JP2000083257A - ビデオエンコ―ダの運動推定器における場面の変化の検知 - Google Patents

ビデオエンコ―ダの運動推定器における場面の変化の検知

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パウ ダニロ
Daniele Bagni
バーニ ダニエーレ
Luca Pezzoni
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ビデオ画像を処理する場合の運動推定を改良
する技術を提供する。 【解決手段】 時間的冗長性を除去するための運動推定
を包含するピクチャからなるビデオシーケンスに関する
デジタルデータの圧縮及びコーディングは、場面の変化
に先行するピクチャに対して前方運動推定のみを使用し
且つ与えられたシーケンスの場面の変化に続くピクチャ
に対して後方運動推定のみを使用してピクチャの予測計
算を行うために場面の変化の発生を認識する能力から著
しい利点が得られる。本発明方法によれば、２つの別々
のインデックスをチェックすることによって場面の変化
を信頼性を持って検知される。ノイズのあるピクチャ、
ズーム動作及び一方又は他方のインデックスに影響を与
える可能性のあるその他の状況においての偶発的な検知
が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオ圧縮器及び
コーダー用のビデオ画像を処理する運動推定システムに
関するものである。
【０００２】
【従来の技術】運動推定の基礎的な概念は以下のような
ものである。ピクチャのあるフィールドの１組のピクセ
ルは、先行するものを移動させることによって得られた
引続くピクチャの同一のフィールドの位置に配置させる
ことが可能であるというものである。勿論、これらのオ
ブジェクトの置換えは、ビデオカメラに対して以前は見
えなかった部分及びそれらの形状の変化（例えば、ズー
ム等）を顕示させる場合がある。
【０００３】画像のこれらの部分を識別し且つ関連付け
するのに適した一群のアルゴリズムは、通常、「運動推
定（ｍｏｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）」と呼ばれ
る。このような関連付けは、冗長な時間的情報を除去す
ることによって差分画像の部分を計算することを可能と
し、ＤＣＴ、量子化及びエントロピーコーディングによ
ってその後の圧縮プロセスをより効果的なものとさせ
る。このような方法はスタンダードのＭＰＥＧ−２にお
いて典型的な例が見出される。ビデオＭＰＥＧ−２コー
ダーの典型的なブロック図を図１に示してある。
【０００４】このようなシステムは以下の機能的ブロッ
クから構成されている。
【０００５】１）フィールド序列器 このブロックはＭＰＥＧスタンダードによって要求され
るコーディング順番でフィールドを出力する１個又は複
数個のフィールドメモリから構成されている。例えば、
入力シーケンスがＩＢＢＰＢＢＰ等である場合には、出
力順はＩＰＢＢＰＢＢ．．．である。
【０００６】Ｉ （イントラコード化ピクチャ）時間的
冗長性を包含するフィールド及び／又はセミフィール
ド； Ｐ （予測ピクチャ）は、先行するＩ及びＰ（前にコー
ド／デコード化）に関する時間的冗長性が除去されてい
るフィールド及び／又はセミフィールド； Ｂ （双方向予測ピクチャ）は、先行するＩ及び後に続
くＰ（又は先行するＰ及び後に続くＰ）に関する時間的
冗長性が除去されているフィールド及び／又はセミフィ
ールド（両方の場合において、Ｉ及びＰピクチャは既に
コード／デコード化されているものと考えねばならな
い）。
【０００７】フォーマット４：２：０における各フレー
ムバッファは以下のメモリ空間を占有する。
【０００８】 スタンダードＰＡＬ ルミナンス（Ｙ）に対する ７２０×５７６×８＝３，３１７，７６０ビッ ト クロミナンス（Ｕ）に対する３６０×２８８×８＝ ８２９，４４０ビッ ト クロミナンス（Ｖ）に対する３６０×２８８×８＝ ８２９，４４０ビッ ト −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Ｙ＋Ｕ＋Ｖ全体 ＝４，９７６，６４０ビッ ト スタンダードＮＴＳＣ ルミナンス（Ｙ）に対する ７２０×４８０×８＝２，７６４，８００ビッ ト クロミナンス（Ｕ）に対する３６０×２４０×８＝ ６１９，２００ビッ ト クロミナンス（Ｖ）に対する３６０×２４０×８＝ ６１９，２００ビッ ト −−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−− Ｙ＋Ｕ＋Ｖ全体 ＝４，１４７，２００ビッ ト ２）運動推定器 これは、Ｐ及びＢピクチャから時間的冗長性を取除くブ
ロックである。
【０００９】３）ＤＣＴ これはＭＰＥＧ−２スタンダードに従って余弦離散変換
を実施するブロックである。
【００１０】Ｉピクチャ及びエラーピクチャＰ及びＢは
ピクセルＹ，Ｕ，Ｖの８×８ブロックに分割されてお
り、それに関してＤＣＴ変換が実施される。
【００１１】４）量子化器Ｑ ＤＣＴ変換から得られる８×８ブロックは、次いで、Ｄ
ＣＴ係数の大きさを多かれ少なかれ劇的に減少させるた
めに量子化マトリクスによって除算される。このような
場合には、人間の視力に対して感度がより低い最も高い
周波数に関連する情報が除去される傾向となる。その結
果は再配置され且つ引続くブロックへ送られる。
【００１２】５）可変調コーディング（ＶＬＣ） 量子化器から出力されるコード化ワードは多かれ少なか
れ多数のヌル係数を有する傾向があり、その後にヌルで
ない値が続く。最初のヌルでない値に先行するヌル値が
カウントされ且つそのカウント値はコード化ワードの第
一部分を構成し、その第二部分はヌルでない係数を表わ
す。
【００１３】これらの対構成とされた値は他のものより
もより蓋然性のある値を取る傾向がある。最も蓋然性の
あるものは比較的短いワード（２，３又は４ビットから
構成されている）でコード化され、一方最も蓋然性のな
いものはより長いワードでコード化される。統計的に
は、出力ビットの数は、このような方法が実施されない
場合におけるものよりもより少ない。
【００１４】６）マルチプレクサ及びバッファ 可変長コーダー、量子化マトリクス、運動ベクトル及び
その他の構文上の要素によって発生されたデータは、Ｍ
ＰＥＧ−２スタンダードによって意図されている最終的
なシンタックス即ち構文を構成するために組立てられ
る。その結果得られるビットストリームはメモリバッフ
ァ内に格納され、その制限寸法はＭＰＥＧ−２スタンダ
ードによって画定され且つオーバーフローさせることは
不可能である。量子化器ブロックＱは、システムがこの
ようなメモリバッファの充填限界に対してどれ程離れて
いるかという及び運動推定及びＤＣＴ変換プロセスの上
流側において取られる８×８ソースブロックのエネルギ
に依存して、ＤＣＴ８×８ブロックの分割を多かれ少な
かれ劇的なものとさせることによって、このような限界
の側面を取扱う。
【００１５】７）逆可変長コーディング（Ｉ−ＶＬＣ） 上に特定した可変長コーディング機能は、逆の順番で実
行される。
【００１６】８）逆量子化（ＩＱ） Ｉ−ＶＬＣブロックによって出力されたワードは８×８
ブロック構造に再配置され、それはその先のコーディン
グのために使用したものと同一の量子化マトリクスによ
って乗算される。
【００１７】９）逆ＤＣＴ（Ｉ−ＤＣＴ） ＤＣＴ変換関数が逆にされ且つ逆量子化プロセスによっ
て出力された８×８ブロックへ適用される。このことは
空間周波数のドメインからピクセルドメインへ通過する
ことを可能とさせる。
【００１８】１０）運動補償及び格納 Ｉ−ＤＣＴの出力において、ブロックが存在する場合が
あり、即ち、 ※後のＰ及びＢピクチャからそれに関する時間的冗長性
を除去するために夫々のメモリバッファ内に格納せねば
ならないデコードしたＩピクチャ（又はセミピクチ
ャ）； ※運動推定フェーズ期間中に前に除去した情報に対して
加算されねばならないデコードした予測エラーピクチャ
（セミピクチャ）Ｐ又はＢ。Ｐピクチャの場合には、専
用のメモリバッファ内に格納されるこのような結果的に
得られる和が引続くＰピクチャ及びＢピクチャに対する
運動推定プロセス期間中に使用される。これらのフィー
ルドメモリは、通常、ブロックを再配置させるために使
用されるフィールドメモリとは別個のものである。
【００１９】１１）ディスプレイユニット このユニットはピクチャを４：２：０フォーマットから
４：２：２フォーマットへ変換し且つイメージを表示す
るためのインターレースしたフォーマットを発生する。
【００２０】上述したコーダーを実現するアーキテクチ
ュアおいて図１に示した機能的ブロックの順番付けを図
２に示してある。顕著な特徴は、フィールド再配置ブロ
ック（１）と、既に再生されたＰ及びＩピクチャを格納
するためのブロック（１０）と、ＭＰＥＧ−２コーディ
ングによって発生されたビットストリームを格納するた
めのブロック（６）とがコーダーのコアの集積回路外部
のメモリ装置内において集積化されているという事実で
ある。デコーダーは集積化された制御器によって適宜管
理される単一のインターフェースを介して該外部メモリ
（ＤＲＡＭ）へアクセスする。
【００２１】更に、予備処理ブロックがクロミナンスを
フィルタし且つサブサンプリング（ｓｕｂｓａｍｐｌｉ
ｎｇ）することによって、受取った画像を４：２：２フ
ォーマットから４：２：０フォーマットへ変換する。後
処理ブロックが画像のデコーディング及び表示フェーズ
期間中に逆の機能を実行する。
【００２２】コーディングフェーズは、更に、運動推定
を動作可能なものとさせるために基準ピクチャを発生す
るためのデコーディングステップを使用する。例えば、
第一Ｉピクチャがコード化され、従ってそれはデコード
され、格納され（１０節において説明したように）且つ
後のＰ及びＢピクチャをコード化するために使用される
予測エラーを計算するために使用される。
【００２３】コーディングプロセスによって前に発生さ
れたデータストリームのプレイバックフェーズは逆機能
的ブロック（Ｉ−ＶＬＣ，Ｉ−Ｑ，Ｉ−ＤＣＴ等）のみ
を使用し、直接的機能的ブロックを使用することはな
い。この観点から、画像の爾後的な表示のために実施さ
れるコーディング及びデコーディングは集積化アーキテ
クチュア内において非同時的なプロセスであるというこ
とが可能である。運動アルゴリズム推定の範囲は、シー
ケンスにおける画像／セミフィールドを予測し、それら
を、先行するか又は将来の画像／セミフィールドから発
生する予測子と呼ばれる全体的なピクセルブロックの構
成要素として得ることである。
【００２４】ＭＰＥＧ２スタンダードは以下の３つのタ
イプのピクチャ／セミフィールドを有している。
【００２５】※Ｉピクチャ（イントラコード化ピクチ
ャ）は、運動推定に対して提供されることのないピクチ
ャであり、従って、それらは時間的冗長性を包含してお
り且つ他の２つのタイプのピクチャコーディングに対し
て基本的なものである。
【００２６】※Ｐピクチャ（予測ピクチャ）は、それら
の先行するＩ又はＰピクチャに関しての運動推定を介し
て時間的冗長性が除去されているピクチャである。
【００２７】※Ｂピクチャ（双方向予測ピクチャ）は、
それらに先行し及び／又は将来のＩ及びＢピクチャに関
しての運動推定を介して時間的強調性が除去されている
ピクチャである。
【００２８】全数探索運動推定値によれば、プロセスは
以下の通りである。
【００２９】あるピクチャの２つのフィールド、即ち時
刻ｔにおけるＱ１及び時刻ｔ＋（ｋｐ）×Ｔにおけるそ
の後のフィールドＱ２について検討する（同じことがセ
ミフィールドに対しても適用される）。項ｋｐは先行す
るＩと後続のＰの間（又は２つのＰの間）に存在するＢ
フィールドの数に依存する定数であり、Ｔはフィールド
期間（ＰＡＬスタンダードの場合には１／２５秒であ
り、ＮＴＳＣスタンダードの場合には１／３０秒であ
る）である。Ｑ１及びＱ２はルミナンス及びクロミナン
ス成分によって構成されている。Ｎ個の行とＭ個の列か
らなるマトリクスとして表わすことの可能な例えばルミ
ナンス等のよりエネルギが高く、従ってより豊富な情報
成分に対してのみ運動推定を適用するものと仮定する。
各々がＲ個の行とＳ個の列とからなるマクロブロックと
呼ばれる部分にＱ１及びＱ２を分割する。Ｎ／Ｒ及びＭ
／Ｓの除算結果は、２つの整数でなければならないが、
それらは必ずしも等しいものである必要はない。
【００３０】Ｎｂ２（ｉ，ｊ）をフィールドＱ２に属す
る基準マクロブロックとして定義され且つその左上部分
における第一ピクセルがｉ番目の行とｊ番目の列との間
の交差点に存在するマクロブロックであるとする。対
（ｉ，ｊ）はｉ及びｊが、夫々、Ｒ及びＳの整数の倍数
であるという事実によって特性付けられる。
【００３１】図２ａはどのようにして該基準マクロブロ
ックがＱ２ピクチャ上に位置決めされるかを示してお
り、その場合に水平の点線矢印はＱ２上の種々のマクロ
ブロックを識別するために使用されるスキャニングの順
番を表わしている。
【００３２】Ｑ１フィールド上にＭＢ２（ｉ，ｊ）を投
影させ、ＭＢ１（ｉ，ｊ）を得るものと仮定する。Ｑ１
上において、その中心が（ｉ，ｊ）にあり且つｋがマク
ロブロックのインデックスであるとしてマクロブロック
ＭＢｋ［ｅ，ｆ］からなるサーチウインドウを定義す
る。ｋ番目のマクロブロックは、例えば、 −ｐ≦（ｅ−ｉ）≦＋ｐ −ｑ≦（ｆ−ｊ）≦＋ｑ のようにして座標（ｅ，ｆ）によって識別される。イン
デックスｅ及びｆは整数である。該マクロブロックの各
々はＭＢ２（ｉ，ｊ）の可能性のある予測子である。
【００３３】種々の運動推定アルゴリズムは、サーチウ
インドウにおいて予測子がサーチされ且つ選択される態
様に依存して互いに異なる。あるコスト機能を最小とさ
せる予測子が全体の組の可能性のある予測子の中から選
択される。このような機能は選択した運動推定アルゴリ
ズムに従って変化する場合があり、例えば、ＭＰＥＧ２
スタンダードの場合においては、基準マクロブロックに
関してＬ１ノルマを最小とする予測子をサーチする。こ
のようなノルマはＭＢ２（ｉ，ｊ）及びＭｂｋ（ｅ，
ｆ）に夫々属する同名ピクセルの間の差の絶対値の和に
等しい。Ｒ×Ｓ値は各和に貢献し、その結果的な値は歪
みと呼ばれる。
【００３４】従って、ＭＢ２（ｉ，ｊ）に最も類似する
予測子が、運動推定ステップの終りにおいて卓越する予
測子の座標によって識別される。卓越する予測子の位置
とＭＢ２（ｉ，ｊ）との間の差から発生する成分によっ
て構成されるベクトルは運動ベクトルと呼称され且つど
のようにしてＭＢ２（ｉ，ｊ）が先行するフィールド内
の同様のマクロブロックの移動によって派生するかを記
述する。
【００３５】Ｂフィールド又はセミフィールド １つのピクチャの３つのフィールド、即ち時刻ｔにおけ
るＱＢn-1、時刻ｔ＋（ｋB）×ＴにおけるＱＢｋBと、
時刻ｔ＋（ｋP）×ＴにおけるＱＢnについて検討する
（尚、同一のことはセミフィールドに対しても適用可能
である）。尚、ｋ P及びｋBはＢフィールド（又はセミフ
ィールド）の予め選択した数に依存する。Ｔはフィール
ド期間（ＰＡＬスタンダードの場合には１／２５秒であ
り、ＮＴＳＣスタンダードの場合には１／３０秒であ
る）である。ＱＴn-1、ＱＢｋB、ＱＴ nは、ルミナンス
成分及びクロミナンス成分によって構成される。Ｎ個の
行とＭ個の列とからなるマトリクスとして表現すること
の可能な例えばルミナンス等の最もエネルギが高く、従
って情報が豊富な成分に対してのみ運動推定を適用する
ものと仮定する。ＱＰn-1，ＱＰｋb，ＱＰnを、各々が
Ｒ個の行とＳ個の列とからなるマクロブロックと呼ばれ
る部分に分割する。Ｎ／Ｒ及びＭ／Ｓの除算結果は２つ
の整数でなければならないが、必ずしも等しいものであ
る必要はない。
【００３６】ＭＢ２（ｉ，ｊ）をフィールドＱ２に属す
るものであって、その左上部分における第一ピクセルが
ｉ番目の行とｊ番目の列との間の交差点にある基準マク
ロブロックとして定義されるマクロブロックであるとす
る。対（ｉ，ｊ）は、ｉ及びｊが夫々Ｒ及びＳの整数倍
数であるという事実によって特性付けられる。
【００３７】ＭＢ２（ｉ，ｊ）をＱＰn-1フィールド上
へ投影し、ＭＢ１（ｉ，ｊ）を得、且つＱＢn上へ投影
してＭＢ３（ｉ，ｊ）を得るものと仮定する。ＱＢn-1
上に、その中心が（ｉ，ｊ）にあり且つマクロブロック
ＭＢ１ｋ［ｅ，ｊ］を包含するサーチウインドウを定義
し、且つＱＢn上に、その寸法は異なるものとすること
が可能であり、又はいずれの場合においても、予め定め
たものとすることが可能であり、ｋがマクロブロックイ
ンデックスであるとしてＭＢ３ｋ［ｅ，ｆ］によって構
成される同様のサーチウインドウを定義するものとす
る。ＱＢn-1上のｋ番目のマクロブロックは以下のよう
にして、即ち、 −ｐ１≦（ｅ−ｉ）≦＋ｐ１ −ｑ１≦（ｆ−ｊ）
≦＋ｑ１ であるような座標（ｅ，ｆ）によって識別され、一方Ｑ
Ｂnフィールド上のｋ番目のマクロブロックは、以下の
ようにして、即ち、 −ｐ３≦（ｅ−ｉ）≦＋ｐ３ −ｑ３≦（ｆ−ｊ）
≦＋ｑ３ であるような座標（ｅ，ｆ）によって識別され、尚イン
デックスｅ及びｆは整数である。該マクロブロックの各
々はＭＢ２（ｉ，ｊ）の予測子であると言われる。
【００３８】従って、この場合には、ＭＢ２（ｉ，ｊ）
に対して２つのタイプの予測子が存在しており、即ち、
「前方」として呼称される推定されるべきブロック（Ｉ
又はＰ）を包含するものに時間的に先行するフィールド
上において得られたもの、及び「後方」として呼称され
る推定されるべきブロック（Ｉ又はＰ）を包含するもの
に時間的に追従するフィールド上において得られるもの
である。２つの組の可能な予測子、即ち使用中の運動推
定アルゴリズムのタイプに依存する組に属する予測子の
中で、２つの予測子、即ち１つが前方で且つ１つが後方
であるものが選択され、それはハードウエア構成のある
コスト機能を最小とさせる。
【００３９】この機能は選択される運動推定のタイプに
依存して変化する場合があり、例えば、ＭＰＥＧ２スタ
ンダードを選択する場合には、基準マックロブロックに
関してＬ１ノルマを最小とさせる予測子をサーチすべき
である。このようなノルマはＭＢ３ｋ（ｅ，ｊ）上への
ＭＢ２（ｉ，ｊ）及びＭＢ１ｋ（ｅ，ｆ）に属する同名
ピクセル間の差の絶対値の和に等しく、夫々、Ｒ×Ｓ値
が各和に貢献し、その結果は歪みと呼ばれる。
【００４０】従って、ある数の前方歪み値が得られ、そ
れらの中で、フィールドＱＰn-1上の卓越する位置
（ｅf，ｆf）を識別することによって最も低いものが選
択され、且つある数の後方歪み値が得られ、その中で、
ＱＢnフィールド上の新たな卓越する位置（ｅb，ｆb）
を識別することによって最も低い値が選択される。
【００４１】更に、ＭＢ２（ｉ，ｊ）と２つの卓越する
予測子の線形補間によって得られた理論的マクロブロッ
クとの間の歪み値が計算される。従って、ＭＢ２（ｉ，
ｊ）は、３つのタイプのマクロブロック、即ち前方予測
子（ｅf，ｆf）、後方予測子（ｅb，ｆb）又は両方の平
均を使用して最終的に推定することが可能である。卓越
する予測子の位置とＭＢ２（ｉ，ｊ）の位置との間の差
成分によって構成されるベクトルは運動ベクトルとして
定義され且つ、どのようにしてＭＢ２（ｉ，ｊ）が先行
するフィールド及び／又は引続くフィールドにおいてそ
れと同様のマクロブロックの移動から派生するものであ
るかを記述する。
【００４２】全数検索運動推定器及び階層的反復的運動
推定器は本願出願人と同一の名称で先の欧州特許出願第
９８８３０１６３．６号に記載されている。
【００４３】公知の運動推定器は、あるシーケンスの最
初から該シーケンスの最後までのピクチャを線形な態様
で考慮することによって運動推定を実施する。該シーケ
ンス期間中に、ピクチャの幾つかの点において、場面の
変化が発生する。公知の推定器によって実施される運動
推定プロセスは、いずれの場合においても、それらが今
や異なる場面に属するものであっても、先行するピクチ
ャ及び／又は引続くピクチャに関してのピクチャの予測
を行うことを試み、従って、推定中のピクチャに対して
殆ど相関を有するものではない。そのために、予測され
たピクチャは、不可避的に、異なる場面に属するピクセ
ルからなるブロックを包含する。
【００４４】このことは、深刻な欠点を構成しており、
且つ複数個のビデオ画像からなるシーケンス期間中に場
面の変化が発生する場合に公知の運動推定器から得るこ
との可能な性能を低下させる。
【００４５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、ビデオ圧縮器及びコーダー用のビデオ画像
を処理する場合の運動推定の改良した技術を提供するこ
とを目的とする。
【００４６】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、ビデオ
ピクチャのコーディングシステム用の運動推定アルゴリ
ズムが提供され、その場合に、基準フィールド（イント
ラコード化ピクチャ）が発生され且つ逐次的なＰ及び／
又はＢピクチャ（Ｐは予測ピクチャであり且つＢは双方
向予測ピクチャである）をコーディングする場合の予測
エラーを動的に計算するために使用すべく格納され、そ
れから、Ｐピクチャの場合には先行するＩ又はＰピクチ
ャに関して、又はＢピクチャの場合には先行する及び／
又は引続くＩ又はＰピクチャに関しての運動推定を介し
て時間的な冗長性が除去される。本発明方法は、シーケ
ンスにおいて時間的にある数のピクチャに関するあるパ
ラメータをモニタすることによって発生した場面の変化
を識別すること、及び場面の変化に先行する画像に対し
ては前方運動推定のみを使用し且つ２つのイントラピク
チャの間の場面の変化に続くピクチャに対しては後方推
定のみを使用すべく制限するために発生した場面の変化
のアサーション（活性）信号を使用することに基づいて
いる。
【００４７】
【発明の実施の形態】運動推定アルゴリズムは、予測さ
れるべき画像に属する各マクロブロックに対して１つ又
はそれ以上の予測子及び１つ及びそれ以上の運動ベクト
ルを識別し、従って運動フィールドを発生する。本発明
方法を説明する場合に、Ｐ又はＩタイプの２つの逐次的
なフィールド（従って、Ｍ＋２に等しいフィールドの総
数が考慮される）の間の時間的距離（以前に、Ｍに等し
く固定されている）に等しい数の１組のフィールドを参
照する。２つの逐次的なピクチャの間の時間的距離をフ
ィールド期間に等しいものであるとし、且つＭ＋２個の
ピクチャの全てについて既に運動推定しておりそれらの
夫々の運動フィールドを得ているものと仮定する。
【００４８】このピクチャのシーケンスにおいて場面の
変化が発生しなかったと仮定すると、推定は図２ｂに示
したように行われる。然しながら、例えばＱＢ1及びＱ
Ｂ2の間において場面の変化が発生した場合には、推定
は図２ｃに示したように効果的に発生すべきである。従
って、ピクチャＱＢ1はＱＢnが属する場面に関するもの
であるから、ＱＢ1はＱＰn-1によってのみ予測されねば
ならなず、且つ別の場面に属するＱＢnによって予測さ
れるものであってはならない。同一のことがＱＢ2及び
ＱＢM-1についても成立し、それはＱＰnに関してのみ予
測されねばならず且つＱＰn-1に関して予測されるもの
であってはならない。このことは、ＱＰnに対して適用
することは不可能であり、それは逐次的な及び／又は先
行するピクチャの予測に対する基礎をなすものであり且
つＱＰn-1に関して予測されるものではないので、全て
がイントラ（ｉｎｔｒａ）としてコード化されたマクロ
ブロックを有するものでなければならず、従ってＩピク
チャとなる。
【００４９】従って、場面の変化の精密な識別が正確な
ピクチャ予測を行うために極めて重要なものである。本
発明方法は、近くのマクロブロックに属する運動ベクト
ルの間に存在する相関を利用する。シーケンスにおい
て、場面の変化が存在しない場合には、運動推定アルゴ
リズムが順番付けした運動フィールドを発生する。何故
ならば、それらは、種々のピクチャの間のオブジェクト
の実際の移動を決定するからである。
【００５０】それによって、オブジェクトを形成するピ
クセルの全てのマクロブロックは同一の方向にシフト
し、従って、同一の運動ベクトルを有する。然しなが
ら、場面の変化が発生すると、運動推定アルゴリズムは
相関することのない運動フィールドを発生する。何故な
らば、それらはオブジェクトの実際の運動を決定するも
のではないからである。該アルゴリズムは他の場面に属
するものであって且つそれらを全く包含していない蓋然
性があるピクチャに関してのピクチャ内に包含される全
ての要素の移動を決定することを試みる。従って、オブ
ジェクトを構成するピクセルの全てのマクロブロックは
相関していない運動ベクトルを有しており、各ベクトル
は他のものとは異なる方向と値とを有している。
【００５１】この状態は不満足な運動推定を発生し且つ
多くのマクロブロックはイントラ（Ｉピクチャ）として
コード化される。運動推定のアルゴリズムによって見つ
けられた移動ベクトルの「有効性」を決定するために、
「平滑性」と呼ばれるピクチャ運動フィールドの配置の
インデックスが導入される。この平滑性インデックスは
次式によって定義される。
【００５２】
【数２】 尚、 ※ｍｖ＿ＭＢ（．，．）はマクロブロックＢ
Ｍ（．，．）と関連する運動ベクトルであり； ※和のインデックスＸは、周辺のものを除いて考慮中の
ピクチャの全てのマクロブロックに対して延長されるも
のであることを意味しており； ※△ｘ及び△ｙは図２ｄに示したように、実際のマクロ
ブロックＭＢ（ｉ，ｊ）とマクロブロックＭ
Ｂ（．，．）のうちの１つとの間の運動ベクトル座標の
差であり； ※インデックスｈ（ｈ＝１，２，３，４）は、ＭＢ
（ｉ，ｊ）と４個のＭｂｈ（．，．）のうちの各々との
間の△ｘ及び△ｙが計算されることを意味し； ※Ｎｂは周辺のものを除いて該ピクチャ内に含まれるマ
クロブロックの数である。
【００５３】場面の変化は以下の２つのファクタを結合
させることによって図３の手法に従って決定される。即
ち、 ※処理中のフィールド又はピクチャの多数のマクロブロ
ックはイントラとしてコード化され且つあるスレッシュ
ホールド数より大きいものが統計的考察によって決定さ
れ； ※両方とも最後のピクチャの平均平滑性インデックスを
参照する２つのスレッシュホールドに関する平滑性イン
デックスの変化、これらのスレッシュホールドも統計的
考察から派生される。
【００５４】これら２つの条件が同時的に発生すると、
場面の変化を信頼性をもって決定することが可能であ
り、それにより、場面の変化が存在する場合にも効果的
な運動推定の維持を確保することが可能である。少なく
とも２つの別個のインデックスを組み合わせて使用する
ことが場面の変化の偶発的な認識を防止する上で効果的
なものであることが判明した。
【００５５】場面の変化が発生しない場合であっても、
例えば、ノイズによって影響されたピクチャの場合にお
いては多数のマクロブロックがイントラとしてコード化
される場合があり、且つ、そのような状況の場合におい
ては、イントラとしてコード化されたマクロブロックの
数の他に平滑性インデックスを使用することは効果的な
判別を与える。同様に、ズームの場合においては、平滑
性インデックスが増加するがイントラとしてコード化さ
れたマクロブロックの数はそれ程顕著に増加するもので
はない。
【００５６】図４は２つの場面の変化と１つのズームを
有する卓球遊戯シーケンスに対する平滑性インデックス
を示している。２つの場面の変化は矢印で示した２つの
点に一致しており、平滑性インデックスは顕著なピーク
を有しており、一方それは該シーケンスの残部に対して
はほぼ一定に留まっている。ズームはフレーム番号６と
一致しており、その点において平滑性インデックスがイ
ンクリメント即ち増加しており、それはあたかも場面の
変化があったかのように誤って解釈される可能性があ
る。然しながら、イントラとしてコード化されるマクロ
ブロックの数は低い値に留まるので、このような誤った
解釈は回避される。
【００５７】図４から、最後のピクチャの平均平滑性値
に基づいて上述した平滑性スレッシュホールドの計算を
行うことが如何に重要なものであるかを理解することが
可能である。番号１０から番号５２へのフレームはこの
シーケンスの他のフレームのものより一層高い平均平滑
性インデックスを有している。
【００５８】場面の変化を決定するアルゴリズムは以下
の通りである。
【００５９】※ピクチャの外側クラウン（冠部分）のも
のを除いて該ピクチャの全てのマクロブロックの間にお
いての局所的平滑性インデックス（＝ｌｏｃａｌ＿ｓｍ
ｏｏｔｈ）の計算 ※イントラ（ｉｎｔｒａ）としてコード化されたマクロ
ブロックの数（＝ｎｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿ｉｎｔｒａ）の
計算 ※最後の４個（１例として）のピクチャの平均平滑性イ
ンデックス（＝ａｖｅｒａｇｅ＿ｓｍｏｏｔｈ）の計算 ※スレッシュホールド１（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ１）＝ａ
ｖｅｒａｇｅ＿ｓｍｏｏｔｈ×α ※スレッシュホールド２（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ２）＝ａ
ｖｅｒａｇｅ＿ｓｍｏｏｔｈ×β ※スレッシュホールド３（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ３）＝ｎ
ｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿ｉｎｔｒａ×χ 尚、α，β，χは数値係数である。
【００６０】※ｎｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿ｉｎｔｒａ＞ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄ３及びｌｏｃａｌ＿ｓｍｏｏｔｈ＞ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄ１又はｌｏｃａｌ＿ｓｍｏｏｔｈ＜ｔｈ
ｒｅｓｈｏｌｄ２が成立する場合には、場面の変化があ
り、そうでない場合には、場面の変化は存在しない。
【００６１】本発明方法の有用性は、例えば、前述した
欧州特許出願第９８８３０１６３．６号に記載されてい
る反復的階層的推定器及び階層的推定器における処理の
逐次的ステップを実施する運動推定アルゴリズムの場合
に増加する。実際に、中間に存在する場面の変化の識別
はステップノイズ推定アルゴリズムの中間点において実
施することが可能であり、且つその結果は全体的な最適
化のための運動推定アルゴリズムの逐次的ステップを条
件付けするために使用することが可能である。本発明
は、特に反復的階層的推定器にとって適している。何故
ならば、それは特に、首尾一貫した運動ベクトルフィー
ルドを発生し、且つ隣接するマクロブロックに関連する
変換ベクトルの間のこのような増強された相関は、本発
明方法が場面の変化を時期を得てより信頼性を持って検
知することを可能とさせる。
【００６２】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ制限
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の対象である「運動推定器」と呼ばれ
るブロックを包含するＭＰＥＧ−２ ＭＰ＠ＭＬビデオ
コーダーの機能的概略図。
【図２】 図１のＭＰＥＧ−２ ＭＰ＠ＭＬコーダーの
アーキテクチュアを示した概略ブロック図。
【図２ａ】 あるＱ２ピクチャ上でとられたマクロブロ
ックの位置を示しており水平の点線矢印がスキャニング
の順番を表わしている概略図。
【図２ｂ】 ある数のピクチャに関して実施される運動
推定の通常のメカニズムを示した概略図。
【図２ｃ】 ＱＢ1ピクチャとＱＢ2ピクチャとの間で場
面の変化が発生したことを考慮に入れた本発明に従う運
動推定の修正したメカニズムを示した概略図。
【図２ｄ】 平滑性インデックスを確立する上で考慮に
入れられるマクロブロック（周辺のものではない）の相
対的位置を示した概略図。
【図３】 本発明に基づいて場面の変化を検知するため
の手順を示した概略図。
【図４】 卓球遊戯期間中におけるピクチャの典型的シ
ーケンスに対する平滑性インデックスを示したグラフ
図。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ダニエーレ バーニ イタリア国， 22056 オルギアーテ モ ルゴラ， ビア プロメッシ スポシ ４ (72)発明者 ルカ ペッツオーニ イタリア国， 20032 コルマーノ， ビ ア クレリチ ２

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ビデオピクチャのコーディングシステム
    用の逐次的ピクチャフィールドからの運動推定方法にお
    いて、逐次的ピクチャ（予測ピクチャ、双方向予測ピク
    チャ）をコード化するために使用される予測エラーを動
    的に計算するために格納され且つ使用される基準ピクチ
    ャ（イントラコード化ピクチャ）を使用してピクチャを
    デコーディングし、前記ピクチャが分割されるピクセル
    のマクロブロックによって実施される先行するＩ又はＰ
    ピクチャ（予測ピクチャ）又は先行するＩ又はＰピクチ
    ャ及び／又は後続するＩ又はＰピクチャ（双方向予測ピ
    クチャ）に関しての運動予測を介して時間的冗長性が取
    除かれる運動推定方法において、 周辺マクロブロックを除いてピクチャの細分化の全ての
    マクロブロックの運動ベクトルを解析することによって
    各ピクチャの運動フィールドの平滑性インデックスを定
    義し且つ計算し、 ある予め確立した数の最後に処置したピクチャに対する
    平均平滑性インデックスを計算し、 イントロマクロブロックとしてコード化されているもの
    と同一のピクチャに属するマクロブロックの数をモニタ
    し、 あるスレッシュホールド数と比較してより高いイントラ
    としてコード化されているのと同一のピクチャに属する
    マクロブロックの数及び／又は前記予め確立されている
    数の最後に処理したピクチャの平滑性インデックスの平
    均値に基づいて上部及び底部スレッシュホールドと比較
    して２つの逐次的ピクチャの平滑性インデックスの変化
    の結合から場面の変化を識別し、 前記場面の変化の識別を使用して前記場面の変化より先
    行するピクチャに対して前方運動推定のみを使用し且つ
    前記場面の変化に続くピクチャに対する後方運動推定の
    みを使用してピクチャの予測計算を行わせる、ことを特
    徴とする方法。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記平滑性インデッ
    クスが、 【数１】 尚、 ※ｍｖ＿ＭＢ（．，．）はマクロブロックＭ
    Ｂ（．，．）と関連する運動ベクトルである； ※和のインデックスＸは、その和が周辺のものを除いて
    処理中のピクチャの全てのマクロブロックに対して拡張
    されることを意味する； ※△ｘ及び△ｙは実際のマクロブロックＭＢ（ｉ，ｊ）
    と該マクロブロックＭＢ（．，．）のうちの１つとの間
    の運動ベクトル座標の差である； ※インデックスｈ（ｈ＝１，２，３，４）は前記マクロ
    ブロックのうちの前記他の１つを識別する； ※Ｎｂは周辺のものを除いたピクチャ内に包含されるマ
    クロブロックの総数である、 ことを特徴とする方法。
  3. 【請求項３】 逐次的なピクチャの同名のフィールドか
    らの運動推定システムを有するＭＰＥＧエンコーダにお
    いて、実施される運動推定のアルゴリズムが請求項１の
    方法に従って介在する場面の変化の識別によって条件付
    けされることを特徴とするＭＰＥＧエンコーダ。
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