專利名稱：塊匹配運(yùn)動(dòng)估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在視頻信號編碼中使用的塊匹配運(yùn)動(dòng)估算方法，特別涉及一種通過考慮一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量的大小而能夠改進(jìn)視頻信號編碼效率的改進(jìn)的塊匹配運(yùn)動(dòng)估算方法。
當(dāng)一個(gè)包含一序列圖象“幀”的圖象信號以數(shù)字形式表示時(shí)，會(huì)生成大量的用于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，尤其是在高清晰度電視系統(tǒng)的情況中。然而，由于通常的傳輸信道的可用的頻帶寬度是有限的，為了通過有限的信道帶寬傳輸大量的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，不可避免地要壓縮或減少傳輸數(shù)據(jù)的量。
在所用的各種視頻壓縮技術(shù)中，一種利用兩個(gè)相鄰視頻幀之間的視頻信號的瞬時(shí)冗余的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間編碼技術(shù)是所知的最有效的壓縮技術(shù)之一。
在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀間編碼技術(shù)中，當(dāng)前幀數(shù)據(jù)是根據(jù)當(dāng)前幀和先前幀中的相對應(yīng)的象素?cái)?shù)據(jù)之間的差及運(yùn)動(dòng)的估算而從先前幀數(shù)據(jù)被預(yù)測的。這樣一個(gè)估算的運(yùn)動(dòng)可以用代表先前幀和當(dāng)前幀中相對應(yīng)的象素之間的位移的二維運(yùn)動(dòng)矢量來描述。
在現(xiàn)有技術(shù)中已經(jīng)提出的運(yùn)動(dòng)矢量估算方案之一是一種塊匹配算法，其中一個(gè)當(dāng)前幀被分為多個(gè)相等大小的搜索塊，各搜索塊的典型大小是從8×8到32×32個(gè)象素，而先前幀則被分為數(shù)目相對應(yīng)的大搜索區(qū)，各搜索區(qū)又被再分為多個(gè)與搜索塊同樣大小的候選塊。
為了在當(dāng)前幀中確定一個(gè)搜索塊的運(yùn)動(dòng)矢量，在當(dāng)前幀的搜索塊和包括在先前幀中的一個(gè)對應(yīng)搜索區(qū)里的多個(gè)候選塊中的各個(gè)之間執(zhí)行一個(gè)相似性計(jì)算。使用一個(gè)誤差函數(shù)例如一個(gè)均方誤差(MSE)函數(shù)或一個(gè)平均絕對誤差(MAE)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)當(dāng)前幀的搜索塊和搜索區(qū)中的各候選塊之間的相似性計(jì)算。此MSE函數(shù)和MAE函數(shù)可以表示如下MSE=1H×VΣi=1HΣj=1V(I(i,j)-P(i,j))2----(1A)]]>MAE=1H×VΣi=1HΣj=1V|I(i,j)-P(i,j)|----(1B)]]>其中H×V表示一個(gè)搜索塊的大??；I(i，j)表示在搜索塊中坐標(biāo)(i，j)處的一個(gè)象素的亮度電平；而P(i，j)表示位移了一個(gè)位移矢量D(k，l)的一候選塊中在坐標(biāo)(i，j)的一相對應(yīng)象素的亮度電平，其中k和l是位移矢量的x和y分量。
在一個(gè)傳統(tǒng)的塊匹配算法中是選定一個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量作為在搜索塊與一個(gè)使誤差函數(shù)為最小的候選塊之間的位移矢量。然后此運(yùn)動(dòng)矢量和一個(gè)表示搜索塊與產(chǎn)生最小誤差函數(shù)的候選塊之間的差的誤差信號被編碼并傳送給一個(gè)接收機(jī)。所傳送的經(jīng)編碼的數(shù)據(jù)在接收機(jī)被用于在逐塊的基礎(chǔ)上從其先前幀重構(gòu)當(dāng)前幀。
然而，在現(xiàn)有技術(shù)中所用的該運(yùn)動(dòng)矢量估算方案中，運(yùn)動(dòng)矢量僅根據(jù)誤差函數(shù)被確定，而沒有對運(yùn)動(dòng)矢量本身的大小給以恰當(dāng)?shù)目紤]，而它也是被編碼的；從而，在運(yùn)動(dòng)矢量為大的量值的情況下，總的編碼效率就會(huì)降低。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一個(gè)通過考慮到運(yùn)動(dòng)矢量大小以及在確定此運(yùn)動(dòng)矢量時(shí)的一個(gè)誤差函數(shù)而能改進(jìn)視頻信號的編碼效率的運(yùn)動(dòng)估算方法。
按照本發(fā)明，提供有一種通過采用一塊匹配運(yùn)動(dòng)估算技術(shù)來檢測視頻信號的當(dāng)前幀和先前幀之間的運(yùn)動(dòng)矢量的方法，其中當(dāng)前幀被分為多個(gè)同樣大小的搜索區(qū)而先前幀被分為相應(yīng)數(shù)目的搜索區(qū)，各搜索區(qū)又被再分為多個(gè)和搜索塊同樣大小的候選塊，該方法包括以下步驟(a)相對于一個(gè)相應(yīng)的搜索區(qū)中的各候選塊，對一個(gè)搜索塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估算以產(chǎn)生與其對應(yīng)的位移矢量和誤差函數(shù)，各位移矢量代表在搜索塊中的象素和在各候選塊中相對應(yīng)的象素之間的各位移，而誤差函數(shù)則根據(jù)在搜索塊中的象素的亮度電平與在各候選塊中相對應(yīng)的象素的亮度電平之間的差而被計(jì)算；(b)根據(jù)各位移矢量和各與其對應(yīng)的誤差函數(shù)來計(jì)算一誤差值；以及(c)選擇一個(gè)最小誤差值以確定一個(gè)對應(yīng)于此最小誤差值的位移矢量作為用于此搜索塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
本發(fā)明的上述及其他的目的和特征可以通過對以下結(jié)合有附圖的最佳實(shí)施例的描述而變得顯而易見，附

圖1是按照本發(fā)明的一個(gè)塊匹配運(yùn)動(dòng)估算器的示意方框圖。
參看附圖，示出了一個(gè)按照本發(fā)明的塊匹配運(yùn)動(dòng)估算器的方框圖。
一個(gè)當(dāng)前幀信號通過一線12被提供給一個(gè)搜索塊形成部分10，該部分10把當(dāng)前幀分為相同大小的多個(gè)搜索塊，各搜索塊包含有H×V個(gè)象素，并且提供一當(dāng)前搜索塊的象素?cái)?shù)據(jù)給塊匹配部分40-1到40-m。實(shí)際上，搜索塊的象素?cái)?shù)據(jù)是按照一個(gè)預(yù)定的序列的逐塊的基礎(chǔ)上被提供給塊匹配部分的。
同時(shí)，儲存在一存儲器(未示出)中的先前幀信號通過一線13被饋給一搜索區(qū)形成部分15，該部分15把該先前幀分為和當(dāng)前幀的搜索塊一樣多的搜索區(qū)，其中各搜索區(qū)包括m個(gè)與搜索塊同樣大小的候選塊。對應(yīng)于一當(dāng)前搜索塊的一搜索區(qū)的數(shù)據(jù)被提供給候選塊形成部分20-1到20-m，其中m個(gè)H×V象素的侯選塊從搜索區(qū)數(shù)據(jù)被生成。在候選塊形成部分20-1到20-m中，在搜索區(qū)中的各候選塊中的象素和在當(dāng)前搜索塊中相對應(yīng)的象素之間的各相對位移矢量D(k，l)被得到并且分別通過線30-1到30-m提供給相對應(yīng)的位移函數(shù)部分50-1到50-m并且也提供到一個(gè)多路復(fù)用器70。各候選塊的象素?cái)?shù)據(jù)是分別從候選塊形成部分20-1到20-m被提供到相對應(yīng)的塊匹配部分40-1到40-m。
在各塊匹配部分40-1到40-m，在當(dāng)前搜索塊與搜索區(qū)的各候選塊之間的各誤差函數(shù)通過采用公式1中的MSE函數(shù)或MAE函數(shù)被計(jì)算并且分別提供給各相對應(yīng)的位移函數(shù)部分50-1到50-m，其中各位移函數(shù)“DIS”是自經(jīng)過線30-1到30-m被饋給的位移矢量D(k，l)而計(jì)算出來的，計(jì)算公式如下DIS(k，l)＝(k2+L2)*α或DIS(k，l)＝(|k|+|l|) *β(2)其中k和l分別是位移矢量的x和y分量，而α和β是一位移函數(shù)系數(shù)。
然后，各位移函數(shù)部分50-1到50-m也根據(jù)在塊匹配部分40-1到40-m中計(jì)算的誤差函數(shù)和位移函數(shù)“DIS”生成誤差值E，該E值的計(jì)算公式如下E(k,l)=1H×VΣi=1HΣj=1V(I(i,j)-P(i,j))2+(k2+l2)*α----(3)]]>或E(k,l)=1H×VΣi=1HΣj=1V|I(i,j)-P(i,j)|+(|k|+|l|)*β]]>于位移函數(shù)也取決于誤差函數(shù)。應(yīng)該注意到位移函數(shù)系數(shù)α或β可以依據(jù)在一個(gè)被編碼位流中所占據(jù)的運(yùn)動(dòng)矢量部分而加以調(diào)整，也就是說，如果就被編碼位的總數(shù)來說，對應(yīng)于此運(yùn)動(dòng)矢量的被編碼位部分為最小，位移函數(shù)系數(shù)α或β可被調(diào)整為一個(gè)小的值；而且，相反地，如果這個(gè)部分是一個(gè)可觀的值，那么為了反映此運(yùn)動(dòng)矢量對總的被編碼位函數(shù)影響的程度，最好是增大位移系數(shù)α或β。
所有來自位移函數(shù)部分50-1到50-m的誤差值都提供給一個(gè)最小誤差值檢測器60，其中所有的誤差值互相比較而選出一個(gè)最小的誤差值以提供一個(gè)選擇信號，該信號向多路復(fù)用器(MUX)70指明對應(yīng)于該最小誤差值的候選塊。
響應(yīng)于該選擇信號，MUX70選擇對應(yīng)于該最小誤差值的候選塊的位移矢量，以將它提供為此搜索塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
盡管已就此特定實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行了示出及描述，對熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的人員來說，顯然可以作出許多變化和修改而不脫離如所附權(quán)利要求書中說明的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種通過使用塊匹配運(yùn)動(dòng)估算技術(shù)檢測在視頻信號的一當(dāng)前幀和一先前幀之間的運(yùn)動(dòng)矢量的方法，其中該當(dāng)前幀被分為多個(gè)同樣大小的搜索塊而先前幀被分為相應(yīng)數(shù)目的搜索區(qū)，各搜索區(qū)又被再分為多個(gè)和所述搜索塊同樣大小的候選塊，該方法包含的步驟是(a)相對于在一對應(yīng)的搜索區(qū)中的各候選塊，對一個(gè)搜索塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估算以產(chǎn)生對應(yīng)的位移矢量和誤差函數(shù)，各位移矢量代表在搜索塊中的象素和在各候選塊中的對應(yīng)象素之間的位移，而誤差函數(shù)則根據(jù)在搜索塊中的象素的亮度電平和在各候選塊中對應(yīng)象素的亮度電平之間的差異而被計(jì)算；(b)根據(jù)各位移矢量和對應(yīng)的各誤差函數(shù)計(jì)算一個(gè)誤差值E；以及(c)選擇一個(gè)最小誤差值以確定一個(gè)對應(yīng)于此最小誤差值的位移矢量作為此搜索塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(b)中所述的誤差值E是根據(jù)下式計(jì)算的E(k,l)=1H×VΣi=1HΣj=1V(I(i,j)-P(i,j))2+(k2+l2)*α]]>其中H×V是搜索塊的大小；I(i，j)是搜索塊中的在象素坐標(biāo)(i，j)處的亮度電平；而P(i，j)是位移了一個(gè)位移矢量D(k，l)的一候選塊中對應(yīng)象素的亮度電平，其中k和l分別是位移矢量的x和y分量；而α是一個(gè)位移函數(shù)系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在步驟(b)中所述的誤差值E是根據(jù)下式計(jì)算的E(k,l)=1H×VΣi=1HΣj=1V|I(i,j)-P(i,j)|+(|k|+|l|)*β]]>其中H×V是搜索塊的大??；I(i，j)是搜索塊中在象素坐標(biāo)(i，j)處的亮度電平；而P(i，j)是位移了一個(gè)位移矢量D(k，l)的候選塊中的對應(yīng)象素的亮度電平，其中k和l分別是位移矢量的x和y分量；而β是一個(gè)位移函數(shù)系數(shù)。
全文摘要
一種塊匹配運(yùn)動(dòng)估算方法，當(dāng)前幀被分為多個(gè)同樣大小的搜索塊而先前幀被分為相應(yīng)數(shù)目的搜索區(qū)，各搜索區(qū)又被再分為多個(gè)和所述搜索塊同樣大小的候選塊，該方法包含的步驟是(a)相對于在一對應(yīng)的搜索區(qū)中的各候選塊，對一個(gè)搜索塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)估算以產(chǎn)生對應(yīng)的位移矢量和誤差函數(shù)；(b)根據(jù)各位移矢量和對應(yīng)的各誤差函數(shù)計(jì)算一個(gè)誤差值E；(c)選擇一個(gè)最小誤差值以確定一個(gè)對應(yīng)于此最小誤差值的位移矢量作為此搜索塊的運(yùn)動(dòng)矢量。
文檔編號H04N7/26GK1131874SQ9511944
公開日1996年9月25日 申請日期1995年12月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月30日
發(fā)明者金相昊 申請人:大宇電子株式會(huì)社