JP2001028754A - 動きベクトル検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 広い探索領域でのブロックマッチング法によ
る動きベクトル検出には膨大な演算がかかってしまい、
逆に狭い探索範囲での動きベクトル検出では最適な動き
ベクトル検出が行われない。 【解決手段】 広い探索範囲を設定し、その探索範囲内
に既に求められた動きベクトルを基に中心候補ブロック
を設定し、その候補ブロックを中心に近傍の候補ブロッ
クのみでブロックマッチングを行う。そのブロックマッ
チングの結果、最小評価値を与える候補ブロックを中心
候補ブロックとし次のブロックマッチングを行う。その
中心評価ブロックの評価値が最小になるまで順次ブロッ
クマッチングを繰り返すことにより最適動きベクトルを
検出するのに係る演算量を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画像圧縮符号化
における動き補償符号化の際に用いる動きベクトルを検
出する動きベクトル検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】容量の小さい通信回線を用いての動画像
信号の転送や蓄積のためには、膨大なデータを有する画
像信号のデータ量を削減する画像圧縮技術が必要不可欠
となっている。一般に、画像信号は高い冗長性(削減可
能な情報)を含んでおり、その冗長度を削減する方法の
一つとしてフレーム間予測符号化方式がある。

【０００３】しかし、この方式は動きの小さい画像に対
しては高い画像符号圧縮が図れるが、動きの大きい画像
はフレーム間の相関が低くなるので後に符号量が多く発
生してしまう。その問題を解決する方法に動きベクトル
を用いた動き補償予測符号化方式がある。この動きベク
トルは、一般にはブロックマッチング法によって検出さ
れる。

【０００４】ブロックマッチング法では、図８に示すよ
うに、現フレーム(符号化フレーム)内の(M×N)個の画素
で構成された符号化ブロックに対し、現フレームとは時
間的に異なる参照フレーム上に設定した探索範囲内の(M
×N)個の画素で構成される各候補ブロックとの相関度を
評価する。相関度の評価値は、例えば、符号化ブロック
と候補ブロックとにおいて、同じ位置にある画素値の差
分絶対値を累積加算することによって求められる。

【０００５】求めた相関度の評価値が最小となる候補ブ
ロックと、参照フレーム上に投影した符号化ブロックと
の変位を動きベクトルとして検出する。このようなブロ
ックマッチング法では、広い探索範囲で動きベクトル検
出を行うと、ブロックマッチングに係る演算量が膨大な
ものとなる。演算量を抑えるために、探索範囲の境界部
から中央部に向かって相関度評価演算を行い、探索の打
ち切りに至るまでの平均的な演算量を削減する方法があ
る(特開平10-327401号公報)。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ブロッ
クマッチング法では、広い探索範囲で動きベクトル検出
を行うと最適な動きベクトルの検出が可能だが、その分
検出に係る演算量が膨大なものとなる。

【０００７】逆に、狭い探索範囲での動きベクトル検出
は、演算量は少なくなるが、最適な動きベクトルが検出
できるとは限らない。従来の動きベクトル検出方法で
は、探索範囲の境界(外周部)から中央部に向けてのブロ
ックマッチングのため、動きのほとんどない画像、つま
り探索範囲の中心近くの候補ブロックとマッチングし、
動きベクトルが零に近くなるような画像に対してのブロ
ックマッチングにおいては演算量が削減できるとは限ら
ない。

【０００８】よって本発明は、動画像符号化圧縮のため
の動きベクトル検出において、従来よりも演算量を削減
し、かつ演算量削減により最適な動きベクトルが検出で
きないということを回避するように動きベクトル検出方
法を改善するものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
め、本発明は、ブロックマッチングを符号化ブロックと
参照フレーム画像内の探索範囲の中心に位置する候補ブ
ロックと前記候補ブロックの８近傍(８方向)に位置する
候補ブロックから開始し、その結果最も相関度が高い候
補ブロックを中心候補ブロックとしてブロックマッチン
グを繰り返し行い、中心候補ブロックの相関度が最も高
くなるところで探索（ブロックマッチング）の打ち切り
を行うものである。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて説明する。

【００１１】（第１の実施形態）図１は、本発明の第１
の実施形態に係る動きベクトル検出方法の処理の流れを
示すフローチャートである。以下、図面を参照して本実
施形態について説明する。

【００１２】まず、図２に示すように、参照フレーム内
の探索範囲の中心に第１段階目の相関度評価（ブロック
マッチング）のための中心候補ブロックを決定し、その
中心候補ブロックとそれに隣接する８つの候補ブロック
の計９つの候補ブロックと符号化ブロックとで第１段階
目の相関度評価を行う（ステップＳ１）。

【００１３】次に、その相関度評価により求められた評
価値の中で最も小さい（相関度が高い）候補ブロックを
選択する（ステップＳ２）。

【００１４】選択された候補ブロックが現段階の相関度
評価の中心候補ブロックであるかどうかを判定する（ス
テップＳ３）。

【００１５】判定の結果、選択された候補ブロックが現
段階の相関度評価の中心候補ブロックならば相関度評価
を終了し、その候補ブロックと参照フレーム上に投影し
た符号化ブロックとの間の変位を最適動きベクトルとす
る。

【００１６】一方、選択された候補ブロックが現段階の
相関度評価の中心候補ブロックでないのなら、図３に示
すように、その候補ブロックを次段階の相関度評価の中
心候補ブロックとし（ステップＳ４）、再度その中心候
補ブロックとそれに隣接する８つの候補ブロックの計９
つの候補ブロックと符号化ブロックとで相関度評価を行
う（ステップＳ１）。

【００１７】相関度評価値が最小である候補ブロックが
相関度評価の中心候補ブロックになるまで繰り返すこと
で最適な動きベクトルを検出する。

【００１８】また、図２では、第１段階目の相関度評価
のための中心候補ブロックを探索範囲の中心にしている
が、図４に示すように、現符号化ブロックに隣接する符
号化ブロックに対して既に求められている最適な動きベ
クトルを足し込んだ位置にある候補ブロックを中心候補
ブロックとして相関度評価を開始しても構わない。

【００１９】以上のように、本実施の形態によると、相
関度評価のための候補ブロックを広い探索範囲の中から
数個の候補ブロックに限定し、段階的に探索中心位置を
ずらして探索していくことで、探索範囲内にある最適な
動きベクトルを検出することが可能となる。

【００２０】また、相関度評価を行う候補ブロック数を
限定することで、動きベクトル検出に係る演算量を削減
でき、かつ探索を動きの少ない探索範囲の中心、または
隣接する候補ブロックの動きベクトルを足し込んだ位置
から始め最適動きベクトルを検出するために、動きベク
トルを可変長符号化する時の割り当て符号長が短くな
り、従来よりも効率の良い画像圧縮を実現することがで
きる。

【００２１】（第２の実施形態）本発明の第２の実施形
態は、第１の実施形態に係る動きベクトル検出方法に、
しきい値を用いて動きベクトル検出の打ち切りを判断す
る処理を付加したものである。

【００２２】図５は、本発明の第２の実施形態に係る動
きベクトル検出方法の処理の流れを示すフローチャート
である。図５を参照して本実施形態について説明する。

【００２３】まず、第１段階目の相関度評価のための中
心候補ブロックを決定し、その中心候補ブロックとそれ
に隣接する８つの候補ブロックの計９つの候補ブロック
と符号化ブロックとの間で第１段階目の相関度評価を行
う（ステップＳＡ１）。

【００２４】次に、その相関度評価により求められた評
価値の中で最も小さい（相関度が高い）評価値（ＡＥ
１）を与える候補ブロックを選択する（ステップＳＡ
２）。動きベクトル検出打ち切りのためのしきい値（Ａ
Ｅ０）を設定する（ステップＳＡ３）。

【００２５】設定されたしきい値（ＡＥ０）と第１段階
目の相関度評価で求められた最小評価値（ＡＥ１）との
大小比較を行う（ステップＳＡ４）。

【００２６】ＡＥ１の方が大きい時は、最小評価値を与
える候補ブロックを次段階の相関度評価の中心候補ブロ
ックとし（ステップＳＡ４）、再度その中心候補ブロッ
クとそれに隣接する８つの候補ブロックの計９つの候補
ブロックと符号化ブロックとで相関度評価を行う（ステ
ップＳＡ１）。

【００２７】ＡＥ１の方が小さい時は、相関度評価を終
了し、その候補ブロックと参照フレーム上に投影した符
号化ブロックとの間の変位を最適動きベクトルとする。

【００２８】相関度評価値（ＡＥ１）がしきい値（ＡＥ
０）以下になるまで相関度評価を繰り返すことで最適な
動きベクトルを検出する。

【００２９】このように本実施形態では、しきい値の設
定によって第１の実施形態よりも動きベクトル検出打ち
切りに至るまでの繰り返し行われる相関度評価回数が減
り、結果として演算量を抑えることができる。

【００３０】（第３の実施形態）本発明の第３の実施形
態は、第１および第２の実施形態に係る動きベクトル検
出方法に、現符号化ブロックに隣接する符号化ブロック
の既知の動きベクトルを相関度評価時に評価係数として
用いることを付加したものである。

【００３１】図６は、その評価係数の一例を示す図であ
る。評価係数は、現符号化ブロックに隣接する符号化ブ
ロックの既知の動きベクトルの向きをもとに決定され、
その動きベクトルの向きと同じ方向にある候補ブロック
には、相関度評価において相関度が高くなる（評価値が
小さくなる）ように小さい評価係数を与え、逆にその動
きベクトルと反対の向きにある候補ブロックには相関度
が小さくなる（評価値が大きくなる）大きい評価係数を
与えるようにする。この時、中心候補ブロックには小さ
い評価係数を与えるようにする。

【００３２】また、図７に示すように、現符号化ブロッ
クに隣接する符号化ブロックの既知の動きベクトルの向
きをもとに、相関度評価を中心候補ブロックと中心候補
ブロックに隣接する８つの候補ブロックから３つの候補
ブロックに限定して行うこととしても構わない。

【００３３】以上のように、本実施の形態によると、相
関度評価のための候補ブロックに対し現符号化ブロック
に隣接する符号化ブロックの既知の動きベクトルをもと
に評価係数を与える、あるいは相関度評価を行う候補ブ
ロックを限定することで、符号化フレームの画像の動き
（向き）にあわせて相関度評価することになり、最適な
動きベクトル検出に至るまでの相関度評価演算の収束性
を高めることができる。

【００３４】本実施形態では、現符号化ブロックに隣接
する符号化ブロックの動きベクトルを基に評価係数を設
定しているが、現符号化ブロックより時間的に前に求め
られた符号化フレーム内の各符号化ブロックの動きベク
トルの平均値を基に評価係数を設定しても構わない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように本発明によると、符号化ブ
ロックとブロックマッチングを行う対象となる参照フレ
ーム画像の探索領域内の候補ブロックを、設定された中
心候補ブロックとその近傍の候補ブロックのみに限定し
相関度評価を行い、その結果最小の評価値を与える候補
ブロックを順次中心候補ブロックの位置として変更する
ことで、最適動きベクトル検出に至るまでのブロックマ
ッチングに係る演算量を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る動きベクトル検
出の処理の流れを示すフローチャート

【図２】本発明に係る動きベクトル検出のための相関度
評価を行う候補ブロック(第１段階目の探索)を示す図

【図３】本発明に係る動きベクトル検出のための相関度
評価を行う候補ブロック(第２段階目の探索)を示す図

【図４】本発明の第１の実施形態に係る動きベクトル検
出における隣接符号化ブロックの既知動きベクトルを使
用しての探索起点位置（中心候補ブロック）の変更を示
す図

【図５】本発明の第２の実施形態に係る動きベクトル検
出の処理の流れを示すフローチャート

【図６】本発明の第３の実施形態に係る動きベクトル検
出における隣接符号化ブロックの既知動きベクトルをも
とに決定する評価係数の一例を示す図

【図７】本発明の第３の実施形態に係る動きベクトル検
出における隣接符号化ブロックの既知動きベクトルをも
とに候補ブロックを限定しての相関度評価の一例を示す
図

【図８】動きベクトル検出（ブロックマッチング）を示
す図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 符号化フレーム画像内の符号化ブロック
   に対し、参照フレーム画像内の探索範囲から前記符号化
   ブロックとの相関度が最も高い候補ブロックを検出し、
   この候補ブロックに対応する動きベクトルを最適動きベ
   クトルとして決定する動きベクトル検出方法において、
   前記探索範囲の中心を相関度評価の起点とし、第１段階
   目の相関度の評価を前記起点に位置する候補ブロックと
   前記候補ブロックを中心とし隣接する８つの候補ブロッ
   クで行い、第２段階目の相関度の評価は前記第１段階目
   の相関度評価の結果最も相関度の高い候補ブロックを中
   心の候補ブロックとし、この候補ブロックを中心とし隣
   接する８つの候補ブロックで行い、相関度評価の中心の
   候補ブロックの相関度が隣接する８つの候補ブロックの
   相関度より高くなるまで前記第１、第２段階目の相関度
   評価を繰り返すことを特徴とする動きベクトル検出方
   法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動きベクトル検出方法に
   おいて、相関度評価を行う中心の候補ブロックの相関度
   が設定された閾値以下になった時、この候補ブロック
   を、最適動きベクトルを与える候補ブロックと決定する
   ことを特徴とする動きベクトル検出方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載の動きベクトル検出方法に
   おいて、前記探索範囲の中心に符号化フレーム画像内の
   当該符号化ブロックに隣接する符号化ブロックに対する
   検出済み最適動きベクトルを足し込んだ位置を当該符号
   化ブロックの相関度評価の起点とすることを特徴とする
   動きベクトル検出方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載の動きベクトル検出方法に
   おいて、符号化フレーム画像内の当該符号化ブロックに
   隣接する符号化ブロックに対する検出済み最適動きベク
   トル値を、当該符号化ブロックと候補ブロックとの相関
   度評価の際の評価係数として利用することを特徴とする
   動きベクトル検出方法。
5. 【請求項５】 請求項４記載の動きベクトル検出方法に
   おいて、符号化フレーム画像内の当該符号化ブロックに
   隣接する符号化ブロックに対する検出済み最適動きベク
   トルの向きから、相関度評価の候補ブロックを探索範囲
   中心候補ブロックと３方向にのみ限定して評価すること
   を特徴とする動きベクトル検出方法。