專利名稱：區(qū)塊比對方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及ー種區(qū)塊比對方法，尤其指ー種通過遮罩區(qū)域設(shè)定來濾除不同物體的干擾而能正確估測運動向量的區(qū)塊比對方法。
背景技術(shù)：
運動估測(Motion Estimation)是視頻圖像壓縮處理中ー項重要的技術(shù)，其目的在于減少不同時間中的各幀間的多余信息。一般來說，由于視頻圖像是ー連串圖片連續(xù)播放的結(jié)果，主要原理系通過兩張相鄰圖片的細微變化，使人們有視覺暫留的反應(yīng)而產(chǎn)生動畫的效果。而且，相鄰的兩張圖片通常會有類似的關(guān)聯(lián)，彼此應(yīng)該皆存在有一部分幾乎或甚至完全沒有變化。在此情況下，儲存圖像信息時，沒有變化的部份就不需要儲存，僅需將先 前的圖像圖片加以修改即可。簡言之，在視頻圖像編譯碼過程中，只需記錄先前幀的信息，而后續(xù)的幀可通過移動過程中所記錄下的信息來進行重建，如此ー來，將可以不需儲存所有幀圖像的信息，而達到有效地減少傳輸?shù)男畔⒘浚⒎蠄D像壓縮的效果。而運動估測技術(shù)便是要找出運動過程中所記錄下的信息，例如運動向量(Motion Vector),以便將變化的部份作補償，來得到后續(xù)的圖像。區(qū)塊比對(Block Matching)方法是處理運動估測中最常被應(yīng)用的方法之一，區(qū)塊比對方法通過將某一幀圖像切割成多個不重迭的區(qū)塊，并尋找不同時間中各區(qū)塊間最相似的部分，來取得各區(qū)塊的運動向量。一般來說，對于每一區(qū)塊而言，有可能會同時包含有多個物體在其中，例如當(dāng)區(qū)塊系位處于多個物體的交界處。請參考圖1，圖I為現(xiàn)有技術(shù)于同一區(qū)塊中存在不同物體時的示意圖。如圖I所示，圖像I被切割成n個區(qū)塊。在時間Tl吋，區(qū)塊MBX僅包含物體0bj_A的圖像，而在時間T2吋，區(qū)塊MBX除了物體0bj_A的圖像之夕卜，還包含有另ー物體0bj_B的圖像。對于區(qū)塊MBX來說，通常會參考對應(yīng)于物體0bj_A的運動向量mv_A與對應(yīng)于物體0b j_B的運動向量mv_B來計算相對應(yīng)的運動向量。在此情況下，由于同一區(qū)塊中同時摻雜著不同(或差異很大)的運動情況，則所偵測到的運動向量結(jié)果將容易發(fā)生錯誤，而無法準(zhǔn)確表示實際圖像中物體的運動方向，甚至造成明顯的錯誤。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于利用遮罩區(qū)域的設(shè)定來濾除不同物體的干擾，以進行運動向量的估測，如此一來，將能準(zhǔn)確地獲得物體的運動向量，以解決上述的問題。為達成上述目的，依據(jù)本發(fā)明之實施例，本發(fā)明揭露ー種區(qū)塊比對方法，用于估測一幀圖像中的一估測區(qū)塊，包含有比較該估測區(qū)塊與對應(yīng)于一第一物體的至少ー參考區(qū)塊以獲得復(fù)數(shù)個像素差異值；根據(jù)該復(fù)數(shù)個像素差異值，判斷出該估測區(qū)塊中對應(yīng)于該第一物體的ー遮罩區(qū)域與對應(yīng)于該第二物體的ー計算區(qū)域；以及對該計算區(qū)域中進行一區(qū)塊比對運算，以決定該第二物體的一運動向量作為該估測區(qū)塊的該運動向量。


圖I為現(xiàn)有技術(shù)于同一區(qū)塊中存在不同物體時的示意圖。圖2為本發(fā)明實施例一區(qū)塊比對流程的示意圖。圖3與圖4分別為物體運動運作時的示意圖。圖5為第4圖中幀圖像的圖像區(qū)塊的區(qū)塊配置的示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下20流程 200,202,204,206,208步驟bj_A、0bj_B 物體C計算區(qū)域F、F1、F2 幀圖像M屏蔽區(qū)域MBl MBn 區(qū)塊mv_A、mv_B 運動向量
具體實施例方式請參考圖2，圖2為本發(fā)明實施例一區(qū)塊比對流程20的示意圖。區(qū)塊比對流程20是應(yīng)用于估測一幀圖像中的一估測區(qū)塊的運動向量。流程20包含以下步驟步驟200:開始。步驟202 :比較該估測區(qū)塊與對應(yīng)于一第一物體的一參考區(qū)塊以獲得復(fù)數(shù)個像素
差異值。步驟204 :根據(jù)該復(fù)數(shù)個像素差異值，判斷出該估測區(qū)塊中對應(yīng)于該第一物體的ー遮罩區(qū)域，以及對應(yīng)于ー第二物體的ー計算區(qū)域步驟206 :對該計算區(qū)域進行一區(qū)塊比對運算，以決定該第二物體的一運動向量作為該估測區(qū)塊的該運動向量步驟208:結(jié)束。依據(jù)流程20，由于運動估測主要是于圖像編碼流程中尋找出譯碼時所需要的運動向量，因此，在處理運動估測的過程中，會對所輸入的圖像幀進行區(qū)塊比對以尋找出較為相像的圖像區(qū)塊，進而據(jù)以取得相對應(yīng)的運動向量值。在步驟202中，可基于先前幀中已取得的信息，而于后續(xù)進行相對應(yīng)的區(qū)塊比對運算，以判斷不同時間的圖像幀之間的差異狀況。舉例來說，請參考圖3與圖4，圖3與圖4分別為物體運動運作時的示意圖。其中幀圖像Fl與F2各具有n個圖像區(qū)塊，且?guī)瑘D像Fl與F2分別為輸入視頻圖像中前、后兩張的幀圖像。若第一物體0bj_A為ー靜止的背景圖像，第二物體0bj_B為可移動的ー球體，則如圖3所示，于幀圖像Fl的圖像區(qū)塊MBl中只單純有第一物體Ob j_A的圖像；而如圖4所示，于幀圖像F2中，第二物體0bj_B已移動至圖像區(qū)塊MBl附近，并且有部分球體面積系位于圖像區(qū)塊MBl的范圍內(nèi)。亦即，在幀圖像F2中，圖像區(qū)塊MBl同時跨越了兩個物體圖像，而位處于第一物體0bj_A與第二物體0bj_B的交界處。因此，在步驟202中，系根據(jù)對應(yīng)于第一物體Ob j_A的ー參考區(qū)塊，計算所估測區(qū)塊中的每ー像素與一參考區(qū)塊中的相對應(yīng)像素的像素差異值。舉例來說，若圖4中的幀圖像F2為當(dāng)前正進行運動估測的畫面，且?guī)瑘D像F2的圖像區(qū)塊MBl為待計算運動向量的估測區(qū)塊，那么則可安排圖3的幀圖像Fl中的圖像區(qū)塊MBl作為參考區(qū)塊。接下來，可基于此參考區(qū)塊(即幀圖像Fl中的圖像區(qū)塊MBl)，來比較估測區(qū)塊(即幀圖像F2的圖像區(qū)塊MBl)的每ー像素的像素值與參考區(qū)塊(即幀圖像Fl中的圖像區(qū)塊MBl)中相對應(yīng)像素的像素值，來得到兩區(qū)塊間的像素差異值。易言之，像素差異值的大小可代表所估測區(qū)塊中各像素與參考區(qū)塊間各像素的差異程度。于步驟202的不同實施例中，所述像素差異值可為ー亮度差異值或一彩度差異值。更明確言之，可以將幀圖像F2的圖像區(qū)塊MBl的每ー像素的亮度(或彩度)值與幀圖像Fl中的圖像區(qū)塊MBl中相對應(yīng)像素的亮度(或彩度)值，進行相減運算，之后所得出來的差值，即分別為幀圖像F2的圖像區(qū)塊MBl的相對應(yīng)像素的像素差異值。于計算出像素差異值之后，接下來，可進行步驟204，以根據(jù)所計算出的像素差異值，將對應(yīng)于第一物體Ob j_A的像素區(qū)域設(shè)定為ー遮罩區(qū)域M,并將對應(yīng)于第二物體Ob j_B的像素區(qū)域設(shè)定為ー計算區(qū)域C。由于在步驟202中所計算出的像素差異值的大小能夠反 應(yīng)出所估測區(qū)塊中各像素與參考區(qū)塊間各像素的差異程度，且參考區(qū)塊是從先前幀圖像中的圖像區(qū)塊所選出，因此對于估測區(qū)塊中的每ー像素而言，當(dāng)像素差異值較小吋，即代表此像素位置所顯示的物體與參考區(qū)塊所顯示的物體應(yīng)為同一物體。反之，當(dāng)像素差異值較大吋，則表示此像素位置所顯示的物體系與參考區(qū)塊所顯示的物體應(yīng)為不同物體。如此ー來，可將估測區(qū)塊中整體差異程度較大的一區(qū)域判斷為第一物體0bj_A的像素區(qū)域，也就是遮罩區(qū)域M。反之，可將估測區(qū)塊中整體差異程度較小的一區(qū)域判斷為第二物體Obj_B的像素區(qū)域，也就是計算區(qū)域C。于步驟204的一特定實施例中，可根據(jù)所計算出的像素差異值，分析估測區(qū)塊中各像素的像素差異值的相似性分布，以尋找是否存在有至少一區(qū)域當(dāng)中所有像素的像素差異值彼此相近，所找到的至少一區(qū)域于以下稱為高相似性區(qū)域，并且分別可被判斷為遮罩區(qū)域M與該計算區(qū)域C當(dāng)中之一者。更具體而言，若估測區(qū)塊中存在有至少ー個以上相鄰像素的像素差異值皆小于第ー臨限值時，則可將該些相鄰像素所形成的區(qū)域設(shè)定為遮罩區(qū)域M。反之，當(dāng)估測區(qū)塊中存在有至少ー個以上相鄰像素的像素差異值皆大于第二臨限值時，則可將該些相鄰像素所形成的區(qū)域設(shè)定為計算區(qū)域C。第二臨限值較佳為等于第一臨限值，然亦可不等于第一臨限值。舉例來說，請參考圖5，圖5為圖4中幀圖像F2的圖像區(qū)塊MBl的區(qū)塊配置的示意圖。如圖5所示，由于系以幀圖像Fl中的圖像區(qū)塊MBl作為參考區(qū)塊，因此，第一物體Obj_A所在的區(qū)域，當(dāng)中各像素的像素差異值皆較小(譬如皆小于第一臨限值)，所以可將此區(qū)域設(shè)定為遮罩區(qū)域M，而第二物體0bj_B所在的區(qū)域，當(dāng)中各像素的像素差異值皆較大(譬如皆大于第二臨限值)，所以可將此區(qū)域設(shè)定為計算區(qū)域C。接著，在步驟206中，可単獨對計算區(qū)域C中進行一區(qū)塊比對運算，以決定ー第二物體的一運動向量。為了能在當(dāng)前幀圖像中順利在物體交界處準(zhǔn)確地取得另ー物體(圖3與圖4中的第二物體0bj_B)的運動向量，再加上與參考區(qū)塊有關(guān)的圖像物體(圖3與圖4中的第一物體0bj_A)的運動向量也早已于前次運算中正確取得，因此可以將估測區(qū)塊中的遮罩區(qū)域M忽略不計算，而只對計算區(qū)域C內(nèi)的像素進行運算。換句話說，通過遮罩區(qū)域M的設(shè)定，能夠過濾掉可能會影響第二物體Obj_B的運動向量判斷的干擾因素(在此即為第一物體0bj_A的圖像)，結(jié)果能夠取得第二物體0bj_B的正確運動向量。
已有各種不同的運動向量的計算方法可供采用以進行步驟206。舉例而言，可對計算區(qū)域C中的姆一像素進行一絕對誤差運算(sum of absolute difference, SAD)、一均方誤差運算(mean square error,MSE)或一平均絕對誤差運算(mean absolute error,MAE),以決定第二物體的運動向量。綜合上述，通過步驟202計算估測區(qū)塊與參考區(qū)塊彼此相對應(yīng)像素的像素差異值，再通過步驟204依據(jù)像素差異值將遮罩區(qū)域M與計算區(qū)域C判斷出來，最后在步驟206中，僅需以計算區(qū)域C內(nèi)的像素為基準(zhǔn)來計算估測區(qū)塊中的第二物體的運動向量，能夠有效屏除第一物體0bj_A所產(chǎn)生的干擾影響，并準(zhǔn)確求得第二物體0bj_B的運動向量。值得注意的是，圖3與圖4所示的實施例系以兩個物體交界處的圖像區(qū)塊為例，但不以此為限，可類推至具有2個以上的物體的交界處的圖像區(qū)塊的其它實施例中，在此不再贅述。此外，圖像區(qū)塊的大小不拘，端視系統(tǒng)設(shè)計或?qū)嶋H需求而定，例如各圖像區(qū)塊可為一 16X 16,32X32個像素范圍的區(qū)塊，但不以為限。此外，亦須注意的是，于圖3與圖4所示的實施例中，于步驟202中選定參考區(qū)塊以計算像素差異值時，系將參考區(qū)塊安排為前ー張幀圖像中位于相同位置的區(qū)塊。然而，本發(fā)明不限于此。參考區(qū)塊可以是安排為前幾張幀圖像中位于相同或相近位置的區(qū)塊，亦即有復(fù)數(shù)個參考區(qū)塊。在此情況下，譬如可安排將此復(fù)數(shù)個參考區(qū)塊對應(yīng)像素的像素值平均值，與估測區(qū)塊的對應(yīng)像素值比較，以得到上述像素差異值。此外，亦須注意的是，圖3與圖4所示的實施例中，于步驟204中，可利用種種不同的方式來判斷遮罩區(qū)域M與計算區(qū)域C。舉例而言，于上述范例說明中，則必須對遮罩區(qū)域M與計算區(qū)域C兩者皆進行判斷，當(dāng)各區(qū)域的像素差異值的要求皆滿足時才能決定出遮罩區(qū)域M與計算區(qū)域C。然而，于其它ー些實施例中，可僅針對當(dāng)中一者進行判斷即可。更具體言之，可僅針對遮罩區(qū)域M來進行判斷，譬如是滿足相鄰像素的像素差異值皆小于第二臨限值的要求，并將圖像區(qū)塊MBl剩下的區(qū)域全歸為計算區(qū)域C以進行運動向量的計算。或是相反地，只針對計算區(qū)域C來判斷，譬如是滿足相鄰像素的像素差異值皆大于第一臨限值的要求，剩下的區(qū)域全歸為遮罩區(qū)域M而須予以排除。此外，能夠?qū)⒐罍y區(qū)塊中相較參考區(qū)塊整體差異程度較大的一區(qū)域判斷為遮罩區(qū)域M，及/或?qū)⒄w差異程度較小的一區(qū)域判斷為計算區(qū)域C的其它方法，亦都可以采用。綜上所述，在幀圖像中的物體交界處，上述實施例通過將一目標(biāo)物體遮蔽，不列入估測另一目標(biāo)物體的運動向量的考慮依據(jù)，因此能濾除兩物體間的干擾影響，進而準(zhǔn)確獲得另一目標(biāo)物體的運動向量。 以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.ー種區(qū)塊比對方法，用于估測一幀圖像中的一估測區(qū)塊的一運動向量，其特征在干，該區(qū)塊比對方法包含 比較該估測區(qū)塊與對應(yīng)于一第一物體的至少ー參考區(qū)塊以獲得復(fù)數(shù)個像素差異值； 根據(jù)該復(fù)數(shù)個像素差異值，判斷出該估測區(qū)塊中對應(yīng)于該第一物體的ー遮罩區(qū)域與對應(yīng)于ー第二物體的ー計算區(qū)域；以及 對該計算區(qū)域進行一區(qū)塊比對運算，以決定該第二物體的一運動向量作為該估測區(qū)塊的該運動向量。
2.如權(quán)利要求I所述的區(qū)塊比對方法，其特征在于，該至少ー參考區(qū)塊分別為前一或多個幀圖像中的ー圖像區(qū)塊。
3.如權(quán)利要求I所述的區(qū)塊比對方法，其特征在于，該復(fù)數(shù)個像素差異值是該估測區(qū)塊的復(fù)數(shù)個像素與該至少一參考區(qū)塊的相對應(yīng)像素間的像素差異值。
4.如權(quán)利要求I所述的區(qū)塊比對方法，其特征在于，該復(fù)數(shù)個像素差異值系亮度差異值或彩度差異值。
5.如權(quán)利要求I所述的區(qū)塊比對方法，其特征在于，根據(jù)該復(fù)數(shù)個像素差異值，判斷出該估測區(qū)塊中對應(yīng)于該第一物體的該遮罩區(qū)域與對應(yīng)于該第二物體的該計算區(qū)域的步驟包含有 分析該估測區(qū)塊的像素差異值的相似性分布以獲得至少一高相似性區(qū)域； 將該至少一高相似性區(qū)域分別判斷為該遮罩區(qū)域或該計算區(qū)域。
6.如權(quán)利要求5所述的區(qū)塊比對方法，其特征在干，該至少一高相似性區(qū)域當(dāng)中每ー者內(nèi)的所有像素的像素差異值系皆小于ー第一臨限值或皆大于第二臨限值。
7.如權(quán)利要求6所述的區(qū)塊比對方法，其特征在干，將至少一高相似性區(qū)域分別判斷為該遮罩區(qū)域與該計算區(qū)域當(dāng)中之一者系包括下列步驟當(dāng)中至少之ー者 將像素差異值皆小于第一臨限值的該高相似性區(qū)域判斷為該遮罩區(qū)域；以及 將像素差異值皆大于第二臨限值的該高相似性區(qū)域判斷為該計算區(qū)域。
8.如權(quán)利要求I所述的區(qū)塊比對方法，其特征在干，該區(qū)塊比對運算系包含有對該計算區(qū)域中的每ー像素進行ー絕對誤差和運算、一均方誤差計算或一平均絕對誤差運算。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種區(qū)塊比對方法，用于估測一幀圖像中的一估測區(qū)塊的一運動向量，包含有比較該估測區(qū)塊與對應(yīng)于一第一物體的至少一參考區(qū)塊以獲得復(fù)數(shù)個像素差異值；根據(jù)該復(fù)數(shù)個像素差異值，判斷出該估測區(qū)塊中對應(yīng)于該第一物體的一遮罩區(qū)域與對應(yīng)于一第二物體的一計算區(qū)域；以及對該計算區(qū)域進行一區(qū)塊比對運算，以決定該第二物體的一運動向量作為該估測區(qū)塊的該運動向量。
文檔編號H04N5/14GK102654916SQ20111005234
公開日2012年9月5日 申請日期2011年3月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月4日
發(fā)明者劉玉書, 胡毓宗, 謝萬熹, 陳翠琴 申請人:聯(lián)詠科技股份有限公司