KR20060044942A - 라인 및 컬럼 벡터를 사용한 움직임 벡터 추정 - Google Patents

라인 및 컬럼 벡터를 사용한 움직임 벡터 추정 Download PDF

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KR20060044942A
KR20060044942A KR1020050026063A KR20050026063A KR20060044942A KR 20060044942 A KR20060044942 A KR 20060044942A KR 1020050026063 A KR1020050026063 A KR 1020050026063A KR 20050026063 A KR20050026063 A KR 20050026063A KR 20060044942 A KR20060044942 A KR 20060044942A
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랄프 후브리히
미카엘 에크하르트
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 향상된 움직임 추정 방법을 제공한다. 움직임 추정 시에 선택되는 추가 후보 벡터로서, 비디오 이미지의 블록의 각 라인 또는 컬럼에 있어 주요한 움직임임을 반영하는 라인 또는 컬럼 벡터가 계산된다. 그 라인 및 컬럼 움직임 벡터는, 텔레비전 수상기 또는 비디오 인코더에서, 큰 이미지 물체의 움직임을 보다 정확하게 결정할 수 있게 해 주어, 향상된 보간을 가능하게 한다.

Description

라인 및 컬럼 벡터를 사용한 움직임 벡터 추정{MOTION VECTOR ESTIMATION EMPLOYING LINE AND COLUMN VECTORS}
도 1은 큰 움직이는 물체를 포함하는 비디오 이미지의 예를 나타내는 도면,
도 2는 비디오 콘텐츠에 오버레이되는 수평으로 움직이는 티커 영역(a horizontally moving ticker area)을 갖는 비디오 이미지의 예를 나타내는 도면,
도 3은 수직으로 움직이는 텍스트를 포함하는 비디오 이미지의 예를 나타내는 도면,
도 4는 움직임 추정 및 보상 목적을 위해 미리 규정된 복수의 블록으로 비디오 이미지를 분할하는 것을 도시한 도면,
도 5는 움직임 추정을 포함하는 하이브리드 비디오 인코더의 구성예를 나타내는 도면,
도 6은 도 3의 비디오 이미지에서, 중앙 컬럼의 블럭들의 주요 움직임을 나타내는 컬럼 움직임 벡터를 도시한 도면,
도 7은 도 1의 비디오 이미지에서, 중앙 라인의 블럭들의 주요 움직임을 도시한 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
510 : 감산기
520 : 변환 및 양자화 유닛
530 : 역양자화 및 역변환 유닛
540 : 메모리
560 : 움직임 보상 유닛
570 : 움직임 추정 유닛
본 발명은 개선된 움직임 추정에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 비디오 시퀀스의 이미지의 블록간의 움직임 벡터의 추정 방법 및 그 움직임 추정기에 관한 것이다.
움직임 추정은 다수의 애플리케이션, 특히 현대의 텔레비전 수상기의 디지털 신호 처리에서 사용된다. 특히, 현대의 텔레비전 수상기는 재생된 이미지의 화질을 향상시키기 위해, 프레임-레이트 변환(frame-rate conversion), 특히 업-변환(up-conversion) 또는 움직임 보상 업-변환(motion compensated up-conversion)의 형태로 실행한다. 움직임 보상 업-변환은, 예컨대 50㎐ 내지 더 높은 주파수인 60㎐, 66.67㎐, 75㎐, 100㎐의 필드 또는 프레임 주파수를 갖는 비디오 시퀀스에 대 해 실행된다. 50㎐의 입력 신호 주파수는 PAL 또는 SECAM에 근거한 텔레비전 신호 방송에 주로 적용되지만, NTSC는 60㎐의 입력 주파수를 갖는 비디오 신호에 의거한 것이다. 60㎐의 입력 비디오 신호는 72㎐, 80㎐, 90㎐, 120㎐ 등과 같은 더 높은 주파수로 업-변환되어도 된다.
업-변환 시에는, 50㎐ 또는 60㎐의 입력 비디오 시퀀스에 의해 표현되지 않는 시간 위치에서의 비디오 내용을 반영하는 중간 이미지를 생성한다. 이를 위해, 물체의 움직임에 의해 발생되는 후속 이미지간의 변화를 적절히 반영하도록 움직이는 물체의 움직임을 고려해야 한다. 물체의 움직임이 블록 단위로 계산되고, 움직임 보상은 이전과 후속 이미지 사이의 새롭게 생성된 이미지의 상대적 시간 위치에 근거하여 실행된다.
움직임 벡터 결정을 위해서, 각 이미지를 복수의 블록으로 분할한다. 각 블록은 이전 이미지로부터의 물체의 시프트를 검출하기 위해서 움직임 추정이 행해진다. 미리 규정된 검색 범위 내에서 이전 이미지에서 최적의 정합 블록을 검출하기 위한 시간 소모적인 풀 검색 알고리즘(full search algorithm)은 미리 규정된 복수의 후보 벡터를 사용하여 회피하는 것이 바람직하다. 후보 벡터의 집합은 복수의 미리 규정된 최근사 움직임 벡터를 포함하고 있다.
움직임 벡터는 각각의 후보 벡터에 대해 계산된 에러값에 근거하여 후보 벡터 중에서 선택된다. 이 에러 함수는 각 후보 벡터에 따라서 선택된 이전 이미지의 후보 블록과 현재 블럭간의 일치도를 평가한다. 가장 작은 에러 함수를 갖는 최적의 정합 벡터가 현재 블록의 움직임 벡터로서 선택된다. 현재와 이전의 블록 간의 유사도의 척도로서 절대 차의 합(Sum of Absolute Differences : SAD)을 사용하여도 된다.
미리 규정된 후보 벡터의 집합은 현재 이미지의 인접 블록에 대해 이미 결정되어 있는 움직임 벡터, 유사한 위치에서의 이전 이미지의 블록에 대해 결정되어 있는 움직임 벡터 등을 후보 벡터로서 포함할 수도 있다.
Gerard de Haan 등의 문헌 "An Efficient True-Motion Estimator Using Candidate Vectors from a Parametric Motion Model(IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology. vol. 8, no. 1, 1998년 2월호)"에는 후보 벡터로서의 전역 움직임 벡터의 연산을 기재하고 있다. 전역 움직임 벡터는 이미지의 모든 블록의 공통 움직임을 반영하고 있다.
또한, 유럽 특허 공보 EP-A-0578290호에는 현재 이미지의 인접 블록의 움직임 벡터에 근거한 후보 벡터를 기재하고 있다. 이들 벡터의 길이 및 방향은 랜덤한 크기를 갖는 업데이트 벡터를 가산하여 변경된다. 현재 블럭의 움직임 벡터로서 이러한 타입의 벡터를 선택하는 것은 미리 규정된 페널티 값을 각 SAD에 가산하여 제어될 수 있다. 가산된 페널티에 따라, 현재 블록의 움직임 벡터로서 선택될 가능성이 제각기 낮아질 수 있다.
또한, 이미지 보간에 부가하여, 시간적 리던던시를 활용하기 위해서 비디오 이미지의 인코딩 시에 움직임 추정이 더 사용된다. 이를 위해, 복수의 비디오 인코딩 규격이 개발되고 있다. H.26x 또는 MPEG-x로서 나타낸 인코딩 규격이 광범위하게 사용되고 있다.
본 발명은 움직임 추정을 더욱 향상시키는 것, 및 움직임 벡터를 결정하기 위한 개선된 방법 및 개선된 움직임 추정기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이는 독립항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명의 제 1 관점에 따르면, 비디오 이미지의 시퀀스에서 현재 이미지의 블록에 대한 움직임 벡터를 결정하는 방법이 제공된다. 움직임 벡터는 비디오 이미지의 시퀀스의 이전 이미지에서 블록의 라인 또는 컬럼의 모든 블록에 대해 결정된다. 블록의 라인 또는 컬럼은 현재 이미지에서 현재 블록의 위치에 대응하는 위치에 있는 블록을 포함한다. 결정된 라인 또는 컬럼 움직임 벡터는 현재 블록에 할당된다.
본 발명의 다른 관점에 따르면, 움직임 추정기는 비디오 이미지의 시퀀스에서 현재 이미지의 블록에 대한 움직임 벡터를 결정하는데 제공된다. 연산 유닛은 비디오 이미지의 시퀀스의 이전 이미지에서 블록의 라인 또는 컬럼의 모든 블록에 대한 움직임 벡터를 결정한다. 블록의 라인 또는 컬럼은 현재 이미지에서 현재 블록의 위치에 대응하는 위치에 있는 블록을 포함한다. 선택기는 현재 블록에 대해 결정된 라인 또는 컬럼 블록 벡터를 할당한다.
본 발명의 특정 관점은, 비디오 이미지에서 블록의 라인 또는 컬럼의 주된 움직임을 반영하는 움직임 추정을 위한 후보 벡터를 제공한다. 그 움직임 벡터는 전체 이미지에 제공되지 않는 큰 물체의 움직임을 적절히 검출할 수 있어, 전역 움직임 벡터에 의해 나타내어질 수 있다. 이전 이미지의 라인 또는 컬럼의 모든 블록을 사용함으로써, 주된 라인 또는 컬럼을 정확하게 추정할 수 있다.
바람직하게는, 단지 이전 이미지로부터의 움직임 벡터는 미리 규정된 임계값을 초과하는 라인 또는 컬럼 움직임 벡터의 결정하기 위해서 고려된다. 그 결과, 약간 작은 움직임 벡터의 랜덤한 분포는 효과적으로 소거되어, 라인 또는 컬럼 움직임 벡터 결정을 고려하지 않는다.
바람직하게는, 이 목적을 위해 사용하는 임계값은 라인 또는 컬럼 방향으로 각 블록의 길이의 1/3 내지 2/3의 움직임 벡터 길이에 대응하며, 더 바람직하게는 각 블록 길이의 1/2의 길이가 효과적이다.
임계값은 사용되는 블록 사이즈에 상관없이 2, 바람직하게는 4 픽셀 이상의 값으로 설정하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 임계값은 8 픽셀보다 큰 집합이 아니다. 이에 따라 신뢰성 없는 벡터는 라인 또는 컬럼 벡터 연산으로부터 효과적으로 소거될 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면, 라인 또는 컬럼 움직임 벡터는, 이전 이미지의 각 라인 또는 컬럼의 규정된 수의 블록 움직임 벡터가 미리 규정된 임계값을 초과하는 경우에만 결정된다. 이는 라인 또는 컬럼 움직임 벡터가 신뢰성있게 검출됨을 보증한다. 특히, 전체 라인 또는 컬럼의 블록의 작은 비율에만 근거한 움직임 벡터 연산이 효과적으로 방지된다.
바람직하게는, 라인 또는 컬럼 움직임 벡터 연산에 요구되는 최소수의 블록 이 라인 또는 컬럼당 최대의 블록수의 1/4와 3/4 사이의 값에 대응하고, 더 바람직하게는, 특히 라인 또는 컬럼당 최대수의 블록의 1/2이다. 8 픽셀의 블록 폭과 PAL 규격에 따란 이미지에 대해서는, 45의 최소수의 움직임 벡터는 블록 라인 움직임 벡터를 고려한다. 8 픽셀의 블록 높이 및 PAL 규격 이미지에 대해서는, 36의 최소수의 벡터는 블록 컬럼 벡터를 필요로 한다.
바람직하게는, 미리 규정된 임계값은 라인 움직임 벡터 및 컬럼 움직임 벡터에 대해 상이하게 세트된다.
바람직한 실시예에 따르면, 움직임 추정은 현재 블록의 최상의 정합 움직임 벡터를 결정하기 위한 상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터를 포함하는 복수의 후보 벡터에 근거하여 실행된다. 움직임 추정에 제공하는 각각의 움직임 벡터의 한정된 집합에 근거하여, 움직임 벡터 결정은 최소의 요구된 계산 및 최소의 하드웨어 작용만을 사용한 신뢰성 있는 결과를 실행할 수 있다.
라인 또는 컬럼 방향에서 가능한 움직임을 신뢰성 있게 검출하기 위해서, 각 움직임 벡터가 후보 벡터의 집합에 포함되어 있다.
움직임 벡터를 결정하기 위한 풀 검색 접근과 달리, 움직임 추정은 현재 블록의 이상적인 블록 위치를 지시하는 제로 움직임 벡터, 현재 이미지의 인접 블록에 대해 결정되고 벡터의 길이가 업데이트 벡터에 의해 가변적인 움직임 벡터, 및 이전 이미지의 블록에 대해 결정되어 있는 움직임 벡터로부터 적어도 하나가 포함되는 후보 벡터에 근거하는 것이 바람직하다. 그 한정된 움직임 벡터의 집합은 신속함이 가능하며, 신뢰성 있는 움직임 벡터의 결정이 가능하다.
바람직하게는, 현재 이미지의 인접 블록은 현재 블록의 동일 컬럼 또는 라인의 블록이다.
바람직하게는, 업데이트 벡터는 오프셋 값을 연산된 움직임 벡터에 가산하며, 오프셋 값은 오프셋 값의 고정 집합이거나, 아니면 랜덤 또는 의사-랜덤 값이다. 따라서, 현재 블록에 대해 후보 벡터의 움직임으로부터 움직임내의 작은 변화를 효과적으로 고려할 수 있다.
바람직하게는, 라인 또는 컬럼 벡터 연산은 이전 이미지로부터의 움직임 벡터의 2개의 인접한 라인 또는 컬럼에 근거한 것이다. 이러한 방법으로, 큰 영역 움직임을 신뢰성 있게 검출할 수 있고, 및/또는, 이미지당 연산되는 움직임 벡터의 수가 상당히 감소되기 때문에, 라인/컬럼 벡터 결정을 위한 연산 동작도 감소된다. 동일 방법으로, 2 이상, 예컨대 3, 4 또는 5 라인 또는 컬럼은 후보 벡터로서 이용되는 싱글 움직임 벡터를 연산하기 위해 조합될 수도 있다.
본 발명의 바람직한 실시예는 독립항의 서브젝트-메터이다.
본 발명의 다른 실시예 및 장점은 바람직한 실시예의 이하의 설명으로부터 더 명료해진다.
본 발명은 디지털 신호 처리에 관한 것으로, 특히 현대의 텔레비전 수상기에서의 신호 처리에 관한 것이다. 현대의 텔레비전 수상기는 재생되는 화질을 개선하기 위해서 업 변환 알고리즘(up-conversion algorithms)을 사용한다. 이를 위해서, 2개의 연속 이미지로부터 중간 이미지를 생성한다. 중간 이미지를 생성하기 위해서는, 보간된 이미지에 의해 반영될 때의 포인트에서 물체 위치를 적절히 조화시키기 위해서 움직이는 물체의 움직임(motion)을 고려해야 한다.
움직임 추정은 블록 단위로 실행된다. 이를 위해서, 예컨대 도 4에 도시한 바와 같이, 각 수신된 이미지는 복수의 블록으로 분할된다. 이전 이미지로 최상의 정합 블록을 결정하는 것에 의해 각각의 현재 블록을 개별적으로 움직임 추정한다.
미리 규정된 검색 영역 내에서의 풀 검색(full search)의 시간 낭비를 회피하기 위해서, 제한된 후보 벡터의 집합만을 움직임 추정기에 제공한다. 이들 후보 벡터로부터, 움직임 추정기는 최소량의 편차로 이전 이미지의 각 블록으로부터 현재 블록을 예측할 수 있는 벡터를 선택한다.
도 4는 복수의 블록 B(x;y)로의 각 비디오 이미지의 분할을 나타낸다. 각 블록은 폭 X와 높이 Y를 가지며, 이 X 및 Y는 제각기 라인 및 컬럼 방향으로의 픽셀의 수로 표현된다. 라인 또는 컬럼당 블록의 수는 이하의 식을 이용하여 계산할 수 있다.
xmax = 라인당 픽셀/X
ymax = 컬럼당 픽셀/Y
각각의 이들 블록에 대해서, 복수의 다른 후보 벡터로부터 움직임 벡터를 계산한다. 종래, 후보 벡터의 집합은 예컨대 이하의 움직임 벡터를 포함하고 있다.
Figure 112005016618696-PAT00001
여기서, n은 현재 필드를 나타내고, n-1은 이전 필드를 나타내며,
Figure 112005016618696-PAT00002
은 업데이트 벡터를 나타낸다.
상기 식으로부터 알 수 있는 바와 같이, 후보 벡터는 제로 움직임 벡터(C1), 공간 예측을 위한 이웃 블록의 움직임 벡터(C2, C3), 및/또는 시간 예측을 위한 이전 이미지의 움직임 벡터(C6, C7)를 포함할 수도 있다.
공간 예측 벡터 C2, C3에 축적되는 업데이트 벡터를 사용하여 공간 예측을 향상시킬 수 있다. 선택된 후보 벡터와 비교하는 물체의 움직임의 작은 변화를 고려하기 위해서, 새로운 후보 벡터 C4, C5를 생성하는 움직임 벡터에 업데이터 벡터를 적용한다. 상기 후보 벡터의 리스트에서, 업데이트 벡터
Figure 112005016618696-PAT00003
가 후보 벡터 C2, C3에만 적용되더라도, 다른 후보 벡터, 예컨대 후보 벡터 C6, C7에 동일한 방법으로 적용할 수도 있다.
상기 리스트의 시간 예측 벡터 C6 및 C7은 2개의 블록의 오프셋을 갖는 후보 벡터의 이용을 규정하고, 다른 오프셋은 2개 대신에 예컨대 0개, 1개, 3개 등을 이 용할 수도 있다.
시간 예측 벡터는 현재 및 이전 이미지에 대해서 기술하고 있지만, 용어 "이미지"는 비월 비디오 시퀀스의 필드 또는 순차 비디오 시퀀스의 프레임 중 어느 하나에 관한 것이어도 된다. 마찬가지로, 생성되는 중간 이미지는 비디오 시퀀스의 타입에 의존한 필드 또는 프레임일 수도 있다.
또한, 상술한 후보 벡터의 리스트는 전부가 아니며 상술한 모든 후보 벡터의 포함을 요구하지도 않는다. 다른 후보 벡터의 집합은 현재 블록에 대한 최상의 정합 움직임 벡터의 결정에 유연하게 사용될 수도 있다.
각 후보 벡터에 대해, 최상 정합 움직임 벡터를 결정하기 위해서 예측 에러가 계산되어 구해진다. 예측 에러를 측정함으로써, 절대 차의 합(Sum of Absolute Differences; SAD)이 결정될 수 있다. 이 후보 벡터는 가장 작은 SAD를 갖는 블록의 움직임을 가장 잘 표현되도록 선택되어 고려된다.
몇몇의 움직임 벡터 후보 C1 내지 C7은 다른 후보 벡터들을 거쳐서 취해질 수도 있으며, 프로그램 가능한 "페널티(penalty)"는 개개의 후보에 대한 결정된 SAD에 부가될 수도 있다. 이러한 방법으로, 특정 후보의 선택을 우선시킬 수 있다. 바람직하게는, 페널티 값은 움직임 벡터 후보 C4, C5에 대한 업데이트 벡터
Figure 112005016618696-PAT00004
의 길이에 비례한다.
상술한 후보 벡터의 리스트에 부가하여, 전역 움직임 벡터(global motion vector)를 더욱 고려할 수도 있다. 전역 움직임 벡터는 비디오 이미지의 모든 블 록에 적용 가능한 움직임을 나타낸다. 이 움직임 벡터는 카메라 팬에 적절히 적용된다.
상기 열거된 후보 벡터 C1 내지 C7은 블록 단위로 나타내어지는 반면에, 전역 움직임 벡터는 전체 이미지에만 적용된다. 복수의 블록을 커버하는 이미지 내의 큰 물체는 싱글 블록 단위의 움직임 추정에 의해서도 전역 움직임 추정에 의해서도 적절히 표현되지 않는다. 전역 움직임 추정은 모든 블록이 일정한 움직임에 의해 영향을 받는 경우에만 전역 움직임 추정이 적용 가능한 반면, 개개의 블록의 움직임은 적은 수의 픽셀에만 근거하여 계산되고, 따라서, 계산된 움직임 벡터는 싱글 블록에 대한 정확한 움직임 벡터 결정에 반대로 영향을 주는 오버레이 노이즈(overlaid noise)로 인해 상당히 상이할 수도 있다.
본 발명은 큰 움직이는 물체의 움직임 추정 정확도를 향상함으로써 신뢰성있는 움직임 벡터를 결정하는 최적의 접근법을 제공한다. 그 물체의 예를 도 1, 도 2 및 도 3에 도시하고 있다. 도 1은 이미지 내의 복수의 블록 라인을 커버하는 움직이는 물체를 나타낸다. 도 2는 이미지 내용에 오버레이되고 그것으로부터 독립적으로 움직이는 분리된 텍스트의 예를 나타낸다. 도 3은 이미지를 통해 수직 방향으로 지나가는 무빙 크레디트(movie credits)를 나타내는 예를 도시하고 있다. 이들 모든 예는 개개의 블록보다 훨씬 큰 이미지 영역을 커버하는 움직임에 관한 것이지만, 전체 이미지를 커버하지는 않는다.
큰 이미지 영역의 모든 블록의 균일한 움직임을 더 정확하게 결정 가능하게 하기 위해서, 본 발명은 블록 전체 라인 또는 컬럼의 움직임을 나타내는 추가 후보 벡터 C8 및 C9를 제안한다. 라인 또는 컬럼에 있어서 현저히 많은 블록에서 발생하는 움직임의 경우에, 라인 또는 컬럼 후보 벡터는 이 라인 또는 컬럼에서 가장 큰 물체의 움직임에 대응한다. 이들 블록에 대한 움직임의 더 정확한 표현으로 인해, 라인 또는 컬럼 후보 벡터는 이들 이미지 영역에 대한 가장 적절한 움직임 추정 시에 선택될 것이다. 이들 후보 벡터가 제공되지 않는 개개의 블록은 그 적절한 움직임 벡터로서 다른 후보 벡터 중 하나를 선택하여도 된다.
본 발명에 의해 소개되는 후보 벡터들은 이하의 식으로 표현될 수 있다.
Figure 112005016618696-PAT00005
도 6 및 도 7은 도 1 및 도 3의 움직이는 이미지 콘텐츠에 대한 각 라인 및 컬럼 움직임 벡터를 나타낸다.
라인 또는 컬럼 후보 벡터 C8, C9의 연산을 지금 상세히 설명할 것이다.
현재의 이미지 n(필드 또는 프레임)에 대한 움직임 벡터 결정이 완료되자마자, 각 라인 및 컬럼 벡터의 연산이 개시된다. 연산된 라인 및 컬럼 벡터는 다음 필드 또는 프레임의 움직임 추정 시에 사용되도록 제공된다.
먼저, 작은 길이의 움직임 벡터는 고려 대상에서 배제된다. 이 때문에, 각 블록의 움직임 벡터
Figure 112005016618696-PAT00006
는 미리 규정된 임계값 vthr과 비교된다. 따라서, 그 결과가 각각의 블록에 할당된 2진 "vecthr"에 반영된다. 이 플래그는 수학식 1에 의해 나 타내는 바와 같이 계산된다.
Figure 112005016618696-PAT00007
바람직하게는, 이미지 n의 모든 블록에 대해 결정된 움직임 벡터의 집합이 수정되어, 따라서 그 움직임 벡터들은 미리 규정된 임계값 vthr을 초과하지 않는 제로(0;0)로 설정된다. 이러한 수정은 수학식 2에 의해 반영된다.
Figure 112005016618696-PAT00008
수학식 2에 따라서, 임계 벡터
Figure 112005016618696-PAT00009
thresholded가 계산된다. 이 임계 벡터는 미리 연산된 플래그(예 : 수학식 1)가 제로이면 제로로 설정된다. 그렇지 않으면, 결정된 벡터
Figure 112005016618696-PAT00010
은 임계 벡터
Figure 112005016618696-PAT00011
thresholded에 할당된다.
라인 또는 컬럼 벡터의 연산에 대해서, 제로가 아닌 임계 벡터의 평균값을 연산하는 것이 바람직하다. 그러나, 당업자는, 라인 또는 컬럼의 복수의 개개의 움직임 벡터에 대한 공통 움직임 벡터를 나타내는 움직임 벡터를 결정하기 위해서 다른 알고리즘을 적용할 수도 있다.
라인 및 컬럼 벡터 연산에 대해서는, 개개의 블록 길이 및 임계값 vthr을 초과하는 블록의 수는 이하의 수학식 3 내지 6에 의해 나타내는 바와 같이 축적된다.
Figure 112005016618696-PAT00012
라인 및 컬럼 벡터
Figure 112005016618696-PAT00013
line,
Figure 112005016618696-PAT00014
column는 이하의 수학식 7 및 8에 따라 계산된다. 라인 또는 컬럼에 대한 사전 결정된 임계값 vthr을 초과하는 블록의 수가 다른 사전 규정된 임계값 nthrline, nthrcolumn을 초과하는 경우에만 움직임 벡터가 계산된다.
Figure 112005016618696-PAT00015
계산된 이들 라인 및 컬럼 벡터들은 움직임 추정 시에 후보 벡터 C8 및 C9로서 이하의 필드/프레임에서 이용된다.
상술한 임계값 vthr, nthrline, nthrcolumn을 참조하여, 이하의 값이 사용되는 것이 바람직하다.
Figure 112005016618696-PAT00016
여기서 xmax 및 ymax는 필드 또는 프레임의 총 폭/높이를 나타낸다. 이 값들은 8×8 픽셀의 블록 사이즈에서 사용되는 것이 바람직하다.
상기 설명은 라인 및 컬럼 벡터가 제각기 개개의 라인 및 컬럼에 대해 연산된다는 가정에 근거한 것이지만, 공통 움직임 벡터는 2개의 라인 또는 2개의 컬럼의 조합에 대해 추가적 또는 양자 택일적으로 연산될 수도 있다. 2개의 라인 또는 2개의 컬럼 움직임 벡터는 2개의 라인 또는 2개의 컬럼 내에서 주된 움직임을 나타내는 물체에 대한 움직임 정확도를 더 증가시킬 수도 있다.
복수의 라인 또는 컬럼의 조합에 의해 발생되는 모든 오버랩을 회피하기 위해서 하드웨어 복잡성을 삭감하여도 된다.
동일한 방법으로, 제각각의 사이즈의 물체에 대한 정확도를 향상시킨 움직임 벡터를 제공하기 위해서 2개 이상, 예컨대 3개, 4개 또는 5개의 라인과 컬럼을 조합할 수도 있다.
임계 벡터 vthr이 라인 및 컬럼 벡터 연산에 대해 균일하게 설정된다고 설명하였지만, 다른 임계값을 라인 및 컬럼에 대해 사용할 수도 있다. 또한, 임계 벡터 vthr은 수평 움직임 벡터 성분 및 수직 움직임 벡터 성분을 적용할 수 있는 2개의 다른 임계값으로 분리될 수도 있다.
본 발명은 중간 이미지 보간의 내용, 특히, 현대의 텔레비전 수상기의 프레 임-레이트 변환에 대해 설명했지만, 본 발명의 향상된 움직임 추정을 비디오 데이터 압축의 대응 방법에 적용하여도 된다.
비디오 데이터의 압축은 일반적으로 다수의 메인 스테이지(main stages)를 사용한다. 제각기 개개의 이미지는 이미지를 블록 레벨로의 데이터 압축을 위해 픽셀의 블록으로 분할된다. 이러한 블록 분할은 도 4에 나타낸 분할에 대응할 수도 있다. 이미지 내의 공간 여분은 각 블록의 픽셀을 공간 도메인으로부터 주파수 도메인으로 변환하기 위한 각 블록을 제공함으로써 감소된다. 그 결과의 변환 계수가 양자화되고, 양자화된 변환 계수를 엔트로피 코딩된다.
또한, 연속 이미지간의 차를 전송하기 위해서만 연속 이미지의 블록들간의 시간 의존성이 활용된다. 이는 움직임 추정/보상 기술을 사용함으로써 달성된다. 시간 의존성의 활용은 통계 코딩으로 시간 및 공간 압축 기술을 함께 조합하는 소위 하이브리드 코딩 기술에 의해 수행된다.
도 5를 참조하여, 하이브리드 비디오 인코더의 예를 설명한다. 참조 부호 500으로 나타내는 비디오 인코더는 움직임 보상된 미리 인코딩된 이미지에 근거한 현재의 비디오 이미지와 현재의 이미지의 예측 신호간의 차를 결정하는 감산기(510)를 구비하고 있다. 변환 및 양자화 유닛(520)은 예측 에러를 공간 도메인으로부터 시간 도메인으로 변환하여 획득한 변환 계수를 양자화한다. 엔트로피 인코딩 유닛(590)은 양자화된 변환 계수를 엔트로피 인코딩한다.
인코더(500)는 입력 비디오 시퀀스의 연속 이미지간의 차만을 전송하는 차동 펄스 코드 변조(Differential Pulse Code Modulation : DPCM)를 사용한다. 이들 차는 인코딩되는 비디오 이미지 및 그것으로부터 차감되는 예측 신호를 수신하는 감산기(510)에 의해 결정된다.
예측 신호는 인코더측에서 미리 인코딩되는 이미지의 디코딩 결과에 근거한 것이다. 이는 비디오 인코더에 포함된 디코딩 유닛에 의해 달성된다. 디코딩 유닛은 반대의 방법으로 인코딩 단계를 실행한다. 역양자화 및 역변환 유닛(530)은 양자 계수를 역양자화하고, 역양자화된 계수로 변환한다. 가산기(535)는 디코딩 차 및 예측 신호를 축적한다.
예측 신호는 현재와 이전의 필드 또는 프레임간의 움직임 추정으로부터 기인된다. 움직임 추정은 현재의 입력 신호와 국부적으로 디코딩된 이미지를 수신하는 움직임 추정기(570)에 의해 실행된다. 움직임 추정을 본 발명에 따라 실행하는 것이 바람직하다. 움직임 추정의 결과에 근거하여, 움직임 보상기(560)에 의해 움직임 보상이 실행된다.
요약하면, 본 발명은 향상된 움직임 추정 방법을 제공한다. 움직임 추정 시에 선택되는 추가 후보 벡터로서, 비디오 이미지의 블록의 각 라인 또는 컬럼에서 표현된 주요 움직임이 라인 또는 컬럼 벡터에 의해 계산된다. 그 라인 및 컬럼 움직임 벡터는 텔레비전 수상기 또는 비디오 인코더에서, 큰 물체의 움직임의 더 정확한 결정과 그에 대응하는 향상된 보간을 가능하게 한다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 움직임 추정을 더욱 향상하고, 움직임 벡터를 결정하기 위한 개선된 방법 및 개선된 움직임 추정기를 얻을 수 있다.

Claims (42)

  1. 비디오 이미지의 시퀀스 - 각 비디오 이미지는 복수의 블록으로 분할됨 - 에서 현재 이미지의 블록에 대한 움직임 벡터를 결정하는 방법에 있어서,
    상기 비디오 이미지 시퀀스의 이전 이미지에서의 블록의 라인 또는 컬럼 - 상기 블록의 라인 또는 컬럼은 상기 현재 이미지에서 현재 블록의 위치에 대응하는 위치에 있는 블록을 포함함 - 의 모든 블록에 대한 움직임 벡터를 결정하는 단계와,
    상기 결정된 라인 또는 컬럼 움직임 벡터(vline;vcolumn)를 상기 현재 블럭에 할당하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 움직임 벡터 결정 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터를 결정하는 단계는 미리 규정된 임계값(vthr)을 초과하는 상기 이전 이미지의 움직임 벡터들만을 고려하는 움직임 벡터 결정 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 라인 움직임 벡터와 컬럼 움직임 벡터에 대해 별도로 설정되는 움직임 벡터 결정 방법.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 라인 또는 컬럼 방향으로 각 블록 길이의 1/3과 2/3 사이의 길이에 상당하는 움직임 벡터 결정 방법.
  5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 특히 상기 라인 또는 컬럼 방향으로 각 블록 길이의 1/2의 길이에 상당하는 움직임 벡터 결정 방법.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 2 이상, 바람직하게는 4 픽셀인 움직임 벡터 결정 방법.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 이전 이미지의 라인 또는 컬럼의 각 움직임 벡터를 미리 규정된 임계값(vthr)과 비교하는 단계와,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)을 초과하는 움직임 벡터의 수를 카운팅하는 단계와,
    상기 임계값(vthr)을 초과하는 움직임 벡터의 수를 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)와 비교하는 단계와,
    라인 또는 컬럼당 카운트된 움직임 벡터의 수가 상기 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn) 미만이 아닌 경우에만 라인 또는 컬럼 움직임 벡터(vline;vcolumn)를 계산하는 단계를 더 포함하는
    움직임 벡터 결정 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)는 라인 또는 컬럼 방향당 블록의 총수의 1/4과 3/4 사이의 값을 갖는 움직임 벡터 결정 방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)는 특히 라인 또는 컬럼 방향당 블록의 총수의 1/2의 값을 갖는 움직임 벡터 결정 방법.
  10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 라인의 블록 움직임 벡터의 상기 미리 규정된 수(nthrline)는 PAL 규정에 따라 이미지에 대한 라인 방향으로 8픽셀의 블록 길이에 대해 45의 값을 갖는 움직임 벡터 결정 방법.
  11. 제 7 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 컬럼의 블록 움직임 벡터의 상기 미리 규정된 수(nthrcolumn)는 PAL 규정에 따라 이미지에 대한 컬럼 방향으로 8픽셀의 블록 길이에 대해 36의 값을 갖는 움직임 벡터 결정 방법.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할당 단계는 상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터(vline, vcolumn)를 포함하는 복수의 후보 벡터(C1~C9) 중에서 상기 현재 블록의 움직임 벡터를 선택하는 움직임 벡터 결정 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 후보 벡터(C1~C9)는 상기 라인 움직임 벡터(vline)와 상기 컬럼 움직임 벡터(vcolumn)를 포함하는 움직임 벡터 결정 방법.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 후보 벡터(C1~C9)는,
    상기 현재 블록의 동일 블록 위치에 위치하는 제로 움직임 벡터(C1)와,
    상기 현재 이미지에서 인접 블록에 대해 결정된 움직임 벡터(C2, C3)와,
    상기 현재 이미지에서 업데이터 벡터(u)를 가산하여 벡터 길이를 가변하는 인접 블록에 대해 결정된 움직임 벡터(C4, C5)와,
    상기 이전 이미지(n-1)의 블록에 대해 결정된 움직임 벡터(C6, C7)
    의 움직임 벡터 중 적어도 하나를 더 포함하는
    움직임 벡터 결정 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 현재 이미지의 상기 인접 블록은 움직임 벡터가 미리 결정되어 있는 블록의 동일 컬럼 또는 라인의 블록인 움직임 벡터 결정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 업데이트 벡터(u)는 오프셋 값 - 상기 오프셋 값은 랜덤 또는 의사 랜덤 값임 - 을 계산된 움직임 벡터에 가산하는 움직임 벡터 결정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 오프셋 값은 미리 저장된 일련의 오프셋 값으로부터 연속적으로 제공되는 움직임 벡터 결정 방법.
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 라인 또는 컬럼 벡터는 상기 이전 이미지의 적어도 2개의 이웃 라인 또는 컬럼에 근거하여 계산되는 움직임 벡터 결정 방법.
  19. 제 1 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 할당 단계는,
    각각의 상기 후보 움직임 벡터에 대한 예측 에러를 산출하는 단계와,
    상기 후보 움직임 벡터로부터 가장 작은 예측 에러를 갖는 움직임 벡터를 선택하는 단계를 포함하는
    움직임 벡터 결정 방법.
  20. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 움직임 추정 방법을 사용하는 움직임 보상을 포함한 비디오 이미지의 시퀀스를 인코딩하는 방법.
  21. 청구항 1 내지 청구항 19 중 어느 한 항에 따른 움직임 추정 방법을 사용하는 움직임 보상을 포함하는 비디오 이미지의 시퀀스를 보간하는 방법.
  22. 비디오 이미지의 시퀀스 - 각 비디오 이미지는 복수의 블록으로 분할되어 있음 - 에서 현재 이미지의 블록에 대한 움직임 벡터를 결정하는 움직임 추정기에 있어서,
    상기 비디오 이미지 시퀀스의 이전 이미지에서 블록의 라인 또는 컬럼의 모든 블록 - 상기 블록의 라인 또는 컬럼은 상기 현재 이미지에서 상기 현재 블록의 위치에 대응하는 위치에 있는 블록을 포함하고 있음 - 에 대한 움직임 벡터를 결정하기 위한 연산 유닛과,
    상기 결정된 라인 또는 컬럼 움직임 벡터(vline;vcolumn)를 상기 현재 블록에 할당하기 위한 선택기
    를 구비하는 것을 특징으로 하는 움직임 추정기.
  23. 제 22 항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 미리 규정된 임계값(vthr)을 초과하는 상기 이전 이미지의 움직임 벡터들에만 근거하여 라인 또는 컬럼 움직임 벡터를 결정하는 움직임 추정기.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 라인 움직임 벡터와 컬럼 움직임 벡터에 대해 상이하게 설정되는 움직임 추정기.
  25. 제 23 항 또는 제 24 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 라인 또는 컬럼 방향으로 각 블록 길이의 1/3과 2/3 사이의 길이에 상당하는 움직임 추정기.
  26. 제 23 항 또는 제 25 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 상기 라인 또는 컬럼 방향으로 특히 각 블록 길이의 1/2의 길이에 상당하는 움직임 추정기.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 임계값(vthr)은 2 이상, 바람직하게는 4픽셀인 움직임 추정기.
  28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연산 유닛은 상기 이전 이미지의 각 라인 또는 컬럼의 블록 움직임 벡터의 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)가 상기 미리 규정된 임계값(vthr)을 초과하는 경우에만 상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터를 결정하는 움직임 추정기.
  29. 제 28 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)가 라인 또는 컬럼 방향당 블록의 총수의 1/4과 3/4 사이의 값을 갖는 움직임 추정기.
  30. 제 28 항 또는 제 29 항에 있어서,
    상기 미리 규정된 수(nthrline, nthrcolumn)가 특히 라인 또는 컬럼 방향당 블록의 총수가 1/2의 값을 갖는 움직임 추정기.
  31. 제 28 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 라인의 블록 움직임 벡터의 상기 미리 규정된 수(nthrline)는 PAL 규 격에 따라 한 이미지에 대한 라인 방향으로 8픽셀의 블록 길이에 대해 45의 값을 갖는 움직임 보상기.
  32. 제 28 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각 컬럼의 블록 움직임 벡터의 상기 미리 규정된 수(nthrcolumn)는 PAL 규격에 따라 한 이미지에 대한 라인 방향으로 8픽셀의 블록 길이에 대해 36의 값을 갖는 움직임 보상기.
  33. 제 22 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 후보 벡터(C1~C9)를 수신하는 상기 선택기는 상기 현재 블록의 움직임 벡터를 상기 복수의 후보 벡터 중에서 선택하기 위한 상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터(vline, vcolumn)를 포함하는 움직임 추정기.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 후보 벡터(C1~C9)는 상기 라인 움직임 벡터(vline)와 상기 컬럼 움직임 벡터(vcolumn)를 포함하는 움직임 추정기.
  35. 제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,
    상기 후보 벡터(C1~C9)는,
    상기 현재 블록의 동일 블록 위치에 있는 제로 움직임 벡터(C1)와,
    상기 현재 이미지에서 이웃 블록에 대해 결정되는 움직임 벡터(C2, C3)와,
    업데이터 벡터(u)를 가산하여 벡터 길이를 가변하여 상기 현재 이미지에서 이웃 블록에 대해 결정된 움직임 벡터(C4, C5)와,
    상기 이전 이미지(n-1)의 블록에 대해 결정되는 움직임 벡터(C6, C7)
    의 움직임 벡터의 적어도 하나를 포함하는
    움직임 추정기.
  36. 제 35 항에 있어서,
    상기 현재 이미지의 상기 인접 블록은 움직임 벡터가 이미 결정되어 있는 블록의 동일 컬럼 또는 라인의 블록인 움직임 추정기.
  37. 제 36 항에 있어서,
    상기 업데이터 벡터(u)는 오프셋 값 - 상기 오프셋 값은 랜덤 또는 의사 랜덤 값임 -을 상기 연산된 움직임 벡터에 가산하는 움직임 추정기.
  38. 제 37 항에 있어서,
    일련의 오프셋 값을 저장하는 메모리를 더 구비하는 움직임 추정기.
  39. 제 22 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    연산 유닛은 상기 이전 이미지의 적어도 2개의 인접 라인 또는 컬럼에 근거하여 상기 라인 또는 컬럼 움직임 벡터를 결정하는 움직임 추정기.
  40. 제 22 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선택기는,
    각각의 상기 후보 움직임 벡터에 대해 예측 에러를 산출하기 위한 처리 유닛과,
    상기 산출된 예측 에러를 비교하여, 가장 작은 예측 에러를 갖는 예측 에러 를 결정하는 비교기와,
    상기 가장 작은 예측 에러를 갖는 상기 후보 움직임 벡터 중에서 움직임 벡터를 선택하기 위한 선택 유닛을 구비하는
    움직임 추정기.
  41. 청구항 22 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 따른 움직임 추정기를 포함하고, 움직임 보상을 포함하는 비디오 이미지 시퀀스를 인코딩하는 인코더.
  42. 청구항 22 내지 청구항 40 중 어느 한 항에 따른 움직인 추정기를 사용하여 움직임 보상을 포함하는 비디오 이미지 시퀀스를 보간하는 보간기.
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