (en) * 1992-10-07 1994-07-22 Daewoo Electron Co Ltd Movement vector detecting method using integral projection
US5576772A (en) * 1993-09-09 1996-11-19 Sony Corporation Motion vector detection apparatus and method
KR950022654A (en) * 1993-12-24 1995-07-28 김정덕 Block matching dynamic estimation method and apparatus
US5721595A (en) * 1996-06-19 1998-02-24 United Microelectronics Corporation Motion estimation block matching process and apparatus for video image processing
WO1999060779A1 (en) * 1998-05-20 1999-11-25 Sony Electronics Inc. Motion estimation process and system using sparse search block-matching and integral projection
JPH11355778A (en) * 1998-05-20 1999-12-24 Sharp Corp Motion field estimation method

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