一種對電視信號的運動做分級預測的方法
2023-10-09 00:41:44
專利名稱：一種對電視信號的運動做分級預測的方法
技術領域：
本發明涉及對一個電視信號的運動做出分級預測的方法。
在電視信號中，這樣的運動預測(所謂「motion estimation」)特別適用於數據簡化，節省傳輸帶寬、傳輸時間或記錄器的儲存容量等方面。因此，依照運動預測的結果，連續的幀面不象在常規電視信號的情況下那樣完整地發送，而是發送代表著連續幀面之間任一種改變的不同因數。運動預測的進一步使用在變換某些信號處理電路，例如梳狀濾波器，在電視信號中它們的工作方式依賴於運動。運動預測在視頻攝像機上也是需要的，因為由於攝像機無意中的抖動而產生的衝擊變化要用機械的或電子學的辦法來平衡掉。
視頻圖象之間的運動預測愈有效，則搜索範圍愈大。為了克服與此有關的硬體所帶來的沉重配置，人們採取了分級結構。因此，一開始和在比較粗糙的方式下，在整個搜索範圍內尋找出一個最好的運動因數，進而在找到了的位置的鄰域進行更精細的析象以改善這一因數。
在根據「象塊匹配算法」預測運動的已知方式下，要處理的視頻圖象被分成固定大小的象塊。相對於第二視頻圖象的運動是對各個象塊來決定的，因為象塊的誤差值(失真)是在一個搜索範圍內對各個可能的位移來計算，據此最小的一個值就被決定。因此，硬體中的裝置是以市場上可買到的運動預測晶片，例如SGS—Thomson公司生產的STI3320，為基礎的。這一微型組件在一水平和垂直方向為—8/＋7的搜索範圍內計算具有最小的失真的位移。搜索範圍能用級聯許多晶片的辦法加以擴大。在一個方面，對於高清晰度電視(HDTV)，對於按照MPEG標準的視頻圖象(在這裡，計算的是在時間上分開較遠的圖象之間的運動)，人們願意使用一個儘可能大的搜索範圍來預測運動，從而決定的位移具有1/2象素的解析度。用「全搜索象塊匹配」法(其中各個可能的位移意味著一個平行的算術單位)，甚至在使用集成的運動預測晶片時，也需要數以幾百種的微型組件。
在硬體上的花費可以通過用分級方式預測運動的方法來降低。因此，在第一步，使用一個降低了的解析度來探查整個搜索範圍。然後，在新的一步，環繞著具有最低失真的位置，使用較高的解析度來確定最小的失真效應。這一過程能夠按照所希望的那樣多遍地使用更精細的解析度重複地進行。
本發明的目的是為了減少做這樣的運動預測所需的電路(所謂的硬體)數量。本發明的有益發展在附加的要求權利中詳細說明。
因此，通過本發明，在較低的、更精細地析象的分級等級上產生出相互無重疊的區間，並且，這些範圍的臨界點就當作在分級中對位於更高等級上做分析的點使用。更可取的是，位於行之間而又不代表行光柵中實象素的點放在相互無重疊的區間內來探查。
下面，結合附圖來說明解釋本發明。其中，
圖1表示一公知的預測運動方式的例子。
圖2是根據本發明的預測運動方式的原理。
圖3是在分級中較高等級的4象素解析度的例子。
圖4是濾波值如何計算的一個例子。
圖1是表示具有一個重疊範圍U的兩個象塊1，2。當進行運動預測時，起初只是在第一次分級步驟上對黑體標記十字形3做探查。舉例說，假如點4a顯得是最佳的，那麼，人們將只考慮環繞著它的4b、4c、4d、4e等點。這就導致人們必須對這些點的領域實行計算。如圖1所描述，這該是淡體標記X形4所代表的象塊1、2之一中的各八個點。這意味著，在第二次分級步驟上，需要的電路數量必須分配給這八個點。於是圖1表示一個例子，它包括用一象素解析度做第一次搜索和環繞著第一次找著的象素用1/2象素解析度做隨後的搜索。顯然，1/2象素搜索範圍環繞一象素值重疊。各1/2象素值至少屬於兩個分級的搜索範圍，1/2象素對角線因此實際上屬於四個搜索範圍。
在圖2中，象塊1a和2a不再具有任何重疊區間。結果，各點毫不含糊地屬於在最高類型的一個點。在第一分級中，圓圈代表的點5被探查，即與圖1對比，不是十字形代表的點3。此後，在第二分級步驟中，環繞著點5的四個點在各種情況下被探查。顯然現在必須探查的只是四個點，而不是如圖1中的八個點。所需的電路(或硬體)數量當然近似地照這一因數減少了。點5不再是實際的象素，因為它們處於圖1中所示的行光柵之外。為探查這些點5所要求的電路數量，無論如何，是較低的。它僅僅包含一個濾波器，其中這些點的值是相加的，因此得到的和要除以4。換句話說，求得了這四個點實際平均值。於是在第一分級步驟上，人們不再使用原來的象素值，而是寧願取已濾波的象素值。在第二分級步驟上，人們現在在這些已濾波點的領域進行搜索。
這一方法也擴展用於多等級分級法。
圖3給出了按照常規方法，在較高等級的一個4象素解析度和隨後一個象素解析度的例子。在這裡必須在較低的等級上分析24個位置。
對比之處，圖4再次表示使用在無重疊象塊的實施例。在較高的分級等級上，位於區間臨界部分內的四象素值被計算。此後，人們對已經發現具有最低失真的已濾波的四象素點領域做出搜索，從而只有16個位置現在有其實際重要性。
根據本發明提出的方法不限於對運動的預測，且能用在任何分級結構有用的地方。在各種情況下，相互無重疊區間在較低的、更精細析象的分級等級上產生，且這些區間的臨界點被當成在上面的等級上的點做分析來使用。
權利要求
1.對一個電視信號的運動做出分級預測的方法，信號中視頻圖象分成固定大小的象塊，而相對於第二視頻圖象的運動則對各個象塊來確定，其特徵在於，相互無重疊區間產生於較低的、更為精細析象的分級等級上，並且，這些範圍的臨界點當在分級中處於較高等級上分析的點來使用。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，處於行之間而不代表行光柵中的實象素的點放在相互無重疊範圍內來探查。
全文摘要
在一個電視信號中做出運動的分級預測的方法。相互無重疊區間在較低的、更精細地析象的分級等級上產生，而這些區間的臨界點就當作在分級中處於較高等級上分析的點來使用。更可取的是，處於行之間而不代表行光柵中實象素的點放在相互無重疊區間內來探查。
文檔編號H04N7/32GK1117694SQ9411293
公開日1996年2月28日 申請日期1994年12月9日 優先權日1993年12月11日
發明者麥可·德雷克斯勒, 卡斯特恩·赫佩爾, 海因茨·沃納·基森 申請人:德國湯姆森-勃朗特有限公司