JP2001189934A - 適応性のある動き精度をもった動き推定方法 - Google Patents
適応性のある動き精度をもった動き推定方法Info
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Abstract
トルの計算技法を含む適応性のある動き精度をもった動
き推定方法を提供する。 【解決手段】 1つの技法は、最適動きベクトルをスマ
ートに探索する部分画素空間におけるファストサーチ戦
略を用いる。別の技法は、異なる段階で異なる補間フィ
ルタを用い高精度動きベクトルを推定して、計算の複雑
さを軽減する。他の技法は、異なる動き精度に従って適
応するレートひずみ判定基準を用いて最適の動きベクト
ルと最適の動き精度の両方を決定する。さらに他の技法
は、関連動きベクトル精度に従い異なる符号化単位にお
いて異なって解釈されるVLCテーブルを使用する。
Description
ビット圧縮又は符号化方法に関し、特に、動き補償動画
符号化における動きベクトルを推定して符号化する効果
的な方法に関する。
る現フレームを、“マクロブロック”と称する、例えば
16×16ピクセルの同一サイズの画像ブロックに分割
する。各現マクロブロック毎に、符号化器は、現マクロ
ブロックに最も一致する、前に符号化されたフレーム
(“参照フレーム”)内ブロックをサーチする。1個の
現マクロブロックと参照フレーム内の最も一致するマク
ロブロック間の座標移動量は、マクロブロックの2次元
ベクトル(“動きベクトル”)によって表現される。動
きベクトルの各成分は画素単位で測定される。
参照マクロブロックが同一位置にある場合、静止背景画
像が代表的な例であるように、現マクロブロックの動き
ベクトルは(0,0)である。最も一致する参照マクロ
ブロックが、現マクロブロックの座標から右に2画素及
び上に3画素の位置で発見された場合の動きベクトルは
(2,3)である。かような動きベクトルは、水平成分
X及び垂直成分Yが整数画素値を有しているので、整数
画素(又は“整数ペル”又は“完全ペル”)の精度を有
すると云う。図1において、ベクトルV1=(1,1)
は、任意の現マクロブロックに対する完全ペルの動きベ
クトルを表わしている。
しながら、フレームからフレームへ整数画素増分単位で
は移動しない。真の動きは、X及びY方向に沿った実数
値を取る。従って、現マクロブロックにより良く一致す
る参照マクロブロックは、前フレームをN×Nの因子
(ファクタ)で補間し、次に補間したフレーム内の最も
一致するマクロブロックをサーチすることにより発見で
きることがよくある。動きベクトルはXとYに沿って1
/N画素の増分値を取ることができ、1/N画素(又は
1/Nペル)の精度を有すると表現される。
規格に対する提案呼びかけへの応答(Response to Call
for Proposals for H.26L)”(Q.15/SG16,
文書Q15−F−11,ソウル,1998年11月)及
びITU電気通信標準化部門の“H.26L規格に対す
るTelenorの提案の強化(Enhancement of theTe
lenor Proposal for H.26L)”(Q.15/SG16,
文書Q15−G−25,モントレー,1999年2月)
において、Gisle Bjoitegaardは、動
画符号化規格H.26L(“Telenor符号化
器”)に関し1/3ペル精度の動きベクトルと立方体状
補間法の使用を提案した。これを実施するために、Te
lenor符号化器は、立方体状補間フィルタを用いて
参照フレームを3×3補間するか又は“アップサンプリ
ング”する。この補間バージョンは、参照フレームの9
倍のメモリを必要とする。1個の与えられたマクロブロ
ックにおいて、Telenor符号化器は最適動きベク
トルを2つのステップで推定する。即ち、符号化器は、
先ず最適な整数ペルベクトルを探索し、次にV1に近い
最適な1/3画素精度のベクトルV1/3を探索する。図
1の例では、3×3補間参照フレーム内の(16×16
画素)の全8ブロックを調べ、図示のように動きベクト
ルV1/3=(VX,VY)=(1+1/3,1)に関連
するブロックである最も一致するブロックを見つけ出
す。このTelenor符号化器は、幾つかの問題を有
している。先ず、1/3ペル精度の動きベクトルを計算
するために部分最適なファストサーチ戦略と複雑な立方
体フィルタを(全段階において)使用することである。
結果として、計算した動きベクトルは、最適ではなく、
莫大な記憶容量と計算量を要し非常に高価につく。さら
に、このTelenor符号化器は、1/3画素に固定
した有効レート歪み判定基準による精度を用い、そのた
めに、より良い動き精度を選択するようには適応できな
い。同様に、このTelenor符号化器の可変長符号
(“VLC”)テーブルは、1/3画素に固定した精度
を有しているので、異なる精度に対して適応できず異な
る解釈ができない。
1/2画素精度で動きベクトルを推定して符号化する
が、その理由は、従前の研究によれば、より高い又はよ
り適応性を有する動き精度では計算が複雑になるだけで
追加の圧縮利得が得られないことを示唆していたからで
ある。しかしながら、これらの従前の研究は、最適化レ
ート歪み判定基準を用いて動きベクトルを推定しておら
ず、計算の複雑化を減少させるためにかような基準の凸
状特性を利用しておらず、動きベクトルと動きベクトル
の精度を符号化する有効な戦略を用いていなかった。
nd Girodの論文(以後Girodの論文と略記
する)“分数ペル精度による動き補償予測(Motion-Com
pensating Prediction with Fractional-Pel Accurac
y)”(IEEE 通信会報,第41巻4号,604−
612頁,1993年4月)が挙げられる。このGir
odの論文は、動画符号化に部分画素(サブピクセル)
の動き精度を用いる利点に関する最初の基本的な分析で
ある。Girodは、部分画素空間における最適動きベ
クトルを探索するために簡単な階層戦略を用いた。彼は
また所与の精度に対する最適な動きベクトルを選択する
ために単純平均絶対差分(“MAD”)の基準を用い
た。この最適精度は、理想化された仮定に基くために非
実用的な公式を用いて選択され、非常に複雑であり、ま
た、全ての動きベクトルは1フレーム内の同一精度を持
つものに制限される。最後に、Girodは、予測誤差
エネルギーにのみ注目し、動きベクトルを符号化するた
めのビットの使用法には言及しなかった。
pta及びAllen Gershoの論文(以後“G
uptaの論文”と略記する)“分数画素の動き推定
(On Fractional Pixel Motion Estimation)”(SP
IE VCIP会報,2094巻408−419頁,ケ
ンブリッジ,1993年11月)が挙げられる。このG
uptaの論文は、動画圧縮のために部分画素精度で動
きベクトルを計算し選択して符号化する方法を提示して
いる。Guptaの論文は、平均自乗誤差(“MS
E”)と双線形補間に基づく公式を開示し、この公式を
用いて理想的な動きベクトルを見つけ出し、かようなベ
クトルを所望の動き精度に量子化した。所与の精度に対
する、この最適な動きベクトルは、部分最適MSE判定
基準を用いて決定され、この最適精度は歪みビット当た
りエネルギー差を最大限減少させる方法を用いて選択さ
れた。これは、渇望された(部分最適な)判定基準であ
る。所与の動きベクトルの符号化は、最初に1/2ペル
精度で符号化し、次に詳細化ビットでより高精度に符号
化する方法で行われた。粗から微細への符号化は、かな
りのビットを必要とするきらいがある。
化器の場合の最適動きベクトル精度(On the Optimal M
otion Vector Accuracy for Block-Based Motion-Compe
nsated Video Coders)”(IST/SPIE ディジ
タル動画の圧縮会報:アルゴリズムと技術,302−3
14頁,サンジョセ,1996年2月)(以後、Rib
asの論文と略記する)において、Jordi Rib
as−Corbera及びDavid L. Neuh
offは、動き精度のビットレートへの影響をモデル化
し、ビットレートを最小にする最適精度を推定する幾つ
かの方法を提案した。このRibasの論文は、任意精
度に対する動きベクトルを計算するためのフルサーチ方
法を記述し、双線形補間のみを考慮した。最適な動きベ
クトルはMSEを最小にすることにより発見し、最適精
度はレート歪みの最適化により導出された幾つかの公式
を用いて選択した。動きベクトルと精度は、リアルタイ
ム装置には実装が難しい、複雑なフレーム適応エントロ
ピー符号化器を用いて符号化した。
に関する新しいコア実験の提案(Proposal for a new c
ore experiment on Prediction enhancement at higher
bitrates)”(ISO/IEC JTC1/SC29
/WG11動画及び音声の符号化、MPEG97/18
27,セビリア,1997年2月)及び“1/4ペル動
き補償のための複雑さを軽減した実装装置の性能評価
(Performance Evaluatior of a Reduced Complexity I
mplemetatior for Quarter Pel Motion Compensatio
r)”(ISO/IEC JTC1/SC29/WG1
1動画及び音声の符号化,MPEG97/3146,サ
ンジョセ、1998年1月)において、Urich B
enzler は、動画シーケンスのために1/4ペル
精度の動きベクトルの使用と、MPEG4動画符号化基
準のさらに進んだ補間フィルタの使用を提案した。しか
しながら、Benzlerは、1/4ペルの動きベクト
ルの発見にGirodのファストサーチ技法を用いた。
Benzlerは、異なる補間フィルタを考慮しなかっ
たが、第1段階で複合フィルタを使用して第2段階でよ
り簡単なフィルタを使用することを提案し、一度に1つ
のマクロブロックを補間した。この方法は、多量のキャ
ッシュメモリは必要としないが、複雑であり、全ての動
きベクトルを1つのマクロブロック内の全ての可能なモ
ード(例えば、16×16,4−8×8,16−4×4
等)につき1/4ペル精度で計算して最適のモードを決
定するために、計算量が多大である。Benzlerは
MAD判定基準を使用して、全シーケンスに対し1/4
ペル精度に固定した最適な動きベクトルを発見した。従
って、最適な動き精度を選択する方法は示さなかった。
最後に、Benzlerは、1/2及び1/4画素精度
のベクトルを符号化するために使用可能な可変長符号
(“VLC”)テーブルを用いて動きベクトルを符号化
した。
適化したレート歪み基準を用いて動きベクトルを推定し
ておらず、かような基準の凸状特性を利用して計算の複
雑さを軽減していない。さらに、これらの参考文献は、
動きベクトルと精度を符号化する有効な戦略を用いてい
ない。
は、高画素精度(“分数”又は“部分画素”精度とも称
される)の動きベクトルを僅かな計算量の増加で計算す
ることにより従来技術の問題を解決する。
かなりの圧縮利得(例えば、動き精度の古典的な選択に
比較して30%に達するビットレートの削減)を同等の
計算レベルで達成できることが、実験により明らかにな
っている。動き精度に適応して計算し選択するので、本
発明は適応動き精度(“AMA”)方式として記述でき
る。
画素(サブピクセル)空間におけるファストサーチ戦略
を用いて最適な動きベクトルをスマートにサーチする。
この技法は、1マクロブロックに対する最適な動きベク
トルを発見することにより、動き補償動画符号化時の動
きベクトルを推定する。第1ステップは、V1に中心を
もつ予め定められた正方形範囲の部分画素解像度のグリ
ッド内で、第1セットの動きベクトル候補をサーチして
最適な動きベクトルV2を見つけ出す。次に、V2に中心
をもつ予め定められた正方形範囲の部分画素解像度をも
つグリッド内で、第2セットの動きベクトル候補を探索
して最適な動きベクトルV3を見つけ出す。その後、V3
に中心をもつ予め定められた正方形範囲の部分画素解像
度をもつグリッド内で、第3セットの動きベクトル候補
を探索してマクロブロックの最適動きベクトルを見つけ
出す。
高精度の動きベクトル推定技法は異なる段階において異
なる補間フィルタを使用して計算の複雑さを低減するこ
とができる。
歪み(RD)に関して最適のベクトルと精度を選択す
る。この実施形態は、異なる動き精度に従い対応するレ
ート歪み判定基準を用いて最適な動きベクトルと最適な
動き精度の両方を決定する。
有効な可変長符号化(VLC)法により、動きベクトル
と精度を符号化する。この技法は、異なる符号化単位で
異なる解釈が可能な、関連する動きベクトル精度に従っ
たVLCテーブルを使用する。
は、添付図面を参照し本発明の以下の詳細な説明を読め
ば容易に理解されよう。
クにおいて動き精度を変更して説明するが、精度を全シ
ーケンスに対して固定又はフレーム毎に変更する場合に
も適用できる。本発明は、又、発明の背景において記述
したように、Telenorの動画符号化器(及び特殊
にはTelenorの符号化器)を使用するものとして
記述する。Telenorの動画符号化器の用語を用い
て説明するが、ここに記述する技術は、任意の他の動き
補償動画符号化器にも適用できる。
/2ペル”)精度の動きベクトルと双線形補間を用い
る。Telenorの符号化器の第1バージョンは、1
/2ペル動きベクトルと双線形補間を用いる。しかしな
がら、Telenorの符号化器の最新バージョンは、
さらなる圧縮利得を得るために1/3ペルベクトルと立
方体形補間機能を内蔵している。特に、1つの与えられ
たマクロブロックにおいて、Telenorの符号化器
は、図2に示す2つのステップで最適な動きベクトルを
推定する。先ず、このTelenor符号化器は、最適
な整数ペルベクトルV1(図1)を探索する(ステップ
100)。次に、このTelenor符号化器は、V1
付近の最適な1/3ペル精度ベクトルV1/3(図1)を
サーチする(ステップ102)。この第2ステップは図
1のグラフに示すように、3×3内挿(補間)参照フレ
ーム内の(各々16×16の画素列を有する)全部で8
個のブロックを調べて最も一致するブロックを見つけ出
す。8個のブロックの動きベクトルは、V1に中心をも
つグリッド中に8個の実点で表示してある。図1におい
て、最も一致するのは、動きベクトルV1/3=(VX,V
Y)=(1+1/3,1)に関連するブロックである。
サーチ戦略又はファストサーチ戦略のいずれかを用いて
任意の動き精度の組(例えば、1/2, 1/3及び1
/6ペル精度動きベクトル)間で精度を選択できる。
3及び図4に示すように、このフルサーチ適応動き精度
(AMA)方式サーチ戦略の場合、Telenor符号
化器は、図3に示す5個の画素の(上方画素数、下方画
素数及び両側の画素数により規定される正方形ブロック
として定義される)“正方形範囲”と1/6画素解像度
のグリッド上の全ての動きベクトル候補をサーチする。
図4に示すように、フルサーチAMAの第1ステップ
(104)では最適な整数ペルベクトルV1(図1)を
サーチする。フルサーチAMAの第2ステップ(10
6)において、符号化器はV1付近の最適な1/6画素
精度ベクトルV1/6(図3)をサーチする。換言すれ
ば、このフルサーチAMAは、Telenorプロセス
の第2ステップを変更して符号化器が速度空間内の他の
部分画素位置における動きベクトル候補もサーチできる
ようにしたものである。この目的は、グリッド内の最適
動きベクトル、即ち、現マクロブロックに最も一致する
ブロック(補間参照フレーム内)を指示するベクトルを
発見することである。このフルサーチ戦略は、120個
の部分画素候補をサーチするので計算は複雑ではある
が、本発明のこの実施形態の全潜在能力を示している。
は、所与のマクロブロックに最も符合するブロックを確
定する判定測度又は基準の選択である。実際には、殆ど
の方法は、平均自乗誤差(MSE)又は平均絶対差分
(MAD)の何れかの判定基準を用いている。2つのブ
ロック間のMSEは、2つのブロックの画素値を引き算
して、画素値差を自乗し、平均値を取る。2つのブロッ
ク間のMAD差分は、自乗計算の代わりに画素値差の絶
対値を計算することを除き同様な歪み測度である。2つ
の画像ブロックが互いに類似であれば、MSE及びMA
Dの値は小さい。しかしながら、画像ブロックが類似で
なければ、これらの値は大きい。従って、代表的な動画
符号化器は、最小のMSE又は最小のMADの何れかを
もたらす動きベクトルを選択することにより、マクロブ
ロックに最も符合するマクロブロックを見つけ出す。言
い換えれば、最適動きベクトルに関連するブロックは、
MSE又はMADにおいて所与のマクロブロックに最も
近似のブロックである。
は、ベクトルを実際に符号化するビットのコストを考慮
していない。例えば、1つの任意動きベクトルはMSE
を最小にできるが、しかし、ビットで符号化するコスト
が非常に高く、符号化の観点から最適の選択でない場合
があり得る。
rが記述しているような最新の符号化器は、“歪み+L
×ビット”形のレート歪み(RD)判定基準を使用して
最適な動きベクトルを選択する。“歪み”値は、代表的
にはMSE又はMADであり、“L”は圧縮レベル(即
ち、量子化ステップサイズ)に依存する定数であり、
“ビット”は動きベクトルの符号化に要するビット数で
ある。一般に、このタイプのどのRD判定基準も本発明
に使用できる。しかしながら、本発明の場合、“ビッ
ト”は、ベクトルの符号化に要するビットとそのベクト
ル精度の符号化に要するビットを含んでいる。事実、幾
つかの候補が、幾つかの精度モードをもつために、若干
数の“ビット”値をもち得る。例えば、位置(1/2,
−1/2)に在る候補は、1/2又は1/6画素精度
をもつと考えられる。
図5及び図6に示すように、ファストサーチ適応動き精
度(AMA)方式サーチ戦略の場合、符号化器は動きベ
クトル候補の小さいセットのみを調べる。ファストサー
チAMAの第1ステップ(108)では、符号化器は、
1/2画素解像度のグリッドにおいてV1に中心をもち
一辺が1の正方形(正方形範囲1内)の8個の動きベク
トル候補をチェックする。最小のRDコストを有する候
補(即ち、8個の前ベクトルとV1の中で最適のもの)
を表現するためにV2を設定する(110)。次に、符
号化器は、1/6画素解像度のグリッド上でV2に中心
をもち一辺が1の正方形内の8個の動きベクトル位置を
チェックする(112)。V 2が最小RDコストを有し
ている場合(114)、符号化器は探索を中止し、V2
をブロックの動きベクトルとして選択する。そうでなけ
れば、8個の前ベクトルの中で最適のものを表現するた
めにV3を設定する(116)。符号化器は、次に1/
6画素解像度のグリッドにおいてV3に中心をもつ正方
形範囲1内の新しい動きベクトル候補をサーチする(1
18)。このグリッド内の幾つかの候補は既にチェック
済みであり飛ばすことができることに注意すべきであ
る。この最終ステップでは最小のRDコストをもつ候補
をブロックの動きベクトルとして選択する(120)。
サーチ戦略は、平均で(Telenor探索戦略より1
0個多い)部分画素空間における代表的な約18の位置
のRDコストをチェックするので、従って、全体として
の計算の複雑さは適度の増加に留まる。
実験結果は、このAMA方式のファストサーチバージョ
ンを用いることによる圧縮性能の損失が実際に皆無であ
ることを示している。その理由は、このファストサーチ
AMA探索戦略が、RDコストが高レベルから低レベル
にスマートに移行するパスを創設することによって“歪
み+L×ビット”曲線の凸度(“歪み”は凸性であるこ
とは知られている)を活用しているからである。
−120のうちの1つ又はそれ以上を変更する。これら
の実施形態も効率的であり、部分画素速度空間において
チェックする動きベクトル候補数をさらに削減してい
る。
ェックする。この実施例において、ステップ112は3
つの可能なシナリオの1つで置き換えられる。先ず、ス
テップ110からの最適な動きベクトル候補がV
1(“整数ペルベクトル”)の中心にあれば(13
0)、符号化器は中心ベクトルと次に最低のRDコスト
をもつ1/2ペル位置の間にある1/3ペル精度の3候
補をチェックする(132)。次に、ステップ110か
らの最適な動きベクトル候補がコーナーのベクトルであ
れば(134)、符号化器はかようなコーナーベクトル
に最も近い1/3ペル精度の4ベクトル候補をチェック
する(136)。第3に、ステップ110からの最適な
動きベクトル候補が2つのコーナーベクトルの間にあれ
ば(138)、符号化器は2つのコーナーベクトルの中
でRDコストが低い方を決定し、ステップ110からの
最適な動きベクトル候補とかようなコーナーとの間の直
線に最も近い1/3ペル精度の4ベクトル候補をチェッ
クする(140)。V2が中心に無く又コーナーベクト
ルでも無い場合は2つのコーナー間にある筈であり、こ
のプロセスを実行する際にステップ138は不必要にな
ることに注意すべきである。符号化器を1/3画素精度
の動きベクトルの探索に設定する場合、図7は、ステッ
プ114への続行ではなく終了になるように変更可能で
ある。
では1/2画素精度の動きベクトル候補のみをチェック
するために、ハードウェアとソフトウェアの実装に要す
る計算量とメモリは大幅に削減される。特に、このファ
ストサーチのスマートな実装において、参照フレームは
2×2だけ補間して1/2ペルベクトル候補に対するR
Dコストを得る。ハードウェア又はソフトウェア符号化
器用のファスト(又はキャッシュ)メモリは、参照フレ
ームを3×3だけ補間するために要するTelenor
の方法と比較してかなりの量削減される。Teleno
rの符号化器と比較し、キャッシュメモリは9/4の削
減又は2.25倍の削減になる。若干の追加補間はブロ
ック単位で後で行うことができる。
Dコスト関数値を下げる方向にサーチを方向づけるよう
に用いるので、これらの補間には複合フィルタを必要と
しない。従って、計算量はステップ108用に簡単な双
線形フィルタを用いることにより節減できる。
×16,4個の8×8等)の選択のような他の主要な符
号化に関する決定は、そのような決定は高精度を用いる
ことによる有意な利益がないので、1/2ペルベクトル
を用いて行うことができる。次に、符号化器は残りのス
テップにおいてチェックする若干の追加ベクトル候補に
対して必要な部分画素値を補間するためにより複雑な立
方体(3次)フィルタを使用することができる。マクロ
ブロックモードは既に選択済みであるので、これらの最
後の補間は選択モードに対し実施する必要がある。
立方体補間を用いるTelenorの方法と比較し、S
parc Ultra 10型ワークステーションでの
稼動時間で20%を超える計算量の削減が得られた。さ
らに、ファストメモリの必要性は、略半分に減少した。
又、圧縮性能に関しては損失は殆どなかった。このファ
ストサーチの1実施形態での比較において、Benzl
er技法は、Telenor符号化器において画素当た
り約70の補間を必要とするのに対し、本発明は画素当
たり約7つの補間を要するのみである。
適な動きベクトルと精度が決定されると、符号化器は動
きベクトルと精度値の両方をビットで符号化する。1つ
の方法は、所与の精度(例えば、半画素精度)で動きベ
クトルを符号化し、次に、そのベクトルをより高い動き
精度に詳細化するために幾つかのエクストラビットを追
加する。これは、B.Girodが提案した戦略である
が、但し、レート歪みの点では部分最適化である。
つのマクロブロックに対する動きベクトルの精度を表1
に示したような簡単な符号を用いて最初に符号化する。
符号長{1,2,2}の任意の他のテーブルを用いるこ
とも可能である。ビットレートは、代表的なDPCM法
を用いてさらに減少させることができる。
を符号化する。これらのビットはH26Lコーディック
において使用されるような単一VLCテーブルの項目よ
り得ることができる。重要なアイデアは、これらのビッ
トはマクロブロックの動き精度によって異なって解釈さ
れることである。例えば、動き精度が1/3であり、異
なる動きベクトルのX成分に対する符号ビットが000
011である場合、ベクトルのX成分はVx=2/3で
ある。精度が1/2であれば、ベクトルのX成分はVx
=1に相当する。
化に使用できる可変長符号(VLC)テーブルにより動
きベクトルを符号化するBenzlerの方法と比較し
て、本発明の方法は、任意の動き精度のベクトルを符号
化するのに用いられ、テーブルは、各フレームとマクロ
ブロックにおいて異なって解釈できる。さらに、本発明
の全体的方法は、任意の動き精度に適用でき、互いに倍
数であったり1/n(nは整数)型である必要はない。
所与の部分画素空間における増分数は単純に計数し、テ
ーブルの関連項目中のビットを符号として使用する。復
号器の観点からは、動き精度を復号すれば動きベクトル
もまた容易に復号することができる。その後、前フレー
ム中の関連ブロックを代表的な4タップの立方体補間器
を用いて再構築する。各動き精度毎に異なる4タップフ
ィルタが存在する。AMA方式は、予測ブロックの再構
築に要する動作数は同じで、動き精度とは無関係なの
で、復号の複雑さを増大させることはない。
載の種々の動画シーケンス、解像度及びフレームレート
でAMAを使用又は使用せずにTelenorの符号化
コーディックを試験した結果を示している。これらの図
面は、各ケース毎にレート歪み(“RD”)を作図した
ものである。“Anchor”曲線は、最適化H.263+
(図8と図9のみ)からのRD点を示している。“Te
lenor 1/2+b”曲線は1/2ペルベクトルと
双線形補間によるTelenor(古典的な例)を示し
ている。“Telenor1/3”曲線は、現Tele
norの提案(“Telenor符号化器”)を示して
いる。“Telenor+AMA+c”曲線は、本発明
のフルサーチ戦略によるTelenor符号化器を示し
ている。図15乃至図17に示す“Telenor+F
SAMA+c”曲線は、本発明のファストサーチ戦略に
よるTelenor符号化器を示している。(他に規定
がない限り、AMAのフルサーチバージョンは実験に使
用した符号化器の戦略であった。)全ての試験結果は、
符号化器と復号器においてクロスチェックを行った。こ
れらの結果は、AMAを実施する場合、信号対雑音(ノ
イズ)比のピーク(“PSNR”)における利得は、H
26Lを超え1dBの高さであり、古典的な例よりもさ
らに高い。
き、動画符号化共同体により共通に使用されている。後
者は、よく知られているシーケンス“パリ”を、XとY
成分が[−1,1]の範囲で任意の値をとる動きベクト
ルだけ移動させることにより得られた合成動画である。
この合成動画は、代表的な動画電話シーンにおいて手持
ちカメラにより生じた小さな動きをシミュレートする。
チ及びファストサーチの比較)図16及び17に示した
実験結果は、AMAに関するファストサーチ戦略(“T
elenor FSAMA+c”)とフルサーチ戦略
(Telenor AMA+c“)方式の符号化器の使
用性能が実際には同じであることを示している。ファス
トサーチ戦略は部分画素速度空間においてRDコスト曲
線の凸性を利用するのでこれは間違いない。言い換えれ
ば、RDコスト曲線の形状はなだらかな凸曲線を辿るの
で、その最小値は、曲線を下降させる幾つかのスマート
なファストサーチスキームを用いて容易に発見できる。
18に示すグラフにおいて、“1r”の標識をもつ曲線
は、動き補償のために1枚の参照フレームのみを使用し
た。従って、これらの曲線は図10に示した曲線と同じ
である。“5r”の標識をもつ曲線は5枚の参照フレー
ムを使用した。AMAによる利得は複数の参照フレーム
を使用して得た曲線に付加されることを実験は示してい
る。参照フレーム1枚の場合のAMAによる利得は、緑
とピンクの曲線(注:凡例で×と△)を比較することに
より測定でき、参照フレーム5枚の場合の利得は青と赤
の曲線(注:凡例で○と●)間で測定できる。
レベルで実施でき、異なるフレームは異なる動き精度を
用いることができるが、1フレーム内の全ての動きベク
トルには同一精度を用いることである。この実施形態に
おいて、動きベクトル精度は、フレーム層において1度
だけ信号化されるのが好ましい。実験は、全フレームに
対して最適な固定動き精度を用いることによっても、マ
クロブロック適応の場合につき提示したような圧縮利得
が生じることを示している。
符号化器は、異なるベクトル精度でフレーム全体に動き
補償を行い、その後、RD判定基準に従って最適な精度
を選択することができる。この方法は、パイプライン方
式のワンパス符号化器には適しないが、ソフトウェアベ
ースの符号化器又はより複雑な符号化には適用できる。
他のフレームベースの実施形態において、符号化器は所
与のフレームに対する最適精度を予測するために以前の
統計値及び/又は公式を用いることができる(例えば、
Ribasの論文に記述されている公式又はそのバージ
ョンを使用することができる)。この方法は、性能利得
は予測に用いる公式の精度に依存するが、ワンパス符号
化器には適している。
ためのものであり制限するものではなく、かような用語
と表現を用いるに当たって表示及び記述の特徴又はその
部分の同等の用語及び表現を排除する意図は全くなく、
本発明の範囲は特許請求範囲の請求項によってのみ規定
され限定されることを確認する。
置の例を示す図である。
法を説明するためのフローチャート図である。
ベクトル候補位置の例を示す図である。
ル推定方法の好ましい実施態様を説明するためのフロー
チャート図である。
動きベクトル候補位置の例を示す図である。
クトル推定方法の好ましい実施形態を説明するためのフ
ローチャート図である。
を説明するためのフローチャート図である。
フレームのフレームレートと解像度QCIFで適応動き
精度(AMA)を使用、または使用しないでTelen
or符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図であ
る。
フレームのフレームレートと解像度QCIFで適応動き
精度(AMA)を使用または使用しないでTeleno
r符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図であ
る。
フレームのフレームレートと解像度QCIFで適応動き
精度(AMA)を使用または使用しないでTeleno
r符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図であ
る。
フレームレートと解像度SIFで適応動き精度(AM
A)を使用または使用しないでTelenor符号化器
の性能試験をした結果を示すグラフ図である。
レームのフレームレートと解像度QCIFで適応動き精
度(AMA)を使用または使用しないでTelenor
符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図である。
毎秒15フレームのフレームレートと解像度SIFで適
応動き精度(AMA)を使用または使用しないでTel
enor符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図
である。
毎秒15フレームのフレームレートと解像度QCIFで
適応動き精度(AMA)を使用または使用しないでTe
lenor符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ
図である。
15フレームのフレームレートと解像度QCIFで適応
動き精度(AMA)を使用または使用しないでTele
nor符号化器の性能試験をした結果を示すグラフ図で
ある。
0フレームのフレームレートと解像度QCIFでファス
トサーチ戦略(“Telenor FSAMA+c")
及びフルサーチ戦略(“Telenor AMA+
c”)の性能試験の結果を示すグラフ図である。
0フレームのフレームレートと解像度QCIFでファス
トサーチ戦略(“Telenor FSAMA+c")
及びフルサーチ戦略(“Telenor AMA+
c”)の性能試験の結果を示すグラフ図である。
CIFと毎秒10フレームのフレームレートで動き補償
のために1枚の参照フレームのみを使用し試験した場合
と動き補償のために複数枚のフレームを使用し試験した
場合とを比較する性能試験結果を示すグラフ図である。
Claims (22)
- 【請求項1】 1つのマクロブロックに対する最適な動
きベクトルを見つけ出すことにより、動き補償動画符号
化における動きベクトルを推定するための、ファストサ
ーチ適応性のある動き精度をもったサーチ方法であっ
て、(a) 最適動きベクトルV2を見つけ出すため
に、部分画素解像度グリッド上でV1を中心とする予め
定められた正方形範囲内の動きベクトル候補の第1セッ
トをサーチするステップと、(b) 最適動きベクトル
V3を見つけ出すために、部分画素解像度グリッド上で
V2を中心とする予め定められた正方形範囲内の動きベ
クトル候補の第2セットをサーチするステップと、
(c) 前記マクロブロックの前記最適な動きベクトル
を見つけ出すために、部分画素解像度グリッド上でV3
を中心とする予め定められた正方形範囲内の動きベクト
ル候補の第3セットをサーチするステップとを含んで成
ることを特徴とする動きベクトルを推定するためのファ
ストサーチ適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項2】 最適動きベクトルV2を見つけ出すため
に、部分画素解像度グリッド上でV1を中心とする予め
定められた正方形範囲内の第1セットの動きベクトル候
補をサーチする前記ステップは、最適動きベクトルV2
を見つけ出すために、1/2画素解像度グリッド上でV
1を中心とする正方形範囲1内の8個の動きベクトル候
補の第1セットをサーチするステップをさらに含むこと
を特徴とする請求項1に記載の動きベクトルを推定する
ためのファストサーチ適応性のある動き精度をもったサ
ーチ方法。 - 【請求項3】 最適動きベクトルV3を見つけ出すため
に、部分画素解像度グリッド上でV2を中心とする予め
定められた正方形範囲内の第2セットの動きベクトル候
補をサーチする前記ステップは、最適動きベクトルV3
を見つけ出すために、1/6画素解像度グリッド上でV
2を中心とする正方形範囲1内の8個の動きベクトル候
補の第2セットをサーチするステップをさらに含むこと
を特徴とする請求項1に記載の動きベクトルを推定する
ためのファストサーチ適応性のある動き精度をもったサ
ーチ方法。 - 【請求項4】 V2が最小レート歪みコストを有する場
合に前記ブロックに対する動きベクトルとしてV2を使
用するステップと、請求項1のステップ(c)をスキッ
プするステップとをさらに含むことを特徴とする請求項
1に記載の動きベクトルを推定するためのファストサー
チ適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項5】 前記マクロブロックの前記最適な動きベ
クトルを見つけ出すために、部分画素解像度グリッド上
でV3を中心とする予め定められた正方形範囲内の第3
セットの動きベクトル候補をサーチする前記ステップ
は、前記マクロブロックの前記最適な動きベクトルを見
つけ出すために、1/6画素解像度グリッド上でV3を
中心とする正方形範囲1内の8個の動きベクトル候補の
第3セットをサーチするステップをさらに含むことを特
徴とする請求項1に記載の動きベクトルを推定するため
のファストサーチ適応性のある動き精度をもったサーチ
方法。 - 【請求項6】 前記マクロブロックの前記最適な動きベ
クトルを見つけ出すために、部分画素解像度グリッド上
でV3を中心とする予め定められた正方形範囲内の第3
セットの動きベクトル候補をサーチする前記ステップ
は、前記第3セットの動きベクトル候補中の既にテスト
済みの候補をスキップするステップをさらに含むことを
特徴とする請求項1に記載の動きベクトルを推定するた
めのファストサーチ適応性のある動き精度をもったサー
チ方法。 - 【請求項7】 前記第1セットの動きベクトル候補をサ
ーチする前記ステップは、第1の補間を行うために第1
のフィルタを使用して前記第1セットの動きベクトル候
補をサーチするステップをさらに含み、前記第2セット
の動きベクトル候補をサーチする前記ステップは、第2
の補間を行うために第2のフィルタを使用して前記第2
セットの動きベクトル候補をサーチするステップをさら
に含み、前記第3セットの動きベクトル候補をサーチす
る前記ステップは、第3の補間を行うために第3のフィ
ルタを使用して前記第3セットの動きベクトル候補をサ
ーチするステップをさらに含むことを特徴とする請求項
1に記載の動きベクトルを推定するためのファストサー
チ適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項8】 最適動きベクトルV3を見つけ出すため
に、部分画素解像度グリッド上でV2を中心とする予め
定められた正方形範囲内の第2セットの動きベクトル候
補をサーチする前記ステップは、(a) V2が中心に
ある場合、1/3ペル精度の3候補V2と次に最低のR
Dコストをもつ1/2ペル位置をサーチするステップ
と、(b) V2がコーナーのベクトルである場合は、
V2に最も近い1/3ペル精度の4ベクトル候補をサー
チするステップと、(c) V2が2つのコーナーベク
トル間にある場合は、2つのコーナーの中のより低いR
Dコストをもつコーナーを決定し、より低いRDコスト
を持つ前記コーナーとの間のラインに最も近い1/3ペ
ル精度の4ベクトル候補をサーチするステップとをさら
に含むことを特徴とする請求項1に記載の動きベクトル
を推定するためのファストサーチ適応性のある動き精度
をもったサーチ方法。 - 【請求項9】 1つのマクロブロックに対する最適な動
きベクトルを見つけ出すことにより、動き補償動画符号
化における動きベクトルを推定するための、適応性のあ
る動き精度をもったサーチ方法であって、(a) 第1
補間を行うための第1フィルタを用いて、最適動きベク
トルV2を見つけ出すために、V1を中心とするグリッド
内の第1セットの動きベクトル候補をサーチするステッ
プと、(b) 第2補間を行うための第2フィルタを用
いて、最適動きベクトルV3を見つけ出すために、V2を
中心とするグリッド内の第2セットの動きベクトル候補
をサーチするステップと、(c) 第3補間を行うため
の第3フィルタを用いて、前記マクロブロックの前記最
適な動きベクトルを見つけ出すために、V3に中心を有
するグリッド内の第3セットの動きベクトル候補をサー
チするステップとを含んで成ることを特徴とする動きベ
クトルを推定するための適応性のある動き精度をもった
サーチ方法。 - 【請求項10】 第1補間を行うための第1フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、粗い補間を行うため
の簡単なフィルタの使用をさらに含むことを特徴とする
請求項9に記載の動きベクトルを推定するための適応性
のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項11】 第1補間を行うための第1フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、粗い補間を行うため
の簡単なフィルタの使用をさらに含み、第2補間を行う
ための第2フィルタを用いてサーチする前記ステップ
は、細かい補間を行うための複合フィルタの使用をさら
に含むことを特徴とする請求項9に記載の動きベクトル
を推定するための適応性のある動き精度をもったサーチ
方法。 - 【請求項12】 第3補間を行うための第3フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、細かい補間を行うた
めの複合フィルタの使用をさらに含むことを特徴とする
請求項11に記載の動きベクトルを推定するための適応
性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項13】 第1補間を行うための第1フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、2×2の参照フレー
ムを補間するための双線形フィルタの使用をさらに含む
ことを特徴とする請求項9に記載の動きベクトルを推定
するための適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項14】 第1補間を行うための第1フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、2×2の参照フレー
ムを補間するために双線形フィルタの使用をさらに含
み、第2補間を行うための第2フィルタを用いてサーチ
する前記ステップは、細かい補間を行うための立方体フ
ィルタの使用をさらに含むことを特徴とする請求項9に
記載の動きベクトルを推定するための適応性のある動き
精度をもったサーチ方法。 - 【請求項15】 第3補間を行うための第3フィルタを
用いてサーチする前記ステップは、細かい補間を行うた
めの立方体フィルタの使用をさらに含むことを特徴とす
る請求項14に記載の動きベクトルを推定するための適
応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項16】 1つのマクロブロックに対する最適な
動きベクトルを見つけ出すことにより、動き補償動画符
号化における動きベクトルを推定するための、適応性の
ある動き精度をもったサーチ方法において、(a) 前
記マクロブロックの第1の最適動きベクトルに対する第
1の動き精度をサーチするステップと、(b) 前記第
1の最適動きベクトルと前記第1の動き精度を符号化す
るステップと(c) 少なくとも1つの第2の動き精度
で前記マクロブロックの少なくとも1つの第2の最適動
きベクトルをサーチするステップと、(d) 前記少な
くとも1つの第2の最適動きベクトルと、前記少なくと
も1つの第2の動き精度とを符号化するステップと、
(e) 前記第1と少なくとも1つの最適動きベクトル
の中から前記最適な動きベクトルをレート歪み判定基準
を用いて選択するステップとを含んで成ることを特徴と
する動きベクトルを推定するための適応性のある動き精
度をもったサーチ方法。 - 【請求項17】 レート歪み判定基準を用いて前記最適
な動きベクトル選択する前記ステップは、前記最適動き
ベクトルと前記最適動き精度の両方を決定するために異
なる動き精度に従って前記レート歪み判定基準を適応さ
せるステップをさらに含むことを特徴とする請求項16
に記載の動きベクトルを推定するための適応性のある動
き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項18】 少なくとも1つの第2の動き精度で少
なくとも1つの第2の最適動きベクトルをサーチする前
記ステップは、前記第1の動き精度より細かい少なくと
も1つの第2の動き精度で、少なくとも1つの第2の最
適動きベクトルをサーチするステップをさらに含むこと
を特徴とする請求項16に記載の動きベクトルを推定す
るための適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項19】 レート歪み判定基準を用いて前記最適
な動きベクトル選択する前記ステップは、前記最適な動
きベクトルを選択するために“歪み+L×ビット”型の
レート歪み判定基準を使用するステップをさらに含むこ
とを特徴とする請求項16に記載の動きベクトルを推定
するための適応性のある動き精度をもったサーチ方法。 - 【請求項20】 1つのマクロブロックに対する最適な
動きベクトルを見つけ出すことにより、動き補償動画符
号化における動きベクトルを推定するための適応性のあ
る動き精度をもったサーチ方法であって、(a) 前記
マクロブロックの1つの最適動きベクトルに対する1つ
の動き精度をサーチするステップと、(b) 関連する
動きベクトル精度により異なる符号化単位において異な
って解釈された可変長符号(VLC)テーブルからのコ
ードを用いて、前記動き精度を符号化するステップと
(c) 個々の精度空間において前記最適な動きベクト
ルを符号化するステップとを含んで成ることを特徴とす
る動きベクトルを推定するための適応性のある動き精度
をもったサーチ方法。 - 【請求項21】 1つのマクロブロックに対する1つの
最適な動きベクトルを見つけ出すことにより、動き補償
動画符号化における動きベクトルを推定するためのシス
テムであって、(a) 最適動きベクトルV2を見つけ
出すために、部分画素解像度グリッド上でV1を中心と
する予め定められた正方形範囲内の第1セットの動きベ
クトル候補をサーチするための第1符号化器と、(b)
最適動きベクトルV3を見つけ出すために、部分画素
解像度グリッド上でV2を中心とする予め定められた正
方形範囲内の第2セットの動きベクトル候補をサーチす
るための第2符号化器と、(c) 前記マクロブロック
の前記最適な動きベクトルを見つけ出すために、部分画
素解像度グリッド上でV3を中心とする予め定められた
正方形範囲内の第3セットの動きベクトル候補をサーチ
するための第3符号化器とを含んで成ることを特徴とす
る動きベクトルを推定するためのシステム。 - 【請求項22】 前記第1符号化器,第2符号化器およ
び第3符号化器が単一の符号化器であることを特徴とす
る請求項21に記載の動きベクトルを推定するためのシ
ステム。
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US09/615,791 US6968008B1 (en) | 1999-07-27 | 2000-07-13 | Methods for motion estimation with adaptive motion accuracy |
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Cited By (11)
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