CN1510915A - 运动检测设备以及方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像运动检测设备以及方法，通过连续输入多个时间连续的扫描场检测运动图像内的运动，并且检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值。运动计算缓冲单元存储每一像素/块的运动信息值；运动计算单元基于第n+1个输入扫描场的运动信息值，对存储在运动缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值进行校正。这样，通过一种相对简单的运动信息值的校正方法，同时抑制在当前插入的扫描场内出现虚假静止区域的情况下，可以快速准确地检测运动图像内的运动区域和静止区域。

Description

运动检测设备以及方法
技术领域
本发明总体涉及一种运动检测设备以及方法，尤其涉及一种能够检测带有运动的运动区域和不带有运动的静止区域的运动检测设备以及方法。
背景技术
在图像显示设备中，有一种公知的隔行扫描方法和逐行扫描方法作为扫描方法。该隔行扫描方法用于普通的电视机(TV)，其是一种这样的方法，即其中当显示一个图像时，通过将图像帧分成两个扫描场并且交替地传送这两个扫描场而将图像显示在屏幕上。另一方面，逐行扫描方法用于计算机监视器，数字电视以及类似的设备，其是这样的一种方法，当将活动画面(例如电影)投射显示在屏幕上时，一次地将整个帧显示在一个帧单元中。
随着在使用不同扫描方法的设备之间进行数据交换的必要性的增加，由于使用逐行扫描方法的图像显示设备的增多，因此需要不同的插入方法用于将隔行扫描方法转换成逐行扫描方法。
作为一般的插入方法，有一种通过将指定数据插入当前扫描场的两个行之间的区域内而形成一个新的扫描场的场内插入方法，其中指定数据通过两两分割两个行的数据而获得，还具有一种在没有运动补偿的条件下形成一个帧的场间插入方法，该方法在当前扫描场的行之间使用与紧先和紧后于当前扫描场的扫描场相对应的行。
场内插入方法适于插入带有运动的运动区域，场间插入方法适于插入不带有运动的静止区域。但是，由于在现场中经常带有运动区域和静止区域，因此交换地使用场内插入方法和场间插入方法对于提高插入之后的图像质量是很有效的。在这种情况下，通过计算一个适当的混合因数(α)和使用该混合因数，可以内部交换地使用场内插入方法和场间插入方法，其中该混合因数基于检测现场内的运动区域和静止区域的信息。
这样，为了通过场内插入和场间插入获得改进的图像质量，首先需要正确地检测目前被插入的扫描场中的运动区域和静止区域。由此，基于紧先于或紧后于当前被插入的扫描场，通常使用一种通过使用在相应位置处的像素间亮度值的不同的方法来检测将要插入的扫描场中的运动区域和静止区域。
但是，根据上述检测方法，由于现场内有非常快速的运动，因此会经常出现一个这样的问题，即不能仅仅通过与先前扫描场和后继扫描场进行比较的亮度值来正确检测运动区域和静止区域。因此，可能出现虚假的静止区域，该虚假的静止区域是指实质上是运动区域，但是被错误地检测为静止区域的区域。因此，为了在插入之后改进图像的质量，需要一种不会出现虚假静止区域而正确地检测运动区域的方法。
作为与这种方法相关的现有技术，在韩国专利(公开号2001-2659)公开了一种使用像素值和亮度外形图案区别来检测运动区域的方法。韩国专利(公开号2001-90568)公开了另一种方法，其中通过结合前述像素亮度值，使用运动量度(motion metric)来检测运动区域。
但是，根据上述公开的方法，用于检测运动区域的电路设备有些复杂，并且预计由于电路的复杂性使得它的处理速度相应地不是很高。这样，需要一种能够简易实现的新设备和方法来快速检测运动区域和静止区域(例如，使用比现有方法简单的结构来检测运动区域)。
发明内容
因此，本发明提供一种用于简便以及快速地检测运动画面中的运动区域以及静止区域的设备和方法，其中在当前将要被插入的扫描场中不出现有虚假的静止区域。
在以下描述中将部分列出本发明的其他方面和优点，从说明书中可以看出这些方面和优点是显而易见的，或是可以通过本发明的实践获知的。
本发明可以通过检测运动区域的运动检测设备来实现，该运动检测设备，包括：运动检测单元，向其连续地输入有多个时间连续的扫描场，并且运动检测单元检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值；运动计算缓冲器，存储每一像素/块的运动信息值；以及运动计算器，基于由运动检测单元检测到的第n+1个输入扫描场的运动信息值，校正存储在运动计算缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值。
根据本发明的一个方面，运动放大单元基于存储在运动计算缓冲单元内的运动信息值，放大从一个带有运动的像素至另一个相邻像素的像素运动的范围。
根据本发明的一个方面，运动检测单元基于紧前于和紧后于当前第n个扫描场的前一和后一扫描场，并且根据前一和后一扫描场中的相应位置处的像素/块之间像素值的不同，计算每一运动信息值。
根据根据本发明的一个方面，运动计算单元根据第n+1个扫描场的每一像素/块的运动信息值，对第n个输入扫描场的运动信息值进行校正，如果相应像素/块带有运动则该校正是通过给存储在运动计算缓冲单元的运动信息值加上一个指定的第一值而完成的，如果相应像素/块内不带有运动，则该校正是通过对存储在运动缓冲单元内的运动信息值中减去一指定的第二值而完成的。
根据本发明的一个方面，指定的第一值大于指定的第二值。
根据本发明的一个发明，运动计算单元包括：给运动信息值加上一指定的第一值，并且输出和的加法器；从运动信息值中减去一指定的第二值，并且输出差的减法器；第一和第二限制器，用于对从加法器和减法器中输出的运动信息值进行校正，使其在一个特定的范围内，并且将该限制器校正过的运动信息值输出；多路器，用于基于第n+1个输入扫描场的运动信息值，选择性地将来自第一和第二限制器的运动信息值之一输出。
本发明也可以通过一种检测运动的方法实现，该方法包括：连续地输入多个时间连续的扫描场；检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在和不存在的运动信息值；存储每一像素/块的运动信息值；以及基于第n+1个输入扫描场的运动信息值，对存储在运动计算缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值进行校正。
根据本发明的一个方面，该方法进一步包括基于所存储的运动信息值，扩大基于从带有运动的像素至另一个相邻像素的运动信息值所检测到的像素运动的范围。
根据本发明的一个发明，运动信息值的检测包括基于紧先于或紧后于第n个输入扫描场的前一和后一扫描场，并且依据前一和后一扫描场内相应位置处的像素/块之间像素值的不同，计算运动信息值。
根据本发明的一个方面，运动信息值的校正包括，对于第n+1个扫描场的每一像素/块，如果相应的像素/块带有运动，则给所存储的运动信息值加上一指定的第一值，如果相应的像素/块不带有运动，则从所存储的运动信息值中减去一指定的第二值。
根据本发明的一个方面，指定的第一值大于指定的第二值。
根据本发明的一个方面，运动信息值的校正进一步包括：给运动信息值加上一指定的第一值，并且将和输出；从运动信息值中减去一指定的第二值，并且将差输出；限制经该加减运算后所输出的运动信息值，使其在一特定的范围内，并且将进行加和减的校正过的值输出；依据第n+1个输入扫描场的运动信息值，选择性地将经限制的运动信息值之一输出。
附图说明
结合附图，从以下实施例的描述中，可以了解并且更容易评价本发明的以上和/或其他方面和优点。
附图1是根据本发明实施例的运动检测设备的功能框图。
附图2是图1所示的运动计算单元的详细的功能框图。
附图3是根据本发明实施例的，使用图1所示运动检测设备对输入运动画面进行运动检测的流程图。
附图4是根据本发明实施例，使用图1所示运动检测设备的实例的去隔行装置的原理框图。
具体实施方式
现在将对本发明的实施例详细地进行描述，在附图中示出了其中一些示例，其中相同的附图标记表示全部相同的部件。以下通过参照附图所描述的实施例用于对本发明进行解释。
附图1是根据本发明实施例的运动检测设备的功能框图，该运动检测设备包括运动检测单元100，运动计算单元150，运动计算缓冲单元200，和运动放大单元250。运动检测单元100连续输入有多个时间连续的图像扫描场。运动检测单元100检测运动信息值，该运动信息值代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在与否，并且将该运动信息值存储在运动计算缓冲单元200内。由此，像素/块是图像像素或是图像块。运动检测单元100可以基于主题/图像处理环境，基于像素到像素(pixel by pixel)，或基于块到块(block by block)来检测运动。
运动计算单元150基于由运动检测单元100检测到的运动信息值，对存储在运动计算缓冲单元200内的每一像素/块的运动信息值进行校正，运动计算单元150将每一像素/块的校正过的运动信息值存储在运动计算缓冲单元200内为每一像素/块所设的位置处。运动放大单元250基于存储在运动计算缓冲单元200内的运动信息值，基于图像信息值对所检测到的像素运动范围进行放大，该范围从带有运动的像素区放大至相邻的另一个像素。
图2是图1所示的运动计算单元150的详细的功能框图。运动计算单元150包括加法器151，减法器153，第一和第二限制器155和157，多路器159，第一和第二多路信号分离器161和163。第一多路信号分离器161基于外部输入块/像素索引(index)信息，给加法器151和减法器153提供存储在运动计算缓冲器单元200内的各个相应位置的每个像素/块的运动信息值。
加法器151给输入的运动信息值加上指定的第一值，减法器153从输入的运动信息值中减去指定的第二值。第一和第二限制器155和157限制来自加法器151和减法器153的运动信息幅值的大小，使其分别不要超出某一范围(例如，使从加法器和减法器中输出的运动信息值在某一范围内)。多路器159基于来自运动检测单元100的第n+1个后继输入的扫描场的运动信息值，将来自第一和第二限制器155，157的任一值输出至第二多路信息分离器163。第二多路信息分离器163将来自多路器159的值存储在运动计算缓冲单元200内的相应位置。
图3是根据本发明实施例使用图1所示的运动检测设备，对所输入的运动画面内的运动进行检测的流程图。参看图3，在操作300中，执行了初始化过程。换句话说，运动检测单元100连续输入有多个时间连续的扫描场，假设当前输入第n个扫描场(fn)，基于紧先于或紧后于该当前输入扫描场的第n-1扫描场(fn-1)和第n+1扫描场(fn+1)，则在操作301中，运动检测单元100检测代表第n个扫描场(fn)的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值。典型地，在操作301中，可以基于紧先于或紧后于第n个扫描场(fn)的前一和后一扫描场，根据在前一和后一扫描场内的相应位置处的像素/块之间的像素的不同值，或是根据每一块的像素值之间差值的绝对值的和，检测每一像素/块的运动信息值。该运动信息值表示为指示在相应像素/块内的运动存在同样与否的某一值，例如为“1”的情况表示其中在相应像素/块内存在运动，或“0”的情况表示其中在相应像素/块内不存在运动。
在操作301中，由运动检测单元100所计算的第n个扫描场(fn)的每一像素/块的运动信息值按照每一像素/块单元存储在运动计算缓冲单元200内，然后初始化过程结束。在完成第n个扫描场(fn)的运动信息值的计算过程后，在操作301中，运动检测单元通过假设下一个扫描场第n+1个扫描场(fn+1)为当前扫描场，而重复地执行以上步骤，并且检测代表第n+1个扫描场的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值。
在操作302中，向运动计算单元150输入对于第n个扫描场(fn)的由运动检测单元100检测到的每一像素/块的运动信息值。在操作302中，运动计算单元150基于所传送的第n+1个扫描场(fn+1)的每一像素/块的信息值，确定所考虑的、在所传送的第n个扫描场(fn)的相关像素/块内是否有运动。如果在操作302中运动计算单元150确定在所考虑的像素/块内有运动，则在操作304中，运动计算单元150从与在初始化过程中存储在运动计算缓冲单元200内的第n个扫描场相应的位置处取出所考虑的相关像素/块的运动信息值，并且给取出的运动信息值加上一个指定的第一值(T1)，以按照如下方式计算一个新的运动信息值：
                 V(i，j)＝V(i，j)+T1(公式1)
在公式(1)中，V(i，j)代表取出的运动信息值属于第i行上的第j个像素，T1代表第一指定的值。第一值可以随机/任意设置，例如可以设置为4。
反之，如果在操作302中，运动计算单元150确定在相关像素/块内没有运动，则在操作308中，运动计算单元150从与在初始化过程中存储在运动计算缓冲单元200内的第n个扫描场相应的位置取出相关像素/块的运动信息值，并且从所取出的运动信息值中减去一个指定的第二值，以按照如下方式计算一个新的运动信息值：
                V(i，j)＝V(i，j)-T2(公式2)
在公式(2)中，V(i，j)代表第i行上的第j个像素，T2代表第二指定值。与第一值相似，第二值可以随机/任意设置，例如可以设置为1。根据本发明的一个方面，典型地，T1和T2可以是在由图像处理应用所决定的预定范围之内的任意数字。典型地，运动计算单元150内的第一多路信号分离器161执行操作302。进一步，加法操作304或减法操作308由在运动计算单元150内的法器151或减法器153分别执行。
在操作306中，第一和第二限制器155和157确定执行加或减后的运动信息值落在特定范围内，如果其中执行加或减后的运动信息值在一指定值之上或之下，则第一和第二限制器155和157对执行加或减后的运动信息值进行校正，使其不要超出设定值的范围。
在操作312中，运动计算单元150将所限制的执行加或减后的运动信息值存储在设置在运动计算缓冲单元200中相应位置处。如图3所示，基于连续输入至运动检测单元100的多个扫描场，从操作300到312，一个扫描场一个扫描场地重复执行，且此后进行了加减计算的运动信息值被存储在运动计算缓冲单元200内。根据主题/图像处理环境，可适当地设置进行计算的运动信息值的数量。
因此，通过参照缓冲器200内的计算后的运动信息值，由于通过使用第n+1个扫描场(fn+1)对第n个扫描场(fn)的运动信息值进行加或减并且限制(即，调节运动信息值)，因而可以消除在仅使用紧前于或紧后于当前扫描场的前一扫描场和后一扫描场进行运动检测的情况下出现的虚假静止区域，或是在相反情况下发生的虚假运动区域。更确切地，本发明提供一种机器可读存储器，基于通过仅使用当前扫描场的前一扫描场和后一扫描场对当前图像扫描场的像素运动信息值执行限制的加或减，该存储器在图像扫描场运动检测期间，存储至少一个依照消除虚假静止区域和虚假运动区域的处理来控制运动图像处理器的程序。
根据本发明的一个方面，运动检测设备进一步包括运动放大单元250。在这种情况下，运动放大单元250基于存储在运动计算缓冲单元200内的运动信息，放大从运动信息值中检测到的像素运动的范围，该范围从带有运动的像素放大至另一个相邻像素。运动放大单元250之所以将运动范围从带有运动的像素放大至另一个相邻像素的理由是，运动图像中的运动不是仅出现在一特定像素处，而是出现在一些区域内。因此，如果感测到一个特定像素内的运动，则可能是该特定像素以及其周围的像素正在运动。
图4是根据本发明实施例的使用图1所示运动检测设备的示例性去隔行装置的原理框图。根据本发明的运动检测设备可以使用去隔行设备将隔行扫描格式转换为逐行扫描格式的视频信息。在图4中，去隔行设备包括运动检测设备270，其根据图3所示的操作300至312，基于检测和校正的运动信息值，计算混合值(α)。使用该计算的混合值(α)，软开关单元285将通过使用场内插入方法的场内插入单元280的输出和通过使用场间插入方法的场间插入单元290的输出混合，由此生成最终的输出图像帧。
如上所述，根据本发明，可以快速并且正确地通过相对简单的方法，在避免在抑制当前插入的扫描场内所出现虚假静止区域的同时，检测运动区域和静止区域。在该运动区域以及静止区域上检测到的运动信息被提供给屏幕插入装置和类似装置并且在这些装置中使用。在软件和/或计算机硬件中进行图3所示以及图1，2和4的功能框图内所实施的本发明的处理。更确切地，本发明提供一种图像运动检测设备以及方法，其包括一个运动检测单元，该运动检测单元通过连续地输入多个时间连续的图像扫描场检测运动图像(画面)内的运动，并且检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块内的运动存在与否的运动信息值的检测运动图像内的运动信息。运动计算缓冲器存储每一像素/块的运动信息值；运动计算单元基于第n+1个扫描场的运动信息值，对存储在运动计算缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值进行校正。这样，可以通过一种相对简单的校正运动信息值的方法，同时抑制在当前插入的扫描场内出现虚假静止区域，而快速准确地检测运动图像内的运动区域和静止区域。
虽然，已经参照附图提出了本发明的技术精神，并且对与附图相应的本发明的实施例进行了描述，但本说明书中的描述仅出于示例的目的，而不是对本发明的限制。同时，那些本领域普通技术人员可以在不脱离本发明精神和范围的情况下，作出各种变形，添加，以及替代。因此，应该理解本发明不仅限于它的权利要求以及等同物，还包括上述各种变形，添加以及替代。

Claims (17)

1.一种运动检测设备，包括：
运动检测单元，向其连续地输入有多个时间连续的扫描场，并且运动检测单元检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值；
运动计算缓冲器，存储每一像素/块的运动信息值；以及
运动计算器，基于由运动检测单元检测到的第n+1个输入扫描场的运动信息值，校正存储在运动计算缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值。
2.根据权利要求1的运动检测设备，进一步包括运动放大单元，其将基于带有运动的像素运动信息值，将所检测的像素运动的范围放大到到相邻的像素。
3.根据权利要求1的运动检测设备，其中运动检测单元基于紧前于和紧后于当前第n个扫描场的前一和后一扫描场，并且根据前一和后一扫描场中的相应位置处的像素/块之间像素值的不同，计算每一运动信息值。
4.根据权利要求1的运动检测设备，其中运动计算单元根据第n+1个扫描场的每一像素/块的运动信息值，对第n个输入扫描场的运动信息值进行校正，如果相应像素/块带有运动则该校正是通过给存储在运动计算缓冲单元的运动信息值加上一个指定的第一值而完成的，如果相应像素/块内不带有运动，则该校正是通过对存储在运动缓冲单元内的运动信息值中减去一指定的第二值而完成的。
5.根据权利要求4的运动检测设备，其中指定的第一值大于指定的第二值。
6.根据权利要求4的运动检测设备，其中运动计算单元包括：
给运动信息值加上一指定的第一值，并且输出和的加法器；
从运动信息值中减去一指定的第二值，并且输出差的减法器；
第一和第二限制器，用于对从加法器和减法器中输出的运动信息值进行校正，使其在一个特定的范围内，并且将该限制器校正过的运动信息值输出；
多路器，用于基于第n+1个输入扫描场的运动信息值，选择性地将来自第一和第二限制器的运动信息值之一输出。
7.一种运动检测方法，包括：
连续地输入多个时间连续的扫描场；
检测代表第n个输入扫描场的每一像素/块的运动存在和不存在的运动信息值；
存储每一像素/块的运动信息值；以及
基于第n+1个输入扫描场的运动信息值，对存储在运动计算缓冲单元内的第n个输入扫描场的运动信息值进行校正。
8.根据权利要求7的运动检测方法，进一步包括将从运动信息值所检测的像素运动范围从带有运动的像素放大到相邻的像素。
9.根据权利要求7的运动检测方法，其中运动信息值的检测包括基于紧先于或紧后于第n个输入扫描场的前一和后一扫描场，并且依据前一和后一扫描场内相应位置处的像素/块之间像素值的不同，计算运动信息值。
10.根据权利要求7的运动检测方法，其中运动信息值的校正包括，对于第n+1个扫描场的每一像素/块，如果相应的像素/块带有运动，则给所存储的运动信息值加上一指定的第一值，如果相应的像素/块不带有运动，则从所存储的运动信息值中减去一指定的第二值。
11.根据权利要求10的运动检测方法，其中指定的第一值大于指定的第二值。
12.根据权利要求10的运动检测方法，其中运动信息值的校正进一步包括：
给运动信息值加上一指定的第一值，并且将和输出；
从运动信息值中减去一指定的第二值，并且将差输出；
限制经该加减运算后所输出的运动信息值，使其在一特定的范围内，并且将进行加和减的校正过的值输出；
依据第n+1个输入扫描场的运动信息值，选择性地将经限制的运动信息值之一输出。
13.一种运动图像处理器，包括：
运动检测器，检测代表第n个输入图像扫描场的每一像素/块的运动存在与否的运动信息值；
运动计算器，基于第n+1个输入图像扫描场的运动信息值，对检测到的第n个输入图像扫描场的运动信息值进行调节。
14.权利要求13的处理器，其中运动计算器根据调节过的所检测的第n个输入图像扫描场的运动信息值计算混合值(α)，并且将该混合值输出到去隔行处理器，该去隔行处理器输出基于该混合值的图像帧。
15.权利要求14的处理器，其中去隔行处理器将场内以及场间插入的输与调节后的检测运动信息值混合，以输出图像帧。
16.权利要求13的处理器，其中根据公式V(i，j)＝V(i，j)+T1或公式V(i，j)＝V(i，j)-T2调节运动信息值，其中V(i，j)代表第n个输入图像扫描场的第i行上的第j个像素的运动信息值，T1，T2分别是在一预定范围内的随机的第一值和第二值。
17.用于存储至少一个根据处理过程控制一运动图像处理器的程序的机器可读存储器，包括：
通过仅使用紧先于和紧后于当前扫描场的当前图像扫描场的像素运动信息值，基于执行了限制加或限制减的当前图像扫描场的像素运动信息，在图像扫描场运动检测过程中消除虚假的静止区域和虚假的运动区域。
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