[发明专利]利用基于特征点的逐象素运动估算的图象处理装置

说明书

本发明涉及一种用于编码视频信号的装置；并且，更具体地，涉及一种利用基于特征点的逐象素运动估算编码视频信号的装置。

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，将生成大量要传输的数据，特别是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差分信号的处理。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”IEEETransactions 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 Transactions on Communications，COM-30，No.1(1982年1月)中被描述。

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表示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。

在逐块的运动估算中，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，在逐块的运动估算中，如果块中所有象素不以相同的方式移动，可导致差的估算，从而降低了整体编码效率。

另一方面，在逐象素估算的情况中，可确定用于每个象素的位移。因此，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，用于一组被选择的象素，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其相邻象素以使在接收机中非特征点的运动矢量可被从特征点的运动矢量还原或近似。

在序列号为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”的共有未决的美国专利申请中公开的基于特征点的运动估算技术中的编码器中，首先从包含在先前帧中的全部象素中选择一些特征点。接着，确定这些被选择的特征点的第一组运动矢量，其中各运动矢量表示先前帧中一特征点与相应的一匹配点，即当前帧中一最相似的象素之间的空间位移。该当前帧中最相似的象素称为一准特征点。然后，通过利用所述第一组运动矢量，确定当前帧中所包含的所有象素的一第二组运动矢量。即，通过转换第一组运动矢量的各运动矢量，首先确定第二组运动矢量中用于准特征点的一部分；而通过对位于一预定大小的圆形边界内的准特征点的运动矢量进行平均而确定第二组运动矢量中用于非准特征点的剩余部分。

由于对第二组运动矢量中用于非准特征点的剩余部分的确定未采用涉及目标的实际运动的任何实际信息，因此不大可能对这些非准特征点的运动矢量进行精确的估算。

因此，本发明的主要目的是提供一种改进的利用基于特征点的逐象素运动估算的视频信号编码装置，其能通过使用边缘信息精确地估算非准特征点的运动矢量。

根据本发明，提供了一种改进的在一运动补偿视频信号编码器中使用的用于基于数字视频信号的当前帧及先前帧确定一预测的当前帧的装置，包括有：

一边缘检测器，用于检测表示先前帧中形成图象边缘的象素的边缘点；

一特征点选择器，用于选择先前帧中边缘点中的一些象素作为特征点；

一特征点运动矢量检测器，用于检测这些特征点的一第一组运动矢量，该第一组运动矢量的各运动矢量表示一特征点与当前帧内同其最相似的一象素之间的空间位移；