專利名稱：運動矢量檢測設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的運動矢量檢測設備，更具體地說，涉及一種采用中間濾波技術的經(jīng)改進的運動矢量檢測設備。
以往的電子/電氣應用，如高清晰度電視和視頻電話系統(tǒng)等，需要以數(shù)字化形式傳輸圖像信號。當圖像信號用數(shù)字化形式來表示時，必將伴隨產(chǎn)生大量的數(shù)字數(shù)據(jù)。然而，常規(guī)傳輸信道頻率帶寬是有限的，因此為了傳送圖像信號，必然要壓縮或減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。在各種視頻壓縮技術中，運動補償幀間編碼技術是一種有效的壓縮技術，該技術利用相鄰圖像幀之間視頻信號的時間冗余進行信號壓縮。
在運動補償幀間編碼技術中，當前幀的數(shù)據(jù)是根據(jù)當前和前面多幀之間的運動估算，用前面幀的數(shù)據(jù)預測的。這種估算的運動量可以用代表前面幀和當前幀間像素的位移的二維運動矢量來表征。其中一種已經(jīng)提出的運動矢量估算方法為塊匹配算法(例如參見J.R.Jain等人的“位移測量及其在幀間圖像編碼中的應用中”，IEEE Transactions onCommunications COM-79，No.12(1981年12月))。
按照該塊匹配算法，一個當前幀被分割成許多同樣大小的搜索塊。搜索塊大小的典型范圍為8×8到32×32像素之間。為了給當前幀中每個搜索塊確定一個運動矢量，在當前幀的該搜索塊與包含在前面幀內(nèi)的較大的搜索區(qū)域中的多個相同大小的候選塊中的每一塊進行一相似性計算。使用諸如平均絕對誤差或均方誤差等一種誤差函數(shù)進行在當前幀該搜索塊與該搜索區(qū)域內(nèi)每個候選塊之間的相似性測量。根據(jù)定義，一個運動矢量代表該搜索塊與一最佳匹配塊(即產(chǎn)生最小“誤差”或差異的候選塊)之間的位移。
在這種運動估算中，如果在對應于該搜索塊的全部搜索區(qū)域內(nèi)只找出一個最小平均絕對誤差，則是我們所希望看到的和便于處理的。然而，在進行塊匹配過程中，可能會遇到大量同樣大小的最小差值。在這種情況下，運動圖像專家組(MPEG)建議，盡管尚未形成標準，除了具有最高優(yōu)先權(即第一個被發(fā)現(xiàn))的最小的差值外，其余的都要去掉。因此，用這種方法在搜索塊與相應搜索區(qū)域間正確地檢測出一個運動矢量是很困難的。
因此，本發(fā)明的主要目的是提供一種采用中間濾波技術的用于確定運動矢量的改進設備。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種設備，可用于運動補償視頻信號編碼器中，用于確定代表的視頻信號當前幀與一參考幀之間位移的運動矢量，其中當前幀被分割成許多處理塊，每個處理塊都有P×Q個像素，P和Q為大于2的整數(shù)，且所述P×Q像素中包括一目標像素，該目標像素代表了一個位于每個處理塊中央的像素，該設備包括為當前幀中每個像素提供一運動矢量的裝置，這些運動矢量包括目標運動矢量，每個目標運動矢量是用于每個目標像素的一個運動矢量；用于中間濾波運動矢量以便為當前幀中的像素生成經(jīng)濾波的運動矢量的裝置，用于在對應于每個處理塊中的像素的經(jīng)濾波的運動矢量中計數(shù)具有相同值的經(jīng)濾波的運動矢量的數(shù)目、從而挑出第一和第二主矢量的裝置，該第一及第二主矢量分別表示在所討論的處理塊中，具有最大和次最大計數(shù)數(shù)目的經(jīng)濾波的運動矢量；用于基于該第一和第二主矢量為所述各處理塊計算誤差函數(shù)以選擇該第一和第二主矢量中產(chǎn)生最小誤差函數(shù)的一個作為輸出運動矢量的裝置；用于基于該目標運動矢量、第一主矢量及為所述各處理塊計數(shù)的第一主矢量的數(shù)目生成一控制信號的裝置；以及開關裝置，響應于該控制信號，用于選擇該輸出運動矢量和該目標運動矢量之一作為所述處理塊的運動矢量。
以上及其它目的和本發(fā)明的特點，將會由以下對所附圖示進行具體的描述而變得十分清楚，其中

圖1包括圖1A和圖1B，所示為所發(fā)明的確定視頻信號當前幀與一參考幀之間運動矢量的設備的框圖；圖2所示為與本發(fā)明有關的，用于像素中間濾波的濾波窗口。
參見圖1，圖中所示為發(fā)明設備的方框圖，它可用來為當前幀中大量處理塊中的每個塊確定一個運動矢量，每個過程塊中具有P×Q(例如5×5)個像素。
當前幀數(shù)據(jù)作為輸入的數(shù)字視頻信號饋入幀存儲器100和運動矢量估算器200。由幀存儲器100所提供的參考幀數(shù)據(jù)也被饋入到運動估算器200中。
運動估算器200通過采用塊匹配算法為包含于當前幀中的每一個像素確定一個運動矢量。具體地，為了對包含于當前幀中的一個像素(“目標像素”)確定一個運動矢量，用目標像素來作為參考，來設定一個M×N(如3×3)像素的搜索塊，目標像素落于搜索塊的中央。通過本技術中熟知的塊匹配算法，該搜索塊被與參考幀中對應搜索區(qū)域中的所有候選塊逐塊地進行比較。通過采用塊匹配算法得到的該搜索塊位移被用作目標像素的運動矢量。對應于包含在當前幀中每個像素的各運動矢量都從運動估算器200送入中間濾波器300中進行下一步的處理。按照本發(fā)明，運動估算器200還為比較器510提供目標像素的運動矢量，如果Q和P都是奇數(shù)整數(shù)的話，則每個目標像素都是位于每個處理塊中央的像素；如果Q或P之中有一個是偶數(shù)整數(shù)的話，則兩個像素之一位于中央；如果Q和P都是偶數(shù)整數(shù)的話，則會有四個像素之一位于中央。即，目標像素是位于處理塊中央最多四個像素中的一個。
在中間濾波器300中，通過采用適當?shù)臑V波窗口對從運動估算器200中饋入的各運動矢量進行中間濾波操作。在本發(fā)明的較佳實施例中，中間濾波器300具有一個十字形濾波窗口，如圖2所示，其中，中間濾波器300對包含在十字形濾波窗口中的A到E像素，通過對其乘以預定的濾波器系數(shù)，對運動矢量進行平均，然后，將此平均值作為像素A的經(jīng)濾波的運動矢量。包含于當前幀的每個處理塊中的各像素所對應的各經(jīng)濾波的運動矢量都由中間濾波器300送入多數(shù)檢測器400。
多數(shù)檢測器400接收所有包含于每個處理塊(例如5×5像素)中的各像素所對應的經(jīng)濾波的運動矢量，計數(shù)具有相同值的濾波的運動矢量的數(shù)目，確定第一和第二主矢量。該第一和第二主矢量分別對應于具有最大計數(shù)值和次最大計數(shù)值的經(jīng)濾波的運動矢量。該第一及第二主矢量分別通過多數(shù)檢測器400的輸出端口400A和400C輸出。同時，多數(shù)檢測器400通過其輸出端口400B輸出第一主矢量的數(shù)目。
比較器515將多數(shù)檢測器400所生成的第一主矢量的數(shù)目與預定的值，例如13，進行比較；如果第一主矢量的數(shù)目不小于13的話，則產(chǎn)生一個邏輯高信號，送到與門520中；否則，產(chǎn)生一個邏輯低信號電平，送到與門520中。比較器510將輸出端口400A所提供的第一主矢量與由運動估算器200輸入的目標像素的運動矢量進行比較；如果它們相等，則生成一個邏輯高信號，送到與門520中；否則，生成一個邏輯低信號。
與門520根據(jù)比較器510和515的輸出信號，產(chǎn)生一個控制信號CTL送到開關530的S1端，如果比較器510和515的輸出信號都是邏輯高的話，則與門520產(chǎn)生該控制信號CTL為邏輯高信號；否則為邏輯低信號。
根據(jù)本發(fā)明，該創(chuàng)造性設備還包括一個矢量選擇模塊600，用于在第一和第二主矢量中選擇一個主矢量，該主矢量生成一個具有較小誤差函數(shù)(例如，均方誤差)的運動補償處理塊。矢量選擇模塊600包括預測器610和615以及均方誤差(MSE)檢測器620和625。
具體地，如圖1所示，第一和第二主矢量分別由多數(shù)檢測器400提供給預測器610和615。響應于各主矢量，每個預測器610和615從幀存儲器中，經(jīng)線路110，提取出對該處理塊的預測數(shù)據(jù)，即，對應于該第一和第二主矢量的參考幀的像素數(shù)據(jù)，并將提取出來的像素數(shù)據(jù)分別送往MSE檢測器620和625。MSE檢測器620和625計算通過線路105提供的當前幀的該處理塊數(shù)據(jù)和相應的預測數(shù)據(jù)這兩路輸入數(shù)據(jù)間的均方誤差，并將計算出來的均方誤差值E1和E2分別送入比較器630中。
比較器630對兩路輸入值E1和E2進行比較，并生成一選擇信號送到多路復用器(MUX)635中，MUX635具有兩個輸入端口接至多數(shù)檢測器400的輸出端口400A和400C上。當E1不小于E2時，比較器630產(chǎn)生一個例如邏輯高選擇信號，送到MUX635，從而，通過線路605將第一主矢量送至開關530的S2端口，否則，它產(chǎn)生一個邏輯低選擇信號，送到MUX635，從而，將第二主矢量送至S2端口。
開關530響應于控制信號CTL，選擇饋入兩個端口S1和S2的兩個輸入信號中的一個。換句話說，如果控制信號CTL是邏輯高，作為處理塊的一個運動矢量，開關530選擇到端口S1的輸入信號，也就是目標像素的運動矢量；如果控制信號是邏輯低，則選擇到端口S2輸入信號，也就是產(chǎn)生較小均方誤差的主矢量。
至此，本發(fā)明已經(jīng)按照一特定的較佳實施例進行了描述，不違背由權利要求給出的本發(fā)明的精神和范圍可做出其它的修改和變化。
權利要求
1.一種用于運動補償視頻信號編碼器的設備，用來確定表示視頻信號一當前幀與一參考幀之間位移的運動矢量，其中該當前幀被分割成許多處理塊，每個處理塊具有P×Q個像素，P和Q為大于2的整數(shù)，該P×Q個像素中包括一個目標像素，該目標像素表示了一個位于每個處理塊中央的像素，該設備包括用于為包含于該當前幀內(nèi)的各像素提供一個運動矢量的裝置，這些運動矢量包括目標運動矢量，每個目標運動矢量是用于各目標像素的運動矢量；用于對運動像素進行中間濾波以為包含于該當前幀內(nèi)的像素產(chǎn)生經(jīng)濾波的運動矢量的裝置；用于計數(shù)對應于包含在每個處理塊中的像素的經(jīng)濾波的運動矢量中具有相同值的經(jīng)濾波的運動矢量的數(shù)目，由此選出第一和第二主矢量的裝置，該第一和第二主矢量，分別表示在各處理塊中具有最大和次最大計數(shù)數(shù)目的經(jīng)濾波的運動矢量；基于該第一和第二主矢量，為所述各處理塊計算誤差函數(shù)以由此從該第一和第二主矢量中選擇產(chǎn)生最小誤差函數(shù)的一個作為輸出運動矢量的裝置；用于根據(jù)在該目標運動矢量，第一主矢量和為所述各處理塊計數(shù)的第一主矢量的數(shù)目，產(chǎn)生一個控制信號的裝置；開關裝置，用于響應該控制信號響應，從該輸出的運動矢量和目標運動矢量中選出一個作為所述各處理塊的運動矢量。
2.在根據(jù)權利要求1的設備，其中，所述中間濾波裝置是由具有用于對其中的運動矢量求平均值的十字形濾波窗口的中間濾波器組成的。
3.一種用于運動補償視頻信號編碼器中的設備，用來確定表示視頻信號一當前幀與一參考幀之間位移的運動矢量，其中當前幀被分割成許多處理塊，各處理塊具有P×Q個像素，P和Q為大于2的整數(shù)，所述P×Q個像素中包括一個目標像素，該目標像素表示一個位于各處理塊中央的像素，該設備包括用于為包含于該當前幀內(nèi)的各像素提供一個運動矢量的裝置，這些運動矢量包括目標運動矢量，各目標運動矢量是用于各目標像素的運動矢量；用于對運動像素進行中間濾波，從而為包含于該當前幀內(nèi)的像素產(chǎn)生出經(jīng)濾波的運動矢量的裝置；用于計數(shù)對應于包含在各處理塊中的像素的經(jīng)濾波的運動矢量中的具有相等值的經(jīng)濾波的運動矢量的數(shù)目、由此選出第一和第二主矢量的裝置，該第一及第二主矢量分別表示所述各處理塊中具有最大和次最大計數(shù)數(shù)量的經(jīng)濾波的運動矢量；用于基于該第一和第二主矢量為所述各處理塊計算誤差函數(shù)、由此從該第一和第二主矢量中選擇產(chǎn)生較小誤差函數(shù)的一個作為輸出運動矢量的裝置；響應于目標運動矢量和第一主矢量，如果目標運動矢量與第一主矢量相同則產(chǎn)生第一控制信號，否則產(chǎn)生第二控制信號的裝置；用于比較第一主矢量的數(shù)目與一預定數(shù)目以便如果該第一主矢量的數(shù)目不小于該預定數(shù)目則產(chǎn)生第三控制信號，否則產(chǎn)生第四控制信號的裝置；響應于第一、第二、第三和第四控制信號，如果可得到第一和第三控制信號則產(chǎn)生第一選擇信號，否則產(chǎn)生第二選擇信號的裝置；開關裝置，用于響應于該第一選擇信號選擇該目標運動矢量或響應于該第二選擇信號選擇該輸出運動矢量作為各處理塊的運動矢量。
全文摘要
一種為當前幀像素確定運動矢量的設備，包括一運動估算器，為當前幀內(nèi)的像素提供運動矢量，一中間濾波器，為像素提供經(jīng)濾波的運動矢量；一多數(shù)檢測器，用于產(chǎn)生對應一處理塊的像素第一和第二主矢量；一控制器，用來產(chǎn)生控制信號；一矢量選擇模塊，用來從第一和第二主矢量中產(chǎn)生一輸出運動矢量；一開關，響應控制信號，從該輸出運動矢量和位于各處理塊中央的像素的運動矢量中選擇一個運動矢量。
文檔編號G06T9/00GK1127906SQ95101340
公開日1996年7月31日 申請日期1995年1月26日 優(yōu)先權日1995年1月26日
發(fā)明者丁海默 申請人:大宇電子株式會社