KR100955414B1 - 현재 움직임 벡터 추정용 유닛 및 그 추정 방법 - Google Patents

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Abstract

현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 움직임 추정 유닛(500)은 각 후보 움직임 벡터의 매치 에러를 계산하기 위한 매치 에러 유닛(506)과 각 후보 움직임 벡터의 매치 에러를 비교하는 것에 의해 후보 움직임 벡터로부터 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기(508)를 포함한다. 후보 움직임 벡터의 일부는 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출된다. 다른 후보 움직임 벡터는 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 선택된 다수의 움직임 벡터에 기초하여 계산된다.
움직임 벡터, 이미지 처리

Description

현재 움직임 벡터 추정용 유닛 및 그 추정 방법{Unit for and method of estimating a current motion vector}
본 발명은 이미지의 픽셀 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 움직임 추정 유닛에 관한 것으로:
- 상기 픽셀 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터의 세트를 생성하기 위한 생성 수단과;
- 각각의 후보 움직임 벡터의 매치 에러(match errors)를 계산하기 위한 매치 에러 유닛; 및
- 각 후보 움직임 벡터의 상기 매치 에러를 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기를 포함한다.
또한, 본 발명은 이미지의 픽셀 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하는 방법에 관한 것으로:
- 상기 픽셀 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터의 세트를 생성하는 생성 단계와;
- 각각의 후보 움직임 벡터의 매치 에러(match errors)를 계산하는 매치 에러 단계; 및
- 각 후보 움직임 벡터의 상기 매치 에러를 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하는 선택 단계를 포함한다.
또한, 본 발명은 이미지 처리 장치에 관한 것으로:
이미지를 나타내는 신호를 수신하기 위한 수신 수단과;
움직임 추정 유닛; 및
이미지와 움직임 추정 유닛의 출력에 기초하여 처리된 이미지를 계산하기 위한 움직임 보상 이미지 처리 유닛을 포함한다.
또한, 본 발명은 인코더에 관한 것으로:
움직임 추정 유닛과;
이산 코사인 변환기와;
양자화기; 및
런-레벨 인코더를 포함한다.
서두에서 상술된 형태의 방법의 실시형태는 『IEEE Transactions on circuits and systems for video technology, vol.3, no.5, October 1993, pages 368-379』의 G. de Haan 등에 의한 "True-Motion Estimation with 3-D Recursive Search Block Matching"의 문헌으로부터 공지된다.
비디오 신호 처리의 많은 어플리케이션에 대해서, 광류(optical flow)로 알려진, 이미지 시퀀스의 겉보기 속도 필드(apparent velocity field)를 알 필요가 있다. 이 광류는 시변 움직임 벡터 필드(time-varying motion vector field)로서 주어진다: 즉, 이미지 쌍마다 하나의 움직임 벡터 필드가 주어진다. 하나의 이미지 는 여러 이미지 쌍의 일부일 수 있음을 주지하라. 상기 언급된 문헌에서, 이 움직임 벡터 필드는 이미지를 블록으로 분할함으로써 추정된다. 각 블록의 후보 움직임 벡터의 세트에 대해서, 상기 블록의 후보 움직임 벡터의 세트로부터 가장 적절한 움직임 벡터를 찾아 내기 위해 최소화 프로시져에서 매치 에러가 계산되어 사용된다. 매치 에러는 SAD(현재 이미지의 블록에서의 픽셀과, 움직임 벡터에 의해 시프트된 기준 이미지의 블록의 픽셀 사이의 휘도 차이의 절대값의 합)에 대응한다. 기준 이미지와 현재 이미지가 직접적으로 서로 잇따르면, SAD는 하기의 식 (1)로 계산될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00001
여기서 (x,y)는 블록의 위치이고, (dx,dy)는 움직임 벡터이고, n은 이미지 번호이고, N과 M은 블록의 폭과 높이이며, Y(x,y,n)은 이미지 n의 위치 (x,y)에서의 픽셀의 휘도 값이다.
후보 움직임 벡터의 세트는 임의의 움직임 벡터와 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출된 움직임 벡터를 포함한다. 상기 세트는 고려 중에 있는 현재의 움직임 벡터가 속하는 것과 동일한 움직임 벡터 필드에 대해 계산된 움직임 벡터를 포함한다. 이들 움직임 벡터는 "공간 후보(spatial candidates)"로 칭해진다. 상기 세트는 다른 움직임 벡터 필드에 대해 계산된 움직임 벡터도 또한 포함한다. 이들 후자의 움직임 벡터는 "시간 후보(temporal candidates)"로 칭해진다. 고려 중에 있는 현재의 픽셀 블록에 대한 움직임 벡터 후보로서 "공간 후보"에 대한 선택은, 이미지화 되고 있는 장면에서 하나의 동일한 대상에 여러 픽셀 블록이 대응한다는 가정에 기초한다. 고려 중에 있는 현재의 픽셀 블록에 대한 움직임 벡터 후보로서 "시간 후보"에 대한 선택은, 이미지화 되고 있는 장면에서의 대상이 일정한 속도로 움직이고 있다는 가정에 기초한다. 그러나, 이 두 가정이 항상 옳은 것은 아니다. 그 결과는, 움직임 벡터 필드의 적절한 움직임 벡터를 찾음에 있어서의 수렴성(convergence)이 최적이 아니다는 것이다.
본 발명의 목적은 움직임 벡터 필드의 적절한 움직임 벡터를 찾음에 있어서 상대적으로 빠른 수렴성을 갖는 서두에서 상술된 형태의 움직임 추정 유닛을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은, 미리 추정된 움직임 벡터의 세트에 속하는 제 1의 움직임 벡터와 제 2의 움직임 벡터에 기초하여 이 움직임 벡터를 계산함으로써 상기 후보 움직임 벡터의 세트에 다른 후보 움직임 벡터를 부가하도록 상기 움직임 추정 유닛이 정렬되는 점에서 달성된다. 이미지의 다른 부분 또는 다른 이미지에 대해 적용 가능한 것으로 발견된 움직임 벡터를 단순히 취하는 대신, 지금의 후보 움직임 벡터는 다수의 움직임 벡터에 기초하여 계산된다.
제안된 스킴(scheme)의 이점은 보다 많은 정보를 고려하기 때문에, 후보 움직임 벡터를 보다 정확하게 추정할 수 있다는 것이다. 얻어진 추정 정확도는 후보 움직임 벡터의 수와 움직임 추정 유닛의 정확도의 수렴성 사이에 새로운 절충점을 가능하게 한다. 이것은 스케일러블 모션 추정 스킴(scalable motion estimation schemes)에 유익하다.
다른 이점은 상이한 움직임 모델이 고려될 수 있다는 것이다. 이러한 움직임 모델의 예로서는 가장 최근의 속도, 가장 최근의 가속도, 줌 또는 회전이 있다. 움직임 모델의 타입은 후보 움직임 벡터를 계산하기 위한 사용된 이전의 추정 움직임 벡터와 관련된다. 제 1의 움직임 벡터와 제 2의 움직임 벡터는 하나의 동일한 움직임 벡터 필드에 속할 것이다. 그러나, 상기 제 1의 움직임 벡터와 제 2의 움직임 벡터는 상이한 움직임 벡터 필드에 속하는 것이 바람직하다.
현재의 움직임 벡터를 찾기 위해 테스트되는 후보 움직임 벡터의 세트는:
- 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 "공간 후보";
- 미치 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 "시간 후보";
- 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 다수의 "시간 후보"에 기초하여 계산된 "다수의 시간 후보(multi-temporal candidates)";
- 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 추출되는 다수의 "공간 후보"에 기초하여 계산된 "다수의 공간 후보(multi-spatial candidates)"; 및
- 임의의 움직임 벡터를 포함한다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태에 있어서, 상기 선택기는, 대응하는 매치 에러가 상기 매치 에러 중 최소이면, 상기 후보 움직임 벡터의 세트로부터, 상기 현재의 움직임 벡터로서 특정 움직임 벡터를 선택하도록 정렬된다. 이것은 후보 움직임 벡터들의 세트로부터 현재 움직임 벡터들을 선택하는데 비교적 쉬운 접근이다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태에 있어서, 상기 매치 에러 유닛은 제 1의 이미지 쌍의 각 이미지의 픽셀의 블록의 픽셀의 휘도값을 감산하는 것에 의해 상기 매치 에러 중 제 1의 것을 계산하도록 설계된다. 이 경우에서 픽셀의 그룹들은 픽셀의 블록에 대응한다. 휘도 차이의 절대값의 합(SAD)이 계산되는 것이 바람직하다. SAD는 상대적으로 빠르게 계산될 수 있는 상관 간계에 대한 상대적으로 신뢰성 있는 측정이다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태에 있어서, 제 1의 움직임 벡터는 제 1의 포워드 움직임 벡터 필드에 속하고 제 2의 움직임 벡터는 상기 제 1의 포워드 움직임 벡터 필드와는 상이한 제 2의 포워드 움직임 벡터 필드에 속한다. 포워드 움직임 벡터는 현재의 이미지의 픽셀의 블록을 현재의 이미지에 연속하는 기준 이미지의 픽셀의 블록과 비교함으로써 계산되는 움직임 벡터를 포함한다. 상기 연속은 현재의 이미지와 기준 이미지 사이에 다른 이미지가 존재하지 않는다는 것을 의미하는 것은 아니다. 이미지0, 이미지1, 이미지2 및 이미지3을 각각 포함하는 일련의 이미지를 가정하자. 그러면, 이미지0에 대해 현재의 이미지로서 하기의 포워드 움직임 벡터가 추정될 수 있을 것이다: 이미지1이 기준 이미지인 V(0,1), 이미지2가 기준 이미지인 V(0,2) 및 이미지3이 기준 이미지인 V(0,3). 일반적인 목적의 스킴이 움직임 벡터 필드에 대해서 어떤 종류의 계산도 허용하지만, 저비용의 소자 기반의 연산의 구현을 단순화하는 것에 주안점을 둔다, 즉, 다른 후보 움직임 벡터는 두 개의 미리 계산된 움직임 벡터에 기초한다. 그 예로서는:
- 제 2의 움직임 벡터에서 제 1의 움직임 벡터를 감산하는 것에 의해 다른 후보 움직임 벡터를 계산한다;
- 제 1의 움직임 벡터에서 제 2의 움직임 벡터를 감산하는 것에 의해 다른 후보 움직임 벡터를 계산한다;
- 제 2의 움직임 벡터를 선정된 상수로 승산하고 제 1의 움직임 벡터를 감산하는 것에 의해 다른 후보 움직임 벡터를 계산한다. 움직임 벡터를 선정된 상수로 승산하는 것은 합산에 의해 구현될 수 있다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태에 있어서, 제 1의 움직임 벡터는 제 4의 포워드 움직임 벡터 필드에 속하고 제 2의 움직임 벡터는 백워드 움직임 벡터 필드에 속한다. 백워드 움직임 벡터는 현재의 이미지의 픽셀의 블록을 상기 현재의 이미지에 앞서는 기준 이미지의 픽셀의 블록과 비교함으로써 계산되는 움직임 벡터를 포함한다. 상기 앞선다라는 용어의 의미는 현재의 이미지와 기준 이미지 사이에 다른 이미지가 존재하지 않는다는 것을 의미하는 것은 아니다. 이미지0, 이미지1, 이미지2 및 이미지3을 각각 포함하는 일련의 이미지를 가정하자. 그러면 이미지3에 대해 현재의 이미지로서 하기의 포워드 움직임 벡터가 추정될 수 있을 것이다: 이미지2가 기준 이미지인 V(3,2), 이미지1이 기준 이미지인 V(3,1) 및 이미지0이 기준 이미지인 V(3,0). 다른 후보 움직임 벡터는 두 개의 미리 계산된 움직임 벡터에 기초할 것이다. 한 예는 선정된 상수로 제 1의 움직임 벡터를 승산하고 제 2의 움직임 벡터를 합산하는 것에 의해 다른 후보 움직임 벡터를 계산하는 것이다. 포워드 움직임 벡터 필드 및 백워드 움직임 벡터 필드로부터의 움직임 벡터를 결합하는 것의 이점은 현재의 이미지와 상대적으로 적은 시간 차이를 갖는 이미지에 대응하는 움직임 벡터가 적용될 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태를 비디오 인코더, 예를 들면, MPEG 인코더에 적용하는 것이 유익하다. 특히 MPEG 인코더에서, 이미지에 대한 다수의 움직임 벡터 필드를 계산하는 것이 일반적이다. 이들 움직임 벡터는 일시적으로 저장된다. 후보 움직임 벡터를 계산하기 위해 이들 다수의 움직임 벡터 필드의 일부를 적용하는 것이 유익하다. MPEG 인코더에서, 단일의 미리 추정된 움직임 벡터를 스케일링(scaling)하는 것에 의해 호부 움직임 벡터를 계산하는 것이 공지되어 있다. 몇 몇 경우에 있어서, 다수의 시간 추정의 계산은 움직임 벡터를 스케일링하는 것보다 계산 복잡도가 낮다. 스케일링이 복잡한 인자(이진 시프트 및 가산 연산에서 쉽게 분해되지 않음)와의 승산을 필요로 하지만, 다수의 시간 후보 움직임 벡터는 간단한 시프트 및 가산 연산으로 계산될 수 있다. 인코더의 수정예와 변형예는 상술된 움직임 추정 유닛의 수정예와 변형예에 대응할 것이다.
다수의 시간 후보는 두 개 이상의 미리 추정된 움직임 벡터에 기초하여 계산될 수 있다. 다수의 시간 후보에 대한 계산 타입은 미리 추정된 움직임 벡터의 어느 것이 이용 가능한지에 따른다. 계산의 타입은 현재의 이미지와 이용 가능한 미리 추정된 움직임 벡터 사이의 시간 차이에 의해 제어될 수 있다. 미리 추정된 움직임 벡터의 선택에 대해 영향을 미칠 수 있는 다른 파라미터는 미리 추정된 움직임 벡터의 매치 에러이다. 겉보기 움직임 모델의 지식도 또한 관련된다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태를 서두에서 상술된 이미지 처 리 장치에 적용하는 것이 유익하다. 이미지 처리 장치는 부가적인 소자, 예를 들면, 처리된 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치 또는 처리된 이미지의 기억을 위한 기억 수단을 포함할 수 있다. 움직임 보상 이미지 처리 유닛은 하나 이상의 하기의 형태의 이미치 처리를 지지할 것이다:
- 디인터레이싱(de-interlacing) : 인터레이싱은 홀수 또는 짝수 번째의 이미지 라인을 교대적으로 전송하기 위한 일반적인 비디오 방송 프로시져이다. 디인터레이싱은 전수직 해상도(full vertical resolution)의 복원을 꾀한다, 즉, 각 이미지에 대해 홀수 및 짝수 라인을 동시에 이용 가능하게 한다.
- 업-컨버젼(up-conversion) : 일련의 원래의 입력 이미지로부터 더 큰 일련의 출력 이미지가 계산된다. 출력 이미지는 두 개의 원래의 입력 이미지 사이에 일시적으로 위치된다.
- 시간 노이즈 감소 : 이것은 공간 처리도 또한 포함하며, 그 결과 공간-시간 노이즈 감소로 나타나게 된다.
이미지 처리 장치의 수정예와 그 변형예는 상술된 움직임 추정 유닛의 그 수정예와 변형예에 대응할 것이다.
본 발명에 따른 움직임 추정 유닛, 인코더, 이미지 처리 장치 및 그 방법의 이들 및 다른 양상은 첨부된 도면과 연계한 하기에 상술된 구현예 및 실시형태로부터 더욱 명확해질 것이고 더욱 명료하게 될 것이다.
도 1은 다수의 연속하는 이미지와 움직임 벡터 사이의 관계를 개략적으로 도 시하는 도면.
도 2a 내지 도 2d는, 다수의 시간 후보 움직임 벡터가 두 개의 미리 추정된 움직임 벡터에 의해 계산될 수 있다는 것을 설명하기 위한, 이동하는 대상에 속하는 움직임 벡터 사이의 관계의 예를 개략적으로 도시하는 도면.
도 3은 MPEG 인코딩에서 공지된 다수의 연속 픽쳐(pictures)와 움직임 벡터 사이의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.
도 4는 움직임 벡터 필드의 일부를 개략적으로 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 움직임 추정 유닛의 실시형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 움직임 추정 유닛을 포함하는 비디오 인코더의 실시형태를 개략적으로 도시하는 도면.
도 7은 본 발명에 따른 움직임 추정 유닛을 포함하는 이미지 처리 장치의 소자를 개략적으로 도시하는 도면.
도면에서 대응하는 도면 부호는 동일한 의미를 갖는다.
도 1은 다수의 연속 이미지(0, 1, 2, 3, 4, 5)와 움직임 벡터(V(c,r))의 관계를 개략적으로 도시하는데, 여기서 c∈{0,3)이고 r∈{0, 1, 2, 3, 4, 5}이다. 신택스는 다음과 같다. 예를 들면, 이미지(0)과 이미지(1)을 포함하는 이미지 쌍에 관련된 포워드 움직임 벡터는 V(0,1)로서 표현된다. 이미지(2)와 이미지(3)을 포함하는 이미지 쌍에 관련된 백워드 움직임 벡터는 V(3,2)로서 표현된다. 원칙적으로, c와 r의 다른 값이 가능하다.
도 2a는 움직이는 대상(200)에 속하는 움직임 벡터 사이의 관계의 예를 개략적으로 도시한다. 이것은 다수의 시간 후보 움직임 벡터(
Figure 112004031525037-pct00002
)가 두 개의 미리 추정된 움직임 벡터에 의해 계산될 수 있음을 나타내기 위한 것이다. 다음과 같은 움직임 벡터가 이미 추정되었다고 가정하자: V(0,2) 및 V(0,3). 이제 다수의 시간 후보 움직임 벡터(
Figure 112004031525037-pct00003
)가 계산되어야 한다. 이것은 하기의 식 (2)를 적용함으로써 달성될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00004
이것은
Figure 112004031525037-pct00005
가 두 앞선 포워드 움직임 벡터의 감산에 의해 계산된 외삽된 움직임 벡터(extrapolated motion vector)임을 의미한다.
도 2b는 움직이는 대상(200)에 속하는 움직임 벡터 사이의 관계의 다른 예를 개략적으로 나타낸다. 하기의 움직임 벡터가 이미 추정되었다고 가정하자: V(3,4) 및 V(3,2). 이제 다수의 시간 후보 움직임 벡터(
Figure 112007089180917-pct00006
)가 계산되어야 한다. 이것은 하기의 식 (3)을 적용함으로써 달성될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00007
이것은
Figure 112004031525037-pct00008
가 백워드 움직임 벡터와 선정된 상수에 의해 승산된 포워드 움직임 벡터의 합산에 의해 계산되는 외삽된 움직임 벡터임을 나타낸다.
도 2c는 움직이는 대상(200)에 속하는 움직임 벡터 사이의 관계의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 하기의 움직임 벡터가 이미 추정되었다고 가정하자: V(0,2) 및 V(0,1). 이제 다수의 시간 후보 움직임 벡터(
Figure 112004031525037-pct00009
)가 계산되어야 한다. 이것은 하기의 식 (4)를 적용함으로써 달성될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00010
이것은
Figure 112004031525037-pct00011
가 선정된 상수에 의해 승산된 다른 포워드 움직임 벡터에서 포워드 움직임 벡터를 감산하는 것에 의해 계산되는 외삽된 움직임 벡터임을 나타낸다.
도 2d는 움직이는 대상(200)에 속하는 움직임 벡터 사이의 관계의 다른 예를 개략적으로 도시한다. 하기의 움직임 벡터가 이미 추정되었다고 가정하자: V(0,2) 및 V(0,3). 이제 다수의 시간 후보 움직임 벡터(
Figure 112004031525037-pct00012
)가 계산되어야 한다. 이것은 하기의 식 (5)를 적용함으로써 달성될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00013
이것은
Figure 112004031525037-pct00014
가 다른 움직임 벡터에서 포워드 움직임 벡터의 감산에 의해 계산되는 보간된(interpolated) 움직임 벡터임을 나타낸다.
도 3은 MPEG 인코딩에서 공지된 다수의 연속하는 픽쳐(IBBPBB)와 움직임 벡터 사이의 관계를 개략적으로 도시한다. MPEG에 있어서, I, P, 및 B 픽쳐 타입이 존재한다. I 및 P 픽쳐 둘 다는 기준 이미지로서 기능한다. P 픽쳐는 이전 기준 이미지로부터 순방향으로(forward) 예측된다. B 픽쳐는 이전 및 미래의 기준 이미지로부터 양 방향으로 예측된다. 픽쳐 그룹(GOP)은 (I/P)BB...B(I/P) 형태의 서브그룹(k)을 포함한다. 도 3에서는 k=2로 가정되었다. 서브그룹(1) 또는 서브그룹(2) 내의 픽쳐의 수는, GOP의 예측 깊이(M)와 유사하게, M1 및 M2로 표기된다. 일반적으로, Mk는 반드시 고정될 필요는 없다. 움직임 벡터에 대해 다른 신택스가 사용된다. k번째 서브그룹의 i번째 픽쳐의 예측에 사용되는 포워드 움직임 벡터는 fi k로 표기된다. 백워드 움직임 벡터는 bi k로 표기된다.
다음에, 도 2a 내지 도 2d와 연계하여 설명된 예의 일반화가 제공될 것이다. 이것을 위해 다른 신택스가 사용된다. Mk=Mk -1=3으로 가정된다. 그러면, 식 (2)는 하기의 식 (6)으로 일반화될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00015
기초가 되는 움직임 모델은 "가장 최근의 속도"이다. 이 경우, 다수의 시간 후보 움직임 벡터를 계산하기 위해 다른 서브그룹에 속하는 움직임 벡터가 사용된다. 도 3에 대해 적용가능한 가정을 고려하면 하기의 식 (7)을 생성한다:
Figure 112004031525037-pct00016
이것은 도 2a에서 제공된 예와 부합한다.
식 (3)은 하기의 식 (8)로 일반화될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00017
기초가 되는 움직임 모델은 "가장 최근의 가속도"이다. 이 경우, 다수의 시간 후보 움직임 벡터를 계산하기 위해 다른 서브그룹에 속하는 움직임 벡터가 동일한 서브그룹으로부터의 움직임 벡터와 함께 사용된다. 도 3에 대해서 적용가능한 가정을 고려하면 식 (9)를 생성한다:
Figure 112004031525037-pct00018
이것은 도 2b에서 제공된 예와 부합한다.
식 (4)는 하기의 식 (10)으로 일반화될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00019
기초가 되는 움직임 모델은 "가장 최근의 속도"이다. 이 경우, 다수의 시간 후보 움직임 벡터를 계산하기 위해 동일한 서브그룹에 속하는 움직임 벡터가 사용된다. i=3이라고 가정하자. 도 3에 대해서 적용가능한 가정을 고려하면 식 (11)를 생성한다:
Figure 112004031525037-pct00020
이것은 도 2c에서 제공된 예와 부합한다.
식 (5)는 하기의 식 (12)로 일반화될 수 있다:
Figure 112004031525037-pct00021
이 경우, 다수의 시간 후보 움직임 벡터를 계산하기 위해 동일한 서브그룹에 속하는 움직임 벡터가 사용된다. i=2이라고 가정하자. 도 3에 대해서 적용가능한 가정을 고려하면 식 (13)을 생성한다:
Figure 112004031525037-pct00022
이것은 도 2d에서 제공된 예와 부합한다.
도 4는 움직임 벡터(402-410)를 포함하는 움직임 벡터 필드(400)의 일부를 개략적으로 도시한다. 움직임 벡터 필드(400)는 줌에 관련된다. 여러 움직임 벡터(402-410)가 상이하지만, 이들은 공유 정보, 즉 움직임 모델의 파라미터를 포함한다. 미리 계산된 움직임 벡터로부터 이들 파라미터를 추출하는 것이 첫 번째 단계이다. 두 번째 단계는 후보 움직임 벡터의 계산을 위해 이 정보를 적용하는 것이다. 이것은 다수의 공간 후보 움직임 벡터를 의미한다. 이 후보 움직임 벡터로 귀결되는 프로세스는 상기 상술된 것과 부합하는 보간 및/또는 외삽 스킴에 기초될 수 있다.
도 5는 움직임 추정 유닛(500)의 실시형태를 개략적으로 도시하는데:
- 현재의 이미지의 픽셀 블록에 대해 후보 움직임 벡터 세트를 생성하기 위한 생성 수단(502)과;
픽셀 블록의 픽셀 값과 기준 이미지의 픽셀 값 사이의 차이의 절대값의 합 산에 의해 픽셀 블록의 각 후보 움직임 벡터의 매치 에러를 계산하기 위한 매치 에러 유닛(506)과;
- 추정된 움직임 벡터와 대응하는 매치 에러를 저장하기 위한 기억부(504); 및
- 각 후보 움직임 벡터의 매치 에러를 비교하는 것에 의해 후보 움직임 벡터로부터 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기(508)를 포함한다.
움직임 추정 유닛(500)의 입력은 이미지를 포함하고 입력 커넥터(510)에서 제공된다. 움직임 추정 유닛(500)의 출력은 움직임 벡터 필드이며 출력 커넥터(512)에서 제공된다. 움직임 추정 유닛(500)의 동작은 다음과 같다. 먼저, 생성 수단(502)이 픽셀 블록에 대해 후보 움직임 벡터 세트를 생성한다. 이 세트는 랜덤 움직임 벡터 또는 기억부(504)에 기억된 미리 추정된 움직임 벡터의 세트로부터 직접적으로 추출된 움직임 벡터를 포함할 것이다. 그러나 생성 수단(502)은 제 1의 움직임 벡터와 제 2의 움직임 벡터에 기초하여 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 또한 정렬되는데, 상기 제 1의 움직임 벡터와 제 2의 움직임 벡터 둘 다는 미리 추정된 움직임 벡터의 세트에 속한다. 이러한 계산은 도 2a 내지 도 2d 또는 도 3과 연계하여 설명된 식을 따르거나 도 4와 연계하여 설명된 식을 따른다. 후보 움직임 벡터의 세트가 만들어진 후, 매치 에러 유닛(506)은 이들 후보 움직임 벡터에 대해 매치 에러를 계산한다. 그 다음, 선택기(508)가 이들 매치 에러에 기초하여 후보 움직임 벡터의 세트로부터 현재의 움직임 벡터를 선택한다. 이 현재의 움직임 벡터는 그 매치 에러가 최하의 값을 갖기 때문에 선택된다. 현재의 움직임 벡터는 또한 기억부(504)에 저장된다.
도 6은 유입하는 비압축 픽쳐의 시퀀스를 압축된 픽쳐로 변환하도록 설계된 비디오 인코더(600)의 실시형태를 개략적으로 도시한다. 비디오 인코더(600)는:
- 움직임 추정기(500), 이산 코사인 변환기(626), 양자화기(628), 및 런-레벨 인코더(629)를 차례로 구비하는 인코더 체인(602)과;
- 런-레벨 디코더(623), 역양자화기(622), 역이산 코사인 변환기(620), 및 움직임 보상기(618)를 차례로 구비하는 디코더 체인(616)과;
- 가변 길이 인코더(634); 및
- 이전의 기준 픽쳐(630)와 미래의 기준 픽쳐(632)를 저장하기 위한 기준 픽쳐 풀(reference picture pool; 603)을 포함한다.
유입하는 비압축 픽쳐의 시퀀스는 비디오 인코더(600)에 그 입력 커넥터(612)에서 입력된다. 픽쳐의 코딩은 매크로블록(MacroBlock), 즉 16×16 픽셀의 블록에 기초하여 설명된다. 각각의 픽쳐 내에서, 매크로블록은 왼쪽에서 오른쪽으로 차례로 코딩된다. 주어진 매크로블록에 대해서, 코딩 모드가 선택된다. 이것은 픽쳐 타입과 움직임 보상 예측의 효율에 의존한다. 코딩 모드에 따라서, 과거 및/또는 미래의 기준 픽쳐에 기초한 매크로블록의 컨텐츠의 움직임 보상 예측은 움직임 추정 유닛(500)에 의해 형성된다. 이들 기준 픽쳐는 기준 픽쳐 풀(603)로부터 검색된다(retrieved). 예측은 현재의 매크로블록의 실제 데이터, 즉 비압축 픽쳐의 픽셀에서 감산되어, 예측 에러를 형성한다. 예측 에러는 픽셀의 매트릭스임을 주지하라. 예측 에러는 이산 코사인 변환기(626)로 입력되고, 이것은 예측 에러를 8×8의 픽셀 블록으로 분할하고 각각의 8×8의 픽셀 블록에 대해 이산 코사인 변환을 수행한다. 그 결과 생성되는 2차원의 8×8의 DCT 계수 블록은 양자화를 수행하는 양자화기(628)에 입력된다. 양자화는 주로 고주파수에 영향을 끼친다. 인간 시각 시스템은 더 높은 주파수에서의 픽쳐 왜곡에 덜 민감하다. 양자화된 2차원의 8×8의 DCT 계수의 블록은 지그재그 순서로 주사되고 런-레벨 인코더(629)에 의해 양자화된 DCT 계수의 일차원의 스트링으로 변환된다. 이 스트링은 압축된 픽쳐를 나타낸다. 이러한 압축된 픽쳐는 나중의 사용, 예를 들면 기준 픽쳐로서의 기능을 위해 기준 픽쳐 풀(603)에 저장될 수 있다. 압축된 픽쳐는 가변 길이로 인코딩된 스트링(variable length encoded string)으로 변환될 수도 있다. 이 변환은 가변 길이 인코더(634)에 의해 수행된다. 예측 에러 이외에 다른 정보, 예를 들면 움직임 벡터 필드와 픽쳐의 타입이 유사한 방식으로 코딩된다.
움직임 추정은 기준 픽쳐를 요구한다. 이전 기준 픽쳐와 미래의 기준 픽쳐 둘 다는 디코더 체인(616)에 의해 압축된 픽쳐로부터 재구성된다. 압축된 픽쳐는 필요할 때 기준 픽쳐 풀(603)로부터 검색된다. 이들은 런-레벨 디코더(623), 역양자화기(622), 역이산 코사인 변환기(620) 및 움직임 보상기(618)에 의해 연속적으로 처리된다. 이들 네 유닛은 인코더 체인(602)의 네 유닛에 관련된 역동작을 역순으로 수행한다. 재구성 이후 기준 픽쳐는 기준 픽쳐 풀(603)에 일시적으로 저장되어 후속하는 압축 픽쳐에 대한 움직임 추정을 위해 사용된다.
도 7은 이미지 처리 장치(700)의 소자를 개략적으로 도시하는데:
- 약간의 처리가 수행된 이후 디스플레이될 이미지를 나타내는 신호를 수신 하기 위한 수신 수단(702)과;
- 도 5와 연계하여 설명된 움직임 추정 유닛(500)과;
- 움직임 보상 이미지 처리 유닛(704); 및
- 처리된 이미지를 디스플레이하기 위한 디스플레이 장치(706)를 포함한다.
상기 신호는 안테나 또는 케이블을 통해 수신되는 방송 신호일 수 있으며 VCR(Video Cassette Recorder) 또는 DVD(Digital Versatile Disk)와 같은 기억 장치로부터의 신호일 수도 있다. 상기 신호는 입력 커넥터(706)에서 제공된다. 상기 디스플레이 장치는 임의적이다.
움직임 보상 이미지 처리 유닛(706)은 그 입력으로서 움직임 벡터와 이미지를 필요로 한다.
상기 언급된 실시형태는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 설명하기 위한 것으로 당업자는 첨부된 청구의 범위의 영역을 벗어나지 않으면서 다른 대안의 실시형태를 설계할 수 있을 것이다. 청구의 범위에 있어서, 괄호 내에 있는 도면 부호는 본 청구의 범위를 제한하는 것으로 이해되어서는 안된다. "포함한다"라는 용어는 청구의 범위에서 나열되지 않은 소자 또는 단계의 존재를 배제하지 않는다. 단수로 표기된 소자는 복수로 구성될 수도 있다. 본 발명은 여러 별개의 소자를 포함하는 하드웨어와 적절히 프로그램된 컴퓨터에 의해 구현될 수 있다. 여러 수단을 나열하는 독립 청구항에서, 여러 개의 이들 수단은 하나의 동일한 아이템의 하드웨어로 구현될 수도 있다.

Claims (14)

  1. 이미지의 픽셀들의 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 움직임 추정 유닛(500)으로서,
    - 상기 픽셀들의 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터들의 세트를 생성하기 위한 생성 수단(502)과,
    - 각 후보 움직임 벡터들의 매치 에러(match error)들을 계산하기 위한 매치 에러 유닛(506)과,
    - 상기 각 후보 움직임 벡터들의 상기 매치 에러들을 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터들로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기(508)를 포함하되,
    상기 움직임 추정 유닛(500)은 상기 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트에 속하는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 기초하여 다른 후보 움직임 벡터를 계산함으로써 상기 후보 움직임 벡터들의 세트에 상기 다른 후보 움직임 벡터를 부가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 선택기(508)는, 대응하는 매치 에러가 상기 매치 에러들 중 최소이면, 상기 후보 움직임 벡터들의 세트로부터, 상기 현재의 움직임 벡터로서 특정 움직임 벡터를 선택하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 매치 에러 유닛(506)은 제 1 이미지 쌍의 각 이미지들의 픽셀들 중 블록들의 픽셀들의 휘도값들을 감산하는 것에 의해 상기 매치 에러들 중 제 1 매치 에러를 계산하도록 설계되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  4. 제 1 항에 있어서,
    제 1 포워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 1 움직임 벡터(V(0,3))와 상기 제 1 포워드 움직임 벡터 필드와는 상이한 제 2 포워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 2 움직임 벡터(V(0,2))에 기초하여 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 움직임 벡터(V(0,3))로부터 상기 제 2 움직임 벡터(V(0,2))를 감산하는 것에 의해 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 움직임 벡터(V(0,2))로부터 상기 제 1 움직임 벡터(V(0,3))를 감산하는 것에 의해 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  7. 제 1 항에 있어서,
    제 3 포워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 1 움직임 벡터(V(0,1))와 상기 제 3 포워드 움직임 벡터 필드와는 상이한 제 2 포워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 2 움직임 벡터(V(0,2))에 기초하여 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2 움직임 벡터(V(0,2))를 기선정된 상수로 승산하고 상기 제 1 움직임 벡터(V(0,1))를 감산하는 것에 의해 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  9. 제 1 항에 있어서,
    제 4 포워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 1 움직임 벡터(V(3,4))와 제 1 백워드 움직임 벡터 필드에 속하는 상기 제 2 움직임 벡터(V(3,2))에 기초하여 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 움직임 벡터(V(3,4))를 기선정된 상수로 승산하고 상기 제 2 움직임 벡터(V(3,2))를 합산하는 것에 의해 상기 다른 후보 움직임 벡터를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  11. 제 1 항에 있어서,
    특정한 움직임 벡터 필드(400)에 속하는 상기 제 1 움직임 벡터(404) 및 상기 제 2 움직임 벡터(408)에 기초하여 상기 다른 후보 움직임 벡터(410)를 계산하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 움직임 추정 유닛(500).
  12. 이미지의 픽셀들의 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 방법으로서,
    - 상기 픽셀들의 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터들의 세트를 생성하는 생성 단계와,
    - 각각의 후보 움직임 벡터들의 매치 에러들을 계산하는 매치 에러 단계와,
    - 각 후보 움직임 벡터들의 상기 매치 에러들을 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터들로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하는 선택 단계를 포함하되,
    상기 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트에 속하는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 기초하여 다른 후보 움직임 벡터를 계산함으로써 상기 후보 움직임 벡터들의 세트에 상기 다른 후보 움직임 벡터가 부가되는 것을 특징으로 하는, 현재의 움직임 벡터 추정 방법.
  13. 이산 코사인 변환기(626), 양자화기(628), 런-레벨 인코더(629) 및 이미지의 픽셀들의 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 움직임 추정 유닛(500)을 포함하는 인코더(600)로서,
    상기 움직임 추정 유닛(500)은,
    - 상기 픽셀들의 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터들의 세트를 생성하기 위한 생성 수단(502)과,
    - 각 후보 움직임 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 유닛(506)과,
    - 상기 각 후보 움직임 벡터들의 상기 매치 에러들을 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터들로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기(508)를 포함하되,
    상기 움직임 추정 유닛(500)은 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트에 속하는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 기초하여 다른 후보 움직임 벡터를 계산함으로써 상기 후보 움직임 벡터들의 세트에 상기 다른 후보 움직임 벡터를 부가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 인코더(600).
  14. 이미지 처리 장치(700)로서,
    - 이미지들을 나타내는 신호를 수신하기 위한 수신 수단(702)과,
    - 상기 이미지들의 제 1 이미지의 픽셀들의 그룹에 대한 현재의 움직임 벡터를 추정하기 위한 움직임 추정 유닛(500)과,
    - 상기 이미지들과 상기 현재의 움직임 벡터에 기초하여 처리된 이미지들을 계산하기 위한 움직임 보상 이미지 처리 유닛을 포함하고,
    상기 움직임 추정 유닛(500)은,
    - 상기 픽셀들의 그룹에 대해서, 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트로부터 추출되는 후보 움직임 벡터들의 세트를 생성하기 위한 생성 수단(502)과,
    - 각 후보 움직임 벡터들의 매치 에러들을 계산하기 위한 매치 에러 유닛(506)과,
    - 상기 각 후보 움직임 벡터들의 상기 매치 에러들을 비교하는 것에 의해 상기 후보 움직임 벡터들로부터 상기 현재의 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택기(508)를 포함하되,
    상기 움직임 추정 유닛(500)은 미리 추정된 움직임 벡터들의 세트에 속하는 제 1 움직임 벡터 및 제 2 움직임 벡터에 기초하여 다른 후보 움직임 벡터를 계산함으로써 상기 후보 움직임 벡터의 세트에 상기 다른 후보 움직임 벡터를 부가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 이미지 처리 장치(700).
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