[发明专利]利用基于特征点的运动估算编码视频信号的方法

说明书

本发明涉及一种编码视频信号的方法；并且，更具体地，涉及一种可通过根据目标的运动自适应地选取特征点而有效地编码视频信号的方法。

众所周知，数字视频信号的传输可获得比模拟信号传输质量高得多的视频图象。当包括有一序列图象“帧”的图象信号以数字形式表示时，将生成大量用于传输的数据，特别在高清晰度电视系统的情况中，然而，一常规传输信道的可用频带宽度是有限的，因此，为了发送大量的数字数据，必须压缩或减少传输数据的量，在各种视频压缩技术中，将时间及空间压缩技术与统计编码技术相结合的所谓的混合编码技术是所知最为有效的。

大多数混合编码技术采用运动补偿DPCM(差分脉冲码调制)，二维DCT(离散余弦变换)、DCT系数的量化及VLC(可变长度编码)。运动补偿DPCM是对在一当前帧和一先前帧之间的目标的运动进行估算，并根据该目标的运动流预测当前帧以产生一个代表当前帧及其预测之间的差的误差信号的处理。这种方法在例如Staffan Ericsson的“用于混合预测/变换编码的固定及自适应预测器，”IEEE Transactions on Communications，COM-33，NO.12(1985年12月)；及在Ninomiya和Ohtsuka的“一种用于电视画面的运动补偿帧间编码方案”，IEEE Iransactions on Communications，COM-30，NO.1(1982年1月)中被描述。

二维DCT减少或利用图象数据间的空间冗余，将一例如为8×8象素块的数字图象数据块变换成一组变换系数数据。这种技术在例如Chen和Pratt的“场景自适应编码器”IEEE Transactions on Communications，COM-32，NO.3，(1984年3月)中被描述。通过量化器、折线扫描及VLC对这些变换系数数据的处理，侍传输的数据量可被有效地压缩。

特别地，在运动补偿DPCM中，基于对当前帧及先前帧间的运动的估算，当前帧数据自相应的先前帧被预测。

该被估算的运动可用代表先前帧及当前帧间的象素的位移的二维运动矢量描述。

已有两种基本方法估算目标的象素的位移：一种是逐块估算，另一种是逐象素的方法。

在逐块运动估算中，将一当前帧中的一块与其先前帧中的各块进行比较直至确定最佳匹配。自此，可以为被传输的当前帧估算整个块的帧间位移矢量(代表该象素块已在帧间移动了多少)。然而，在逐块运动估算中，如果块中所有象素不以相同的方式移动，可导致差的估算，从而降低了整个画面的质量。

采用逐象素的方法，在另一方面，可确定用于各个及每个象素的位移。这种技术可取得象素值的更精确的估算并能容易地处理标度改变(例如变焦、垂直于图象平面的运动)。然而，在逐象素的方法中，由于是确定各个及每个象素的运动矢量，因此几乎不可能将所有的运动矢量数据传输给一接收机。

引入的用于改善涉及由逐象素方法导致的剩余或多余的传输数据的问题的一种技术是基于特征点的运动估算方法。

在该基于特征点的运动估算技术中，用于一组被选取的象素，即特征点的运动矢量被传输给一接收机，其中特征点被定义为能够代表目标的运动的一先前帧或一当前帧的象素以便当前帧中的象素的全部运动矢量可从接收机中特征点的运动矢量中被还原或近似。在采用在美国流水号为08/367,520，题目为“利用逐象素运动估算编码视频信号的方法和装置”的共有未决申请中公开的基于特征点的运动估算技术的编码器中，首先从包含在先前帧中的全部象素中选取一些特征点。接着，通过使用常规的块匹配技术确定被选取的特征点的运动矢量，其中各个运动矢量代表先前帧中的一特征点与当前帧中的一对应匹配点即最相似的象素间的空间位移。特别地，在当前帧内的一搜索区中搜索对于各个特征点的匹配点，其中搜索区被定义为包围了对应特征点的位置的预定区域的一个区。然后，基于特征点的运动矢量确定对于当前帧中所有象素的全部运动矢量。

不过，在上述基于特征点的运动估算技术中，特征点被确定时没有充分考虑到两个目标间可能不同的运动的细节，因此，不是总可以充分地估算运动或准确地再现图象。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的能够通过根据目标的运动自适应地选取特征点而有效地编码视频信号的视频信号编码方法。