[发明专利]运动矢量检测装置和方法

说明书

本发明涉及在一个图象的数据块与在另一个图象的相应数据块之间的运动矢量的检测，更具体地讲，是涉及在保持的所检测的运动矢量的精度的同时减少检测运动矢量所要求的操作数量。

在一系列的数字图象的预期编码中运动矢量是有用的，它减少了表示该图象系列所需的信息数量。例如，对于运动图象的高效编码的运动图像编码专家组(MPEG)国际标准采用正交变换。特别是离散余弦变换(DCT)，和具有运动补偿的预期编码。

图1表示使用运动补偿的预期编码的一个例子。视频的目前帧的数字视频数据加到输入端61，它将该数字视频数据加到运动矢量检测电路62和减法电路63。

运动矢量检测电路62检测目前帧的一数据块相对于参考帧的运动矢量，该参考帧可以是暂时先于目前帧的一个帧，和将运动矢量加到运动补偿电路64。

帧存储器65适用于存储诸如在先帧的图象，在运动补偿时，该在先帧构成对目前帧的预示，和适用于将这个图象加到运动补偿电路64。

运动补偿电路64工作以便使用运动矢量检测电路62所加的运动矢量对帧存储器65所加的图象进行运动补偿，和将运动补偿的图象加到减法电路63和加法电路66。特别是电路64将该图象的每一数据块移到相应的运动矢量所指示的位置。

减法电路63在逐个象素的基础上从目前帧的视频数据中减去从运动补偿电路64所收到的运动补偿的在先帧以产生差别数据，并且将该差别数据加到DCT电路67。

DCT电路67起着正交变换差别数据以产生系数数据，和将该系数数据加到量化电路68，量化电路68适用于量化该系数数据和将该量化的系数数据加到输出终端69和反向量化电路70。

反向量化电路70从量化的系数数据中恢复系数数据，并将恢复的系数数据加到反向DCT电路71，反向DCT电路71变换系数数据为解码的差分图象数据并且将该解码的差分图象数据加到加法电路66。

加法电路66将解码的差分图象数据加到从电路64来的运动补偿的图象数据上以产生解码的图象数据，并且将解码的图象数据加到帧存储器65以便存储在其中。

现在参见图2-4叙述由运动矢量检测电路62执行的运动矢量检测的操作。

运动矢量检测电路62使用数据块匹配(blok matching)方法检测运动矢量。在数据块匹配方法中，参考帧的检验数据块在预定的搜索范围内运动来识别在预定搜索范围中与目前帧的基数据块最匹配的数据块。运动矢量是在该基数据块的坐标与参考帧中最匹配的数据块的坐标之间的差。

图2A表示包括H个水平象素XV个垂直行的一帧的图象，它被分为P象素XQ行大小的数据块。图2B表示P=5,Q=5的数据块，而“C”代表该数据块的中心象素。

图3A表示具有中心象素C的目前帧的基数据块和具有中心象素C’的参考帧的检验数据块，检验数据块定位在与目前帧的基数据块最匹配的参考帧的数据块上。如可从图3A看到的，当基数据块的中心象素C在水平方向移动+1象素和在垂直方向移动+1行时，对中心象素C与中心象素C’在同一地点。这样，得到了运动矢量(+1,+1)。类似地，相对于在图3B和3C中所示的基数据块的最匹配的数据块，得到了各自的运动矢量(+3,+3)和(+2,-1)。得到了目前帧的每个基数据块的运动矢量。

在参考帧中，检验数据块运动的预定搜索范围在水平方向可能是±S象素，而在垂直方向是±T行，即，基数据块与具有中心象素C’的检验数据块比较，从基数据块的中心象素C在水平方向变化±S象素和垂直方向变化±T行。图4表示具有中心象素C的目前帧的基数据块R应该与参考帧的{(2S+1)×(2T+1)}检验数据块比较。在图4中，S=4，而T=3。图4的搜索范围是由每个检验数据块的中心组成的区域。包含整个检验数据块的搜索范围的大小是(2S+P)+(2T+Q)，即，{(P-1)/2+(2S+1)+(P-1)/2}×{(Q-1)+(2T+1)+(Q-1)/2}。

基数据块与在预定搜索范围中的特定位置的检验数据块的比较包括获得估算值，如这些帧的差值的绝对值的和，这些帧的差值的平方和，或者这些帧的差值的绝对值的n次方的和，检测估算值的最小值以便识别最匹配的数据块，和产生基数据块与最匹配的数据块之间的运动矢量。

图5表示运动矢量检测电路62的一个例子。

目前帧的图象数据加到输入端81，它将该图象数据加在目前帧存储器83进行存储。参考帧的图象数据加到输入端82，它将该图象数据加到参考帧存储器84进行存储。