降低位精度的用于子像素运动估计的方法和设备

摘要

提供了一种用于子像素运动估计的方法和设备，其执行子像素运动估计，其中，被搜索的块的像素值和搜索区的块的像素值之间的差的精度，即，差的位数，被减少。该用于帧间预测中的子像素运动估计的方法包括：(a)通过执行整像素运动估计确定与被估计的块相应的整像素；(b)接收与该确定的整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值；(c)减少子像素的值和整像素的值之间的差并降低差的位精度；和(d)使用其位精度被降低的差计算相似性。

说明书

本申请要求于2004年6月11日提交到韩国知识产权局的第10-2004-0042916韩国专利申请的优先权，本发明公开于此以资参考。

                        技术领域

与本发明一致的设备和方法涉及帧间预测中的运动估计，更具体的讲，涉及子像素运动估计，其中，被搜索的块的像素值和搜索区的块的像素值之间的差的精度，即，差的位数，被减少。

                        背景技术

当与根据传统的编码方法编码的视频比较时，根据视频编码标准H.264编码的视频以较高的比率被压缩，并具有很好的质量。这是因为通过顺序地执行整像素运动估计、半像素运动估计和四分之一像素运动估计，来执行H.264中的运动估计，所以导致了更准确的运动估计。然而，由于运动估计单元的硬件占整个编码器的硬件的70％，所以施加于编码器很大的负载。此外，由于针对半像素和四分之一像素，即，子像素来执行运动估计，所以与传统的运动估计相比，该运动估计需要更多的时间。

                        发明内容

本发明提供一种用于子像素运动估计的方法和设备，其中，将被搜索的块的像素值和搜索区的块的像素值之间的差的精度，即，位数，帧间预测中的子像素运动估计中被减少。

根据本发明的一方面，提供了一种用于帧间预测中的子像素运动估计的方法，该方法包括：(a)通过执行整像素运动估计确定一个与估计的块相应的整像素；(b)接收与该确定的整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值；(c)减少子像素的值和整像素的值之间的差并降低差的精度；和(d)使用其位精度被降低的差计算相似性。

子像素可以是半像素或四分之一像素，半像素通过将与确定的整像素相邻的整像素插入而获得，并且四分之一像素可以通过插入与获得的半像素相邻的半像素而获得。

在(c)中，当计算子像素的值和整像素的值之间的差时，可以通过将差的预定数目的高位删除来减少差的位数以降低差的精度。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于帧间预测中的子像素运动估计的方法，该方法包括：(a)接收与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值；(b)通过使用子像素的值和整像素的值执行子像素运动估计来计算视频质量降低的程度；(c)计算子像素的值和整像素的值之间的差以降低差的精度，执行子像素运动估计并计算视频质量降低的程度；(d)当(b)中的降低的程度和(c)中的降低的程度之间的差小于预定的参考值时，搜索位精度，根据位精度变换子像素的值和整像素的值之间的差，并且对下一视频执行子像素运动估计。

可以使用峰值信噪比(PSNR)计算视频质量降低的程度。

(d)中的预定的参考值可以由分贝单位表示并且被确定在百分之一位。

根据本发明的另一方面，提供一种用于帧间预测中的子像素运功估计的设备，该设备包括：差计算单元，用于接收与确定的整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值，并计算子像素的值和整像素的值之间的差；精度降低单元，用于降低计算的差的精度；和相似性计算单元，用于使用其精度被降低的差计算搜索块和将被搜索的块之间的相似性。

该设备还包括将其精度被降低的差变换至频域的变换单元。

该相似性计算单元可以针对其位精度被降低的差计算绝对差之和(SAD)，或者针对变换至频域的结果计算哈德曼变换的差的绝对值的总和(SATD)。

                    附图说明

通过参考附图具体描述本发明的示例性实施例，本发明的上述和其他方面将会变得更加清楚，其中：

图1是用于解释整像素运动估计的示图；

图2是用于解释半像素运动估计和四分之一像素运动估计的示图；

图3是运动估计单元的框图；

图4显示了PE阵列的示例性结构；

图5显示了PE的具体结构；

图6是示出根据本发明示例性实施例的用于子像素运动估计的方法的流程图；

图7是示出根据本发明另一示例性实施例的用于子像素运动估计的方法的流程图；和

图8是根据本发明示例性实施例的用于子像素运动估计的设备的框图。

                        具体实施方式

图1是用于解释整像素运动估计的示图。

参考先前帧，为了估计在当前帧中将被搜索的预定大小的块110的运动程度，即，宏块的运动程度，搜索区120从先前帧中被选出，与块110的大小相同大小的块基于像素在搜索区120中被移动，并且块110的像素值和搜索区120中的块的像素值被比较，因此，在先前帧中搜索与块110最相似的块。为了搜索与块110最相似的块，例如，具有来自块110的最小SAD的块被确定为最相似的块，并且与确定的块相应的像素被确定为通过整像素运动估计获得的整像素。

此后，还对与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的半像素执行运动估计，然后对与通过半像素运动估计确定的半像素相邻的四分之一像素执行运动估计，以用于更精确的运动估计。

图2是用于解释半像素运动估计和四分之一像素运动估计的示图。

在图2中，由大写字母指示的方形像素表示整像素，由小写字母指示的圆形像素表示半像素，由数字指示的三角形像素表示四分之一像素。

如参照图1所述，如果对整像素执行运动估计并且最相似的块的整像素被确定，则还对与该整像素相邻的子像素执行运动估计。例如，如果通过整像素运动估计确定的整像素是像素A 210，则对与像素A 210相邻的八个半像素，即，像素b、c、d、e、f、g、h、和i执行运动估计，并且具有最小SAD的块的半像素被确定。通过对在当前帧中将被搜索的块的像素值和在先前帧中的块的像素值之间的差的绝对值求和计算得到SAD。因此，对与如上确定的半像素220相邻的四分之一像素执行运动估计。

同样的，由于使用整像素运动估计的结果执行半像素运动估计和四分之一像素运动估计，所以在半像素运动估计和四分之一像素运动估计中将被搜索的块的整像素的值和搜索区中的块的整像素的值彼此相似。结果，在将被搜索的块的整像素的值和搜索区中的块的子像素的值之间的差不大。因此，在半像素运动估计或四分之一像素运动估计中没有必要使用该差，但是该差可以被用于计算SAD以降低稍微影响视频质量的位精度。

图3显示了运动估计单元的结构。

运动估计单元包括像素值存储单元310、处理部件(PE)阵列320、和确定单元330。像素值存储单元310存储将被搜索的块的像素值和搜索区的块的像素值。PE阵列320从像素值存储单元310接收像素值并计算相似性。通过计算SAD或者哈德曼变换的差的绝对值的总和(SATD)获得相似性。确定单元330根据在PE阵列320中计算的相似性确定与运动矢量相应的像素，并增加像素值存储单元310的地址，以使像素值存储单元310将下一像素发送至PE阵列320。

图4显示PE阵列320的示例性结构。

PE阵列320具有两维并具有例如图4中的8×8处理单元PE。每一个PE是接收将被搜索的块的像素值和搜索区的块的像素值并计算SAD或者SATD的最小处理单元。

图5显示了每一个PE的具体结构。

每一个PE在4×4块单元中计算SAD或者SATD。每一个PE包括四个减法单元510a至510d、四个绝对值计算单元520a至520d、多个加法单元530a至530d、和哈德曼变换单元540。每一个PE以行为单位接收4×4块的像素值。首先，从搜索区的4×4块的第一行的像素值S₀₀、S₁₀、S₂₀、和S₃₀中减去当前4×4块的第一行的像素值C₀₀、C₁₀、C₂₀、和C₃₀。相减的结果由哈德曼变换单元540处理，并且被变换到频域。然后，频率变换的相减的绝对值都相加。在下一个时钟期间，从搜索区的4×4块第一行的下一行的像素值S₀₁、S₁₁、S₂₁、和S₃₁中减去当前4×4块第一行的下一行的像素值C₀₁、C₁₁、C₂₁、和C₃₁，并且相减的结果由哈德曼变换单元540处理。变换的相减的绝对值都相加并且相加的结果被加到用于当前4×4块的前一行的SATD的相加结果中。这样，一旦下一行的像素值被读出并且上述处理被重复，那么在四个时钟之后，完成用于当前4×4块的SATD的计算。

可计算SAD而不计算SATD。在这种情况下，哈德曼变换单元540可以不被包括在运动估计单元中。

图6是示出根据本发明的示例性实施例的用于子像素运动估计的方法的流程图。

在第一操作步骤S610中，通过执行整像素运动估计确定一个整像素。已经参照图1描述了整像素运动估计。在操作步骤620中，接收与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的子像素的值和搜索块的整像素的值。该子像素的值和该整像素的值每一个都是8位，所以，它们之间的差由最少九位组成。因此，为了减少硬件的大小，在操作步骤S630中差被处理为四位或者五位。换句话说，由于整像素运动估计在执行子像素运动估计前被执行，所以用于子像素运动估计的输入像素值之间的差不大。因此，即使当差被处理为四位或者五位时，编码的视频质量也很少受到影响。在本示例性实施例中，该差被表示为四位或者五位，但是在某些情况下，其可以被表示为更少或者更多的位。然后，在操作步骤640中，其位精度被降低的差被用于计算相似性，例如SAD或者SATD。

这里，子像素是半像素或者四分之一像素。半像素通过插入与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的整像素而获得。四分之一像素通过插入与通过半像素运动估计确定的半像素相邻的半像素而获得。通过移除差的几个高位，差被处理为四位或者五位以减少差的位数。

图7是示出根据本发明另一示例性实施例的用于子像素运动估计的方法的流程图。

在第一操作步骤S710中，通过对几帧执行传统的子像素运动估计来计算视频质量降低的程度。例如，降低的程度通过计算PSNR而获得。传统的子像素运动估计意思是使用像素值之间的差。换句话说，接收与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值，并且通过执行子像素运动估计来计算PSNR，即，降低的程度。

在操作步骤S720中，对于相同的帧，子像素的值之间的差的精度，即，位数，被降低，并且通过执行子像素运动估计来计算视频质量降低的程度。在操作步骤S730中，当在操作步骤S710和S720中计算的降低的程度之间的差比预定的参考值小时，检查子像素的值之间差的位数。在操作步骤S740中，对于当前帧后面的帧，子像素的值之间的差的位数被减少至检查的位数，并且执行子像素运动估计。例如，参考值具有在百分之一小数位确定的0.0A dB的PSNR差，并且可最好为0.05dB。

图8是根据本发明示例性实施例的用于子像素运动估计的设备的框图。

用于子像素运动估计的设备包括：差计算单元810、精度降低单元820、变换单元830、和相似性计算单元840。

差计算单元810接收与通过整像素运动估计确定的一个整像素相邻的子像素的值和将被搜索的块的整像素的值，并且计算两者之间的差。精度降低单元820减少计算的差的位数。例如，可以通过删除几个高位来减少位数以形成四位或者五位。变换单元830将其位数被减少的差变换至频域。例如，能够使用哈德曼变换来做出这样的变换。这时，当为了计算相似性而计算SAD时，没有必要使用变换单元830，但是只有当计算SATD时，变换单元830是需要的。相似性计算单元840使用其位数被减少的差来计算相似性。

作为用于子像素运动估计的另一设备的例子，用于子像素运功估计的设备还可包括确定单元850。确定单元850接收与通过整像素运动估计确定的整像素相邻的子像素的值和仅对一帧或者几帧将被搜索的块的整像素的值，当子像素运动估计后视频质量的降低程度和子像素的值和整像素的值之间的差的位数减少然后子像素运动估计后视频质量降低程度之间的差小于预定参考值时，检查子像素的值之间的差的位数，控制精度降低单元820将子像素的值和整像素的值之间的差的位数减少至减少的位数，然后执行子像素运动估计。

预定的参考值可最好是在两个小数位确定的0.0AdB。

如上所述，根据本发明，用于视频的运动估计所需的硬件的大小和时间量能够被大大的减少。

其间，用于子像素运动估计的方法能够被实施为计算机程序。构成计算机程序的代码和段能够由本领域的计算机程序设计员容易地解释。此外，计算机程序被存储在计算机可读介质中，并被计算机读取和执行，因此，实现用于子像素运动估计的方法。计算机可读记录介质包括磁记录介质、光学数据存储装置和载波。

虽然本发明已经参照其示例性实施例被具体显示和说明，但是本领域的普通技术人员应该理解，在不脱离由下述的权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种形式和细节的改变。