數字圖像處理系統中運動矢量的調節的製作方法
2023-10-08 19:56:04
專利名稱：數字圖像處理系統中運動矢量的調節的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種設計用於對所接收到的信號使用運動補償技術的圖像處理設備，其包括用於使輸入信號適於產生圖像的適配器，用於補償運動圖像的運動補償器，運用輸入信號估算運動矢量的運動估算器，所述運動矢量被運動補償器使用。
背景技術：
為了增加等離子顯示板(PDP’s)中灰度級量，可以使用所謂的「子域(subfield)驅動方法」。圖像幀由許多所謂子域的連續周期示出。在子域之中，所發射的光量依賴於子域的加權。每個子域具有不同的加權。圖像中像素的所需強度級通過控制特定的子域予以實現。由於人眼的集成特性，人眼看到的是場(也就是，圖像)中生效子域正常運作的強度級和。這樣，使用例如8個子域的子域驅動方法能顯示28半色調級的最大化。運用子域方法的PDPs的一個熟知問題是運動失真，如假輪廓和汙點的存在。為了減少運動失真，PDP系統可以使用，如申請號為EP01202410.國內Philips參考號PHNL010407，在本申請的申請日之前未公開的Philips待批申請中所描述的運動補償。
除運動補償外，在PDPs中，運動估算可用於例如，將接收到的50Hz圖像被轉換成100Hz圖像的情況。因此，在任何兩個已接收到的相鄰圖像之間需要計算一個附加的圖像。為此，圖像被分成預定數量的像素區域(block)，例如8×8像素。對於每個區域，運動估算器確定移動的速率和方向，藉此，所述區域移到顯示圖像的顯示屏上，進而產生運動矢量。於是，運用根據在兩個接收到的圖像之間確定和顯示的每個區域的運動矢量計算所述附加圖像。
可是，當「子域驅動方法」與PDPs的運動估算相結合時，需要計算所有子域/每幀的運動估算矢量。如果一幀包括，例如8個子域而不是一個子域，需要計算多於7個的每幀的運動矢量。
假定人眼隨屏幕上的目標移動，運動補償可以產生一幀的一個或多個子域，其被顯示在由每個子域估算的運動矢量所確定的不同像素上。因此，人眼能接收相同幀的所有圖像並適當地集合所有子域以看到相關幀的適當灰度級。
因此，在顯示圖像之前，使用運動矢量在空間和時間上移動子域(的亮度)，以使得人眼在屏幕的適當像素處感受適當的亮度。這樣，顯著減少了運動失真。
可是，運動矢量估算避免不了誤差。例如，8×8像素區域可以為單色移動的大目標的一部分。隨後，有幾個「相等」的區域與該區域相鄰，並且因為很難區分出該區域在看起來相同並具有相同運動矢量的相鄰區域之間的區域，所以運動估算器很難估算所涉及的區域運動。因此，運動估算器可估算一個區域以具有一確定的速率，但該速率實際上很低。在這種情況中施加運動補償可能導致圖象質量的下降。反過來也可能是成立的，也就是，所估算的速率比實際速率低很多。因此，運動補償也導致圖象質量的下降，不過，比第一種情況少。運動估算中的誤差可能導致圖象質量的(不期望的)下降。
另外，在人眼沒有正確追蹤移動目標的情況中，計算的運動矢量不同於人眼的運動。這也導致更低的感覺質量。
本發明的一個目的是提供一種用於藉助運動補償驅動顯示屏的裝置和方法，由此使得運動失真在估算的運動矢量不正確或人眼沒有追蹤顯示屏上目標的運動時被減少。
發明內容
為了獲得上述目標，如開始時所限定的本發明，其特徵在於圖象處理設備進一步包括用於在將運動矢量送入運動補償器之前調節運動矢量的調節器，所述調節器被設置得使運動矢量和縮減係數相乘，所述縮減係數為小於1的正值。
在這樣的設備中，由於不正確的運動估算而使得圖象質量過度降低的機率被顯著降低，但仍具有現有技術中已知的運動補償的大部分優勢。
注意到，US-A-5175618披露了一種用於移動圖象信號的壓縮方法，其中運動矢量在其使用之前被估算和降低。這種降低涉及一幀運動矢量與場運動矢量之間的轉換。
進一步，本發明涉及一種包括上述限定的圖象處理設備的顯示裝置，以及用於接收來自運動補償器的輸出信號的顯示器。本發明也涉及一種用於驅動圖象處理設備的方法，其包括步驟-接收輸入信號；-使輸入信號適於產生連續圖象；-使用運動補償調整所述連續圖象；-從輸入信號中估算運動矢量；-在運動補償中使用所述運動矢量，其特徵在於，在運動補償中使用運動矢量之前通過使運動矢量乘以縮減係數的方式調整所述運動矢量，所述縮減係數為小於1的正值。
本發明也涉及一種可被數字圖象處理設備加載的電腦程式產品，所述電腦程式產品提供具有以下功能的設備-接收輸入信號；-使輸入信號適於產生連續圖象；-使用運動補償調整所述連續圖象；-從輸入信號中估算運動矢量；-在運動補償中使用所述調整的運動矢量，其特徵在於，在運動補償中使用運動矢量之前通過運動矢量乘以縮減係數的方式調整所述運動矢量，所述縮減係數為小於1的正值。
最後，本發明涉及一種配有這樣電腦程式產品的數據加載器。
附圖簡要說明下面，將參照一些
本發明，所附的附圖僅為了說明的目的而不根據附圖中所限定的來限定保護範圍。
附圖1示出了根據本發明的圖象處理設備的方框圖；附圖2為以人眼追蹤速率為參數的估算的運動矢量速率的函數「主觀均方誤差」(SMSE)的圖。
優選實施例的說明在附圖1中，示出了數字圖象處理設備的實例，其中將輸入信號(例如RGB信號)輸入到適配器2，並且同樣的輸入信號被輸入到運動估算器5。所述適配器2產生的圖象被輸入到運動補償器3。運動補償器3與PDP顯示器4相連。所述運動估算器5產生運動矢量，所述運動矢量被輸入到調節運動矢量的調節器6中。所述運動估算器5根據目前已有算法水準為象素預定區域估算運動矢量。
首先根據附圖2說明本發明，所述附圖2示出了「主觀均方誤差」(SMSE)值，其作為運動估算器5所估算的運動矢量速率vemv(象素/場)的函數，並藉助將作為參數的人眼追蹤速率vtrack，由運動調節器6使用該函數以執行運動補償。所述人眼的追蹤速率vtrack根據人眼在PDP顯示器4上的降聚焦速率而確定，而人眼設法追蹤PDP顯示器4上移動的目標。本領域技術人員懂得使用SMSE值。例如，可將IEEE Trans.OnSystems，Man and Cybernetics，Vol.16，No.3，blz.486，1986的H.Marmolin的《主觀MSE測量》，和ProRISC/IEEE Workshop on Circuits的學報，Systems and Signal Processing，blz.19，1996年的H.Blume，H.Schroderde《Image format conversion-algorithms，architectures applications》作為參考。
在附圖2，vtrack假定等於每幀2象素。很容易看出，當估算的運動矢量速率vemv等於每場2象素時，SMSE具有最小值。這很容易理解當估算的運動矢量速率vemv等於追蹤速率vtrack時，人眼所追蹤象素區域的實際速率也具有上述速率(當人眼正確追蹤時)並儘可能準確地形成運動補償。
可是，當運動估算器5已經產生更大或更小的估算運動矢量速率vemv時，因為估算的運動矢量速率vemv不正確以及基於錯誤的運動矢量速率而由調節器6所產生的運動補償，使得SMSE值增加。追蹤速率vtrack和估算的運動矢量速率vemv之間的差距越大，SMSE就越大。附圖1示出了由於場中子域的使用而引起SMSE的步進式階躍(step wise jump)。
下面進一步觀察圖2。
當vtrack＝2象素/場和vemv＝2象素/場時，SMSE＝4.0。可是，當vemv增加到大約2.75象素/場時，SMSE基本不增加並維持在4.0。因此，當估算的運動矢量速率vemv與0.7-0.8的係數R相乘產生降低的估算運動矢量R.vemv，估算的運動矢量速率vemv為2.75象素/場而實際運動矢量速率為2.0象素/場(假定與vtrack相等)時，並且這種降低的估算運動矢量R.vemv將用於運動補償器3以執行運動補償時，SMSE將不改變。
而且，以正確的估算運動矢量速率vemv＝2.0象素/場開始並隨後與R＝0.7-0.8相乘，使得SMSE增加。可是，這種增加不超過10％並仍然非常適用。因此，根據本發明的主要思想，估算的運動矢量速率vemv由於係數R而降低，其中0＜R＜1。這可通過附圖1中調節器6予以實現。當估算的運動矢量速率vemv過高時，產生同樣或更好的感覺質量，並且當估算的運動矢量速率vemv適當時，產生適合的感覺質量。
注意到，對於大於2象素/場的其他vtrack值(和因而，對於人眼所追蹤的其他區域運動矢量速率)，將產生類似附圖2的圖形。可是，從這些圖形中得出的最佳R值可以不同於0.7-0.8。然而，對於大多數實際情況，已經表明R＝0.7-0.8為優選值。因此，調節器6可按照軟體或硬體乘法器，通過運動估算器5所得出的運動矢量和R相乘來實現。
可是，在更精細的實施例中，能考慮依賴於估算質量係數F(q)的質量係數F(q)，所述估算質量係數F(q)依賴於每個運動矢量的估算質量級q。因此，對於每個運動矢量，運動估算器估算一個質量級。這通過使用任何(已知)估算運動矢量的質量級的技術予以實現。當使用區域匹配技術時，可通過檢測當前圖象(current image)中象素當前區域和當前圖象之前的最後圖象中的象素區域之間的差別予以實現，其中所述最後圖象中的象素區域和當前象素區域看起來非常相似。具有最佳匹配的象素區域最可能涉及同樣的區域。可以使用，例如作為所述匹配的誤差值的「絕對差分和」(稱作「SAD」)。SAD是熟知的並能被快速計算出。SAD值越小，運動估算越可靠。運動估算的質量級q可以從這種SAD中得出。然而，可選地，可根據圖象中的目標或整個圖象計算出質量級q。而且，質量級q依賴於每個子域所使用子域的數量或子域的值。例如，確定的子域值比依賴於位變化數量的子域值產生更低質量級q，當數值僅微小變化時，實現所述位變化。在優選實施例中，質量級q被輸送到調節器6。在調節器6中，通過將其與縮減係數R和係數F(q)相乘的方式調節運動矢量。所述質量係數F(q)為隨運動矢量質量級增加的函數。所述函數限制在0和1之間。所以，如果估算的運動矢量的質量差，所述係數F(q)就低，而如果估算的運動矢量的質量合適，質量係數F(q)幾乎等於1。調查表明，當q非常低時，R.F(q)＝0.3可以為R.F(q)的一個優選下限。
對於本領域技術人員來講很清楚，除了將每個運動矢量和R.F(q)相乘外，其中q依賴於所涉及的運動矢量，每個運動矢量可以與計及R和q的函數相乘。應當理解，附圖1的裝置僅僅是實現本發明的一個實例。所述運動估算器5和調節器6，例如能按所述分開完成，可是，也可以用單一部件將它們組合實現兩個功能中，即在硬體或軟體中實現的功能，或部分在在硬體或軟體中實現的功能。
而且，數字圖象處理設備1中所示的所有框，可以按照具有存儲實現所需功能的特有指令和數據的存儲器的計算機予以實現。本領域技術人員知道，這樣的存儲器可以包括以下部件中的一個或多個RAM、ROM、EEPROM、硬碟等。
因此，在權利要求中，如附圖1中所示的部件用作參考，其意指僅為所需功能的參考而不是可能實施例的限定參考。
注意到，本發明在各種數字圖象系統中都具有優勢，其中子域驅動方法與運動補償技術相結合，所以，本發明不限於PDPs領域。
進一步注意到，本發明能用於其中運動補償根據其他原因予以實現的其他各種系統。例如，本發明可以用於掃描速率轉換，其中必須計算輸入圖象之間的插入圖象以便增加幀頻。
權利要求
1.一種對所接收到的信號使用運動補償技術的圖像處理設備，其包括用於使輸入信號適於產生圖像的適配器，用於補償圖像的運動補償器，運用輸入信號估算運動矢量的運動估算器，所述運動矢量被運動補償器使用，其特徵在於，所述圖象處理設備進一步包括用於在將運動矢量輸送到運動補償器之前調節運動矢量的調節器，所述調節器被設置得使運動矢量和縮減係數相乘，所述縮減係數為小於1的正值。
2.根據權利要求1所述的圖像處理設備，其中所述縮減係數具有在0.7和0.8之間的固定值。
3.根據權利要求1或2所述的圖像處理設備，其特徵在於所述運動估算器被設計用於確定質量級q，對於累進的(progressive)質量函數F(q)輸入質量級q，所述質量函數被限定在0和1之間，所述調節器被設計用來在將運動矢量輸送到運動補償器之前使得所述運動矢量也和所述質量函數F(q)相乘。
4.根據權利要求3所述的圖像處理設備，其中所述運動估算器分別對於所有運動矢量，所述圖像中的每個目標或所述圖像整體確定所述質量級q。
5.根據權利要求3或4所述的圖像處理設備，其中與所述質量函數F(q)相乘的所述縮減係數具有0.3的下限。
6.一種顯示裝置，其包含根據前述任一權利要求所述的圖像處理設備和用於接收運動補償器的輸出信號的顯示器。
7.一種用於驅動圖像處理設備的方法，包括步驟-接收輸入信號；-使輸入信號適於產生連續圖象；-使用運動補償調整所述連續圖象；-從輸入信號中估算運動矢量；-在運動補償中使用所述運動矢量，其特徵在於，在運動補償中使用運動矢量之前通過運動矢量乘以縮減係數的方式調整所述運動矢量，所述縮減係數為小於1的正值。
8.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於所述縮減係數具有在0.7和0.8之間的固定值。
9.根據權利要求7所述的方法，其特徵在於-在所述估算運動矢量的步驟中確定質量級q；-將所述質量級q輸入累進質量函數F(q)，其限定在0和1之間；-在所述運動補償中使用所述運動矢量之前，使得所述運動矢量也和質量函數F(q)相乘。
10.一種可被數字圖象處理設備加載的電腦程式產品，所述電腦程式產品提供具有以下功能的設備-接收輸入信號；-使所述輸入信號適於產生連續圖象；-使用運動補償調整所述連續圖象；-從所述輸入信號中估算運動矢量；-在運動補償中使用所述調整的運動矢量，其特徵在於，在運動補償中使用運動矢量之前通過運動矢量乘以縮減係數的方式調整所述運動矢量，所述縮減係數為小於1的正值。
11.一種根據權利要求10所述的電腦程式產品，其特徵在於，所述電腦程式產品進一步使得所述設備具有以下功能-在所述估算運動矢量的步驟中確定質量級q；-將所述質量級q輸入累進質量函數F(q)，其限定在0和1之間；-將在運動補償中使用運動矢量之前，使得所述運動矢量也和質量函數F(q)相乘。
全文摘要
一種圖像處理設備，例如，驅動等離子顯示板1以使用子域驅動方法和運動補償技術的設備，其中運動矢量被估算並通過小於1的正縮減係數R減少矢量的速率。
文檔編號G06T7/20GK1606882SQ02825663
公開日2005年4月13日 申請日期2002年12月5日 優先權日2001年12月20日
發明者R·范迪克 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司