DE69029999T2 - Vorrichtung zur Verarbeitung von Bewegungsvektoren - Google Patents

Vorrichtung zur Verarbeitung von Bewegungsvektoren

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Description

  • Die Erfindung bezieht sich auf das Verarbeiten von Bewegungsvektoren (einschließlich Speicherung oder Übertragung) zum Verarbeiten von Bewegungsvektoren entsprechend Bildern, die in eine Anzahl Blöcke unterteilt sind. Für jeden dieser Blöcke ist ein Bewegungsvektor verfügbar zur effizienten Speicherung, Übertragung oder Verarbeitung (beispielsweise Abtastratenumwandlung) usw.
  • Die Verfügbarkeit nur einer einzigen Vektors je Block von Bildelementen kann zu der Sichtbarkeit dieser Blöcke in einem Bild führen, das durch eine solche bewegungskompensierte Verarbeitung erhalten worden ist. Als etwaige Lösung zur Verringerung der Sichtbarkeit der Blöcke könnte das Vektorfeld nachgefilter werden, aber dies hat den Nachteil, daß neue Vektoren erzeugt werden, deren Qualität niemals überprüft wurde. In US-A 4.703.350 wird ein solchen Nachfilter beschrieben, das ein erhöhtes Kosinusfunktions- oder ein lineares Interpolationsfilter benutzt zum Erhalten von Bewegungsvektoren für jedes Bildelement. Wenn die Schätzanordnung ein Deckungskriterium anwendet ist es möglich, daß der Mittelwert von zwei Vektoren, die je eine gute Deckung ergeben, zu einem vektor führt, der eine sehr schlechte Deckung gibt. Man könnte beispielsweise denken an eine periodische Struktur, bei der viele Deckungen möglich sind, wobei aber der mittlere Vektor eine sehr schlechte Deckung ergeben kann.
  • In EP-A-0.293.644 wird ein Verfahren beschrieben zur Bestimmung von Bewegungsvektorfeldern von digitalen Bildfolgen. Ein Bewegungsvektorfeld wird von zwei aufeinanderfolgenden Bildern abgeleitet. Das Bewegungsvektorfeld bezieht ein Bildelement des anderen Bildes auf jedes Bildelement des einen Bildes, wodurch die beziehung durch einen Bewegungsvektor definiert wird, der die gegenseitige Verlagerung der Bildelemente reproduziert, und wodurch alle Bildelemente in einem quadratischen oder rechteckigen Block von Bildelementen denselben Bewegungsvektor empfangen. Die Bestimmung der Bewegungsvektoren wird durch Minimierung einer Funktion durchgeführt, die zunächst die Differenz in den Leuchtdichtenwerten der jeweiligen zugeordneten Bildelemente der beiden Bilder berücksichtigt und danach die Differenzen zwischen benachbarten Bewegungsvektoren bewertet bzw. gewichtet, wobei diese mit Hilfe einer Glättungsmaßnahme bewertet bzw. gewichtet werden. Die Minimierung dieser objektiven Funktion erfolgt in der Weise, daß zunächst die Bewegungsvektoren, welche die objektive Funktion minimieren, bestimmt werden, unter der Bedingung, daß die bewegungsvektoren in Blöcken größer als die Blöcke, die letzten Endes gewünscht werden, konstant sind, und daß danach jeder der Blöcke (16x16) in kleinere unterteilt wird, vorzugsweise in gleich große Blökce bis die gewünschte Blockgröße (4x4) erreicht ist. In jeder Stufe der Blockaufteilung wird jeder einzelne Bewegungsvektor durch eine Änderung in einem zugehörigen Wertbereich optimiert bis auf diese Weise für einen Bewegungsvektor nicht länger ein kleinerer Wert der objektiven Funktion gefunden werden kann.
  • Es ist nun u.a eine Aufgabe der vorliegenden erfindung eine Nachbearbeitung für ein Vektorfeld zu schaffen, wodurch - was das lineare Nachfilter macht - ein glattes Vektorfeld erzielt wird, wobei aber nicht unkontrollierte Bewegungsvektoranteile erzeugt werden.
  • Dazu schafft ein erster Aspekt der Erfindung eine Bewegungsvektorverarbeitungsanordnung wie in Anspruch 1 definiert. Ein zweiter Aspekt der Erfindung schafft ein Bewegungsvektorverarbeitungsverfahren, wie in Anspruch 4 definiert. Nach diesen Aspekten der Erfindung werden die Ausgangsbewegungsvektoranteile, die den Unterblöcken, in die jeder Block aufgeteilt worden ist, entsprechen, aus den Eingangsbewegungsvektoranteilen selektiert, die für die ursprünglichen größeren Blöcke geschätzt wurden. Deswegen werden keine neunen unkontrollierten Bewegungsvektoranteile erzeugt.
  • Vorteilhafte Ausführungsformen werden in den abhängigen Ansprüchen definiert. Die Ausführungsformen der Ansprüche 2 und 5 gewährleisten nicht nur, daß die Ausgangsvektoranteile selektierten Eingangsvektoranteilen entsprechen, sondern auch, daß die Ausgangsvektoren nicht aus Anteilen zusammengesetzt werden, die nicht zusammengehören. Es stellt sich heraus, daß ein sehr glattes Vektorfeld und folglich sehr gute bewegungskompensierte Bilder erzielt werden können, wenn die Ausführungsformen nach den Ansprüchen 3 und 6 verwendet werden.
  • Gewünschtenfalls können die erhaltenen Unterblöcke weiter aufgeteilt werden. Wenn der Unterteilungsvorgang oft genug wiederholt wird, werden Bewegungsvektoren für jedes Bildelement erhalten.
  • Diese und andere (detailliertere) Aspekte der Erfindung werden nun beschrieben und anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
  • Fig. 1 ein Beispiel eines Vektorfeldes,
  • Fig. 2 ein Vektorfeld, in dem ein Block in vier Unterblöcke aufgeteilt worden ist,
  • Fig. 3 eine Zwei-Stufen-Blockerosion,
  • Fig. 4 eine erste Ausführungsform einer Ein-Stufen- Erosionsanordnung; und
  • Fig. 5 eine zweite Ausführungsform einer Ein-Stufen- Erosionsanordnung.
  • Fig. 1 zeigt ein Beispiel eines Vektorfeldes. Für jeden Block A .... O von Bildelementen ist nur ein Vektor verfügbar. Wie für einen bestimmten Block H in Fig. 2 dargestellt, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung jeder Block in vier Unterblöcke aufgeteilt. Die x- und y-Vektoranteile für einen Unterblock erhalten die betreffenden Mittelwerte von:
  • 1. den x- und y-Vektoranteilen des bestimmten Blocks, das den Unterblock enthält, und
  • 2. den x- und y-Vektoranteilen von zwei Nachbarblöcken, die den Unterblock benachbarn.
  • Die x- und y-Vektoranteile werden einzeln verarbeitet. Wegen dieses separaten Vorgangs kann ein neuer Vektor, der weder dem bestimmten Block noch einem der zwei Nachbarblöcken zugehört, erzeugt werden. Deswegen wird nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung nach dem Mittelungsvorgang überprüft, ob der neue Vektor einem der drei Eingangsvektoren entspricht. Wenn nicht, wird statt des neuen Vektors der vektor des bestimmten Blocks, der den Unterblock enthälr, genommen; wenn ja, wird für die nachfolgende bewegungskompensierte Verarbeitung der neue Vektor selbst als der Vektor benutzt, der dem Unterblock entspricht.
  • Auf diese Weise wird für die Unterblöcke H1, H2, H3, H4 der Vektorwert wie folgt berechnet, wobei Symbole verwendet werden, die von Programmierungssprachen abgeleitet sind.
  • Horizontal-Ablenkspulen x bezeichnet der x Anteil des Bewegungsvektors des Blocks Horizontal-Ablenkspulen
  • < > bedeutet "ist nicht gleich".
  • H1.x = Mittelwert (H .x , E .x, G .x)
  • H1.y = Mittelwert (H .y, E .y, G y)
  • Wenn (H1 < > H) und H1 < > E) und (H1 < > G), dann H1 = H
  • H2.x = Mittelwert (H .x, G .x, K .x)
  • H2.y = Mittelwert (H .y, G .y) K .y)
  • Wenn (H2 < > H) und (H2 < > G) und (H2 < > K), dann H2 = H
  • H3.x = Mittelwert (H .x, I .x, K .x)
  • H3.y = Mittelwert (H .y, I .y, K .y)
  • Wenn (H3 < > H) und (H3 < > I) und (H3 < > K),dann H3 = H
  • H4.x = Mittelwert (H .x, I .x, E .x)
  • H4.y = Mittelwert (H .y, I .y, E .y)
  • Wenn (H4 < > H) und (H4 < > I) und (H4 < > E), dann H4 = H
  • Dieser Prozeß kann - nötigenfalls beispielsweise für große Ausgangsblockformate - für die Unterblökce wiederholt werden. Jeder Unterblock wird dann in vier Teile unterteilt. Der Unterblock H1 beispielsweise wird in die Teile H1a ... H1d aufgeteilt. Der resultierende Vektor wird der Mittelwert der Vektoren von dem Unterblock und dessen Nachbarblöcken.
  • Wieder nach der genannten bevorzugten Ausführungsform wird überprüft, ob nur bestehende Vektor1n aus dem Prozeß hervorgehen. Fig. 3 zeigt den Prozeß. Der Vektor für den Teil Hla wird nun:
  • H1a.x = Mittelwert (H1,x, E2.x, G4.x)
  • H1a.y = Mittelwert (H1.y, E2.y, G4.y)
  • Wenn (H1a < > H1) und (H1a < > E2) und (H1a < > G4), dann H1a = H1
  • Fig. 4 zeigt eine erste Ausführungsform eines Ein-Stufen-Block- Erosionsanordnung nach der Erfindung. Das dargestellte Beispiel berechnet 4 Bewegungsvektoren für jeden der Unterblöcke H1 ... H4 des Blocks H. Die dargestellte Implementierung gilt nur für die x-Anteile der Vektoren; die y-Anteile werden auf ähnliche Weise verarbeitet.
  • Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind für den Unterblock H1 die Blöcke E, G und H relevant; für den Unterblock H2 sind die Blöcke G, K und H relevant; für den Unterblock H3 sind die Blöcke K, I und H relevant; und für den Unterblock H4 sind die Blöcke I, E und H relevant. Unter Ansteuerung eines Unterblockzeigers sb selektieren Multiplexer 41x und 43x die relevanten Bewegungsvektoranteile der betreffenden Nachbarblöcke zum Gebrauch bei dem nachfolgenden Mittelungsfiltervorgang. Die Vergleichsschaltungen 45x, 47x und 49x und die Auktualisierungstabelle (LUT) 51x bestimmen den Mittelwert der von den Multiplexern 41x und 43x gelieferten Vektoranteile 1 bzw. 2 und des Vektoranteils 3 des Blocks H selber. Für eine detailliertere Beschreibung der Mittelwertbestimmung sei auf US-A 4.740.842 verwiesen. Gesteuert durch die LUT Slx, selektiert der Multiplexer 53x den Mittelwert der Vektoranteile 1, 2 und 3 zum Liefern als x-Anteil des betreffenden Unterblocks.
  • Auf alternative Weise könnte der Multiplexer 53x aus den Eingangsvektoranteilen E.x, G.x, K.x, I.x und H.x selektieren. In dem Fall sollte nebst der LUT 51x auch der Unterblockzeiger sb verwendet werden.
  • Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Ein-Stufen-Block- Erosionsanordnung, wobei x- und y-Anteile durch die LUT 51' behandelt werden um zu gewährleisten, daß die Ausgangs-x- und -y-Vektoranteile von demselben Eingangsvektor herrühren. In den obengenannten Programmierungssprachenvoraussetzungen entspricht dieser Kontrollvorgang jeder Voraussetzung. Wenn der Bewegungsvektorschätzer selber bereits ein ziemlich glattes Vektorfeld erzielt, wie beispielsweise der Schätzer, beschrieben in dem Artikel der Anmelderin mit dem Titel "New algorithm for motion estimation", vorgestellt bei der "Third International Workshop on HDTV", Turin, 1989, kann dieser Kontrollvorgang fortfallen, da Simulationen zeigten, daß der Kontrollvorgang die Entscheidung für nur einen geringen Prozentsatz von Blöcken änderte und keine sichtbaren Artefakte einführte.
  • Die Differenz zwischen den Fig. 4 und 5 ist hauptsächlich, daß einzelne LUTen 51x (dargestellt) und 51y (nicht dargestellt) durch eine einzige, komplexere LUT 51' ersetzt worden sind, die zudem den obengenannten Kontrollvorgang durchführen müssen. In Fig. 5 ist ein Dual-3-Zustände-Multiplexer 53' dargestellt; aber zwei Multiplexer 53x (wie in Fig. 4 dargestellt) und 53y, beide durch LUT 51' gesteuert, sind ebenfalls möglich. Wie bereits anhand der Fig. 4 erwähnt, wären, wenn in einer alternativen Ausführungsform der Unterblockzeiger der LUT 51' zugeführt werden würde, ein Dual-5-Zustände-Multiplexer oder zwei einzelne 5-Zustände-Multiplexer ebenfalls möglich.

Claims (6)

1. Bewegungsvektorverarbeitungsanordnung zum Verarbeiten von Bewegungsvektoren entsprechend Bildern, die in eine Anzahl Blöcke aufgeteilt sind, wobei für jeden Block ein Bewegungsvektor verfügbar ist, mit:
Mitteln (E.x-H.x; E.y-H.y) zum Schaffen von x und y Bewegungsvektoranteilen eines bestimmten Blocks (H) und von Blöcken (E, G, I, K), die den genannten bestimmten Block (H) benachbarn; und gekennzeichnet durch
Mittel (41-53), gekoppelt mit den genannten Liefermitteln (E.x-H.x; E.y- H.y) zum Liefern für jeden Unterblock (H1) einer Anzahl Unterblöcke (H1 - H4), die zusammen den genannten Block (H) bilden, von x und y Bewegungsvektoranteilen, selektiert aus den genannten x und y Vektoranteilen (H.x, H.y) des gegebenen Blocks (H) und aus den x und y Bewegungsvektoranteilen (E.x, G.x, E.y, G.y) von zwei Blöcken (E, G) die den genannten Unterblock (H1) benachbarn.
2. Bewegungsvektorverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1, wobei die genannten Lieferungsmittel (41-53) die nachfolgenden Elemente aufweisen:
Mittel (51') zur Überprüfung, ob die selektierten, für ein und denselben Unterblock (H1) gelieferten x und y Bewegungsvektoranteile einem selben Block (H, E, G) zugehören, zum Liefern des genannten Bewegungsvektors (H.x, H.y) entsprechend dem genannten bestimmten Block (H), wenn die selektierten,für denselben Unterblock (H1) gelieferten x und y Anteile nicht demselben Block (H, E, G) zugehören, und zum Liefern der genannten selektierten x und y Bewegungsvektoranteile in anderen Fällen.
3. Bewegungsvektorverarbeitungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die genannten Lieferungsmittel (41-53) Mittel (45-53) enthalten zum Erhalten von x und y mittelwertgefilterten Vektoranteilen von den x und y Bewegungsvektoranteilen (H.x, H.y) entsprechend dem bestimmten Block (H) und von den zwei x und y Bewegungsvektoranteilen ((E.x, G.x, E.y, G.y) entsprechend den zwei benachbarten Blöcken (E, G) zum Liefern der genannten selektierten x und y Bewegungsvektoranteile.
4. Verfahren zum Verarbeiten von Bewegungsvektoren entsprechend Bildern, die in eine Anzahl Blöcke aufgeteilt sind, wobei für jeden Block ein Bewegungsvektorverfügbar ist, wobei dieses Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte aufweist:
das Schaffen (E.x-H.x; E.y-H.y) von x und y Bewegungsvektoranteilen eines bestimmten Blocks (H) und von Blöcken (E, G, I, K) grenzend an den genannten bestimmten Block (H); und gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt:
das Liefern (41-53) für jeden Unterblock (H1) einer Anzahl von Unterblöcken (H1-H4), die zusammen den genannten bestimmten Block (H) bilden, bzw. von x und y Bewegungsvektoranteilen selektiert aus den genannten x und y Bewegungsvektoranteilen (H.x, H.y) des genannten bestimmten Blocks (H) und aus den x und y Bewegungsvektoranteilen (E.x, G.x, E.y, G.y) der zwei Blöcke (E, G) grenzend an den genannten Unterblock (H1).
5. Bewegungsvektorverarbeitungsverfahren nach Anspruch 4, wobei der genannte Lieferungsschritt (41-53) den nachfolgenden Verfahrensschritt aufweist:
das Überprüfen (51'), ob die selektierten x und y Bewegungsvektoranteile, die für denselben Unterblocj (H1) geliefert werden demselben Block (H, E, G) entsprechen, zum Liefern des genannten Bewegungsvektors (H.x, H.y) entsprechend dem genannten bestimmten Block (H), wenn die genannten selektierten x und y Anteile, die für denselben Block (H1) geliefert wurden, nicht demselben Block (H, E, G) entsprechen, und zum Liefern der genannten selektierten x und y Bewegungsvektoranteile im anderen Fall.
6. Bewegungsvektorverarbeitungsverfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der genannte Lieferungsschritt (41-53) den Verfahrensschritt der Erhaltung (45-53) von x und y mittelwertgefilterten Vektoranteilen von den x und y Bewegungsvektoranteilen (H.x, H.y) entsprechend dem bestimmten Block (H) und von den zwei x und y Bewegungsvektoranteilen (E.x, G.x, E.y, G.y) entsprechend den zwei benachbarten Blöcken (E, G) zum Schaffen der genannten selektierten x und y Bewegungsvektoranteile aufweist.
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