用于运动矢量估算的方法和设备技术

提供了一种加强运动估算的方法。该方法包括提供运动估算器，从运动估算器获取至少两个候选运动矢量以及应用具有依赖于候选运动矢量位置和大小的补偿的误差函数。亦提供了一种用于具有被增强收敛的递归运动矢量估算的设备。该设备包括矢量发生器和最佳矢量选择器。最佳矢量选择器包括装置：用于通过应用具有至少依赖于候选运动矢量位置和大小的补偿的误差函数，来估计候选运动矢量。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及在移动视频画面序列中的运动估算方法。更特别但不排他地，本专利技术涉及运动矢量估算方法和用于同样目的的设备。被称为“3-D递归搜索”的现有运动估算技术已由Gerard de Haan和P.W.A.C.Biezen描述于“Sub-pixel motion estimation with 3-Drecursive search block-matching(借助3-D递归搜索块匹配的子像素运动估算)”Signal Processing(信号处理)ImageCommunication(图像通信)6，pp.229-239(1994)，其全文在此引入作为参考。3-D递归搜索属于块递归运动估算器一类。算法是基于假定运动在时间上即在场与场间，改变不多。该算法维持在场基础上更新的矢量场。矢量场通常类似于相对大的区域，即对象。因此，在一位置的相邻处的运动矢量对于那个位置处的运动来说是好的候选者。运动视频由场的序列组成。每个场被分为例如16乘16像素的16块。运动矢量与每个块都关联。运动矢量应保持与先前场或随后场相比的当前帧中块之间的位移。例如，为更新当前场中块的运动矢量(x，y)，3-D递归搜索仅使用有限数量的候选矢量如五个用于估算，也就是来自先前场的一些矢量即时间矢量(temporal vector)、来自当前场的一些矢量即空间矢量，以及空间矢量的更新。对于每个候选者，运动估算误差被计算。有最低运动估算误差的候选者被选为用于那个块的最佳运动矢量。算法使用标准光栅扫描顺序以通过所述块。3-D递归搜索估算器亦由G.de Haan等描述于“True MotionEstimation with 3-D recursive search block matching(借助3-D递归搜索块匹配的真实运动估算”IEEE Trans.Circuits andSystems for Video Technology(用于视频技术的电路和系统)，Vol.3，1993年10月，pp.368-379；和“Sub-pixel motion estimationwith 3-D recursive search block matching(借助3-D递归搜索块匹配的子像素运动估算)”Signal Processing(信号处理)ImageCommunication(图像通信)6，pp.229-239(1994)，其全文在此引入作为参考。不象较昂贵的全搜索块匹配器在搜索区域内估算所有可能的位移，此算法仅研究很有限数量的可能运动矢量。通过仔细选择候选矢量，以低复杂度设计可达到好的性能，几乎接近真实的运动。运动估算在几种应用中是有用的。它是预测编码应用如MPEG-2、H.263等的一部分。同样，运动矢量是被用于使时间相关(temporalcorrelation)最大，并因此使编码误差最小。运动估算亦被应用于视频增强，例如改进电影画面的运动表现、去隔行扫描(deinterlacing)或时间噪声(temporal noise)减少。运动能以几种方式被估算。例如，运动估算器包括全扫描估算器、块匹配、基于对象的方法等。尽管如此，它们均试图通过假定一特定空间不变量运动模型而使时间相关最大。作为实例，被用于飞利浦自然运动TV机的3-D递归搜索运动估算器基于块来估算平移运动。在3-D递归搜索估算器中，候选运动矢量在每块的基础上被选择。每个候选者都被计算误差函数，例如均方误差或平均绝对差(meanabsolute difference)。被附加的补偿(penalty)依赖于候选者的类型，例如空间的或时间的。每个候选类型的补偿是空间上不变的，即它不随着块的空间位置而变化。作为结果，使用这种类型的补偿仅可导致画面中的一些假象和次最佳的编码增益。因此，本专利技术的目的是提供改进的运动估算方法。本专利技术的另一目的是提高运动矢量收敛的速度以改进收敛过程。面向现有技术需要的本专利技术提供了一种改进的运动矢量估算方法和一种用于同样目的的设备。本专利技术的方法包括提供运动估算器，从运动估算器获取至少两个候选运动矢量，并应用具有依赖于候选运动矢量位置和大小的补偿的误差函数。每个候选运动矢量都与视频图像的区域表示相关联。本专利技术亦提供一种用于具有被增强收敛的递归运动矢量估算的设备，包括随机矢量发生器，用于产生与在至少第一和第二视频图像中所选区域关联的多个候选运动矢量；最佳矢量选择器用于比较第一和第二视频图像中所选区域的候选运动矢量，该最佳矢量选择器包括装置，用于通过应用具有至少依赖于候选运动矢量位置和大小的补偿的误差函数来估计候选运动矢量。本专利技术提供的于现有技术之上的其它改进将被视为提出本专利技术优选实施例的以下描述的结果。该描述不欲以任何方式来限定本专利技术的范围，而仅提供本优选实施例的工作实例。本专利技术的范围将在附随的权利要求中被指出。以下所述的依照本专利技术的方法包括提供可选择至少两个候选运动矢量的运动估算器，以及将误差函数应用于所选的候选运动矢量，所述误差函数包含依赖于所选候选者的位置和大小两者的空间补偿。运动估算设备包括将一个画面的画面块与另一个画面中的多个画面块进行比较的装置。该估计用于在区域或块基础上的块匹配算法，典型为但不局限于8乘8像素或16乘16。将另一个画面的几个块与当前画面中的块进行比较，对此，运动矢量通过比较被包含于这些块中的像素值而被搜索。该估计是通过使用误差函数例如绝对差之和(sum-of-absolute difference，SAD)或均方误差(MSE)来实现的。在SAD方法中，相应块内的所有或一些像素值被从彼此减去并在误差函数中被估计。通常，产生最小误差的矢量被选为提供最佳矢量的最佳匹配。相应的候选运动矢量被选为用于当前块的运动矢量。该过程为后续块而再次开始，直到有关当前画面的所有块被确定。如在此所用的“最佳矢量选择器”指的是选择最接近匹配候选矢量的设备和方法。用于本专利技术的有用的运动估算器不局限地包括块匹配和递归像素类型，如由G.de Haan较具体地描述于“Progress in MotionEstimation for Consumer Video Format Conversation(用于消费者视频格式会谈的运动估算的进步)”，有关Consumer Electronic(消费者电子)的IEEE学报，vol.46，no.3，pp.449-459，(2000年8月)中的，其全文在此引入作为参考。在本专利技术中有用的优选块匹配估算器为3-D递归搜索块估算器，如在全部授予de Haan等的U.S.专利第5,212,548；5,072,293；5,148,269中所描述的，其全文在此引入作为参考。另外，用于本专利技术的有用的运动估算器包括如以上所述的运动估算设备，其不仅可对块而且可对包括块和像素的任何种类形状的区域进行工作。在选择候选运动矢量的过程中，考虑一视频画面 x→=(xy),]]>其中x→=(xy)]]>限定空间位置，而n为场数，即时间位置，而F()为由 和n限定的时空位置处的像素值。画面中每个像素的运动 被估算。然而，由于运动估算过程计算强度大，并且寻求着提高与现存运动估算器的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种加强运动估算的方法，所述方法包括：－提供运动估算器；－从所述运动估算器获取至少两个候选运动矢量；以及－应用具有依赖于所述候选运动矢量位置和大小的补偿的误差函数。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：EB贝勒尔斯，
申请(专利权)人：皇家飞利浦电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：NL[荷兰]