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TWI387357B - 視訊處理方法與電影模式偵測方法 - Google Patents

視訊處理方法與電影模式偵測方法 Download PDF

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TWI387357B
TWI387357B TW097146576A TW97146576A TWI387357B TW I387357 B TWI387357 B TW I387357B TW 097146576 A TW097146576 A TW 097146576A TW 97146576 A TW97146576 A TW 97146576A TW I387357 B TWI387357 B TW I387357B
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Te Hao Chang
Chin Chuan Liang
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Description

視訊處理方法與電影模式偵測方法
本發明係有關於至少一視訊處理方案，更具體地，係關於根據一特定色彩系統(specific color system)中之像素之色度資料(chrominance data)決定一目標運動向量的視訊處理方法，以及關於根據接收之訊框之色度資料以執行電影模式偵測(film mode detection)之電影模式偵測方法。
一般說來，應用於視訊編碼(如MPEG-2或H.264等)的運動估計器會根據數個訊框中的像素的亮度資料來執行運動估計，用來產生一組運動向量(motion vector)，而運動向量在編碼亮度資料時被用作參考。通常，為了減少(diminish)計算成本，在對像素的色度資料編碼時，直接採用上述的運動向量作為參考。這可能不會給視訊編碼帶來嚴重的問題。但是，若上述的運動估計器直接應用到其他地方，例如追蹤或訊框速率轉換(frame rate conversion)，極有可能產生一些錯誤。這是因為，對於圖像物體的真正運動的估計，僅僅參考運動估計器根據像素的亮度資料產生的運動向量是不夠的。更具體地，生產廠商可生產一種特定的視訊格式(video pattern)，其中當像素的色度資料不同時像素的亮度資料是類似或基本一樣的。於此情形中，若僅僅參考亮度資料來決定視訊格式中圖像區塊(image block)的運動向量，由於類似的亮度資料，決定的運動向量也會是幾乎相同的。根據決定的運動向量來 執行訊框速率轉換操作就會因此產生一些錯誤。舉例來說，一視訊格式最初(originally)包含某個圖像內容，而這個圖像內容指示在此視訊格式中，有一個人穿著一件紅色外套站在背景是一座灰色建築物的圖像中。顯然，紅色外套的像素的色度資料與灰色建築物的像素的色度資料十分不同。若紅色外套的像素的亮度資料與灰色建築物的像素的亮度資料類似，僅僅參考亮度資料來執行運動估計會使運動估計決定的運動向量彼此相當類似。這些幾乎同樣(nearly-identical)的運動向量指示圖像內容中的紅色外套與灰色建築物應該被看作具有同一運動的圖像物體，但是灰色建築物實際是靜止的，而穿著紅色外套的人可能在運動中。因此，若紅色外套與灰色建築物被認為是具有同一運動的圖像物體，透過訊框速率轉換，即使訊框速率轉換操作是正確的，在插補訊框(interpolated frame)內的紅色外套與灰色建築物的顏色可能被混合在一起。因此，解決這個由於僅僅直接參考上述像素的色度資料以執行運動估計所帶來的問題非常重要。
先前技術之一是藉由參考亮度資料產生一組目標運動向量，並藉由參考色度資料產生另一組目標運動向量。不同組的目標運動向量分別應用以在執行訊框速率轉換時產生插補訊框。顯然，當一特定圖像區塊有兩個從不同組的目標運動向量產生的兩個相互矛盾(conflicting)的目標運動向量時，通常會給產生的插補訊框帶來一些誤差。另外，產生兩組目標運動向量也意味著需要雙倍的儲存空間來儲存所有的運動向量。
另外，對於電影模式偵測，一電影模式偵測裝置通常藉由直接參考接收訊框的亮度資料決定一序列(sequence)之訊框是否包含視訊訊框，電影訊框，或者兩者都有。若接收的訊框包含視訊訊框與電影訊框，且視訊訊框的亮度資料與電影訊框的亮度資料一樣，則電影模式偵測裝置可能會作出錯誤的決定而把原先的視訊訊框決定為電影訊框或把原先的電影訊框決定為視訊訊框。這是一個嚴重的問題，為了要解決它，傳統的電影模式偵測技術提供了一種方案：分別參考亮度資料與色度資料產生兩組候選訊框差值(candidate frame differences)。但是，這種傳統的電影模式偵測技術也會產生其它問題，例如不同組的候選訊框差值互相矛盾且需要雙倍的儲存空間來儲存這些候選訊框差值。
有鑑於此，本發明提供一種視訊處理方法，可以參考亮度與色度資料，且不需要雙倍的儲存空間。本發明另提供一種電影模式偵測方法。
本發明提供一種視訊處理方法，用於決定一目標運動向量，包含：根據一特定色彩系統之不同色彩分量之資料產生複數個候選時序匹配差值；以及決定與該等候選時序匹配差值中一最小時序匹配差值相關之一向量為該目標運動向量；其中該等不同色彩分量包含第一色彩分量與第二色彩分量，且產生該等候選時序匹配差值之步驟包含：根據第一色彩分 量之資料產生複數個第一時序匹配差值；根據第二色彩分量之資料產生複數個第二時序匹配差值；以及採用不同的加權值來分別合併等第一時序匹配差值與等第二時序匹配差值以獲取候選時序匹配差值。
本發明另提供一種視訊處理方法，用於決定一目標運動向量，包含：僅根據色度資料產生複數個候選時序匹配差值；以及決定與該等候選時序匹配差值中一最小時序匹配差值相關之一向量為該目標運動向量。
本發明另提供一種電影模式偵測方法，包含：根據一特定色彩系統之不同色彩分量之資料，從複數個接收之訊框中產生複數個候選訊框差值；以及根據該等候選訊框差值執行一電影模式偵測操作；其中該等不同色彩分量包含第一色彩分量與第二色彩分量，且產生該等候選時序匹配差值之步驟包含：根據第一色彩分量之資料產生複數個第一時序匹配差值；根據第二色彩分量之資料產生複數個第二時序匹配差值；以及採用不同的加權值來分別合併第一時序匹配差值與第二時序匹配差值以獲取候選時序匹配差值。
本發明另提供一種電影模式偵測方法，包含：僅根據色度資料從複數個接收之訊框中產生複數個候選訊框差值；以及根據該等訊框差值執行一電影模式偵測操作。
利用本發明能夠更精確無誤地處理視訊，並且節省了儲存空間。
在說明書及後續的申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，硬體製造商可能會用不同的名詞來稱呼同一個元件。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來作為區分的準則。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」係為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。以外，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。
於下面的描述中，本發明首先提供了一種視訊處理裝置與相關方法。視訊處理的方案是用來根據一特定色彩系統中的不同的色彩分量或僅根據色度資料來決定一目標運動向量。其次，本發明提供了一種電影模式偵測裝置與相關方法，其根據一特定色彩系統中不同的色彩分量或僅根據色度資料來執行電影模式偵測操作。視訊處理裝置與電影模式偵測裝置的目的皆為參考特定色彩系統中的不同色彩分量的資料或僅參考色度資料，以分別達成需要的視訊處理操作與電影模式的偵測。
請參考第1圖。第1圖為根據本發明第一實施例之視訊處理裝置100的方塊圖。如第1圖所示，視訊處理裝置100用於決定一目標運動向量。視訊處理裝置100包含資料流控制器105，先前訊框資料緩衝器110，目前訊框資料緩衝器115，計算電路120，以及決定電路125。資料流控制器105分別控制先前訊框資料緩衝器110與目前訊框資料緩衝器115以輸出先前訊框資料與目前訊框資料。計算電路120係用於根據不同的色彩分量中的資料產生複數個候選時序匹配差值(candidate temporal matching differences)，其中不同的色彩分量是在一特定色彩系統的先前訊框資料與目前訊框資料中，決定電路125用來決定一向量為該目標運動向量，其中該向量與候選時序匹配差值中的最小時序匹配差值相關。
具體來說，不同的色彩分量包含第一色彩分量(例如亮度資料)的資料與第二色彩分量(例如色度資料)的資料。計算電路120包含第一計算單元1205，第二計算單元1210以及加總單元(summation unit)1215。第一計算單元1205根據第一色彩分量(例如亮度資料)的資料產生複數個第一時序匹配差值，以及第二計算單元1210根據第二色彩分量(例如色度資料)的資料產生複數個第二時序匹配差值。加總單元1215接著分別合併(combine)該等第一與第二時序匹配差值以獲取候選時序匹配差值，並將其輸出至決定電路125。於此實施例中，加總單元1215分別計算第一與第二時序匹配差值之總數以產生候選時序匹配差值。如上所述，計算電路120的一個目的是在產生候選時序 匹配差值時考慮亮度資料與色度資料，其中候選時序匹配差值分別是第一與第二時序匹配差值之合併。決定電路125接著決定該向量為目標運動向量，其中該向量與候選時序匹配差值中最小差值相關。藉由如此操作，對於訊框速率轉換來說，由決定電路125產生的目標運動向量就更為精確。換句話說，目標運動向量能夠正確指示目前圖像區塊中的實際運動了。因此，目標運動向量能夠用來執行訊框插補(frame interpolation)而不帶來誤差。與先前技術相比，因為本實施例中的決定電路125僅產生一組目標運動向量，所以不需要雙倍的儲存空間。
在應用中，舉例來說，即使第一計算單元1205輸出的運動向量V1對應第一時序匹配差值中最小的差值，該運動向量V1也可能不被選擇為用於訊框插補的目標向量。這是因為運動向量V1可能並非對應一最小的候選時序匹配差值。也就是說，另一個對應於最小的候選時序匹配差值的運動向量V2會被選擇為目標運動向量，其中該運動向量V2能夠正確地指示出圖像物體的真實運動。從上述描述，可以清楚了解實施例如何同時基於亮度與色度資料來考慮時序匹配差值以決定上述的目標運動向量。當然，在另一例子中，加總單元1215能夠執行其他數學操作來取代直接分別加總該第一與第二時序匹配差值，例如對第一與第二時序匹配差值採用不同加權來產生該等候選時序匹配差值。可以根據設計需要適應性地調整不同的加權值，這符合本發明之精神。並且，於此實施例中，每一上述的該等時序匹配差值(也被稱作區塊匹配成本，block matching cost)可以是像素的絕對差值之和(Sum of Absolute Difference，SAD)；但這並非為本發明之限制。
並且，第一計算單元1205能設計為可選的元件，在另一實施例中禁用。換句話說，在這種情形下，計算電路120僅參考像素的色度資料來產生候選時序匹配差值並輸入決定電路125。此種修改也在本發明的範圍內。
請參考第2圖。第2圖是根據本發明的第二實施例的電影模式偵測裝置200的方塊圖。如第2圖所示，電影模式偵測裝置200包含計算電路220與偵測電路225。計算電路220根據特定色彩系統中不同色彩分量的資料從複數個接收訊框中產生複數個候選訊框差值，其中不同色彩分量的資料來自所接收的訊框並且包含亮度資料與色度資料。於此實施例中，亮度是特定色彩系統中的第一色彩分量，而色度是特定色彩系統中的第二色彩分量。偵測電路225根據候選訊框差值執行電影模式偵測操作，以分辨每一接收訊框是視訊訊框還是電影訊框。
計算電路220包含第一計算單元2205，第二計算單元2210以及加總單元2215。第一計算單元2205根據第一色彩分量(例如亮度資料)產生複數個第一訊框差值，以及第二計算單元2210根據第二色彩分量(例如色度資料)產生複數個第二訊框差值。加總單元2215接著合併第一訊框差值與第二訊框差值以分別獲取候選訊框差值。於此實施例中，加總單元2215計算第一與第二訊框差值的總和以分別產生候選訊框差值。如上所述，計算電路220的目的之一是考慮所接收的訊框的亮度資料與色度資料以產生複數個候選訊框差值，其中該等候選訊框 差值分別是第一與第二訊框差值的合併。接著，偵測電路225根據候選訊框差值執行電影模式偵測操作，以正確分辨每一接收的訊框是視訊訊框還是電影訊框。與傳統電影模式偵測技術相比，此實施例中不需要雙倍的儲存空間。
另外，第一計算單元2205可被設計為可選擇元件，並在另一實施例中被禁用。也就是說，在此情形下，計算電路220僅參考從接收的訊框的色度資料來產生候選訊框差值給偵測電路225。這種改變也在本發明的範圍之內。
最後，為了清楚地描述本發明之精神，對應第1圖的第一實施例與對應於第2圖的第二實施例的流程圖分別顯示在第3圖與第4圖中。第3圖為第1圖中的視訊處理裝置100之運作流程圖，流程圖之具體步驟如下所述：步驟300：開始；步驟305：分別控制先前訊框資料緩衝器110與目前訊框資料緩衝器115輸出先前與目前訊框資料；步驟310：根據第一色彩分量(例如亮度資料)的資料產生第一時序匹配差值；步驟315：根據第二色彩分量(例如色度資料)的資料產生第二時序匹配差值；步驟320：合併第一與第二時序匹配差值以獲取候選時序匹配差值；以及 步驟325：決定與候選時序匹配差值中最小差值相關的向量為目標運動向量。
第4圖是第2圖所示電影模式偵測裝置200的運作流程圖；流程圖的詳細步驟如下所述：步驟400：開始；步驟405：根據第一色彩分量(例如亮度資料)的資料產生第一訊框差值；步驟410：根據第二色彩分量(例如色度資料)的資料產生第二訊框差值；步驟415：合併第一訊框差值與第二訊框差值以獲取候選訊框差值；以及步驟420：根據候選訊框差值執行電影模式偵測操作。
上述之實施例僅用來例舉本發明之實施態樣，以及闡釋本發明之技術特徵，並非用來限制本發明之範疇。任何熟悉此技術者可輕易完成之改變或均等性之安排均屬於本發明所主張之範圍，本發明之權利範圍應以申請專利範圍為準。
100‧‧‧視訊處理裝置
105‧‧‧資料流控制器
110‧‧‧先前訊框資料緩衝器
115‧‧‧目前訊框資料緩衝器
120‧‧‧計算電路
1205‧‧‧第一計算單元
1210‧‧‧第二計算單元
1215‧‧‧加總單元
125‧‧‧決定電路
200‧‧‧電影模式偵測裝置
220‧‧‧計算電路
2205‧‧‧第一計算單元
2210‧‧‧第二計算單元
2215‧‧‧加總單元
225‧‧‧偵測電路
300~325、400~420‧‧‧步驟
第1圖為根據本發明第一實施例之視訊裝置的方塊圖。
第2圖為根據本發明第二實施例之電影模式偵測裝置的方塊圖。
第3圖為第1圖中的視訊處理裝置之運作流程圖。
第4圖是第2圖所示電影模式偵測裝置的運作流程圖。
100‧‧‧視訊處理裝置
105‧‧‧資料流控制器
110‧‧‧先前訊框資料緩衝器
115‧‧‧目前訊框資料緩衝器
120‧‧‧計算電路
1205‧‧‧第一計算單元
1210‧‧‧第二計算單元
1215‧‧‧加總單元
125‧‧‧決定電路

Claims (8)

  1. 一種視訊處理方法，用於決定一目標運動向量，包含：根據一特定色彩系統之不同色彩分量之資料產生複數個候選時序匹配差值；以及決定與該等候選時序匹配差值中一最小時序匹配差值相關之一向量為該目標運動向量；其中該等不同色彩分量包含一第一色彩分量與一第二色彩分量，且該產生該等候選時序匹配差值之步驟包含：根據該第一色彩分量之資料產生複數個第一時序匹配差值；根據該第二色彩分量之資料產生複數個第二時序匹配差值；以及採用不同的加權值來分別合併該等第一時序匹配差值與該等第二時序匹配差值以獲取該等候選時序匹配差值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之視訊處理方法，其中該等不同色彩分量之該資料包含亮度資料與色度資料。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之視訊處理方法，其中該第一色彩分量為亮度，而該第二色彩分量為色度。
  4. 一種視訊處理方法，用於決定一目標運動向量，包含： 僅根據色度資料產生複數個候選時序匹配差值；以及決定與該等候選時序匹配差值中一最小時序匹配差值相關之一向量為該目標運動向量。
  5. 一種電影模式偵測方法，包含：根據一特定色彩系統之不同色彩分量之資料，從複數個接收之訊框中產生複數個候選訊框差值；以及根據該等候選訊框差值執行一電影模式偵測操作；其中該等不同色彩分量包含一第一色彩分量與一第二色彩分量，且該產生該等候選時序匹配差值之步驟包含：根據該第一色彩分量之資料產生複數個第一時序匹配差值；根據該第二色彩分量之資料產生複數個第二時序匹配差值；以及採用不同的加權值來分別合併該等第一時序匹配差值與該等第二時序匹配差值以獲取該等候選時序匹配差值。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電影模式偵測方法，其中該等不同色彩分量之該資料包含亮度資料與色度資料。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電影模式偵測方法，其中該第一色彩分量為亮度，而該第二色彩分量為色度。
  8. 一種電影模式偵測方法，包含： 僅根據色度資料從複數個接收之訊框中產生複數個候選訊框差值；以及根據該等訊框差值執行一電影模式偵測操作。
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