專利名稱：用于塊移動估計的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于塊移動估計的方法和裝置，尤其是用于MPEG2編碼器。
眾所周知，為了壓縮視頻序列，人們利用連續(xù)幀之間的高冗余性。特別是，塊移動估計技術被廣泛使用，例如，用于按照MPEG2部分2ISO/IEC 13818-2中指定的視頻標準進行編碼。
在這種技術中，當前幀被分解成包括n×m圖象元素(象素、象元)矩形或正方形塊。然后，對當前幀的每個塊進行搜索。為此目的，每個塊中的圖象元素被與參考幀中的搜索區(qū)域內(nèi)的塊的圖象元素進行比較。對所有的搜索位置計算成本函數(shù)，即相比較的塊之間的匹配測量。實際的移動矢量被成本函數(shù)具有最小值的兩個塊的限定位置確定。
使用最通用的成本函數(shù)，當前塊和來自參考幀的候選塊之間的絕對差的平均(mad)，
對每個搜索位置約進行n×m次減法、絕對值計算和加法。
對一個13.5MHz視頻信號(水平分辨率Wframe，h＝720象素，豎直分辨率Wframe，v＝576象素，幀速率fframe＝25Hz)，設定下面的參數(shù)用于塊匹配處理水平搜索范圍Sh＝+/-64象素豎直搜索范圍Sv＝+/-32象素水平塊尺寸 n＝16象素豎直塊尺寸 m＝16象素要求的處理能力超過每秒2500億次運算。
技術是已知的，其中通過僅使用分別在宏塊和搜索區(qū)域中的一部分圖象元素可減少處理能力。這種方法可使用如在DE-A-19509418中舉例描述的五點形二次采樣(Quincunx subsampling)。但是，由于移動估計要求很精確而限制了二次采樣的速率。
本發(fā)明的目的是提供一種用于具有降低的實現(xiàn)要求的塊移動估計的方法，比如用于實時移動估計。該目的可通過權利要求1中的方法實現(xiàn)。
本發(fā)明的另一個目的是揭示一種利用本發(fā)明的方法的裝置。該目的可通過權利要求7中公開的裝置實現(xiàn)。
僅通過成本函數(shù)的大量平行處理可實現(xiàn)對實時移動估計的上述計算需求。如果在幾個獨立的搜索區(qū)域中進行一個平行搜索，在存儲搜索區(qū)域的存儲器之間的要求的通訊頻帶寬度和進行成本函數(shù)計算的算術單元將隨著平行處理搜索的數(shù)目變得更線性。但是，如果當前幀的相鄰塊被輸入幾個處理元件，其中處理元件進行對在通用搜索區(qū)域上的這些塊的搜索，那么這并不確切。
原則上，用于塊移動估計的方法在于下述事實-搜索區(qū)域被分成搜索區(qū)域帶，搜索區(qū)域帶的寬度等于塊的寬度；-把k個相鄰塊的圖象元素與搜索區(qū)域帶的圖象元素進行比較，直到一個塊的整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理；-由一個未被處理的塊替代整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理的塊。
按照優(yōu)選的方式，當前幀的線被分成包括k個將被平行處理的相鄰塊的塊部分，其中塊部分的水平寬度等于搜索區(qū)域的水平寬度。
另外，搜索區(qū)域帶的豎直寬度等于搜索區(qū)域的豎直寬度是最優(yōu)選的方式。
在一個更好的改進中，搜索區(qū)域帶的圖象元素被與k個相鄰塊的圖象元素進行平行比較(圖4)。
在一個進一步的改進中，搜索區(qū)域帶的圖象元素被與k個相鄰塊的圖象元素進行串行比較(圖3)。
此外，最好是，塊移動估計是一部分MPEG視頻信號編碼，并且這些塊是宏塊，其水平和豎直宏塊尺寸為16圖象元素。
原則上，用于圖象移動估計的裝置包括-用于控制搜索區(qū)域到搜索帶的轉換的第一裝置；-載有k個相鄰塊的k個處理元件，用于比較搜索區(qū)域帶的圖象元素；-由一個未被處理的塊替代整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理的塊的裝置。在一個優(yōu)選的方式中，該裝置還包括-一個搜索幀存儲器；-一個參考幀存儲器；-用于控制搜索幀存儲器的第二裝置；-用于控制參考幀存儲器的第三裝置；-一個搜索區(qū)域存儲器，其中由搜索幀存儲器載入當前搜索區(qū)域。在一個較好的改進中，處理元件被按串行的順序布置。在一個更好的改進中，處理元件被按平行順序布置。下面結合附圖描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1示出了一個進入宏塊(a)中的幀的劃分以及用于相鄰宏塊(b)的疊加搜索區(qū)域；圖2示出了用于k個相鄰宏塊的平行處理的一個搜索方案；圖3是用于串行搜索帶數(shù)據(jù)流的方框圖；圖4是用于并行搜索帶數(shù)據(jù)流的方框圖。
圖1a)示出了把一個當前幀劃分為h×v個宏塊MB0、MB1、MB0h-1等，具有n圖象元素的水平宏塊尺寸和m圖象元素的豎直宏塊尺寸。在也被稱為搜索幀并可以是前一幀或后一幀的參考幀中，一個搜索區(qū)域被分配給每一個宏塊。作為三個相鄰宏塊MBr、MBs、MBt的例子，各個搜索區(qū)域疊加，如圖1b)中所示。宏塊MBr的搜索區(qū)域的第一部分Sr僅用于宏塊MBr，第二部分Srs還用于宏塊MBs，最后，第三部分Srst用于宏塊MBr、MBs、MBt。用于宏塊MBs的搜索區(qū)域除了包括已經(jīng)指出的部分Srs和Srst外還包括另一個也用于宏塊MBs但不用于MBr的部分Sst。相類似，除了部分Srst和Sst外還存在一個僅用于宏塊MBt的第三部分St。
根據(jù)本發(fā)明，可應用圖2的處理方案。當前幀的宏塊線被分成包括k個宏塊A0，…，Ak-1，B0，…，Bk-1，C0，…的部分，如圖2a)中所示。k的值依據(jù)于如下所述的搜索范圍寬度Sh，Sv和宏塊的尺寸n，m。首先，Sh，max和Sv，max被分別定義為Sh和Sv的最大絕對值Sh，Sv。搜索區(qū)域的水平寬度Wh和搜索區(qū)域的豎直寬度Wv為Wh＝(2·Sh，max)+n和Wv＝(2·Sv，max)+m現(xiàn)在，k可被計算為k=Whn=2·Sh,maxn+1]]>或k=Wvm=2·Sv,maxm+1]]>參考幀被劃分成具有水平寬度n和豎直寬度Wv的搜索區(qū)域帶St0，St1，…。在宏塊線的處理之初，當前的宏塊A0到Ak-1被載入k個處理元件。接著，參考幀的搜索區(qū)域帶被通過處理元件輸送。處理一個帶之后，產(chǎn)生與前一個搜索帶相比位移一個圖象元素的新的搜索帶。這些搜索區(qū)域帶也被通過處理元件等輸送，直到宏塊A0的整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理并且可計算成本函數(shù)的最小值。其后，由下一個宏塊部分的第一宏塊B0替代宏塊A0。相類似，當宏塊A1的處理完成后。它被下一部分的宏塊B1替代。應用該方案直到當前幀的宏塊線的末端。
可計算上述處理方案的頻帶寬度要求如下。除了最后的搜索區(qū)域帶，對一個搜索區(qū)域帶的處理要求n·Wv存取包括n象素的存儲字。對最后的搜索區(qū)域帶的處理要求Wv存取包括n象素的存儲字。搜索區(qū)域帶的總數(shù)nsas是被宏塊的水平尺寸n劃分的當前幀的水平分辨率Wframe，h。nsas=Wframe,hn]]>對一個宏塊線的處理的存取數(shù)目n0a，mb1總計為na，mbl＝(n·Wv·(nsas-1))+Wv＝Wv·(n·nsas-n+1)＝Wv·(Wframe，h-n+1)在一幀中的宏塊線的數(shù)目nmbl，frame為nmbl,frame=Wframe,vm]]>用于一幀的在參考數(shù)據(jù)存儲器的存取總數(shù)na，frame為na,frame=na,mbl·nmal,frame=Wv·(Wframe,h-n+1)·Wframe,vm]]>(公式1.5)對上面使用的實施例，該實施例具有水平分辨率Wframe，h＝720象素，豎直分辨率Wframe，v＝576象素，豎直搜索范圍Sv＝+/-32象素，以及用于宏塊(Wv＝80)的豎直尺寸m＝16，對于一個n字節(jié)寬每幀象素矢量，na，frame等于大約2.03百萬存取數(shù)。具有宏塊的水平尺寸n＝16和25Hz的幀速率，參考幀存儲器的總的要求頻帶寬度為812百萬字節(jié)/秒數(shù)量級。假設存取一個8字節(jié)矢量組織數(shù)據(jù)，對于參考幀存儲器的最終時鐘速率小于102MHz。用當今的CMOS VLSI技術可很容易地達到該時鐘速率。
圖3示出了對于串行搜索帶數(shù)據(jù)流的建議的塊匹配結構的方框圖。搜索幀保存在搜索幀存儲器SFM中，參考幀保存在參考幀存儲器RFM中。搜索幀存儲器SFM由控制單元SFMC通過提供地址Ad1控制，參考幀存儲器RFM由控制單元RFMC通過提供地址Ad2控制。當前搜索區(qū)域SA從搜索幀存儲器SFM載入搜索區(qū)域存儲器SAM?？刂茊卧狝TSC把地址Ad3提供給搜索區(qū)域存儲器SAM，以便把當前搜索區(qū)域轉換為帶。在一個圖象元素的步長中，這些帶被通過k個處理元件P0，P1，…，Pk輸送。處理元件被串行布置，并且裝有k個宏塊A0，A1，…，Ak-1，以便計算成本函數(shù)。處理宏塊的整個搜索區(qū)域后，可確定該宏塊的移動矢量，并且該已經(jīng)被處理的宏塊由一個未被處理的宏塊替代，直到所有的當前幀的宏塊被處理。
圖4是具有平行搜索帶數(shù)據(jù)流的另一個實施例的方框圖。使用類似的處理單元，與圖3中的實施例的唯一不同在于，以平行的順序把搜索帶提供給處理元件。
本發(fā)明可用于MPEG視頻信號的編碼，也可通過其它的比特率節(jié)約算法進行視頻信號編碼。
本發(fā)明可在任何類型的諸如數(shù)字攝像機、DVD RAM等之類的數(shù)字記錄裝置中實現(xiàn)。
權利要求
1.用于塊移動估計的方法，其中當前幀被劃分成圖象元素的塊，其與參考幀的搜索區(qū)域(Sr，Srs，Srst，Sst，St)內(nèi)的圖象元素進行比較，并且由此確定塊的移動信息，其特征在于，-搜索區(qū)域被分成搜索區(qū)域帶(St0，St1，…)，搜索區(qū)域帶的寬度等于塊(n)的寬度；-把k個相鄰塊(A0，…，Ak-1)的圖象元素與搜索區(qū)域帶的圖象元素進行比較，直到一個塊(A0)的整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理；-由一個未被處理的塊(B0)替代整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理的塊(A0)。
2.按照權利要求1所述的方法，其特征在于，當前幀的線被分成包括k個將被平行處理的相鄰塊的塊部分，其中塊部分的水平寬度等于搜索區(qū)域的水平寬度(Wh)。
3.按照權利要求2所述的方法，其特征在于，搜索區(qū)域帶的豎直寬度等于搜索區(qū)域的豎直寬度(Wv)。
4.按照權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其特征在于，搜索區(qū)域帶的圖象元素被與k個相鄰塊(A0，…，Ak-1)的圖象元素進行平行比較(圖4)。
5.按照權利要求1至3中的任何一項所述的方法，其特征在于，搜索區(qū)域帶的圖象元素被與k個相鄰塊(A0，…，Ak-1)的圖象元素進行串行比較(圖3)。
6.按照前述任何一項權利要求所述的方法，其特征在于，塊移動估計是一部分MPEG視頻信號編碼，并且這些塊是宏塊，其水平和豎直宏塊尺寸為16圖象元素。
7.用于根據(jù)前述任何一項權利要求的方法的用于圖象移動估計的裝置，其特征在于，它包括-用于控制搜索區(qū)域到搜索帶的轉換的第一裝置(ATSC)；-載有k個相鄰塊的k個處理元件(P0，P1，…，Pk)，用于比較搜索區(qū)域帶的圖象元素；-由一個未被處理的塊(B0)替代整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理的塊(A0)的裝置。
8.按照權利要求7所述的裝置，其特征在于，該裝置還包括-一個搜索幀存儲器(SFM)；-一個參考幀存儲器(RFM)；-用于控制搜索幀存儲器(SFM)的第二裝置(SFMC)；-用于控制參考幀存儲器(RFM)的第三裝置(RFMC)；-一個搜索區(qū)域存儲器(SAM)，其中由搜索幀存儲器(SFM)載入當前搜索區(qū)域。
9.按照權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，處理元件被按串行的順序布置。
10.按照權利要求7或8所述的裝置，其特征在于，處理元件被按平行順序布置。
全文摘要
為了塊移動估計,當前幀被分成塊,每個塊的圖象元素與參考幀的搜索區(qū)域內(nèi)的圖象元素進行比較,確定移動矢量。通過平行處理降低處理要求,其中搜索區(qū)域被分成搜索區(qū)域帶。把k個相鄰塊的圖象元素與搜索區(qū)域帶的圖象元素進行比較,直到一個塊的整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理。由一個未被處理的塊替代整個搜索區(qū)域已經(jīng)被處理的塊。最好,當前幀的線被分成包括k個將被平行處理的相鄰塊的塊部分。
文檔編號H04N7/32GK1275033SQ0010770
公開日2000年11月29日 申請日期2000年5月23日 優(yōu)先權日1999年5月25日
發(fā)明者海因茨－韋爾默·基申, 克勞斯·格特克 申請人:德國湯姆森-布蘭特有限公司