專利名稱：通過使用自適應中值濾波技術確定移動矢量的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及用于確定移動矢量的改進裝置；更具體地，涉及通過使用設有自適應濾波窗的中值濾波器確定移動矢量的改進裝置。
在各種電子/電力應用，例如高清晰度電視及電視電話系統(tǒng)中，圖象信號需要以數(shù)字形式傳輸。當圖象信號以數(shù)字形式表達時，必定會產生出大量的數(shù)字數(shù)據(jù)。但是，由于傳統(tǒng)的傳輸頻道可獲得的頻帶寬度是有限的，為了通過它傳輸圖象信號，不可避免地要壓縮或減少傳輸數(shù)據(jù)的容量。在各種視頻壓縮技術中，一種移動補償幀間編碼技術被認為是一種有效的壓縮技術，該技術使用兩個相鄰視頻幀之間的視頻信號的時間冗余用于信號壓縮。
在移動補償幀編碼方案中，基于對當前幀與上一幀之間移動的估算從上一幀數(shù)據(jù)來預測當前幀數(shù)據(jù)。這種估算的移動可用代表前一幀與當前幀之間象素位移的二維移動矢量的術語來描述。在本技術領域中被推薦的一種移動矢量估算方案是組適配算法(參見如，“位移測量及其在幀間圖象編碼中的應用”J.R.Jain等著，IEEE Transaction on Communications COM-29，No.12(1981年12月))。
根據(jù)組適配算法，將當前幀劃分成多個等規(guī)模的搜索組。一個搜索組的規(guī)模典型地在8×8及32×32個象素之間的范圍上。為了確定對于當前幀中一個搜索組的移動矢量，在當前幀的搜索組及包括在前一幀通常較大的搜索區(qū)域中的多個等規(guī)模候選組中的每個組之間進行相似性的計算。一種誤差函數(shù)，例如平均絕對誤差或均方誤差，用來進行對當前幀及搜索區(qū)域中每個候選組之間相似性的測量。則移動矢量，根據(jù)定義，就代表搜索組與最佳適配組、即獲得最小“誤差”或差值的候選組之間的位移。
在這種移動估算中，在與搜索組相應的整個搜索區(qū)域上僅獲得一個最小平均絕對誤差是所期望的或有利的。但是，有時在組適配時可能得到多個等值的最小差。在此情況下，MPEG(電影專家組)已建議，除去在其中具有最大優(yōu)先權、即首先獲得的最小差外，所有其它的等值最小差將被排除，雖然這不是標準化的問題。其結果是，用這種方案在搜索組及相應的搜索區(qū)域之間正確的檢測移動矢量是困難的。
因此，本發(fā)明的主要目的是通過使用設有自適應濾波窗的中值濾波器提供精確確定移動矢量的一種改進裝置。
根據(jù)本發(fā)明，提出一種用于在移動補償視頻信號編碼器中確定移動矢量的裝置，該移動矢量代表視頻信號當前幀與一參考幀之間的位移，其中當前幀被分成多個處理組，每個處理組具有P×Q個象素，P及Q為大于2的整數(shù)，并且所述P×Q個象素中包括位于每個處理組中心的中心象素，該裝置包括對包括在當前幀中的每個象素提供移動矢量的裝置，移動矢量包括中心移動矢量，物體移動矢量的每一個是用于每個中心象素的移動矢量；用于檢測當前幀中一物體邊緣位置的裝置；以便產生邊緣位置信號；具有濾波窗的濾波裝置，用于對移動矢量進行中值濾波，并產生對于包括在當前幀中的象素的被濾波移動矢量，所述濾波窗口的規(guī)模隨邊緣位置信號而變化；用于在對于包括在每個處理組中的象素的被濾波移動矢量中，對具有相同值的被濾波移動矢量進行計數(shù)的裝置，由此選擇出第一及第二多數(shù)矢量，該第一及第二多數(shù)矢量分別代表對于所述每個處理組具有最大及第二最大計數(shù)的被濾波移動矢量；基于第一及第二多數(shù)矢量對于所述每個處理組計算誤差函數(shù)的裝置，由此在第一及第二多數(shù)矢量中選擇一個獲得最小誤差函數(shù)的矢量作為輸出移動矢量；基于中心移動矢量，第一多數(shù)矢量及第一多數(shù)矢量的計數(shù)對于所述每個處理組產生控制信號的裝置；及開關裝置，它對控制信號作響應，用于在輸出移動矢量及中心移動矢量中選擇一個作為對于每個處理組的移動矢量。
通過以下結合附圖對一個優(yōu)選實施例的描述，將會使本發(fā)明的上述及另外的自的和特征更為明顯，其附圖為

圖1分為圖1A和圖1B，表示用于確定視頻信號目前幀和參考幀之間的移動矢量的本發(fā)明裝置的方框圖；圖2表示當前幀中的一個示范物體；及圖3表示根據(jù)本發(fā)明的用于象素的中值濾波的濾波窗。
現(xiàn)在參看圖1，它表示用來確定包括在當前幀中多個處理組中每個的移動矢量的本發(fā)明裝置，每個處理組具有P×Q、例如7×7個象素。
當前幀數(shù)據(jù)作為輸入數(shù)字視頻信號供給到幀存儲器100及移動矢量估算器200。來自幀存儲器100的參考幀數(shù)據(jù)也供給移動估算器200。
移動估算器200用于借助于組適配算法確定包含在當前幀中每個象素的移動矢量。尤其是，為了確定包括在當前幀中的一個象素(“目標象素”)的移動矢量，利用目標象素作為參照建立一個M×N、例如3×3個象素的搜索組，目標象素與搜索組的中心相重合。該搜索組與包含在參考幀相應搜索區(qū)域中的所有候選組使用本領域中公知的組適配算法在一組接一組的基礎上進行比較。通過使用組適配算法獲得的搜索組的位移被規(guī)定為目標象素的移動矢量。相應于包括在當前幀中每個象素的每個移動矢量從移動估算器200提供到一個中值濾波器300，用于進一步處理。根據(jù)本發(fā)明，該移動估算器200也將中心象素的移動矢量提供給一個比較器510，每個中心象素是，當Q及P為奇整數(shù)時位于每個處理組中心的象素；當Q或P一個為偶整數(shù)時位于其中心的兩個象素中的一個；當Q及P均為偶整數(shù)時位于其中心的四個象素中的一個。也就是中心象素是位于處理組中心至多四個象素中的一個。
如圖1所示，當前幀數(shù)據(jù)也提供給一個邊緣檢測器400，它用于檢測當前幀中一物體的邊緣位置。該邊緣檢測器400對到來的當前幀中物體的邊緣位置進行檢測并產生邊緣位置信號供給中值濾波器300。對邊緣檢測器400的操作在此不再贅述，因為它是在本技術領域中公知的(例如，參見“數(shù)字圖象處理原理”A.K.Jain著Prentice-Hall International，1989年出版)。
在中值濾波器300中，通過使用合適的濾波窗對來自移動估算器200的每個移動矢量進行中值濾波操作。在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，該中值濾波器300具有一個設有如圖3中所示可變窗規(guī)模的自適應濾波窗，其中自適應濾波窗的規(guī)模隨著來自邊緣檢測器400的邊緣位置信號而變化。
根據(jù)本發(fā)明，該中值濾波器300漸增地擴展它的濾波窗，直到濾波窗的邊界包含了任何邊緣時為止。由圖3可以看到，自適應濾波窗W1擴展到W2，W2包括圖2中所示物體50的邊緣位置。在圖2中，所表示的在當前幀中的物體具有一個處理組25中，該組具有一個中心象素(a)。包含在處理組25的物體50的邊緣位置利用(x)來標記，如圖3中所示。
中值濾波器300，將包含在擴展自適應濾波窗W2中的象素(a)至(y)的移動矢量乘以預定的濾波系數(shù)，求其象素(a)至(y)移動矢量的平均值；并將該平均值指定為中心象素(a)的被濾波移動矢量。與包含在當前幀的每個處理組中的每個象素對應的每個被濾波移動矢量從中值濾波器300提供給一個擇多檢測器500。
擇多檢測器500接收與每個處理組、例如7×7個象素的處理組相對應的被濾波移動矢量，對具有同樣值的被濾波移動矢量進行計數(shù)，并確定出第一及第二多數(shù)矢量，該第一及第二多數(shù)矢量各相當于具有最大及第二大計數(shù)值的被濾波移動矢量。第一及第二多數(shù)矢量通過擇多檢測器500的輸出端子400A及400C分別被輸出。同時，該擇多檢測器500通過其輸出端子400B輸出第一多數(shù)矢量的數(shù)目。
比較器515將來自擇多檢測器500的第一多數(shù)矢量的數(shù)目與一預定值、例如25相比較；并當?shù)谝欢鄶?shù)矢量數(shù)目不小于25時，產生一個邏輯高信號給AND門520；否則它產生一個邏輯低信號給AND門520。比較器510將由輸出端子400A提供的第一多數(shù)矢量與由移動估算器200提供的中心象素移動矢量進行比較；并當它們相等時產生一個邏輯高信號給AND門520；否則產生一個邏輯低信號。
為了對來自比較器510及515的輸出信號作出響應，AND門520在來自比較器510及515的輸出信號均為邏輯高時產生一個邏輯高信號作為開關530的控制信號CTL，否則就產生一邏輯低信號。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明裝置還包括一個矢量選擇單元600，用于在第一及第二多數(shù)矢量中選擇一個能產生具有較小誤差函數(shù)、如較小均方誤差的移動補償處理組的多數(shù)矢量。該矢量選擇單元600包括預測器610及615以及均方誤差(MSE)檢測器620及625。
具體地，如圖1中所示，第一及第二多數(shù)矢量從擇多檢測器500分別供給到預測器610及615。為對每個多數(shù)矢量作響應，每個預測器610及615從處理組中抽取出預測數(shù)據(jù)，也即經(jīng)過線110從幀存儲器來的與第一及第二多數(shù)矢量相對應的參考幀的象素數(shù)據(jù)，并將抽取的象素數(shù)據(jù)分別提供給MSE檢測器620及625。MSE檢測器計算兩個輸入信號之間的均方誤差，這兩個輸入信號即為經(jīng)由線105提供的當前幀的處理組數(shù)據(jù)及相應的預測數(shù)據(jù)，并分別將計算值，即均方誤差E1及E2提供給比較器630。
比較器630比較兩個輸入值，即E1及E2，并產生出一個選擇信號供給多路器(MUX)635，該乘法器具有的兩個輸入端子與擇多檢測器500的輸出端子400A及400C分別相連接。當E1不小于E2時，該比較器例如產生一個邏輯高的選擇信號送給MUX635，由此將第一多數(shù)矢量經(jīng)由線650提供給開關530的一個端子S2，否則就產生一個邏輯低的選擇信號送給MUX653，由此將第二多數(shù)矢量提供給端子S2。
開關530響應控制信號CTL，在輸入到兩個端子S1及S2上的兩輸入信號中選擇一個。換言之，當控制信號CTL為邏輯高時，開關530選擇輸入到端子S1的信號，即中心象素移動矢量，作為該處理組的移動矢量；否則的話，選擇輸入到端子S2的信號，即產生較小均方誤差的多數(shù)矢量，作為該處理組的移動矢量。
雖然本發(fā)明僅是針對確定的優(yōu)選實施例進行描述的，但是在不脫離如附設權利要求書所提出的精神及范圍的情況下可作出另外的改型和變型。
權利要求
1.一種用于在移動補償視頻信號編碼器中確定移動矢量的裝置，該移動矢量代表視頻信號當前幀與一參考幀之間的位移，其中當前幀被分成多個處理組，每個處理組具有P×Q個象素，P及Q為大于2的整數(shù)，并且所述P×Q個象素中包括位于每個處理組中心的中心象素，該裝置包括對包括在當前幀中的每個象素提供移動矢量的裝置，移動矢量包括中心移動矢量，物體移動矢量的每一個是用于每個中心象素的移動矢量；用于檢測當前幀中一物體邊緣位置的裝置，以便產生邊緣位置信號；具有濾波窗的濾波裝置，用于對移動矢量進行中值濾波，并產生對于包括在當前幀中的象素的被濾波移動矢量，所述濾波窗口的規(guī)模隨邊緣位置信號而變化；用于在對于包括在每個處理組中的象素的被濾波移動矢量中，對具有相同值的被濾波移動矢量進行計數(shù)的裝置，由此選擇出第一及第二多數(shù)矢量，該第一及第二多數(shù)矢量分別代表對于所述每個處理組具有最大及第二最大計數(shù)的被濾波移動矢量；基于第一及第二多數(shù)矢量對于所述每個處理組計算誤差函數(shù)的裝置，由此在第一及第二多數(shù)矢量中選擇一個獲得最小誤差函數(shù)的矢量作為輸出移動矢量；基于中心移動矢量，第一多數(shù)矢量及第一多數(shù)矢量的計數(shù)對于所述每個處理組產生控制信號的裝置；及開關裝置，對控制信號作響應，用于在輸出移動矢量及中心移動矢量中選擇一個作為對于每個處理組的移動矢量。
2.一種用于在移動補償視頻信號編碼器中確定移動矢量的裝置，該移動矢量代表視頻信號當前幀與一參考幀之間的位移，其中當前幀被分成多個處理組，每個處理組具有P×Q個象素，P及Q為大于2的整數(shù)，并且所述P×Q個象素中包括位于每個處理組中心的中心象素，該裝置包括對包括在當前幀中的每個象素提供移動矢量的裝置，移動矢量包括中心移動矢量，中心移動矢量的每一個是用于每個中心象素的移動矢量；用于檢測當前幀中一物體邊緣位置的裝置，以便產生邊緣位置信號；具有濾波窗的濾波裝置，用于對移動矢量進行中值濾波并產生對于包括在當前幀中的象素的被濾波移動矢量，所述濾波窗口的規(guī)模隨邊緣位置信號而變化；用于在對于包括在每個處理組中的象素的被濾波移動矢量中，對具有相同值的被濾波移動矢量進行計數(shù)的裝置，由此選擇出第一及第二多數(shù)矢量，該第一及第二多數(shù)矢量分別代表對于所述每個處理組具有最大及第二最大計數(shù)的被濾波移動矢量；基于第一及第二多數(shù)矢量對于所述每個處理組計算誤差函數(shù)的裝置，由此在第一及第二多數(shù)矢量中選擇一個獲得最小誤差函數(shù)的矢量作為輸出移動矢量；響應中心移動矢量及第一多數(shù)矢量，并當中心移動矢量與第一多數(shù)矢量彼此相同時產生第一控制信號，否則，則產生第二控制信號的裝置；用于將第一多數(shù)矢量的數(shù)目與一預定數(shù)值相比較，并當?shù)谝欢鄶?shù)矢量的數(shù)目不小于該預定數(shù)值時產生第三控制信號，否則，則產生第四控制信號的裝置；響應第一、第二、第三及第四控制信號，當?shù)谝患暗谌刂菩盘柨捎脮r產生第一選擇信號，否則，則產生第二選擇信號的裝置；及開關裝置，用于響應第一選擇信號時選擇中心移動矢量作為對于每個處理組的移動矢量，及響應第二選擇信號時選擇輸出移動矢量作為對于每個處理組的移動矢量。
全文摘要
用于確定包括多個處理組的當前幀象素的移動矢量的裝置包括一移動估計器，對當前幀象素提供移動矢量；一邊緣檢測器，檢測當前幀中物體的邊緣位置；一中值濾波器，提供象素的被濾波移動矢量；一擇多檢測器，獲得與一處理組的象素對應的第一及第二多數(shù)矢量；一控制器，產生控制信號；一矢量選擇單元，獲得具有最小誤差函數(shù)的移動補償處理組的輸出移動矢量；一開關，從輸出移動矢量及位于每處理組中心的象素的移動矢量中選擇對于每個處理組的移動矢量。
文檔編號H04N7/26GK1127455SQ95101309
公開日1996年7月24日 申請日期1995年1月16日 優(yōu)先權日1995年1月16日
發(fā)明者丁海默 申請人:大宇電子株式會社