专利名称：用于基于块的运动估计的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视频信号压缩系统，更具体地讲，涉及一种用于运动估 计的方法和设备，其中，通过为具有多个块组的帧中的每个块分配搜索点来 获得运动矢量。
背景技术：
通常，个人计算机(PC)或高清晰度电视(HDTV)执行与节目相兼容的帧率 转换，所述节目遵循各种广播标准，诸如逐行倒相(PAL)或国家电视系统委员 会(NTSC)。帧率转换(FRC)是改变每秒输出的帧的数量的操作。具体地讲， 当帧率增大时，需要插入新的帧。随着近来广播技术的进步，在视频数据根 据视频压缩标准(诸如运动图像专家组(MPEG)和H.263)纟皮压缩之后，执行帧 率转换。
在视频处理的领域，视频信号由于它们的高相关而通常具有冗余。可通 过在数据压缩期间去除冗余来提高数据压缩效率。在这种情况下，为了有效 压缩随时间变化的视频帧，需要在时间轴方向上去除冗余。换句话说，通过 用先前帧来替换显示没有运动或轻微运动的帧，可显著减小将被发送的数据 的量。运动估计(ME)是在先前帧中搜索与当前帧中的块最相似的块的操作。 运动矢量(MV)指示块运动的程度。
有两种运动估计方法像素递归算法(PRA)和块匹配算法(BMA)。 BMA 由于其简单性、硬件实现的容易和能够实时处理而广泛用于视频编码或FRC。
BMA包括全搜索方法和三步搜索(TSS)方法。
尽管全搜索方法通过在搜索区中搜索具有最小绝对差之和(SAD)的块来 提供精确的运动信息，但是该方法需要大量计算。
TSS方法通过搜索匹配点并同时减小从搜索中心开始的步的间隔，来提 供最佳的运动估计。
图1是解释传统TSS方法的概念图。在图1中，101表示参考帧的搜索 区，102表示参考帧的参考块，103表示当前帧的块，104表示搜索点。参照图1, (O，O)处的参考搜索点和它的相邻8个搜索点之间的SAD被进 行比较，以获得具有最小SAD的搜索点。然后通过将从获得的搜索点开始的 搜索步的间隔减半来执行搜索。通过重复搜索直到搜索步的间隔变为1,来 获得具有最小SAD的最终搜索点105,所获得的搜索点105被确定为最终运 动矢量
发明内容
技术问题
但是，在传统的TSS方法中，块中的多个局部最小值可能导致不正确的搜索。
参照图2，在单个块中有5个与误差函数相应的最小SAD。因此，在TSS 方法中，期望在时间上相邻的块之间仅存在单个最小SAD，但实际上，在时 间上相邻的块之间存在几个局部最小SAD,这导致不能获得准确的运动信息。 其结果是，传统的TSS方法由于多个局部最小SAD可能导致实际图像中的 分块伪像(blocking art泡ct)。此外，由于传统的TSS方法具有用于所有块的固 定搜索点，所以不能容易地估计落在搜索范围之外的运动信息。
技术方案
本发明提供一种用于基于块的运动估计的方法，其中，通过为具有多个 块组的帧中的块分配不同的搜索点来估计初始运动矢量，由此减少计算量和 提供准确的运动估计。
本发明还提供一种用于基于块的运动估计的设备，其中，通过为具有多 个块组的帧中的块分配不同的搜索点来估计初始运动矢量。
有益效果
如上所述，根据本发明，在视频编码、FRC或隔行到逐行转换(IPC)中， 通过为参考帧中的块分配不同的搜索点，可减少计算量并实现准确的运动估 计。此外，在运动估计期间在实际图像中可能产生的局部最小误差值可被最 小化，由此实现更准确的运动估计。
通过结合附图对本发明的示例性实施例进行详细描述，本发明以上和其
它特点及优点将会变得清楚，其中
图1是解释传统的三步搜索(TSS)方法的概念图2是示出根据图1中的TSS方法的绝对差之和(SAD)的曲线图3是根据本发明实施例的用于基于块的运动估计的设备的框图4示出为视频帧的块组中的块分配不同的搜索点的示例；
图5至图8示出为图4中的块分配不同的搜索点的示例；
图9是解释图3中的设备的第一误差匹配单元的运动估计的概念图IO是解释图3中的设备的第二误差匹配单元的运动估计的概念图；以
及
图11是示出根据本发明实施例的用于基于块的运动估计的方法的流程图。
最佳方式
根据本发明的一方面，提供一种视频运动估计方法，该方法包括为输 入视频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点；通过在每个分配的搜索点测 量帧之间的块失真的程度，来估计块的候选运动矢量；以及通过将估计的候 选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计的候选运动矢量的块失真 的程度，并且将具有最小块失真的程度的候选运动矢量确定为当前块的最终 运动矢量。
根据本发明的另一方面，提供一种视频运动估计设备，该设备包括搜索 点分配单元、误差匹配单元和运动矢量确定单元。搜索点分配单元为输入视 频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点。误差匹配单元，通过在每个分配 的搜索点测量帧之间的块失真的程度，来估计块的初始运动矢量。运动矢量 确定单元通过将估计的候选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计 的候选运动矢量的块失真的程度，并且将具有最小块失真的程度的初始运动 矢量确定为当前块的运动矢量。
具体实施方式
下面将参照附图来详细描述本发明的示例性实施例。 图3是根据本发明实施例的用于基于块的运动估计的设备的框图。参照图3，用于基于块的运动估计的设备包括搜索点分配单元310、第一 误差匹配单元320和运动矢量确定单元330。运动矢量确定单元330包括第 二误差匹配单元332、权重相乘单元334和最小值选择单元336。
首先输入在时间上彼此相邻(即，在时间上顺序发生)的两个视频帧。这 两个视频帧包括当前帧以及与该当前帧在时间上相邻的参考帧。
搜索点分配单元310将参考帧划分为多个块组，并且为每个块组中的块 分配不同的搜索点。图4示出了为视频帧的块组中的块分配不同的搜索点的 示例。参照图4，参考帧的整个区域被划分为多个8x8像素块，并且这些8x8 像素块被分组为多个2x2块组。这些块组是2x2类型的，但是也可以是3x3 或4x4类型的。因此，为参考帧中的每个块组中的块分配不同的搜索点，以 允许在块中搜索不同大小和类型的运动。图5至图8示出了为图4中的块分 配不同的搜索点的示例。图5示出为了图4中的块401的运动矢量的估计而 分配的搜索点。参照图5, 501表示搜索范围，502表示块，503表示中心搜 索点，504表示搜索点。用于搜索水平方向上的大的运动的搜索点504的范 围是从中心搜索点503开始的水平士ll像素和垂直士4像素。图6示出为了图 4中的块402的估计而分配的搜索点。参照图6，用于搜索水平方向上的中等 运动的搜索点的范围是从中心搜索点开始的水平士8像素和垂直士4像素。图7 示出为了图4中的块403的估计而分配的搜索点。参照图7,用于搜索水平 方向上的小的运动的搜索点的范围是从中心搜索点开始的水平士5像素和垂直 士4像素。图8示出为了图4中的块404的运动矢量的估计而分配的搜索点。 参照图8,用于搜索细微运动的搜索点的范围是从中心搜索点开始的水平士2 像素和垂直土2像素。
参照图3，第一误差匹配单元320将参考帧(搜索点分配单元310为该参 考帕分配了搜索点)与输入的当前帧进行匹配，以产生块的初始运动矢量MV1 至MV4。在本发明的实施例中，为2x2块组产生MV1 、 MV2、 MV3和MV4。 参照图9， 901表示参考帧的参考块的搜索范围，902表示参考帧的参考块， 903表示当前帧的当前块。第一误差匹配单元320可使用等式1给出的误差 函数来测量参考块902和当前块903之间的失真程度。
其中，Er(l， k)表示参考块和当前位置(l, k)处的当前块之间的失真程度，RB表示参考块，CB表示当前块，(i,j)表示像素位置，BSy表示y方向上的块 大小，BSx表示x方向上的块大小。该误差函数使用从中心(即，当前位置(l， k》 开始的两个块之间的SAD来测量失真程度。因此，第一误差匹配单元320获 得与图5至图8中分配的每个搜索点相应的SAD，并将具有最小SAD的位 置(l, k)确定为块的初始运动矢量。第二误差匹配单元332通过将第一误差匹配单元320确定的初始运动矢 量应用于当前块，来再次尝试当前块的运动估计。换句话说，由于块具有使 用不同的搜索点确定的初始运动矢量，所以所述块具有不同的初始运动矢量。 因此，可通过将相邻块的初始运动矢量应用于当前块，来估计当前块的合适 的运动矢量。参照图10，当前块(i, j)具有运动矢量MV4。与当前块(i,j)相邻 的块(i,j-l)、 (i-l,j-l)和(i-l,j)分别具有运动矢量MVl、 MV2和MV3。因此， 通过将相邻块的运动矢量MV1 、 MV2和MV3和当前块的运动矢量MV4应 用于当前块，来执行参考块和当前块之间的误差函数。其结果是，第二误差 匹配单元332使用误差函数为当前块产生4个SAD: SAD1、 SAD2、 SAD3 和SAD4。权重相乘单元334将权重Wl 、 W2、 W3和W4分别应用于所述4个SAD。 换句话说，由于相邻块具有不同的搜索范围，并且在实际图^^中，水平相邻 的块通常具有相同的运动，所以可通过将不同的权重应用于通过当前块的相 邻块的运动矢量而获得的SAD，来估计更准确的运动矢量。权重相乘单元334 可根据各种运动信息(诸如由当前块参考的块的空间位置或运动量)来将不同 的权重应用于SAD。最小值选择单元336选择具有由权重相乘单元334对其应用了权重的4个SAD中的最小SAD的运动矢量，作为最终运动矢量。可用等式2来表示权重相乘单元334和最小值选4奪单元336执行的计算。 —X4"(Af Fl) + * 0.3 —&4Z)(7WT2) + &4"(,2) * 0.2 &1D(W3) + &10(,3) * 0.1 一 SAD(A/F4) —图11是示出根据本发明实施例的用于基于块的运动估计的方法的流程图。在操作1110,在时间上彼此相邻(即，在时间上顺序发生)的两个视频帧被输入。这两个视频帧包括当前帧和与该当前帧在时间上相邻的参考帧。= min在操作1120，参考帧被划分为多个块组，并且为每个块组中的块分配用 于搜索不同大小的运动的不同搜索点。在操作1130,在用于每个块的分配的搜索点测量当前帧和参考帧之间的 块失真的程度。在操作1140,使用在操作1130测量的块失真的程度来估计每 个块的候选运动矢量。此时，使用SAD来测量块失真的程度。接着，通过将相邻块的候选运动矢量应用于当前块，来再次尝试运动估 计。例如，在操作1150,通过将4个候选运动矢量应用于当前块来测量失真 程度，由此获得4个SAD。在操作1160，根据运动方向将不同的权重应用于所获得的SAD。在操作1170,具有最小SAD的候选运动矢量被确定为当前块的最终运 动矢量。产业上的可利用性 本发明也可被实现为计算机可读记录介质上的计算机可读代码。计算机 可读记录介质是能够存储计算机系统其后可读取的数据的任何数据存储装 置。计算机可读记录介质的示例包括只读存储器(ROM)、随机存取存储器 (RAM)、 CD-ROM、磁带、软盘、光学数据存储装置和载波。计算机可读记录介质也可分布在网络连接的计算机系统中，从而按照分布式方式来存储并 执行计算机可读代码。尽管参照本发明的示例性实施例具体显示和描述了本发明，但是本领域 的普通技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的 情况下，可对其作出形式和细节的各种改变。
权利要求
1、一种视频运动估计方法，包括为输入视频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点；通过在每个分配的搜索点测量帧之间的块失真的程度，来估计块的候选运动矢量；以及通过将估计的候选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计的候选运动矢量的块失真的程度，并且将具有最小块失真的程度的候选运动矢量确定为当前块的最终运动矢量。
2、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，分配不同的搜索点 的步骤包括输入在时间上彼此相邻的两个视频帧；以及将与当前帧在时间上相邻的参考帧的块划分为多个块组，并且为每个块 组中的块分配不同的搜索点，所述参考帧和当前帧包括在所述两个视频帧中。
3、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，分配不同的搜索点 的步骤包括根据运动的大小和类型为块分配不同的搜索点。
4、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，分配不同的搜索点 的步骤包括使用每个块组中的可变数量的块。
5、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，分配不同的搜索点 的步骤包括为每个块组中的块改变搜索点的排列。
6、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，使用绝对差之和 (SAD)来测量块失真的程度。
7、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，确定最终运动矢量 的步骤包括通过将当前块的运动矢量和当前块的相邻块的运动矢量应用于 当前块，来测量应用了每个估计的候选运动矢量的块失真的程度。
8、 根据权利要求1所述的视频运动估计方法，其中，确定最终运动矢量 的步骤包括将权重应用于为候选运动矢量产生的块失真的程度。
9、 根据权利要求8所述的视频运动估计方法，其中，根据当前块的相邻 块中的搜索点的排列来将不同的权重应用于块失真的程度。
10、 根据权利要求8所述的视频运动估计方法，其中，根据由当前块参 考的块的空间位置来将不同的权重应用于块失真的程度。
11、 一种视频运动估计设备，包括搜索点分配单元，为输入视频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点； 误差匹配单元，通过在每个分配的搜索点测量帧之间的块失真的程度，来估计块的候选运动矢量；以及运动矢量确定单元，通过将估计的候选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计的候选运动矢量的块失真的程度，并且将具有最小块失真的程度的初始运动矢量确定为当前块的运动矢量。
12、 根据权利要求11所述的视频运动估计设备，其中，搜索点分配单元 根据运动的大小和类型为块分配不同的搜索点。
13、 根据权利要求11所述的视频运动估计设备，其中，运动矢量确定单 元包4舌第二误差匹配单元，通过将估计的初始运动矢量应用于当前块，来测量 应用了每个估计的候选运动矢量的块失真的程度，由此产生多个误差函数值；相乘单元，根据运动方向将权重应用于由第二误差匹配单元产生的误差 函数值；以及最小值选择单元，将具有最小误差函数值的初始运动矢量确定为当前块 的运动矢量。
14、 一种计算机可读记录介质，其上记录有用于视频运动估计方法的程 序，所述一见频运动估计方法包括为输入视频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点； 通过在每个分配的搜索点测量帧之间的块失真的程度，来估计块的候选 运动矢量；以及通过将估计的候选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计的候 选运动矢量的块失真的程度，并且将具有最小块失真的程度的候选运动矢量 确定为当前块的最终运动矢量。
全文摘要
提供一种用于基于块的运动估计的方法和设备，其中，通过为具有多个块组的帧中的块分配不同的搜索点来估计运动矢量。一种视频运动估计方法包括为输入视频帧的每个块组中的块分配不同的搜索点；通过在每个分配的搜索点测量帧之间的块失真的程度，来估计块的候选运动矢量；以及通过将估计的候选运动矢量应用于当前块，来测量应用了每个估计的候选运动矢量的块失真的程度，并且将具有最小块失真的程度的候选运动矢量确定为当前块的最终运动矢量。
文档编号H04N7/32GK101243691SQ200680029665
公开日2008年8月13日 申请日期2006年11月10日 优先权日2006年2月2日
发明者李昌优, 申允澈 申请人:三星电子株式会社