TWI381740B - 運動補償方法及可執行運動補償之積體電路 - Google Patents

運動補償方法及可執行運動補償之積體電路 Download PDF

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Description

運動補償方法及可執行運動補償之積體電路
本發明係關於視訊編碼，特別係關於一種運動(motion)補償方法及可執行運動補償之積體電路。
基於區塊的視訊編碼標準，如運動圖像專家群組(Motion Picture Experts Group,MPEG)1/2/4與H.26x標準，藉由減少視訊框之間的時間冗餘(temporal redundancy)及視訊框內的空間冗餘來達到資料壓縮之目的。符合上述標準的編碼器產生可由符合其他標準的解碼器解碼的比特流。
每一視訊框包含一個畫素陣列(pixel array)。一個巨集區塊(macro block)係為一組畫素，通常為16x16的畫素陣列。16x16的區塊可進一步分割(partition)為符合某些視訊編碼標準的16x8、8x16、8x8、8x4、4x8或4x4的區塊。基於巨集區塊估計視訊框之間的影像移動是常用的手段，即所謂運動估計，一般包括比較當前框的巨集區塊與其他參照框的複數個巨集區塊的相似性。當前視訊框的巨集區塊與最相似的參照框的巨集區塊之間的空間位移(displacement)即為運動向量(Motion Vector，MV)。通過插入參照框的畫素，運動向量的估計值可控制在一個畫素片段(fraction)內。
運動補償涉及視訊框重建(reconstruction)的相反 過程，視訊框重建係依據視訊解碼器中的參照框與運動向量來進行。RV9(Real Video 9)實際視訊規格包括用於運動補償的運動向量剪輯(clip)方案。第1a圖與第1b圖為在實際視訊規格RV9格式下的運動向量剪輯方案的實施例的示意圖，分別顯示巨集區塊中一個4x4色度分量(chrominance component)的視訊區塊的運動向量在右邊界(第1a圖之10a)及下邊界(第1b圖之10b)剪輯的情況。RV9規格提供兩種運動向量剪輯方案，包含無限制運動向量(Unrestricted Motion Vector,UMV)剪輯方案及4x4的視訊區塊運動向量剪輯方案。UMV剪輯方案將邊界畫素(border pixel)向四個方向無限延伸，而4x4的視訊區塊運動向量剪輯方案僅將畫素在視訊框的框邊界周圍有限延伸。在4x4的視訊區塊運動向量剪輯方案中，當色度分量的子區塊處於框邊界之外時，RV9規格會調整運動向量，使子區塊處於右邊界(第1a圖)與下邊界(第1b圖)之外小於一個畫素的位置，導致重建的影像不夠準確。
因此，需要一種用於運動解碼器的運動補償方法來決定準確的運動向量，以用於實際視訊應用中框邊界附近的運動補償。
本發明提供了運動(motion)補償方法及可執行運動補償之積體電路，用於框邊界附近的運動補償，解決了 先前技術中重建(reconstruction)影像不準確之技術問題。
依據本發明之一實施例，提供一種運動補償方法，包含有：接收具有預設區塊維度(block dimension)之視訊區塊；當視訊區塊處於視訊框之框邊界時，將視訊區塊分割(partition)為複數個子區塊，子區塊具有小於預設區塊維度的子區塊維度；以及對子區塊執行運動補償。
依據本發明之另一實施例，揭露一種運動補償方法，包含有：接收控制訊號，以選擇無限制運動向量(Unrestricted Motion Vector,UMV)模式與分離受限運動向量剪輯模式(split restricted MV clipping mode)其中之一者；接收視訊區塊；在UMV模式下基於視訊區塊執行運動補償；以及將視訊區塊劃分(split)為兩個運動向量(Motion Vector,MV)剪輯子區塊，當視訊區塊處於視訊框之框邊界時，將其中一個運動向量剪輯子區塊向框邊界之左方或上方移位，並且在分離受限運動向量剪輯模式下對移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償。
依據本發明之另一實施例，提供一種可執行運動補償之積體電路，包含有：分割單元，用於接收具有預設區塊維度之視訊區塊，並在視訊區塊處於視訊框之框邊界時，將視訊區塊分割為具有小於預設區塊維度之子區塊維度的複數個子區塊；以及運動補償單元，耦接至分割單元，用於對子區塊執行運動補償。
依據本發明之另一實施例，提供一種可執行運動補償之積體電路，包含有：控制器，用於產生控制訊號，以選擇UMV模式與分離受限運動向量剪輯模式其中之一者；UMV單元，耦接至控制器，用於接收視訊區塊，在選擇了UMV模式時對視訊區塊執行運動補償；以及運動向量剪輯單元，耦接至控制器，當選擇分離受限運動向量剪輯模式時，運動向量剪輯單元將視訊區塊劃分為兩個運動向量剪輯子區塊，當視訊區塊處於視訊框之框邊界時，運動向量剪輯單元將其中一個運動向量剪輯子區塊向框邊界之左方或上方移位，並對移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償。
本發明之運動補償方法及可執行運動補償之積體電路與先前技術相比較，其有益效果包括：通過無限制運動向量模式，提高了用於運動估計與補償的邊界區塊的編碼效率，從而改善了影像品質。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為開放式的用語，故應解釋成「包含但不 限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接電氣連接於第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至第二裝置。
下文描述了實現本發明之最佳模式，僅用於闡釋基本原理，並非用以限定本發明。本發明之保護範圍當以後附之申請專利範圍所界定者為準。
第2圖係為依據本發明之一實施例之視訊解碼器之方塊圖。視訊解碼器2包含控制器20、無限制運動向量(Unrestricted Motion Vector，UMV)單元22以及運動向量剪輯(Motion Vector clipping)單元24。控制器20耦接於UMV單元22及運動向量剪輯單元24。
視訊解碼器2可在正常UMV模式下以及分離受限運動向量剪輯模式(split restricted MV clipping mode)下執行運動補償。控制器20接收視訊區塊Db 以產生控制訊號Dc ，來選擇UMV模式與分離受限運動向量剪輯模式其中之一者。接著，UMV單元22與運動向量剪輯單元24獲取控制訊號Dc ，以便根據運動向量模式，激活其中之一者。當選擇UMV模式時，UMV單元22接收視訊區塊Db 並對其進行運動補償以產生重建(reconstruction)的視訊區塊Dcomp1 。運動向量剪輯單元24將視訊區塊Db 劃分為兩個運動向量剪輯子區塊，當視訊區塊處於視訊框的框邊界時，將其中一個運動向量剪輯子區塊向框邊 界的左方或上方移位，並對移位後的運動向量剪輯子區塊及其他運動向量剪輯子區塊執行運動補償以產生重建的視訊區塊Dcomp2 。
控制器20基於視訊區塊Db 的資料類型決定控制訊號Dc 。舉例而言，當視訊區塊Db 為MPEG資料時，控制器20產生控制訊號Dc 以致能UMV模式；當視訊區塊Db 為RV9(Real Video 9)資料時，控制器20則致能分離受限運動向量剪輯模式。視訊區塊Db 為巨集區塊(macro block)，通常包含兩個巨集區塊分割(macro block partition)，包括亮度(luminance)與色度(chrominance)分量，某些實施例中，亮度分量的區塊大小為色度分量區塊大小的兩倍。舉例而言，一個16x16的巨集區塊包含兩個16x8或8x16的巨集區塊分割，每一巨集區塊分割包含8x8亮度分量與4x4色度分量。
第3圖顯示結合於第2圖之視訊解碼器的無限制運動向量方案之實施例。UMV單元22執行第3圖所示之正常UMV方案，其中，視訊解碼器2接收複數個運動向量，對每一巨集區塊分割執行運動補償，以獲得當前區塊分割。第3圖顯示在上、下、左、右四個方向上進行延伸的參照框320的示意圖，其中延伸係藉由重復或填充(padding)邊界畫素至延伸區域322來實現。視訊編碼器(未顯示於圖中)估計當前區塊32與參照區塊30之間的位移，以作為運動向量，其中，當前區塊32部分處於參照框320的框邊界之外。舉例而言，視訊編碼器 計算當前區塊32與搜尋窗324中候選的每一參照區塊之間的誤差，決定最小誤差作為匹配最佳的區塊(如參照區塊30)，並估計當前區塊32與參照區塊之間的位移，作為傳送給視訊解碼器2的運動向量。當前區塊32與每一候選參照區塊之間的誤差可藉由當前區塊32的每一畫素與每一候選參照區塊之間的絕對差值的和(Sum of Absolute Difference，SAD)計算出來。UMV單元22接收運動向量，將指向框邊界之外的運動向量加到參照區塊，以重建近似的當前區塊。舉例而言，運動向量(MVx ,MVy )可為(3，－3)，指示當前區塊32與參照區塊30的水平位移為3畫素，垂直位移－3畫素。UMV預測技術提高了用於運動估計與補償的邊界區塊的編碼效率，從而改善了影像品質。
當接收到框邊界上的色度分量時，運動向量剪輯單元24執行符合實際視訊規格RV9的運動向量剪輯方案，如第4a圖至第4c圖所示。第4a圖至第4c圖顯示結合於第2圖之視訊解碼器的運動向量剪輯方案之實施例。運動向量剪輯單元24接收8x4色度分量的視訊區塊42(第4a圖所示)，將其劃分為兩個4x4運動向量剪輯子區塊42a與42b(第4b圖所示)，將位於框邊界之外的4x4運動向量剪輯子區塊向左或向上移位預設距離(第4c圖所示)，並對運動向量剪輯子區塊42a與42b執行運動補償。框邊界上的運動向量剪輯子區塊可向上與向左移位至不超出視訊框之外三個畫素的位置。本實施例中， 運動向量剪輯方案實施於色度分量，方案執行以下步驟：對每一視訊區塊,計算視訊區塊之複數個運動向量；對每一運動向量剪輯子區塊,計算其移位後之邊界(如向左移位後的右邊界或向上移位後的下邊界)與視訊區塊之寬度或高度之差值，並將差值與反向運動向量作比較，依據其中之較小者對運動向量剪輯子區塊進行運動補償，其中運動向量剪輯子區塊係為運動向量剪輯單元。
對運動向量剪輯子區塊的操作可表示為下列函式：TRUNCATE_LO(mvxF,(crWidth－xRefPos－3)* INTERP_FACTOR－1,lo)； TRUNCATE_LO(mvyF,(crHeight－yRefPos－3)* INTERP_FACTOR－1,lo)； } } TRUNCATE_LO(val,lim,tmp) (tmp)＝(lim)； if((tmp)<(val)) (val)＝(tmp)；
其中，mvxF係為沿水平方向之反向運動向量；mvyF係為沿垂直方向之反向運動向量；crWidth係為視訊區塊之寬度；crHeight係為視訊區塊之高度；xRefPos係為運動向量剪輯子區塊之最左端； yRefPos係為運動向量剪輯子區塊之最上端；INTERP_FACTOR係為內插分數因子；以及lo係為臨時變數。
第5圖係為第2圖中之運動向量剪輯單元之實施例的方塊圖。運動向量剪輯單元5包含分割(partition)單元50與耦接於分割單元50的運動補償單元52。分割單元50接收具有預設區塊維度(block dimension)的視訊區塊Db ，當視訊區塊Db 處於視訊框之框邊界時，將其分割為複數個子區塊Dsub ，這些子區塊具有小於預設區塊維度之子區塊維度。舉例而言，預設區塊維度為8x4畫素，則子區塊維度可為4x4、2x2、2x4或4x2畫素。運動補償單元52接著對子區塊Dsub 執行運動補償以產生重建的視訊區塊Dcomp 。再如，視訊區塊Db 係為具有預設區塊維度8x4的色度分量，當色度分量覆蓋到視訊框邊界時，分割單元50分割色度分量以提供兩個4x4的子區塊，運動補償單元52對所提供的子區塊執行運動補償，因而其運動向量不發生改變。
第6圖顯示依據本發明之一實施例之運動補償方案，請一併參照第5圖之運動向量剪輯單元5。
當視訊區塊Db 處於視訊框66內部時，如第6圖所示視訊區塊60，區塊分割尚未分離，仍保持完整。當視訊區塊Db (如視訊區塊62)靠近視訊框邊界時，分割單元50將視訊區塊62的位置與預設邊界閾值TH作比較，若視訊區塊62的位置超出預設邊界閾值TH，將視訊區塊 62分為子區塊620與622。運動補償單元52則對子區塊620與622執行運動補償以產生重建的當前區塊。當視訊區塊Db (如視訊區塊64)處於右邊界或下邊界上時，分割單元50將其分為子區塊640與642，從而使兩個子區塊的運動向量保持相同。運動補償單元52對子區塊640與642執行運動補償以產生重建的當前區塊。分割單元50將視訊區塊Db 分為兩個運動向量剪輯子區塊(未顯示於圖中)，當運動向量剪輯子區塊處於視訊框的右邊界或下邊界時，調整運動向量使其向左或向上移位，並在運動向量調整之後對其進行分割，藉此可決定視訊區塊Db 處於右邊界或是下邊界。
所屬領域之技術人員當可對本發明之裝置及方法做出變更與修改，凡不超出本發明之精神範圍內所做之更動與潤飾，均屬於本發明之保護範圍。
10a、10b、42、60、62、64‧‧‧視訊區塊
2‧‧‧視訊解碼器
20‧‧‧控制器
22‧‧‧無限制運動向量單元
24、5‧‧‧運動向量剪輯單元
30‧‧‧參照區塊
32‧‧‧當前區塊
320‧‧‧參照框
322、44、68‧‧‧延伸區域
324‧‧‧搜尋窗
40、66‧‧‧視訊框
42a、42b‧‧‧運動向量剪輯子區塊
50‧‧‧分割單元
52‧‧‧運動補償單元
620、622、640、642‧‧‧子區塊
第1a圖與第1b圖顯示了在實際視訊規格RV9格式下的運動向量剪輯操作的實施例。
第2圖係為依據本發明實施例之視訊解碼器之方塊圖。
第3圖顯示結合於第2圖之視訊解碼器的無限制運動向量方案之實施例。
第4a圖至第4c圖顯示結合於第2圖之視訊解碼器的運動向量剪輯方案之實施例。
第5圖係為第2圖中之運動向量剪輯單元之實施例的方塊圖。
第6圖顯示依據本發明之一實施例之運動補償方案。
2‧‧‧視訊解碼器
20‧‧‧控制器
22‧‧‧無限制運動向量單元
24‧‧‧運動向量剪輯單元

Claims (24)

  1. 一種運動補償方法，包含有：接收一視訊區塊，該視訊區塊具有一預設區塊維度；判斷該視訊區塊是否處於一視訊框之一框邊界；只有當該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，才將該視訊區塊分割為複數個子區塊，該些子區塊具有小於該預設區塊維度之一子區塊維度；以及對該些子區塊執行運動補償。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之運動補償方法，其中該分割步驟包含有：當該視訊區塊處於該視訊框之右邊界或下邊界時，將該視訊區塊分割為該些子區塊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之運動補償方法，更包含：將該視訊區塊劃分為兩個運動向量剪輯子區塊；當該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，將其中之一運動向量剪輯子區塊移位至不超出視訊框之外三個畫素的位置；以及對該移位之運動向量剪輯子區塊與另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償，以產生兩個運動向量；其中，該分割步驟包括：當由該些運動向量剪輯子區塊產生的該些運動向量不同時，分割該視訊區塊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之運動補償方法，其中該分割步驟包含：當該視訊區塊之位置超出該視訊框之一預設邊界閾值時，分割該視訊區塊。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之運動補償方法，其中該視訊區塊係為一色度視訊區塊。
  6. 一種運動補償方法，包含有：接收一控制訊號，以選擇一無限制運動向量模式與一分離受限運動向量剪輯模式其中之一者；接收一視訊區塊；在該無限制運動向量模式下對該視訊區塊執行運動補償；判斷該視訊區塊是否處於一視訊框之一框邊界；以及只有當該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，才將該視訊區塊劃分為兩個運動向量剪輯子區塊，並將其中之一運動向量剪輯子區塊向該框邊界之左方或上方移位，並且在該分離受限運動向量剪輯模式下對該移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之運動補償方法，其中在該分離受限運動向量剪輯模式下之該劃分操作、該移位操作以及該執行運動補償的操作包含：對每一視訊區塊，計算該視訊區塊之複數個運動向量；對每一運動向量剪輯子區塊，計算其移位後之一邊界與該視訊區塊之寬度或高度之一差值，並將該差值與一反向運動向量作比較，依據其中之較小者對該運動向 量剪輯子區塊進行運動補償，其中該運動向量剪輯子區塊係為一運動向量剪輯單元。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之運動補償方法，更包含：基於該視訊區塊之資料類型決定該控制訊號。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之運動補償方法，其中該視訊區塊具有一預設區塊維度，該運動補償方法更包含：當該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，將該視訊區塊分割為複數個子區塊，該些子區塊具有小於該預設區塊維度之一子區塊維度，並在該分離受限運動向量剪輯模式下對該些子區塊執行運動補償。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之運動補償方法，其中該分割步驟包含：當該視訊區塊處於該視訊框之右邊界或下邊界時，將該視訊區塊分割為該些子區塊。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之運動補償方法，其中：對該移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償之步驟包含：對該移位之運動向量剪輯子區塊與另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償，以產生兩個運動向量；以及該分割步驟包含：當由該些運動向量剪輯子區塊產生的該些運動向量不同時，分割該視訊區塊。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之運動補償方法，其中該分割步驟包含：當該視訊區塊之位置超出該視訊框 之一預設邊界閾值時，分割該視訊區塊。
  13. 一種可執行運動補償之積體電路，包含有：一分割單元，用於接收具有一預設區塊維度之一視訊區塊，判斷該視訊區塊是否處於一視訊框之一框邊界，並只有在該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，才將該視訊區塊分割為複數個子區塊，該些子區塊具有小於該預設區塊維度之一子區塊維度；以及一運動補償單元，耦接至該分割單元，用於對該些子區塊執行運動補償。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之可執行運動補償之積體電路，其中當該視訊區塊處於該視訊框之右邊界或下邊界時，該分割單元將該視訊區塊分割為該些子區塊。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之可執行運動補償之積體電路，更包含：一運動向量剪輯單元，用於將該視訊區塊劃分為兩個運動向量剪輯子區塊，當該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，將其中之一運動向量剪輯子區塊移位至不超出視訊框之外三個畫素的位置，並且對該移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償，以產生兩個運動向量，其中當由該些運動向量剪輯子區塊產生的該些運動向量不同時，該分割單元分割該視訊區塊。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之可執行運動補償 之積體電路，其中當該視訊區塊之位置超出該視訊框之一預設邊界閾值時，該分割單元分割該視訊區塊。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之可執行運動補償之積體電路，其中該視訊區塊係為一色度視訊區塊。
  18. 一種可執行運動補償之積體電路，包含有：一控制器，用於產生一控制訊號，以選擇一無限制運動向量模式與一分離受限運動向量剪輯模式其中之一者；一無限制運動向量單元，耦接至該控制器，用於接收一視訊區塊，在選擇該無限制運動向量模式時對該視訊區塊執行運動補償；以及一運動向量剪輯單元，耦接至該控制器，在該分離受限運動向量剪輯模式下，判斷該視訊區塊是否處於一視訊框之一框邊界，只有當該視訊區塊處於一視訊框之一框邊界時，將該運動向量剪輯單元將該視訊區塊劃分為兩個運動向量剪輯子區塊，將該運動向量剪輯單元將其中之一運動向量剪輯子區塊向該框邊界之左方或上方移位，並對該移位之運動向量剪輯子區塊及另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償。
  19. 如申請專利範圍第18項所述之可執行運動補償之積體電路，其中該運動向量剪輯單元依據如下步驟運作：對每一視訊區塊，計算該視訊區塊之複數個運動向量； 對每一運動向量剪輯子區塊，計算其移位後之一邊界與該視訊區塊之寬度或高度之一差值，並將該差值與一反向運動向量作比較，依據其中之較小者對該運動向量剪輯子區塊進行運動補償，其中該運動向量剪輯子區塊係為該運動向量剪輯單元。
  20. 如申請專利範圍第18項所述之可執行運動補償之積體電路，其中該控制器更基於該視訊區塊之資料類型決定該控制訊號。
  21. 如申請專利範圍第18項所述之可執行運動補償之積體電路，其中該視訊區塊具有一預設區塊維度，該積體電路更包含耦接至該控制器之一分割單元，在該視訊區塊處於該視訊框之該框邊界時，將該視訊區塊分割為複數個子區塊，該些子區塊具有小於該預設區塊維度之一子區塊維度，並在該分離受限運動向量剪輯模式下對該些子區塊執行運動補償。
  22. 如申請專利範圍第21項所述之可執行運動補償之積體電路，其中當該視訊區塊處於該視訊框之右邊界或下邊界時，該分割單元將該視訊區塊分割為該些子區塊。
  23. 如申請專利範圍第21項所述之可執行運動補償之積體電路，其中：該運動向量剪輯單元對該移位之運動向量剪輯子區塊與另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償之步驟包 含：對該移位之運動向量剪輯子區塊與另一運動向量剪輯子區塊執行運動補償，以產生兩個運動向量；以及當由該些運動向量剪輯子區塊產生的該些運動向量不同時，該分割單元分割該視訊區塊。
  24. 如申請專利範圍第21項所述之可執行運動補償之積體電路，其中在該視訊區塊之位置超出該視訊框之一預設邊界閾值時，該分割單元分割該視訊區塊。
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