JP2001197501A

JP2001197501A - 動きベクトル探索器及び動きベクトル探索方法並びに動画像符号化装置

Info

Publication number: JP2001197501A
Application number: JP2000001691A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Yamori; 章弘屋森; Kiyoshi Sakai; 潔酒井
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2000-01-07
Filing date: 2000-01-07
Publication date: 2001-07-19
Also published as: US20010021272A1; US6816617B2

Abstract

(57)【要約】【目的】高圧縮かつ低伝送速度時にて、動きベクトル
情報量を低減すべく、ブロックマッチングで動きベクト
ルに付加量を加えて補正計算し、１回の動き探索で動き
ベクトルを計算しかつその付加量の大きさを調整するこ
とにより、動きベクトルの精度を保持した状態で効率的
に動きベクトルの情報量を削減できる、動きベクトル探
索器及び動きベクトル探索方法並びに動画像符号化装置
を提供する。【解決手段】動き探索器１０において、原画ＭＢと複
数の探索ＭＢのそれぞれとの差分量を計算して出力する
ブロック間差分演算部１１と、動きベクトルの水平成分
及び垂直成分と符号化状態とに依存する付加量を差分量
に加算した補正差分量を出力し隣接する複数の探索ＭＢ
の動きベクトルの補正差分量により動きベクトルを符号
化出力する付加量演算部１２と、原画ＭＢと探索ＭＢと
の間の相関度が最も高い最適動きベクトルを決定する比
較器１３とをそなえて構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばディジタル
動画像符号化における動きベクトル検出に用いて好適
な、動きベクトル探索器及び動きベクトル探索方法並び
に動画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、衛星放送、ＣＡＴＶ(Cable Telev
ision or Community Antenna Television System)等の
放送メディアにおいて、高画質の映像を多チャンネルで
配信するサービスが実施されており、専らＭＰＥＧ(Mov
ing Picture Experts Group)と呼ばれる圧縮技術が開発
されている。

【０００３】動画像は、種々の冗長性を有する。例え
ば、パニングと呼ばれる流し撮り手法は、画面に静止し
ている対象は同一のままカメラの向きを変更してその対
象を撮影するので、後続する画面に現れる対象と現在の
画面との間で、画像に関するデータは大差ない。従っ
て、画像は、まず、その対象の動き情報に関する部分に
ついてのみ、データ化されるようになっている。

【０００４】なお、以下の説明において使用する用語に
ついては、次のようになる。画面とは、物理的なディス
プレイ装置が表示するものであり、画像とは画面に含ま
れる物体や風景等の対象をいい、また、画素とは、画像
の解像度に対応する画面の点をいい、輝度値や色差値と
呼ばれる値を有するものであり、例えばパソコン等のピ
クセルが相当する。

【０００５】すなわち、静止画は、隣接する画素が類似
するという空間的冗長性を有する。例えば、画面の模様
が無地であって白一色の場合は、白と赤との２種類の色
からなる場合よりも、隣接する色については類推しやす
い。一方、動画像は類似した画像が続くという時間的冗
長性を有する。この時間的冗長性は、ある画素の輝度値
が近接する画素の輝度値と高い相関関係があるという特
質を有する。例えば映画では、少しずつ異なる画像が次
々と表示されて、動的となるので、時間的に前後の画像
は相互に類似している。

【０００６】このため、ＭＰＥＧ方式は、静止画の空間
的冗長性を除去するためのＤＣＴ(Discrete Cosine Tra
nsform：離散コサイン変換)と、動画像の時間的冗長性
を除去するための動き補償(ＭＣ：Motion Compensatio
n)との２種類の機能を有する。ここで、空間的冗長性を
除去するとは、直交変換（例えばＤＣＴ）を用いて、画
像を周波数成分に変換することにより高周波成分を無く
して、送信すべき情報を少なくすることをいう。

【０００７】また、時間的冗長性を除去するとは、フレ
ーム内における圧縮（後述するフレーム内圧縮）を使用
しないでフレーム間の差分をとり差分情報を符号化する
ことをいい、フレーム内圧縮ばかりを使うより、差分情
報を符号化した方が情報量を少なくできる。すなわち、
フレーム間で同位置のブロックとの差分を計算するより
も、後述する動き探索を行なって、差分のより小さい位
置を選択することにより、情報量を少なくするできるの
である。なお、差分は例えば（１０，１５）と表され、
また、これは動きベクトル(concealment motion vecto
r)と呼ばれ、例えば−１６から＋１５までを表わす可変
長符号(ＶＬＣ：Variable Length Code)とエフコード(f
code)とにより表現されている。

【０００８】まず、ＤＣＴは、一枚の元の画像を１６×
１６画素の正方形のマクロブロック（以後、ＭＢと略称
することがある）に分割し、各ＭＢを、低周波成分から
高周波成分へ分解する処理である。このＤＣＴにより、
周波数軸上における輝度値のランダムな分布が、低周波
領域に集中した分布に変換でき、また、高周波成分が除
去され、情報圧縮が可能となる。さらに、後述するよう
に、その圧縮率は変更することができる。

【０００９】また、動き補償とは、画像処理単位である
ピクチャ（符号化ピクチャともいう）から一定値だけシ
フトした位置と圧縮対象の符号化ピクチャとの差分を取
る方法を意味する。ここで、ピクチャとは、動画像中の
一枚ずつの静止画像を意味し、具体的にはフレーム又は
フィールドを指す。これらのフレーム又はフィールド
は、走査方式の違いによって生ずるものであり、また、
以下の説明において、ピクチャはフレーム又はフィール
ドの上位の意味で使用する。なお、その違いについては
後述する。

【００１０】そして、この動きベクトルを得る方法は、
動き探索と呼ばれ、原画像と参照画像とを比較すること
によって行なわれる。まず、１つの原画像から原画ＭＢ
が決定され、さらに、別の参照画像における四角形領域
が探索範囲として決定される。そして、その探索範囲に
おいて、原画ＭＢと同一の大きさの探索ＭＢ（参照Ｍ
Ｂ）が選択され、この探索ＭＢが、水平と垂直とにそれ
ぞれ、−１６から＋１５の範囲でシフトされて、絶対値
の和（絶対値和）や二乗和により、それらの差分が計算
され、この範囲にてその差分量が最小となる探索ＭＢの
相対位置が決定される。従って、この差分の演算は、例
えば２５６回行なわれる。

【００１１】なお、以下の説明における探索範囲は、一
例として、水平・垂直方向にそれぞれ、−１６から＋１
５の範囲でシフトさせるものとするが、この動き探索数
は２５６以外の値に設定することもできる。ＭＰＥＧ方
式は、例えばハーフペル動き補償（Half Pel Motion Co
mpensation）と呼ばれる手法もあり、この手法では動き
ベクトル（−３．５，５．５）等を作ることも可能であ
る。また、以下の説明において、差分量は、差分値の意
味で使用することがある。

【００１２】図１６は、動き探索の説明図であり、この
図１６に示す原画ピクチャ１００内に、ＭＢ１００ａが
設けられ、また、参照ピクチャ１１０内に、探索範囲１
１０ａが設けられる。そして、ＭＢ１００ａの位置を中
心として動き探索が行なわれ、ＭＢ１００ａは、探索範
囲１１０ａ内にて画素毎にシフトされた、ＭＢ１１０ｂ
との間の差分計算が行なわれる。

【００１３】図１７は、動きベクトルの説明図であり、
この図１７に示す外枠が、参照ピクチャ１１０における
探索する範囲（探索範囲１１０ａ）である。ここで、左
上方向を指す矢印が、動きベクトル１１１であり、ま
た、ＭＢ１１０ｃは、原画ピクチャ１００（図１６参
照）内のＭＢ１００ａと同じ位置にあり、ＭＢ１１０ｂ
は、探索範囲１１０ａ内における動き探索評価値が最小
となる位置である。そして、この動き探索評価値は、探
索範囲１１０ａの左上から１つづつシフトさせるラスタ
ースキャン走査(Raster Scan:ラスタ走査ともいう）に
より、各々差分量に基づいて計算され、その中での最小
値が動きベクトルとして決定されるのである。

【００１４】図１８は、ブロックマッチングの説明図で
あって、この図１８を用いて、ブロックマッチングを説
明する。この図１８に示す動き探索器１２０は、フレー
ムメモリ１２１ａとフレームメモリ１２１ｂとにそれぞ
れ接続されている。そして、フレームメモリ１２１ａか
ら探索ＭＢが、動き探索器１２０に入力されるととも
に、フレームメモリ１２１ｂから複数の原画ＭＢが、動
き探索器１２０に入力されるようになっている。また、
動き探索器１２０は、複数のブロック間差分演算回路１
２０ａ，１２０ｂ，…，１２０ｃを有し、これらのそれ
ぞれにおいて、原画ＭＢと探索ＭＢとの差分量が計算さ
れる。さらに、ブロック間差分演算回路１２０ａ，１２
０ｂ，…，１２０ｃのそれぞれから、演算結果が出力さ
れて、比較器１２０ｄにて、それら複数の演算結果中の
最小値が選択されて、動き探索結果として出力されるの
である。

【００１５】また、ブロックマッチングに用いられる演
算方法としては、差分量の絶対値和や、差分量の二乗和
等を用いることができ、その個数は、探索範囲にてシフ
トされた数だけ存在する。この図１８に示すブロック間
差分演算手段が、差分絶対値和演算回路で構成される場
合は、図１９のようになる。図１９は、差分絶対値和演
算回路のブロック図である。この図１９に示す差分絶対
値和演算回路１２２において、フレームメモリ１２１ｂ
からの原画ＭＢ画素１とフレームメモリ１２１ａからの
参照画素１とが、減算器１２２ａにて差分が取られ、絶
対値演算器（絶対値と表示されている）１２２ｄにてそ
の差分の絶対値が得られて、その絶対値が累積加算器１
２２ｇに入力される。

【００１６】同様に、減算器１２２ｂにて原画ＭＢ画素
２と参照画素２との差分が取られ、絶対値演算器（絶対
値）１２２ｅにてその差分に関する絶対値が得られ、そ
の絶対値が累積加算器１２２ｇに入力される。また、減
算器１２２ｃにて原画ＭＢ画素Ｎと参照画素Ｎとの差分
が取られ、絶対値演算器（絶対値）１２２ｆにてその差
分に関する絶対値が得られ、その絶対値が累積加算器１
２２ｇに入力される。さらに、累積加算器１２２ｇに
て、絶対値演算器１２２ｄ，１２２ｅ，１２２ｆからそ
れぞれ出力された絶対値が累積加算され、その値が出力
されるのである。ここで、画素番号１，２，…，Ｎは、
それぞれ、ＭＢをラスタースキャンした順番であって、
ＮはＭＢ内の画素数を表す整数である。

【００１７】図２０は、差分二乗和演算回路のブロック
図である。この図２０に示す差分二乗和演算回路１２３
における二乗和演算器（二乗値）１２３ｂが、図１９に
示す絶対値演算器１２２ｄと異なる点であり、その他
は、図１９に示すものと同様である。すなわち、フレー
ムメモリ１２１ｂからの原画ＭＢ画素１とフレームメモ
リ１２１ａからの参照画素１とが、減算器１２３ａにて
差分が取られ、二乗和演算器１２３ｂにて減算器１２３
ａからの差分に関する二乗の値（二乗値）が得られて、
その値が累積加算器１２３ｃに入力され、さらに、累積
加算器１２３ｃにて、他の二乗和演算器からそれぞれ出
力された二乗値が累積加算され、その値が出力されるの
である。また、画素番号１，２，…，Ｎは、それぞれ、
ＭＢをラスタースキャンした順番であって、ＮはＭＢ内
の画素数を表す整数である。

【００１８】このように、ＭＰＥＧ方式においては、動
き探索が行なわれ、動きベクトルは、符号化された画像
差分情報とともに送出されるのである。次に、ピクチャ
の下位の概念となる、フレーム又はフィールドについ
て、走査方式の違いとともに説明する。まず、フレーム
とは、動画像中の一枚ずつの静止画像をいい、また、フ
ィールドとは、１回の走査で生成される画像をいう。そ
して、これらフレーム及びフィールドは、それぞれ、動
画像の走査方式の違いに基づく。

【００１９】ここで、動画像の走査方式は、ノンインタ
ーレース(Non-Interlace)走査とインタレース(Interlac
e)走査とに分類される。このノンインターレース走査
は、１枚のフレームは全て同じ時間にサンプリングされ
たものからなる。これに対して、インタレース走査は、
１枚のフレーム中の画像は異なる時刻にサンプリングさ
れたものが、偶数番目と奇数番目とに分けて配置されて
いるものであって、１フレームが、現在の映像と直前
（過去）の画像の２つで構成されている。これらの異な
る時刻にサンプリングされた画像は、それぞれ，第１フ
ィールド、第２フィールドと呼ばれ、また、インタレー
ス走査された１枚のフレームは，通常２枚のフィールド
画像を有する。

【００２０】換言すれば、ノンインターレース走査は、
走査線を分けずに１回の走査で１フレームを生成するも
のであり、インターレース走査は、２回の走査で１フレ
ームを生成するものである。そして、１枚のピクチャ
は、１枚のフレームが割り当てられたり、２枚のフィー
ルドが割り当てられる。なお、前者はフレーム構造と呼
ばれ、後者はフィールド構造と呼ばれる。これにより、
画像はフレームとして符号化されるのみならず、フィー
ルドとしても符号化されるので、画像が効率よく符号化
されるようになる。

【００２１】また、ピクチャを符号化する方式は、ピク
チャ内符号化(イントラ符号化:Intra Coding)と、ピク
チャ間符号化(インター符号化:Inter Coding)とに分類
される。このピクチャ内符号化とは、１枚のピクチャだ
けで独立して符号化を行なうものであり、符号化の際の
予測（予測符号化）がなされず、原画像と同一順序で符
号化が行なわれる。

【００２２】一方、ピクチャ間符号化とは、現在のピク
チャと既に符号化されたピクチャとのピクチャ間差分を
取ってその差分を符号化するものである。このピクチャ
間符号化の流れは、まず、各ＭＢ単位毎に動き補償が行
なわれ、ピクチャ間で最も類似した位置が探索され、そ
の位置との差分が符号化されるようになっている。さら
に、実用上は、ピクチャ間符号化よりもピクチャ内符号
化の方が効率性に優れている場合には、ピクチャ間符号
化が用いられていても、ピクチャ内符号化に切り替えら
れる。なお、このイントラ判定／インター判定は、ＭＢ
単位に行なわれている。

【００２３】また、予測に関し、ピクチャの種類につい
て説明する。ＭＰＥＧ方式は、ＧＯＰ(Group Of Pictur
e)というグループを設け、各グループごとに双方向予測
を用いて、ピクチャの再生を行なっている。このＧＯＰ
を構成するピクチャは、３種類のピクチャタイプを有す
る。すなわち、Ｉピクチャ(イントラ・ピクチャ：Intra
-coded picture）、Ｐピクチャ(予測符号化ピクチャ：P
redictive-coded picture）、Ｂピクチャ(双方向予測符
号化ピクチャ：Bidirectionally predictive-coded pic
ture)とである。これらにより、上述した動き補償，Ｄ
ＣＴ等が、それぞれ、フレーム又はフィールド毎に行な
われる。なお、ＰピクチャとＢピクチャとが参照する画
像についても、フレーム構造とフィールド構造とによっ
て、その参照する画像が異なる。

【００２４】同様に、ＤＣＴも、フレーム構造とフィー
ルド構造とにより、別々に扱われ、フレームＤＣＴとフ
ィールドＤＣＴとが計算され、フレーム用の動きベクト
ルとフィールド用の動きベクトルとが存在し、さらに、
予測方法についても、フレーム予測とフィールド予測と
に分類される。続いて、画像データは、可変長符号化
（エントロピー符号化）により圧縮される。この可変長
符号化とは、符号の出現頻度毎に割り当てるものであ
る。すなわち、撮影された画像がＤＣＴされ、ＤＣＴさ
れた後の係数は、その出現頻度は大きく異なっている。
このため、ＤＣＴ係数や動きベクトルの成分の処理に関
しては、出現頻度の高い値は短い符号長を割り当てら
れ、また、出現頻度の低い値は長い符号長が割り当てら
れるようにして、平均情報量が削減されている。

【００２５】例えば、０，１，２，３の出現頻度がそれ
ぞれ、０．６，０．２，０．１，０．１のとき、００，
０１，１０，１１のように２桁の固定長符号に割り当て
られ、式（１）に示すように、その平均符号長は２ビッ
トになる。平均符号長＝2×0.6＋2×0.2＋2×0.1＋2×0.1＝２（ビット） …（１）その一方、同一の出現頻度の場合において、最も出現頻
度の高い０が１ビットの０を割り当てられ、次に高い１
が２ビットの１０を割り当てられ、さらに、最も低い２
及び３が３ビットの１１１を割り当てられると、平均符
号長は式（２）のようになる。

【００２６】平均符号長＝1×0.6＋2×0.2＋3×0.1＋3×0.1＝１.６（ビット） …（２）これにより、可変長符号化の方が有利となり、圧縮に寄
与するのである。なお、ＭＰＥＧ方式に関する標準化作
業は、ＩＳＯ(International Organization for Standa
rdization:国際標準化機構)がＩＥＣ(International El
ectrotechnical Commission:国際電気標準会議)と共同
して運営しているＪＴＣ１(JointTechnical Committee
1:合同技術委員会)によって行なわれており、動画像の
標準については、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ２のほかＭＰＥ
Ｇ４も進められている。そして、ＪＴＣ１の下部組織で
あるＳＣ(Subcommittee:専門部会)の中のＳＣ２９は、
このディジタル動画像の標準化を行なっている。具体的
には、ＳＣ２９は、ＭＰＥＧ１動画像の符号化方式につ
いてISO/IEC 11172-2等を規定し、また、ＭＰＥＧ２動
画像の符号化方式についてIS0/IEC 13818-2等を規定し
ている。

【００２７】次に、ＭＰＥＧ方式を用いた圧縮回路につ
いて説明する。以下、特に断らない限り、ＭＰＥＧ２方
式における処理を意味する。図２１は、ＭＰＥＧ符号化
装置のブロック図である。この図２１に示すＭＰＥＧ符
号化装置１５０にて、フレームメモリ１５０ｊから原画
像データが入力され、フレームメモリ１５０ｇから参照
画像データが入力され、動き探索器１２０にてブロック
マッチングが行なわれる。また、その中から最も相関度
の高い最適動きベクトルが、フレーム用及びフィールド
用にて別々に抽出されて、これらの最適動きベクトル
が、それぞれ、動き予測判定器１５１に入力され、さら
に、１つの最適動きベクトルが、減算器１５０ａと加算
器１５０ｆとにそれぞれ、出力される。なお、相関度と
は、類似する度合いを意味する。

【００２８】また、ピクチャ内符号化については、フレ
ームメモリ１５０ｊからＭＢが出力され、スイッチ１５
０ｂを介して、符号化器１５０ｃ内の量子化器１５０ｈ
にて、量子化係数が計算され、可変長符号化器１５０ｉ
にて、その係数は符号化されて、ＭＰＥＧ符号化された
ビットの流れ（ＭＰＥＧストリーム）として出力され
る。さらに、符号化器１５０ｃから出力される画像デー
タは分岐され、復号化器１５０ｄにて復号され、その復
号された画像データは、スイッチ１５０ｅを介してフレ
ームメモリ１５０ｇに入力されて保持される。そして、
このフレームメモリ１５０ｇに保持された参照用の画像
データが、動き予測判定器１５１と、動き探索器１２０
とにそれぞれ、入力される。

【００２９】一方、ピクチャ間符号化については、フレ
ームメモリ１５０ｊからＭＢが出力され、減算器１５０
ａ，スイッチ１５０ｂをそれぞれ介して、符号化器１５
０ｃに入力され、同様に可変長符号化されて、ＭＰＥＧ
ストリームが出力される。さらに、復号化器１５０ｄに
て復号され、加算器１５０ｆにて、その復号された画像
データと、最適動きベクトルとが加算され、その加算さ
れた画像データは、スイッチ１５０ｅを介して、フレー
ムメモリ１５０ｇに保持される。そして、この保持され
た参照用の画像データは、動き予測判定器１５１と、動
き探索器１２０とにそれぞれ、入力される。

【００３０】このように、差分情報から生成される位置
情報を追加した場合でも、画像データに差分情報を加え
た全体の情報量を少なくすることができる。また、前述
したＤＣＴにおけるサンプリングは、粗くすることがで
きる。さらに、その量子化後の有効係数（０でない値）
は、出現パターンに応じて符号を割り当てられ、主にこ
の量子化の大きさの制御により、情報量の大きさが調整
されるのである。なお、このサンプリングの粗さを、量
子化の粗さと称することがある。

【００３１】ところで、動きベクトルは、ＭＢの平行移
動探索によって得られるので、シーンにより異なる。従
って、剛体の平行移動シーン等では適切な動きベクトル
が得られるが、水面，蜂の巣等のように形状が細かく変
化したり、また、物体の回転、拡大、縮小等のシーンで
は、適切な動きベクトルが存在しない。その場合、ＭＢ
毎に異なる方向を向くランダムな動きベクトルが発生す
ることがある。そのうえ、動きベクトルは、ピクチャに
おいて左隣に位置する前ＭＢの動きベクトルとの差分情
報により符号化されるため、ランダムな動きベクトルが
発生する場合は、動きベクトルの情報量が大幅に増加す
る。

【００３２】次に、圧縮率と動きベクトルの情報量との
関係について説明する。テレビジョン信号を例にとる
と、原信号は、百数十Ｍｂｐｓの情報量を有し、圧縮に
より、４Ｍｂｐｓから６Ｍｂｐｓ（１／２０から１／３
０）の情報量になる。このうち、動きベクトルの情報量
は、数百ｋｂｐｓから１Ｍｂｐｓであって、この程度の
圧縮率のときは、ＤＣＴ及び動き補償の双方の情報量
は、正常に割り当てられる。ここで、ｋ（キロ）は１０
の３乗を表し、Ｍ（メガ）は１０の６乗を表し、また、
ｂｐｓは１秒当たりの伝送速度である。

【００３３】これに対して、圧縮率が高くなり、ＭＰＥ
Ｇストリームの値が、例えば２Ｍｂｐｓから３Ｍｂｐｓ
になると、ＤＣＴが量子化係数についての情報量を削減
しても、動きベクトルに関する差分量（動きベクトル情
報量）は、十分にＭＰＥＧストリームに割り当てられな
くなる。さらに、圧縮率を高くして低レート符号化の場
合は、動きベクトル情報量の全符号化情報量に占める割
合が増加するために、動きベクトル情報量を無視するこ
とができなくなる。

【００３４】このため、動きベクトル情報量を減少させ
る対策が必要となる。これまで動きベクトル情報量を減
少させる方式及び方法は、特開昭61-200789号公報(以
下、第１公知文献と称する)，特公平7-387225号公報(以
下、第２公知文献と称する),特開平8-79767号公報(以
下、第３公知文献と称する)及び特開平11-215504号公報
（以下、第４公知文献と称する)に、それぞれ、開示さ
れている。

【００３５】まず、第１公知文献に記載された技術は、
周囲のブロックにおける動きベクトル検出結果を用い
て、従来手法による得られた動きベクトルに対する修正
処理を行ない、実際の物体の動きに対応した動きベクト
ルを得ることを目的とし、この技術は、隣接ブロックと
同一動きベクトルを使うようになっている。すなわち、
この技術は、動きベクトルを周囲のブロックのベクトル
に同化させることにより、誤り検出を軽減させ、また、
入力ブロック周辺のブロックにおける動きベクトルを用
いて、定められた条件に従って、動きベクトル検出部に
おいて得られた動きベクトルに対し修正を行なうもので
ある。

【００３６】また、第２公知文献に記載された技術は、
動き補償効率の高い符号化方式を実現することを目的と
するものである。この技術は、隣接ブロックの動きベク
トルから現ブロックの動きベクトルを計算するようにな
っている。すなわち、隣接ブロックの動きベクトル情報
を用いて算出した現ブロックの動きベクトル(ベクトル
１)と、実際にブロックマッチングで算出した動きベク
トル(ベクトル２)との２つの動きベクトルが各々計算さ
れて、得られた差分情報が比較され、ベクトル２の動き
ベクトル情報を追加して符号化することが効率的に差異
がないと判断された場合は、ベクトル１を用いて差分情
報のみが符号化される技術が開示されている。

【００３７】これにより、隣接ブロックのベクトルより
算出するベクトル１は、復号側に同一算出アルゴリズム
をもてば、同様に算出できるので、動きベクトルの符号
化は不要となる。さらに、第３公知文献に記載された技
術は、動画像データの情報量を低減することが可能な動
きベクトル符号化及び復号化方式を提供することを目的
とし、隣接ブロックと同一の動きベクトルを用いるよう
になっている。そして、隣接ブロックの動きベクトル成
分と現ブロックの動きベクトルのベクトル成分とが比較
され、現ブロックの動きベクトルが隣接ブロックの動き
ベクトルと同等とみなせる場合は、ブロックをグループ
化して、そのグループで１つの動きベクトル情報を符号
化する技術が開示されている。

【００３８】加えて、第４公知文献に記載された技術
は、動きベクトルの大きさに応じて符号量を低減させ、
符号化効率を改善できる動画像符号化装置を提供するこ
とを目的とする。また、この技術は、実際にブロック間
差分量によって動きベクトルを得て、その分布に基づい
て、動きベクトルの出現範囲が広ければ、広い範囲を表
せる可変長テーブルを用いる一方、動きベクトルの出現
範囲が狭ければ、狭い範囲を表すのに十分な可変長テー
ブルを用いるようになっている。すなわち、この技術
は、通常の動きベクトルの検出を行なってから、動きベ
クトルの可変長符号化を行なう際に、より効率的な可変
長テーブルを探して、そのテーブルを用いて符号化を行
なうものである。ここで、可変長テーブルについては、
広い範囲を表せる場合は、各々の符号長は長くなり、ま
た、狭い範囲を表せる場合は、各々の符号長は短くな
る。

【００３９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
方式及び方法では、それぞれ、以下のような課題が発生
する。まず、これら第１〜第４公知文献に記載された技
術は、伝送速度が低い場合は、動きベクトルに関する情
報ビットの量が全伝送量に対して、相対的に増加する。
さらに、差分量については、ＤＣＴを用いた量子化によ
り削減され得るのに対し、動きベクトルについては、そ
の動きベクトル情報量を削減させることができないとい
う課題がある。

【００４０】第２に、第１公知文献、第２公知文献、第
３公知文献に記載された技術は、それぞれ、各ブロック
における動きベクトルを計算した後に、動きベクトルの
補正計算を行なうので、計算量が膨大になるという課題
がある。第３に、各公知文献は、それぞれ、次のような
課題を有する。すなわち、第１公知文献には、動きベク
トルを符号化することについては記載されておらず、符
号効率的に優れていないという課題がある。

【００４１】また、第２公知文献に記載された技術は、
ＭＰＥＧ方式が符号器側に対する規定であるにも関わら
ず、復号器側も符号器側と同一アルゴリズムを使用しな
ければならないという課題がある。さらに、この第２公
知文献には、動きベクトル情報を符号化する方法やその
情報量を削減する方法については、何ら記載されていな
い。

【００４２】加えて、第３公知文献に記載された技術
は、ブロックをグループ化するので、隣接ブロックのう
ち、どのブロックと同一の動きベクトルであるかを示す
ために、上、右、下の各方向を示す付加ビットが必要に
なるという課題があり、また、動きベクトル情報を符号
化する方法やその情報量を削減する方法については、何
ら記載されていない。

【００４３】さらに、第４公知文献に記載された技術
は、やはり、ブロックの動きベクトルを計算した後に、
動きベクトルの補正計算を行なうので、計算量が膨大に
なるという課題がある。本発明は、このような課題に鑑
み創案されたもので、高圧縮かつ低伝送速度時におい
て、動きベクトルの情報量を削減させるべく、ブロック
マッチングで動きベクトルに付加量を加えて補正計算し
て、１回の動き探索で動きベクトルを計算し、かつ、そ
の付加量の大きさを調整することにより、動きベクトル
の精度を保持した状態で効率的に動きベクトルの情報量
を削減できる、動きベクトル探索器及び動きベクトル探
索方法並びに動画像符号化装置を提供することを目的と
する。

【００４４】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の動き
ベクトル探索器は、入力された原画像データを分割して
得た原画マクロブロックと参照画像データ中に設けられ
た複数の探索マクロブロックとの差分量を計算して、こ
の原画マクロブロックと同一の位置から上記複数の探索
マクロブロックのそれぞれへの位置を表す動きベクトル
を生成する、動画像符号化用の動きベクトル探索装置で
あって、原画マクロブロックと複数の探索マクロブロッ
クのそれぞれとの差分量を計算して出力する差分演算部
と、差分演算部に接続され、動きベクトルが有する水平
成分及び垂直成分と符号化の状態とに依存する付加量を
差分量に加算した補正差分量を出力するとともに、隣接
する探索マクロブロックの動きベクトルの補正差分量に
より動きベクトルを出力する付加量演算部と、付加量演
算部に接続され、ブロック間の相関度が最も高い最適動
きベクトルを決定する動きベクトル決定部とをそなえて
構成されたことを特徴としている（請求項１）。

【００４５】また、差分演算部が、探索マクロブロック
に関するデータと、原画マクロブロックに関するデータ
との差分を差分量として出力する複数のブロック間差分
演算部をそなえて構成されてもよく（請求項２）、差分
演算部における複数のブロック間差分演算部のそれぞれ
に接続され、補正差分量を出力するとともに、外部から
入力される動きベクトルの補正差分量により動きベクト
ルを出力する複数の付加量演算回路をそなえて構成され
てもよい（請求項３）。

【００４６】さらに、差分演算部は、付加量を、動きベ
クトルの水平成分及び垂直成分と、過去に生成された前
動きベクトルの水平成分及び垂直成分との変化量に起因
する値を含み、その変化量が大きくなると付加量を大き
くするように構成することができ（請求項４）、付加量
を、動きベクトルの水平成分及び垂直成分に起因する値
を含み、動きベクトルの水平成分及び垂直成分が大きく
なると付加量を大きくするように構成することもでき
（請求項５）、加えて、付加量を、動画像符号化が行な
われる符号化ビットレートに起因する値を含み、符号化
ビットレートが低くなると付加量を大きくするように構
成されてもよく（請求項６）、付加量を、マクロブロッ
ク毎に施される離散コサイン変換の量子化係数の大きさ
に起因する値を含み、量子化係数が大きくなると付加量
を大きくするように構成することもできる（請求項
７）。

【００４７】さらに、加えて、差分演算部は、付加量
を、動きベクトルが発生する動きベクトル情報量と動画
像符号化されたデータが発生する全情報量とに起因する
値を含み、動きベクトル情報量の全情報量に対する割合
が大きくなると付加量を大きくするように構成されても
よく（請求項８）、付加量を、画像変化の複雑さを表す
アクティビティ値に起因する値を含み、アクティビティ
値が大きくなると付加量を大きくするように構成されて
もよく（請求項９）、付加量を、過去の動きベクトルが
示す方向についての平均値とその平均値に関する分散値
との少なくとも一方の値に起因する値を含むように構成
されてもよい（請求項１０）。

【００４８】また、差分演算部は、画像処理単位である
符号化ピクチャ毎に付加量を零にリセットしうるように
構成することもできる（請求項１１）。そして、本発明
の動画像符号化用の動きベクトル探索方法は、入力され
た原画像データを分割して得た原画マクロブロックと参
照画像データ中に設けられた複数の探索マクロブロック
との差分量を計算して、原画マクロブロックと同一の位
置から複数の探索マクロブロックのそれぞれへの位置を
表す動きベクトルを生成するものであって、複数の探索
マクロブロックに関するデータのそれぞれと原画マクロ
ブロックに関するデータとの差分を計算して複数の差分
量として出力する差分演算ステップと、複数の動きベク
トルが有する水平成分及び垂直成分のそれぞれと符号化
状態とに依存する付加量をそれぞれ差分量に加算する付
加量加算ステップと、付加量加算ステップにて得られ
た、複数の動きベクトルの中から最小の情報量を有する
最適動きベクトルを決定する動きベクトル決定ステップ
とをそなえて構成されたことを特徴としている（請求項
１２）。

【００４９】さらに、本発明の動画像符号化装置は、入
力された原画像データを分割して得た原画マクロブロッ
クと参照画像データ中に設けられた複数の探索マクロブ
ロックとの差分量を計算し原画マクロブロックと同一の
位置から複数の探索マクロブロックのそれぞれへの位置
を表す動きベクトルを生成して動き補償を行なうもので
あって、原画マクロブロックと複数の探索マクロブロッ
クのそれぞれとの差分量を計算して出力する差分演算部
と、差分演算部に接続され、動きベクトルが有する水平
成分及び垂直成分と符号化の状態とに依存する付加量を
差分量に加算した補正差分量を出力するとともに、隣接
する探索マクロブロックの動きベクトルの補正差分量に
より動きベクトルを出力する付加量演算部と、付加量演
算部に接続され、ブロック間の相関度が最も高い最適動
きベクトルを決定する動きベクトル決定部とをそなえ、
付加量演算部が、画像処理単位である符号化ピクチャの
所定の位置における原画マクロブロックについて、過去
に符号化された前符号化ピクチャの同一の位置における
原画マクロブロックの動きベクトル情報，前符号化ピク
チャの平均の動きベクトル情報及び符号化ピクチャが既
に探索した動きベクトル情報を用いて、付加量の大きさ
を変化するように構成されたことを特徴としている（請
求項１３）。

【００５０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。（Ａ）本発明の第１実施形態の説明図１は、本発明の第１実施形態に係るＭＰＥＧ符号化装
置（動画像符号化装置）のブロック図である。この図１
に示すＭＰＥＧ符号化装置４０は、入力される１６画素
×１６画素の原画ＭＢをＭＰＥＧ２方式によりＭＢ単位
に圧縮して送出するものであって、フレームメモリ５０
ｊ，５０ｇと、減算器５０ａと、スイッチ５０ｂ，５０
ｅと、符号化器５０ｃと、復号化器５０ｄと、加算器５
０ｆと、可変長符号化器５０ｉと、動き予測判定器５１
と、情報量制御部５２と、計算部５３と、動き探索器１
０とをそなえて構成されている。

【００５１】ここで、フレームメモリ５０ｊは、入力さ
れた原画像データを保持出力するものであって、例え
ば、ＲＡＭ(Random Access Memory)によって、発揮され
る。また、フレームメモリ５０ｇは、前時刻のフレーム
（前フレーム）の画像データを保持出力するものであっ
て、この前フレームの画像データを参照用の画像データ
とし、スイッチ５０ｅから出力される画像データを保持
出力するようになっている。また、この機能も、ＲＡＭ
により実現される。そして、これらフレームメモリ５０
ｊ，５０ｇの機能は、それぞれ、同一のＲＡＭの領域が
ページング処理を用いて割り当てられることによって、
発揮される。

【００５２】次に、減算器５０ａは、フレームメモリ５
０ｊと動き予測判定器５１とに接続され、フレームメモ
リ５０ｊから入力される１６画素×１６画素の原画ＭＢ
から、動き予測判定器５１から入力される前フレームの
画像データにより得られた動きベクトルを減算するもの
である。さらに、スイッチ５０ｂは、原画ＭＢと、減算
器５０ａから入力される画像データとを選択して出力す
るものである。また、このスイッチ５０ｂは、後述する
計算部５３からの制御信号により、原画ＭＢをピクチャ
内符号化するかあるいは減算器５０ａから入力される画
像データをピクチャ間符号化するかを、切り替えるよう
になっている。

【００５３】そして、符号化器５０ｃは、スイッチ５０
ｂに接続され、スイッチ５０ｂより出力された画像デー
タをＤＣＴにより圧縮するものであって、量子化係数の
値を計算する量子化器５０ｈを有する。また、可変長符
号化器５０ｉは、量子化器５０ｈにより得られた係数を
その出現パターンに応じて符号を割り当てて、圧縮され
たＭＰＥＧストリームを出力するものである。さらに、
情報量制御部５２は、可変長符号化器５０ｉと符号化器
５０ｃとに接続され、可変長符号化器５０ｉにおける符
号化状態をモニタリングするとともに、符号化器５０ｃ
を制御するものである。ここで、情報量制御部５２は、
量子化係数の大きさを制御して、圧縮率を変化できるよ
うになっている。なお、符号化状態とは、量子化の粗さ
や動きベクトルの大きさを意味する。

【００５４】これにより、スイッチ５０ｂから出力され
た画像データは、量子化器５０ｈにて、量子化係数の値
が計算され、可変長符号化器５０ｉにて、量子化器５０
ｈにより得られた係数に対してその出現パターンに応じ
た符号割り当てが行なわれ、画像データが、ＤＣＴを用
いて圧縮され、ＭＰＥＧストリームが出力される。次
に、符号化器５０ｃから出力されるデータは、ローカル
デコードと呼ばれる内部処理が行なわれる。まず、復号
化器５０ｄは、参照用の画像を生成すべく、符号化器５
０ｃから出力された符号化データを復号して画像データ
を出力するものである。そして、加算器５０ｆは、復号
化器５０ｄと動き予測判定器５１とに接続され、復号化
器５０ｄからの復号された画像データと、動き予測判定
器５１から出力される動きベクトルとを加算して出力す
るものである。

【００５５】さらに、スイッチ５０ｅは、復号化器５０
ｄと加算器５０ｆとに接続され、復号化器５０ｄからの
復号された画像データと、前フレームの画像データとを
選択して出力するものである。また、スイッチ５０ｅ
は、後述する計算部５３からの制御信号により、復号さ
れた画像データをピクチャ内符号化するかあるいは加算
器５０ｆから入力される画像データをピクチャ間符号化
するかを切り替えるようになっている。加えて、このス
イッチ５０ｅは、スイッチ５０ｂと連動しており、スイ
ッチ５０ｂがピクチャ内符号化するときは、スイッチ５
０ｅもピクチャ内符号化を行なうとともに、スイッチ５
０ｂがピクチャ間符号化するときは、スイッチ５０ｅも
ピクチャ間符号化を行なうようになっている。

【００５６】また、計算部５３は、フレームメモリ５０
ｇ，スイッチ５０ｂ，５０ｃ，動き予測判定器５１に接
続され、フレームメモリ５０ｇに保持されている画像デ
ータの内容を認識し、ピクチャがフレーム構造かフィー
ルド構造かを判定してその判定情報を動き予測判定器５
１に入力し、さらに、ピクチャ間符号化かピクチャ内符
号化かを判定してスイッチ５０ｂ，５０ｇに対して、そ
れぞれ、切り替え制御信号を入力するものである。この
計算部５３は、この判定を原画ＭＢ単位に行なって、１
片の原画ＭＢの画素値について平均値と、この平均値に
関する分散値とを計算した値を用いている。

【００５７】そして、基本的に、探索範囲における左上
端に位置する探索ＭＢと原画ＭＢとの最初の比較は、ピ
クチャ内符号化が用いられ、その後は、ピクチャ間符号
化が用いられる。また、リフレッシュと呼ばれる再走査
を行なう際にも、ピクチャ内符号化がなされる。さら
に、動き予測判定器５１は、動き探索器１０から出力さ
れたフレーム用の動きベクトル，フィールド用の動きベ
クトルのうちのいずれか一方を出力するものである。

【００５８】そして、動き探索器１０は、入力された原
画像データを分割して得た原画ＭＢと参照画像データ中
に設けられた動き探索数に等しい個数の探索ＭＢとの差
分量を計算して、原画ＭＢと同一の位置から動き探索数
に等しい個数の探索ＭＢのそれぞれへの位置を表す動き
ベクトルを生成するものであって、動きベクトル探索器
として機能している。

【００５９】なお、この動き探索数に等しい個数は、以
下、一例として２５６個として説明するが、この個数
は、探索範囲によって種々変更可能である。そして、動
き探索器１０は、探索ＭＢ毎に２５６画素の差分計算を
行なうのである。また、動き探索器１０からは、フレー
ム用の動きベクトルとフィールド用の動きベクトルとが
出力される。この動き探索器１０は、原画ＭＢ毎に演算
を行ない、フレームメモリ５０ｊから入力される原画Ｍ
Ｂと、フレームメモリ５０ｇに保持されたものであって
画像データ内の探索範囲にて順々にシフトされた探索Ｍ
Ｂとを、ブロックマッチングするのである。

【００６０】これにより、動き探索器１０にて、入力さ
れた原画像データが分割されて原画ＭＢが生成され、こ
の原画ＭＢが、参照画像データ中に設けられた探索範囲
内にてシフトされた２５６個の探索ＭＢのそれぞれと差
分計算され、さらに、その中から最も相関度の高い最適
動きベクトルが、フレーム用及びフィールド用で別々に
抽出されて、これらフレーム用及びフィールド用最適動
きベクトルが、それぞれ、動き予測判定器５１に、入力
され、その中から適切なものが、減算器５０ａと加算器
５０ｆとにそれぞれ、出力されるのである。

【００６１】また、参照用の画像が作成される流れは、
次のようになる。まず、ピクチャ内符号化される場合
は、フレームメモリ５０ｊから出力される１６画素×１
６画素のＭＢは、スイッチ５０ｂを介して、符号化器５
０ｃ内の量子化器５０ｈにて、量子化係数の値が計算さ
れ、可変長符号化器５０ｉにて、その量子化係数はその
出現パターンに応じて符号が割り当てられ、この符号化
されたデータは、ＭＰＥＧストリームとして出力され
る。

【００６２】さらに、符号化器５０ｃから出力された画
像データは、復号化器５０ｄにて、復号されて、その復
号された画像データは、スイッチ５０ｅを介してフレー
ムメモリ５０ｇに入力される。そして、このフレームメ
モリ５０ｇに保持された参照用の画像データは、動き予
測判定器５１と、動き探索器１０とにそれぞれ、入力さ
れるのである。

【００６３】また、一方、ピクチャ間符号化される場合
は、フレームメモリ５０ｊから出力される１６画素×１
６画素の原画ＭＢは、減算器５０ａにて、前フレームの
画像データにより得られた動きベクトルが減算され、そ
の減算された画像データは、スイッチ５０ｂを介して、
符号化器５０ｃ内の量子化器５０ｈにて、量子化係数の
値が計算され、また、可変長符号化器５０ｉにて、その
量子化係数がその出現パターンに応じて符号が割り当て
られて、ＤＣＴ圧縮が行なわれ、この符号化されたデー
タがＭＰＥＧストリームとして出力される。

【００６４】同様に、ローカルデコードして参照用のデ
ータとして蓄積するために、符号化器５０ｃからの画像
データは、復号化器５０ｄにて復号されてから、加算器
５０ｆにて、その復号された画像データと、最適動きベ
クトルとが加算されて出力され、その加算された画像デ
ータは、スイッチ５０ｅを介して、フレームメモリ５０
ｇに入力される。そして、このフレームメモリ５０ｇに
保持された参照用の画像データは、動き予測判定器５１
と、動き探索器１０とにそれぞれ、入力されるのであ
る。

【００６５】なお、この図１に示すＭＰＥＧ符号化装置
４０は、後述する他の実施形態又は他の変形例において
も、特に断らない限り、同様な構成をとる。また、図２
は、本発明の第１実施形態に係る動き探索器１０のブロ
ック図である。この図２に示す動き探索器１０は、ブロ
ック間差分演算部（差分演算部）１１と、付加量演算部
１２と、比較器（動きベクトル決定部）１３とをそなえ
て構成されている。

【００６６】ここで、ブロック間差分演算部１１は、原
画ＭＢと２５６個の探索ＭＢのそれぞれとの差分量を計
算して出力するものであり、ブロック間差分演算回路１
１ａ，１１ｂ，…，１１ｃをそなえて構成されている。
これらのブロック間差分演算回路１１ａ，１１ｂ，…，
１１ｃは、それぞれ、２５６個の探索ＭＢに関するデー
タと、原画ＭＢに関するデータとの差分を差分量として
出力するものである。さらに、このブロック間差分演算
回路１１ａ，１１ｂ，…，１１ｃの個数は、動き探索数
に等しい２５６である。

【００６７】また、付加量演算部１２は、ブロック間差
分演算部１１に接続され、動きベクトルが有する水平成
分及び垂直成分と符号化の状態とに依存する付加量を差
分量に加算した補正差分量を出力するとともに、隣接す
る２５６個の探索ＭＢの動きベクトルの補正差分量によ
り動きベクトルを出力するものであって、２５６個の付
加量演算回路１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃをそなえて構
成されている。

【００６８】これらの付加量演算回路１２ａ，１２ｂ，
…，１２ｃは、それぞれ、ブロック間差分演算部１１に
おける２５６個のブロック間差分演算回路１１ａ，１１
ｂ，…，１１ｃのそれぞれに接続され、補正差分量を出
力するとともに、外部から入力される動きベクトルの補
正差分量により動きベクトルを出力するものである。そ
して、付加量演算部１２は、この付加量を、動きベクト
ルの水平成分及び垂直成分と、直前（過去）に生成され
た前動きベクトルの水平成分及び垂直成分を含み、変化
量が大きくなると付加量を大きくするようにしている。

【００６９】ここで、この付加量は、前動きベクトルの
水平成分及び垂直成分の成分そのものだけでなく、その
成分に定数を乗じたようなその成分に起因する値も含ま
れる。また、付加量の大きさは、付加量の重みを意味す
ることがある。さらに、この付加量を補正量という意味
で使用することがある。また、これらは、以後、同様な
意味で使用される。

【００７０】さらに、比較器１３（図２参照）は、付加
量演算部１２に接続され、原画ＭＢと探索ＭＢとの間の
相関度が最も高い最適動きベクトルを決定するものであ
る。また、この図２に示すフレームメモリ５０ｇから出
力される探索ＭＢは、時分割されて２５６個のブロック
間差分演算回路１１ａ，１１ｂ，…，１１ｃのそれぞれ
に入力されるようになっている。

【００７１】従って、ＭＰＥＧ符号化装置（動画像符号
化装置）４０は、入力された原画像データを分割して得
た原画ＭＢと参照画像データ中に設けられた２５６個の
探索ＭＢとの差分量を計算し原画ＭＢと同一の位置から
２５６個の探索ＭＢのそれぞれへの位置を表す動きベク
トルを生成して動き補償を行なうものであり、そして、
付加量演算部１２は、画像処理単位である符号化ピクチ
ャの所定の位置における原画ＭＢについて、直前（過
去）に符号化された前符号化ピクチャの同一の位置にお
ける原画ＭＢの動きベクトル情報，前符号化ピクチャの
平均の動きベクトル情報及び符号化ピクチャが既に探索
した動きベクトル情報を用いて、付加量の大きさを変化
するようになっている。

【００７２】なお、この図２に示すもので図１に示した
ものと同一の符号を有するものは、同一のもの、あるい
は、同様な機能を有するものであるので、更なる説明を
省略する。これにより、まず、ブロック間差分演算回路
１１ａにて、フレームメモリ５０ｊからの原画ＭＢと、
フレームメモリ５０ｇからの探索ＭＢとが入力され、そ
れらの差分が計算されて差分量として出力され、ブロッ
ク間差分演算回路１１ｂにて、ブロック間差分演算回路
１１ａにて使用されたものと同一の原画ＭＢと、ブロッ
ク間差分演算回路１１ａにて使用されたものから１つシ
フトした探索ＭＢとの差分量が出力される。同様にし
て、２５６番目のブロック間差分演算回路１１ｃにて、
ブロック間差分演算回路１１ａにて使用されたものと同
一の原画ＭＢと、シフトされた探索ＭＢとの差分量が出
力される。従って、ブロック間差分演算回路１１ａ，１
１ｂ，…，１１ｃからは、すべて相異なる値が出力され
る。

【００７３】そして、付加量演算部１２内の付加量演算
回路１２ａ，１２ｂ，…，１２ｃにて、それぞれ、付加
量が差分量に加算されて補正差分量が出力され、隣接す
るＭＢの補正差分量により動きベクトルが符号化され
る。さらに、比較器１３にて、原画ＭＢと探索ＭＢとの
間の相関度が最も高い最適動きベクトルが決定されて、
動き予測判定器５１（図１参照）にこの最適動きベクト
ルが、入力されるのである。

【００７４】従って、動きベクトル探索方法は、入力さ
れた原画像データを分割して得たＭＢと参照画像データ
中に設けられた２５６個の探索ＭＢとの差分量を計算し
て、原画ＭＢと同一の位置から２５６個の探索ＭＢのそ
れぞれへの位置を表す動きベクトルを生成するようにな
っており、まず、２５６個の探索ＭＢに関するデータの
それぞれと原画ＭＢに関するデータとの差分が計算され
て複数の差分量として出力され（差分演算ステップ）、
複数の動きベクトルが有する水平成分及び垂直成分のそ
れぞれと符号化状態とに依存する付加量がそれぞれ差分
量に加算され（付加量加算ステップ）、そして、複数の
動きベクトルの中から最小の情報量を有する最適動きベ
クトルが決定されるのである（動きベクトル決定ステッ
プ）。

【００７５】このように、２５６個のすべての動きベク
トル情報量について、その大きさを調整できる。また、
差分絶対値和に殆ど差がない複数の探索ＭＢが存在した
場合には、動きベクトル情報量がより少なくなる探索Ｍ
Ｂを動き探索ブロックとして選択することもできる。さ
らに、付加量は、他の量により設定されうる。

【００７６】図３は、本発明の第１実施形態に係る他の
動き探索器１０ａのブロック図である。この図３に示す
動き探索器１０ａは、付加量として動きベクトル成分の
変化量の大きさにより決定するようになっている。ここ
で、この図３に示すフレームメモリ５０ｋ（符号５０ｋ
を付したもの）は、フレームメモリ５０ｊ，５０ｇと同
様なものであって、動きベクトルに関するデータを保持
出力できるようになっており、ＲＡＭによりその機能が
実現されている。その他のもので、上述したものと同一
の符号を有するものは同一のもの又は同一の機能を有す
る。

【００７７】次に、付加量の設定例について説明する。
ある原画ＭＢについての動き探索により、ｎ番目（ｎは
整数）の探索点における動きベクトルＶnをＶn＝(vnx,v
ny)とし、また、１つ探索ＭＢ前の動き探索により決定
した前動きベクトルＰＶをＰＶ＝(pvx,pvy)としたとき
に、ブロック差分量の付加量Addnは、式（３）で得られ
る。

【００７８】 Addn＝α・(|vnx−pvx|＋|vny−pvy|) …（３）ここで、αは定数を表し、||は絶対値を得る演算を表
す。従って、付加量は、前ブロック動きベクトルとの変
化分が大きくなるにつれて大きくなるように設定され、
そして、動きベクトルは、ピクチャにおいて左隣に位置
する探索ＭＢの前動きベクトルに補正された補正差分量
により符号化されるようになっている。

【００７９】これにより、青空の風景のような画像の起
伏がない平坦な部分と繰り返し模様とが混在する画面で
あってブロック間差分がほぼ同一値になるような場所が
多数存在する場合は、その動き探索において、前原画Ｍ
Ｂの動きベクトルに現原画ＭＢの動きベクトルを揃え
て、動きベクトルの情報量を抑えることができる。この
ような構成によって、符号化器５０ｃ（図１参照）に
て、ＤＣＴと、量子化と、可変長符号化とが行なわれ、
復号化器５０ｄにて、符号化器５０ｃにて量子化された
データの逆量子化と、逆ＤＣＴ処理とが行なわれる。

【００８０】そして、ピクチャ間符号化は、参照画像内
に探索範囲が設けられ、最初の時刻１に、原画ＭＢと、
その探索範囲の左上端に位置する探索ＭＢとについて、
ピクチャ内符号化が行なわれる。次の時刻２に、探索Ｍ
Ｂは、左上端から水平方向に１つシフトされ、同一の原
画ＭＢとのブロックマッチングが行なわれて、動きベク
トルが計算される。この動きベクトルは、付加量とし
て、前ブロック動きベクトルとの変化分が大きくなるに
つれて大きくなるような量を加算され、この動きベクト
ルは、フレームメモリ５０ｋに保持される。また、入力
された画像データは、符号化されて、ＭＰＥＧストリー
ムとして出力される。

【００８１】さらに、時刻３に、探索ＭＢが、水平方向
に１つシフトされて、ブロックマッチングが行なわれて
から、動きベクトルが計算されてフレームメモリ５０ｋ
に保持される一方、時刻２において計算された動きベク
トルが、入力された画像データとともに符号化されて、
ＭＰＥＧストリームとして出力される。同様にして、探
索ＭＢが、水平及び垂直にそれぞれ、−１６から＋１５
の範囲で１つずつシフトされて、各探索ＭＢ毎に、動き
ベクトルが計算されて、フレームメモリ５０ｋに保持さ
れるとともに、入力された画像データは、前時刻の動き
ベクトルが、フレームメモリ５０ｋから読み出されて、
符号化されてＭＰＥＧストリームとして出力されるので
ある。なお、探索範囲は一例であり、この範囲に限定さ
れるものではない。

【００８２】従って、動きベクトルは、符号化する際に
発生する符号量に相当する値が、フレーム間ブロック差
分情報に、付加量として加算されるので、動きベクトル
計算において、その演算量の増加が防止され、かつ、動
きベクトルの精度が保持されたまま、動きベクトル情報
量を低減できるようになる。また、動きベクトル情報と
係数情報との両方のバランスを考慮して、動き探索器１
０を構築できるので、効率的な符号化が行なえる。

【００８３】このように、動き探索段階にて、動きベク
トルは付加量を加算されるので、動きベクトルの計算が
１回で行なえて、複雑な計算が不要となる。また、この
ように、その付加量の大きさを調整して、動きベクトル
に加算することができ、動きベクトルの精度を保持した
まま、動きベクトルの情報量を低減できる。

【００８４】さらに、動きベクトルを計算した後にその
動きベクトルの補正処理を行なうという処理が省かれ
て、処理速度が向上する。従って、ＭＰＥＧ２処理にお
いて、原画ピクチャの探索範囲を拡張させることができ
る。そして、このようにして、動きが速い事物を捕捉で
きるようになって、画面の動きがより滑らかになる。視
認性が大幅に向上する。

【００８５】また、このようにして、高画質の動画像や
高品質の音響信号に適用され、コンピュータ、放送及び
通信の３分野で使用されるアプリケーションの全てが満
足されるのである。（Ａ１）本発明の第１実施形態の第１変形例の説明付加量を別の値を用いることも可能である。

【００８６】図４は、本発明の第１実施形態の第１変形
例に係る動き探索器１０ｂのブロック図である。この図
４に示す動き探索器１０ｂは、付加量として動きベクト
ル成分の大きさにより決定される値により補正するよう
になっている。また、本変形例においても、ＭＰＥＧ２
の符号化は、ＭＰＥＧ符号化装置４０（図１参照）を用
いて行なわれる。なお、ＭＰＥＧ符号化装置４０につい
ての重複した説明を省略する。

【００８７】そして、この図４に示す付加量演算部１２
は、付加量を、動きベクトルの水平成分及び垂直成分に
起因する値を含み、動きベクトルの水平成分及び垂直成
分が大きくなると付加量を大きくするようにしている。
この付加量演算部１２は、ｎ番目（ｎは整数）の探索点
における動きベクトルVnを計算する動き探索において、
ブロック差分量の付加量をAddnとした場合に、この付加
量Addnを式（４）により得るようになっている。

【００８８】 Addn＝β・(|vnx|＋|vny|) …（４）ここで、βは定数を表し、vnx,vnyは、それぞれ、Vnの
各成分(vnx,vny)である。従って、付加量が、動きベク
トルの成分の大きさを用いて決定されてから動き探索が
行なわれるので、細かい波の形状を有する水面のシーン
や、サンドノイズ（放送終了後のいわゆる砂嵐と呼ばれ
るノイズ）等のランダムな動きを有するベクトルが発生
するシーンにおいて、効果的である。すなわち、前原画
ＭＢの動きベクトルに現原画ＭＢの動きベクトルをすべ
て揃えることが困難であるので、付加量により、動きベ
クトル自体の大きさを小さくするようにして、情報量を
抑制できるのである。

【００８９】なお、この加算処理は、動きベクトルのラ
ンダム性を分散値の計算により得る方法を用いることが
でき、とりわけ、この分散値が大きい値をとる場合に有
効である。そして、このような構成によって、１枚のピ
クチャ単体のみを用いて符号化するときは、ピクチャ内
符号化が選択され、また、予測符号化するときは、参照
画像内に探索範囲が設けられる。

【００９０】まず、最初の時刻１に、原画ＭＢと、左上
端の探索ＭＢとにより、ピクチャ内符号化が行なわれ、
次の時刻２に、探索ＭＢは、左上端から水平方向に１つ
シフトされるとともに、同一の原画ＭＢとブロックマッ
チングされて、動きベクトルが計算される。この動きベ
クトルは、付加量として、動きベクトルの成分の大きさ
により決定され、この動きベクトルは、フレームメモリ
５０ｋに保持される。また、入力された画像データは、
符号化されて、ＭＰＥＧストリームとして出力される。

【００９１】さらに、時刻３に、探索ＭＢが、水平方向
に１つシフトされて、ブロックマッチングが行なわれて
から、動きベクトルが計算されてフレームメモリ５０ｋ
に保持される一方、時刻２において計算された動きベク
トルが、入力された画像データとともに符号化されて、
ＭＰＥＧストリームとして出力される。同様にして、探
索ＭＢが、水平及び垂直にそれぞれ、−１６から＋１５
の範囲で１つずつシフトされて、各探索ＭＢ毎に、動き
ベクトルが計算されて、フレームメモリ５０ｋに保持さ
れるとともに、入力された画像データは、前時刻の動き
ベクトルが、フレームメモリ５０ｋから読み出されて、
符号化されてＭＰＥＧストリームとして出力されるので
ある。

【００９２】このように、動き探索段階にて、動きベク
トルは付加量を加算されるので、動きベクトルの計算が
１回で行なえて、複雑な計算が不要となる。また、この
ように、その付加量の大きさを調整して、動きベクトル
に加算することができ、動きベクトルの精度を保持した
まま、動きベクトルの情報量を低減できる。

【００９３】さらに、動きベクトルを計算した後にその
動きベクトルの補正処理を行なうという処理が省かれ
て、処理速度が向上する。従って、ＭＰＥＧ２処理にお
いて、原画ピクチャの探索範囲を拡張させることができ
る。そして、このようにして、動きが速い事物を捕捉で
きるようになって、画面の動きがより滑らかになる。視
認性が大幅に向上する。

【００９４】（Ｂ）本発明の第２実施形態の説明また、圧縮率が大きいときに動きベクトルの情報量を変
化させることもできる。図５は、本発明の第２実施形態
に係るＭＰＥＧ符号化装置のブロック図である。この図
５に示すＭＰＥＧ符号化装置４０ａは、ＭＰＥＧ符号化
装置４０（図１参照）と同様であって、入力される１６
画素×１６画素の原画ＭＢをＭＰＥＧ２方式によりＭＢ
単位に圧縮して送出するものである。

【００９５】また、このＭＰＥＧ符号化装置４０ａ内に
ある可変長符号化器５０ｉは、カウント回路５４を有
し、加えて、情報量制御部５２は、動き探索器１０ｃに
対して、符号化ビットレートに関する値（ベクトル情報
量割合）を入力するようになっている。ここで、カウン
ト回路５４は、ＭＰＥＧストリームの符号ビットをカウ
ントするものであり、この機能は例えばカウンタにより
実現される。さらに、カウントされたビット数は、情報
量制御部５２を介して、ベクトル情報量割合が動き探索
器１０ｃに入力されるのである。なお、図５において、
上述したものと同一の符号を有するものは、同一のもの
又は同様の機能を有するものであるので、更なる説明を
省略する。

【００９６】図６は、本発明の第２実施形態に係る動き
探索器のブロック図であり、この図６に示す動き探索器
１０ｃは、動き探索器１０（図１参照）と同様なもので
あって、原画ＭＢと例えば２５６個の探索ＭＢとの差分
量を計算して、動きベクトルを生成するものである。さ
らに、この動き探索器１０ｃは、情報量制御部（符号化
パラメータ）５２と接続されて、符号化ビットレートに
関するベクトル情報量割合を入力される。そして、動き
ベクトル情報量の全情報量に対する割合が増加すると、
付加量が大きくなるように制御が行なわれるのである。

【００９７】従って、付加量演算部１２が、付加量を、
動きベクトルが発生する動きベクトル情報量と動画像符
号化されたデータが発生する全情報量とに起因する値を
含み、動きベクトル情報量の全情報量に対する割合が大
きくなると付加量を大きくするように構成されたことに
なる。ここで、動きベクトルの発生情報量は、通常の符
号化ルーチンでは得られないので、可変長符号化器５０
ｉ（図５参照）にてＭＰＥＧストリームのビット数がカ
ウントされ、カウント回路５４により制御が行なわれる
のである。

【００９８】具体的には、付加量演算部１２は、符号化
を行なう際に、動きベクトルの発生情報量（動きベクト
ル発生情報量Ｉｎｆｏ_vec）と、全発生情報量（ピクチ
ャ発生情報量Ｉｎｆｏ_pic）とを計測し、動きベクトル
発生情報量Ｉｎｆｏ_vecが、ピクチャ発生情報量Ｉｎｆ
ｏ_picに対する割合を使用して、付加量を変更してい
る。

【００９９】なお、この図６に示すもので、上述したも
のと同一の符号を有するものは、同一のもの又は同様の
機能を有するものであるので、更なる説明を省略する。
また、動きベクトルの付加量の大きさについての変更方
法を、図７を用いて説明する。図７は、本発明の第２実
施形態に係る付加量変更を示すフローチャートであり、
まず、ピクチャ発生情報量Ｉｎｆｏ_picと動きベクトル
発生情報量Ｉｎｆｏ_vecとが、それぞれ、計測され（ス
テップＡ１）、割合（Ｉｎｆｏ_vec／Ｉｎｆｏ_pic）が所
定値より大きいか否かが判断される（ステップＡ２）。
ここで、その割合が所定値より大きければ、Ｙｅｓルー
トが取られ、α及びβが大きな値に設定される（ステッ
プＡ３）。一方、その割合が所定値より小さければ、Ｎ
ｏルートが取られ、α及びβは小さな値に設定される
（ステップＡ４）。

【０１００】そして、付加量演算部１２は、付加量Addn
を、式（５）又は式（６）に示す、動きベクトル探索用
の付加量計算式で表される値に設定する。 Addn＝α・(|vnx−pvx|＋|vny−pvy|) …（５） Addn＝β・(|vnx|＋|vny|) …（６）ここで、vnx,vnyは、それぞれ、ｎ番目の探索点におけ
る動きベクトルＶnのＸ成分，Ｙ成分を表し、また、pv
x,pvyは、それぞれ、１ＭＢ（マクロブロック）前の動
き探索により決定した動きベクトルＰＶのＸ成分，Ｙ成
分を表す。さらに、α，βは定数を表し、||は絶対値を
得る演算を表す。

【０１０１】これにより、符号化ビットレートが低い場
合は、動きベクトル情報量を削減させることができる。
すなわち、符号化圧縮率が高くなった場合に、量子化を
粗くされ、かつ、量子化係数の情報量が少なくされて、
動きベクトル情報量の全符号化情報量に占める割合が増
加しても、動きベクトル情報量極力低減することによ
り、除去される。

【０１０２】さらに、定数α及び定数βの値は、それぞ
れ、符号化ビットレート又はピクチャの平均量子化数に
応じて変更させる。この場合、付加量は、α，βの大き
さ又は付加量ビットレートに反比例させるとともに、量
子化の大きさに比例するような値をとるようにする。そ
して、このような構成によって、分割された原画ＭＢの
それぞれについて、ピクチャ間符号化の場合は、参照画
像内に探索範囲が設けられ、探索ＭＢが、左上端から水
平方向及び垂直方向に１つシフトされてから、入力され
た原画ＭＢと同一のＭＢとブロックマッチングが行なわ
れて、動きベクトルが計算される。

【０１０３】この動きベクトルは、付加量として、（動
きベクトル発生情報量Ｉｎｆｏ_vec／ピクチャ発生情報
量Ｉｎｆｏ_pic）により決定され、この動きベクトル
は、フレームメモリ５０ｋに保持される。そして、１つ
ずつシフトされた各探索ＭＢ毎に、動きベクトルが計算
されて、フレームメモリ５０ｋに保持されるとともに、
入力された画像データは、前時刻の動きベクトルが、フ
レームメモリ５０ｋから読み出されて、符号化されてＭ
ＰＥＧストリームとして出力される。

【０１０４】また、上記２種類の付加量計算式のそれぞ
れについて、適応的に切り替えて用いることができる。
その場合は、動きベクトルの水平成分と垂直成分との分
散を計算することによって、付加量計算式の選択が行な
われる。図８は、本発明の第２実施形態に係る付加量計
算式の選択例を示すフローチャートである。まず、ピク
チャにおける全ての探索ＭＢについての動き探索が終了
したときに、ピクチャで発生した各動きベクトルについ
て、水平成分と垂直成分との分散値Ｂｘ，Ｂｙが、それ
ぞれ、計算される（ステップＢ１）。そして、これらの
和Ｂｘ＋Ｂｙが計算されて、その和の値が所定値よりも
大きいか否かが判断され（ステップＢ２）、和Ｂｘ＋Ｂ
ｙが所定値よりも大きければ、Ｙｅｓルートが取られ、
式（６）の計算が行なわれ（ステップＢ４）、また、和
Ｂｘ＋Ｂｙが所定値よりも小さければ、Ｎｏルートが取
られ、式（５）の計算が行なわれる（ステップＢ３）。

【０１０５】このように、付加量計算式が適応的に切り
替えられて計算されるので、きめ細やかな制御が可能と
なる。また、第１実施形態と同様に、動き探索段階に
て、動きベクトルは付加量を加算されるので、複雑な計
算が不要となる。さらに、このように、その付加量の大
きさは、調整可能であり、動きベクトルの精度を保持し
たまま、動きベクトルの情報量を低減できる。

【０１０６】さらに、このように、補正処理の簡略化に
より、処理速度を向上させることができるので、原画ピ
クチャの探索範囲を拡張させることができ、従って、動
きが速い事物を捕捉できるようになって、画面の動きが
より滑らかになり、視認性が大幅に向上する。（Ｂ１）本発明の第２実施形態の第１変形例の説明また、圧縮率大きい場合に、カウント回路５４を有しな
いようにしても、付加量を変化させることができる。

【０１０７】図９は、本発明の第２実施形態の第１変形
例に係るＭＰＥＧ符号化装置４０ｂのブロック図であ
り、この図９に示す情報量制御部５２は、符号化ビット
レートに関する情報として、ビットレート又は量子化
（量子化係数）を動き探索器１０ｃに入力するようにな
っている。このＭＰＥＧ符号化装置４０ｂは、動きベク
トルの発生情報量の全発生情報量に対する割合が高くな
るときは、符号化ビットレートが低いことが多いことを
利用している。すなわち、目標とするビットレート（目
標ビットレート）の大きさによって、付加量の大きさが
変更されるようになっている。

【０１０８】また、この目標ビットレート値は、ＧＯＰ
が有する情報量以上のビットレート値や、ピクチャのビ
ットレート値を用いたり、あるいは、スライス（原画面
を横方向１行の走査を意味する）の速さや、各ＭＢ毎の
速さ等の細かい単位を用いることができる。従って、付
加量演算部１２が、付加量を、動画像符号化が行なわれ
る符号化ビットレートに起因する値を含み、符号化ビッ
トレートが低くなると付加量を大きくするように構成さ
れたことになる。

【０１０９】このような構成によって、ピクチャ間符号
化については、探索範囲にて、探索ＭＢが、左上端から
水平方向及び垂直方向に１つシフトされて、原画ＭＢと
ブロックマッチングが行なわれて、動きベクトルが計算
される。この動きベクトルに付加される付加量は、目標
ビットレートが低くなるにつれて、付加量の重み付けが
大きくなるように制御されるとともに、符号化ビットレ
ートが低くなるにつれて付加量が大きくなるように制御
される。

【０１１０】そして、各原画ＭＢ毎に、動きベクトルが
計算されて、フレームメモリ５０ｋに保持されるととも
に、入力された画像データは、前時刻の動きベクトル
が、フレームメモリ５０ｋから読み出されて、符号化さ
れてＭＰＥＧストリームとして出力されるのである。こ
のように、動きベクトル発生情報量の全発生情報量に対
する割合を計算することにより、より効率的に付加量の
大きさを反映できるようになる。

【０１１１】さらに、別の態様としては、量子化の大き
さを用いることができる。すなわち、特殊な画像データ
が入力されない限り、符号化ビットレートと量子化の大
きさとは連動して変化し、符号化ビットレートが小さく
なった場合は、量子化の値が大きくされるように制御さ
れているので、符号化ビットレートの代わりに、この量
子化の値を用いて付加量の大きさを変動させることもで
きる。すなわち、付加量演算部１２が、付加量を、原画
ＭＢ毎に施されるＤＣＴの量子化係数の大きさに起因す
る値を含み、量子化係数が大きくなると付加量を大きく
するようになっている。

【０１１２】そして、このような構成によって、ピクチ
ャ間符号化が行なわれる場合に、その付加量について
は、量子化の値が大きい場合は、付加量が大きくなるよ
うに制御され、また、量子化の値が小さい場合は、付加
量が小さくなるように制御される。このように、符号化
ビットレートや量子化の値を用いることにより、第２実
施形態で説明したような利点を得られるほか、動きベク
トルの発生情報量が、可変長符号化器５０ｉ内にカウン
ト回路を設けなくとも得られるので、より効率的に付加
量の計算を行なえるようになる。

【０１１３】（Ｂ２）本発明の第２実施形態の第２変形
例の説明第２実施形態における動き探索器１０ｃに対して、付加
量をゼロリセットする機能を追加することができる。図
１０は、本発明の第２実施形態の第２変形例に係る動き
探索器１０ｄのブロック図であり、この図１０に示す動
き探索器１０ｄは、情報量制御部５２に接続され、付加
量を強制的にゼロリセットできるようになっている。な
お、この図１０に示すもので図６に示したものと同一の
符号を有するものは、同一のもの又は同様な機能を有す
るものであるので、更なる説明を省略する。

【０１１４】そして、これにより、第２実施形態にて説
明したことと同様に、ピクチャ間符号化が行なわれる。
このように、ゼロリセット機能を追加することにより、
付加量を加算しない状態を容易に再現することが可能と
なり、ブロック間差分のみによる動きベクトル探索が行
なえる。

【０１１５】また、このようにして、例えば、動きベク
トルの発生情報量割合が、他に影響を与えらない程度に
小さいときに、動き探索におけるフレーム間ブロック差
分量のうちで最小値を示す位置での動きベクトルを用い
て、符号化することができる。（Ｃ）本発明の第３実施形態の説明図１１は、本発明の第３実施形態に係るＭＰＥＧ符号化
装置４０ｃのブロック図である。この図１１に示すＭＰ
ＥＧ符号化装置４０ｃは、ＭＰＥＧ符号化装置４０（図
１参照）と同様であって、入力される１６画素×１６画
素の原画ＭＢをＭＰＥＧ２方式によりＭＢ単位に圧縮し
て送出するものである。なお、この図１１に示すもので
図１に示したものと同一の符号を有するものは、同一の
もの、あるいは、同様な機能を有するものであるので、
更なる説明を省略する。

【０１１６】また、ＭＰＥＧ符号化装置４０ｃは、符号
化するピクチャ又はＭＢ（マクロブロック）のアクティ
ビティ（アクティビティ値）を用いて、付加量の大きさ
（重み）を変更するものである。このアクティビティ
は、画面の複雑さを意味するものであって、アクティビ
ティが低いとは、例えば、青空のようないわゆる平坦な
画像の場合をいう。さらに、アクティビティが低い場合
は、動き探索点毎のフレーム間差分付加量に大きな差異
がないが、アクティビティが高い場合は、動き探索点毎
のフレーム間差分付加量の大きさについて、大きな差異
が生じる。

【０１１７】そして、アクティビティは、イントラ評価
値により表されるようになっている。このイントラ評価
値とは、例えばイントラ／インター判定を行なうときに
用いられる値であって、計算部５３により計算される。
そして、動き予測判定器５１は、このアクティビティを
動き探索器１０に出力するのである。すなわち、計算部
５３は、１片の原画ＭＢの画素値について平均値と、こ
の平均値に関する分散値とを計算して、画面が複雑な
（アクティビティが高い）ときは、大きな値のイントラ
評価値を出力し、また、画面が平坦な（アクティビティ
が低い）ときは、小さな値のイントラ評価値を出力する
のである。

【０１１８】このような構成によって、ピクチャ間符号
化については、探索範囲にて、探索ＭＢと原画ＭＢとが
ブロックマッチングされて、動きベクトルが計算され
る。ここで、動きベクトルに付加される付加量は、アク
ティビティが大きい場合は、大きくし、また、アクティ
ビティが小さい場合は、小さくするように、制御され
る。

【０１１９】そして、各原画ＭＢ毎に、動きベクトルが
計算されて、フレームメモリ５０ｋに保持されるととも
に、入力された画像データは、前時刻の動きベクトル
が、フレームメモリ５０ｋから読み出されて、符号化さ
れてＭＰＥＧストリームとして出力されるのである。こ
のように、アクティビティを用いることにより、より効
率的に付加量の大きさを調整できる。

【０１２０】また、このように、第１実施形態と同様
に、動き探索段階にて、動きベクトルは付加量を加算さ
れるので、複雑な計算が不要となるうえ、その付加量の
大きさは調整可能なので、動きベクトルの精度を保持し
たまま、動きベクトルの情報量を低減できる。さらに、
このように、補正処理の簡略化により、処理速度を向上
させることができるので、原画ピクチャの探索範囲を拡
張させることができ、従って、動きが速い事物を捕捉で
きるようになって、画面の動きがより滑らかになり、視
認性が大幅に向上する。

【０１２１】なお、アクティビティの値としては、イン
トラ評価値を用いるほかにも、別に計算して得た値を用
いることもできる。（Ｄ）本発明の第４実施形態の説明図１２は、本発明の第４実施形態に係るＭＰＥＧ符号化
装置４０ｄのブロック図である。この図１２に示すＭＰ
ＥＧ符号化装置４０ｄは、ＭＰＥＧ符号化装置４０（図
１参照）と同様であって、入力される１６画素×１６画
素の原画ＭＢをＭＰＥＧ２方式によりＭＢ単位に圧縮し
て送出するものである。また、ＭＰＥＧ符号化装置４０
ｄは、動きベクトルメモリ５５を有し、この動きベクト
ルメモリ５５に保持された動きベクトルは、計算部５３
により読み出される。そして、計算部５３は、動きベク
トルの方向が揃っているか否かに関する情報を計算し、
この情報を動き探索器１０に対して出力するようになっ
ている。

【０１２２】なお、この図１２に示すもので図１に示し
たものと同一の符号を有するものは、同一のもの、ある
いは、同様な機能を有するものであるので、更なる説明
を省略する。具体的には、動き探索器１０内の付加量演
算部１２（図１参照）が、付加量を、過去の動きベクト
ルが示す方向についての平均値と平均値に関する分散値
とに起因する値に設定するようになっている。既に動き
探索を行なって得られた前符号化ピクチャの動きベクト
ル情報か、又は、現符号化ピクチャの動きベクトル情報
によって、付加量の大きさ（重み）を変更するのであ
る。

【０１２３】すなわち、動きベクトルメモリ５５に保持
された、動き探索済の動きベクトルは、計算部５３によ
り読み出されて、分散値が計算される。そして、計算部
５３は、動きベクトルが揃っている（分散値が小さい）
場合は、動き予測が良好と判定して付加量を小さくし、
逆に、動きベクトルが揃っていない（分散値が大きい）
場合は、付加量を大きくするように変更するのである。

【０１２４】また、動きが大きい（動きベクトルの平均
値が大きい）場合は、動きが小さい（動きベクトルの平
均値が小さい）場合に比べて、画面を視るための認識度
が落ちるので、動きが大きいほど付加量を大きくするよ
うに変更するのである。このような構成によって、ピク
チャ間符号化については、探索範囲にて、原画ＭＢと探
索ＭＢとブロックマッチングされて、動きベクトルが計
算される。

【０１２５】この動きベクトルに付加される付加量は、
動きベクトルについての分散値が小さい場合は小さくさ
れ、また、その分散値が大きい場合は大きくされるよう
に変更される。また、動きベクトルについての平均値が
大きい場合は、付加量は大きくされ、その平均値が小さ
い場合は、付加量が小さくされる。そして、各原画ＭＢ
毎に、動きベクトルが計算されて、フレームメモリ５０
ｋに保持されるとともに、入力された画像データは、前
時刻の動きベクトルが、フレームメモリ５０ｋから読み
出されて、符号化されてＭＰＥＧストリームとして出力
されるのである。

【０１２６】このように、動きベクトルについての分散
値又は平均値を用いることにより、より効率的に付加量
の大きさを調整できる。また、このように、第１実施形
態と同様に、動き探索段階にて、動きベクトルは付加量
を加算されるので、複雑な計算が不要となるうえ、その
付加量の大きさは調整可能なので、動きベクトルの精度
を保持したまま、動きベクトルの情報量を低減できる。

【０１２７】さらに、このように、補正処理の簡略化に
より、処理速度を向上させることができるので、原画ピ
クチャの探索範囲を拡張させることができ、従って、動
きが速い事物を捕捉できるようになって、画面の動きが
より滑らかになり、視認性が大幅に向上する。（Ｅ）その他次に、具体的数値例を説明する。図１３は、符号化デー
タの一例を示す図であって、動きベクトル発生情報量と
その全発生情報に対する割合を示している。このデータ
は、２Ｍｂｐｓの速度の符号化データであって、ＭＰＥ
Ｇ２方式による動き予測が比較的困難な、波の形状が細
かい水面シーンを符号化したものである。また、このデ
ータは、約１０秒間（３００ピクチャ）の発生情報量で
あって、各発生情報量は、ビット単位で表されている。

【０１２８】この図１３に示すデータは、何ら制御しな
い場合には、符号化情報の８割が、動きベクトルの情報
によって占有され、フレーム間差分情報として割り当て
られる量は、極めて小さい。図１４は、動きベクトル発
生情報量の推移を示す図であり、また、図１５は、差分
（ＤＣＴ係数）発生情報量の推移を示す図である。これ
ら図１４，図１５に示す推移曲線の横軸は、ピクチャ番
号であって、絶えずピクチャが入力されており、また、
縦軸は、動きベクトル発生情報量である。そして、これ
らの図の上部にあるものが、従来方式を用いた場合のも
ので、下部にあるものが、本発明を適用したものであ
る。従って、これらの図にそれぞれ示されるように、本
発明を適用したものの方が、発生する情報量が少ないこ
とがわかる。

【０１２９】また、動きベクトルの方向を揃える制御
と、動きベクトルの発生情報量の抑制とによって、その
分の情報が、フレーム間差分情報へ割り当てられるの
で、画質も向上し、加えて、平均の量子化スケールの大
きさも大幅に小さくなる。なお、本発明は上述した実施
態様及びその変形例に限定されるものではなく、本発明
の趣旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施すること
ができる。

【０１３０】例えば、動き探索数は、２５６のほか、他
の値に設定することができ、この数を大きくすることに
よって、画面から受ける印象は、より滑らかとなる。ま
た、上記のα、β等の定数は、設計方針により、その値
を種々変更して実施され、さらに、式（３）〜式（６）
は、それぞれ、この計算式に限定されるものではなく、
絶対値演算した値に基づく別の関数形式に変更すること
ができる。

【０１３１】加えて、上述した付加量の設定の態様につ
いては、各々が独立して動作するのみでなく、複数のパ
ラメータを組み合わせて使用することも可能であり、同
様の利点を得ることができる。なお、図２，３，４，
６，１０，１８において表示されている参照ＭＢとは、
探索ＭＢを意味し、これらは同一のものである。さら
に、図１０において、情報量制御部５２の表示は“０”
となっているが、これはゼロリセットを表すものであ
る。

【０１３２】加えて、付加量演算部１２が付加量を設定
する際に、その付加量の値は動きベクトルの成分、符号
化ビットレート、量子化係数の大きさ、動きベクトル情
報量，全情報量、アクティビティ値、平均値，分散値の
それぞれに起因する値とされている。この起因する値と
は、これらの値そのものであるほか、これらの値に定数
を乗じたような値も含まれる。

【０１３３】また、時刻１，２，３等は、時刻の順序を
便宜上区別するためのものであって、本発明はこれらの
表記によっては何ら制限を受けるものではない。

【０１３４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の動きベク
トル探索器によれば、原画マクロブロックと複数の探索
マクロブロックのそれぞれとの差分量を計算して出力す
る差分演算部と、差分演算部に接続され、動きベクトル
が有する水平成分及び垂直成分と符号化の状態とに依存
する付加量を差分量に加算した補正差分量を出力すると
ともに、隣接する探索マクロブロックの動きベクトルの
補正差分量により動きベクトルを出力する付加量演算部
と、付加量演算部に接続され、ブロック間の相関度が最
も高い最適動きベクトルを決定する動きベクトル決定部
とをそなえて構成されているので、差分情報の符号化で
発生する情報のほか動きベクトル情報の符号化で発生す
る情報も調整でき、特に動きベクトル情報量の大きさが
無視できない低レート符号化時において、冗長な動きベ
クトル情報量の発生を抑制できるため、効率的に符号化
できる利点がある（請求項１）。

【０１３５】また、差分演算部が、探索マクロブロック
に関するデータと、原画マクロブロックに関するデータ
との差分を差分量として出力する複数のブロック間差分
演算部をそなえて構成されてもよく、さらに、差分演算
部が、補正差分量を出力するとともに、外部から入力さ
れる動きベクトルの補正差分量により動きベクトルを出
力する複数の付加量演算回路をそなえて構成されてもよ
く、このようにすれば、動きベクトルの計算を速く行な
えるので、動きベクトルの探索範囲を拡張することがで
き、より複雑な動きを有する物体の追跡が可能となり、
画質の向上という利点がある（請求項２〜１１）。

【０１３６】加えて、本発明の動きベクトル探索方法に
よれば、複数の探索マクロブロックに関するデータのそ
れぞれと原画マクロブロックに関するデータとの差分を
計算して複数の差分量として出力する差分演算ステップ
と、複数の動きベクトルが有する水平成分及び垂直成分
のそれぞれと符号化状態とに依存する付加量をそれぞれ
差分量に加算する付加量加算ステップと、付加量加算ス
テップにて得られた、複数の動きベクトルの中から最小
の情報量を有する最適動きベクトルを決定する動きベク
トル決定ステップとをそなえて構成されているので、複
雑な計算が不要となり、付加量の大きさを調整して動き
ベクトルに加算することができ、かつ、動きベクトルの
精度を保持したまま、動きベクトルの情報量を低減でき
る利点がある（請求項１２）。

【０１３７】さらに、本発明の動画像符号化装置は、参
照ブロック保持部と、差分演算部と、付加量演算部と、
統計部と、動きベクトル決定部とをそなえ、付加量演算
部が、画像処理単位である符号化ピクチャの所定の位置
における原画マクロブロックについて、直前に符号化さ
れた前符号化ピクチャの同一の位置における原画マクロ
ブロックの動きベクトル情報，前符号化ピクチャの平均
の動きベクトル情報及び符号化ピクチャが既に探索した
動きベクトル情報を用いて、付加量の大きさを変化する
ように構成されているので、処理速度が向上し原画ピク
チャの探索範囲を拡張できるため、より滑らかな画像を
得られる利点がある。また、動きが速い事物を捕捉でき
て視認性が大幅に向上する（請求項１３）。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るＭＰＥＧ符号化装
置のブロック図である。

【図２】本発明の第１実施形態に係る動き探索器のブロ
ック図である。

【図３】本発明の第１実施形態に係る他の動き探索器の
ブロック図である。

【図４】本発明の第１実施形態の第１変形例に係る動き
探索器のブロック図である。

【図５】本発明の第２実施形態に係るＭＰＥＧ符号化装
置のブロック図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係る動き探索器のブロ
ック図である。

【図７】本発明の第２実施形態に係る付加量変更を示す
フローチャートである。

【図８】本発明の第２実施形態に係る付加量計算式の選
択例を示すフローチャートである。

【図９】本発明の第２実施形態の第１変形例に係るＭＰ
ＥＧ符号化装置のブロック図である。

【図１０】本発明の第２実施形態の第２変形例に係る動
き探索器のブロック図である。

【図１１】本発明の第３実施形態に係るＭＰＥＧ符号化
装置のブロック図である。

【図１２】本発明の第４実施形態に係るＭＰＥＧ符号化
装置のブロック図である。

【図１３】符号化データの一例を示す図である。

【図１４】動きベクトル発生情報量の推移を示す図であ
る。

【図１５】差分発生情報量の推移を示す図である。

【図１６】動き探索の説明図である。

【図１７】動きベクトルの説明図である。

【図１８】ブロックマッチングの説明図である。

【図１９】差分絶対値和演算回路のブロック図である。

【図２０】差分二乗和演算回路のブロック図である。

【図２１】ＭＰＥＧ符号化装置のブロック図である。

【符号の説明】

１０動き探索器１１ブロック間差分演算部１２付加量演算部１３動きベクトル決定部４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄＭＰＥＧ符号
化装置５０ａ減算器５０ｂ，５０ｅスイッチ５０ｃ符号化器５０ｄ復号化器５０ｆ加算器５０ｇ，５０ｊ，５０ｋフレームメモリ５０ｈ量子化器５０ｉ可変長符号化器５１動き予測判定器５２情報量制御部５３計算部５４カウント回路５５動きベクトルメモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C059 KK19 LA05 MA00 MA03 MA05 MA23 MC15 ME01 NN02 NN11 NN15 NN21 NN28 PP05 PP06 PP07 RC16 RC38 RC40 SS05 SS06 SS26 TA62 TB07 TC06 TC10 TC12 TC18 TD03 TD04 TD05 UA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力された原画像データを分割して得た
原画マクロブロックと参照画像データ中に設けられた複
数の探索マクロブロックとの差分量を計算して、該原画
マクロブロックと同一の位置から該複数の探索マクロブ
ロックのそれぞれへの位置を表す動きベクトルを生成す
る、動画像符号化用の動きベクトル探索装置であって、該原画マクロブロックと該複数の探索マクロブロックの
それぞれとの該差分量を計算して出力する差分演算部
と、該差分演算部に接続され、該動きベクトルが有する水平
成分及び垂直成分と符号化の状態とに依存する付加量を
該差分量に加算した補正差分量を出力するとともに、隣
接する該探索マクロブロックの動きベクトルの該補正差
分量により該動きベクトルを出力する付加量演算部と、該付加量演算部に接続され、該ブロック間の相関度が最
も高い最適動きベクトルを決定する動きベクトル決定部
とをそなえて構成されたことを特徴とする、動きベクト
ル探索器。
【請求項２】該差分演算部が、該探索マクロブロックに関するデータと、該原画マクロ
ブロックに関するデータとの差分を該差分量として出力
する複数のブロック間差分演算部をそなえて構成された
ことを特徴とする、請求項１記載の動きベクトル探索
器。
【請求項３】該付加量演算部が、該差分演算部における該複数のブロック間差分演算部の
それぞれに接続され、該補正差分量を出力するととも
に、外部から入力される動きベクトルの該補正差分量に
より該動きベクトルを出力する複数の付加量演算回路を
そなえて構成されたことを特徴とする、請求項２記載の
動きベクトル探索器。
【請求項４】該付加量演算部が、該付加量を、該動きベクトルの該水平成分及び該垂直成
分と、過去に生成された前動きベクトルの水平成分及び
垂直成分との変化量に起因する値を含み、該変化量が大
きくなると該付加量を大きくするように構成されたこと
を特徴とする、請求項３記載の動きベクトル探索器。
【請求項５】該付加量演算部が、該付加量を、該動きベクトルの該水平成分及び該垂直成
分に起因する値を含み、該動きベクトルの該水平成分及
び該垂直成分が大きくなると該付加量を大きくするよう
に構成されたことを特徴とする、請求項３記載の動きベ
クトル探索器。
【請求項６】該付加量演算部が、該付加量を、動画像符号化が行なわれる符号化ビットレ
ートに起因する値を含み、該符号化ビットレートが低く
なると該付加量を大きくするように構成されたことを特
徴とする、請求項３記載の動きベクトル探索器。
【請求項７】該付加量演算部が、該付加量を、該マクロブロック毎に施される離散コサイ
ン変換の量子化係数の大きさに起因する値を含み、該量
子化係数が大きくなると該付加量を大きくするように構
成されたことを特徴とする、請求項３記載の動きベクト
ル探索器。
【請求項８】該付加量演算部が、該付加量を、該動きベクトルが発生する動きベクトル情
報量と動画像符号化されたデータが発生する全情報量と
に起因する値を含み、該動きベクトル情報量の該全情報
量に対する割合が大きくなると該付加量を大きくするよ
うに構成されたことを特徴とする、請求項３記載の動き
ベクトル探索器。
【請求項９】該付加量演算部が、該付加量を、画像変化の複雑さを表すアクティビティ値
に起因する値を含み、該アクティビティ値が大きくなる
と該付加量を大きくするように構成されたことを特徴と
する、請求項３記載の動きベクトル探索器。
【請求項１０】該付加量演算部が、該付加量を、過去の動きベクトルが示す方向についての
平均値と該平均値に関する分散値との少なくとも一方の
値に起因する値を含むように構成されたことを特徴とす
る、請求項３記載の動きベクトル探索器。
【請求項１１】該付加量演算部が、画像処理単位である符号化ピクチャ毎に該付加量を零に
リセットしうるように構成されたことを特徴とする、請
求項３〜請求項１０のいずれか一項記載の動きベクトル
探索器。
【請求項１２】入力された原画像データを分割して得
た原画マクロブロックと参照画像データ中に設けられた
複数の探索マクロブロックとの差分量を計算して、該原
画マクロブロックと同一の位置から該複数の探索マクロ
ブロックのそれぞれへの位置を表す動きベクトルを生成
する、動画像符号化用の動きベクトル探索方法であっ
て、該複数の探索マクロブロックに関するデータのそれぞれ
と該原画マクロブロックに関するデータとの差分を計算
して複数の該差分量として出力する差分演算ステップ
と、複数の該動きベクトルが有する水平成分及び垂直成分の
それぞれと符号化状態とに依存する付加量をそれぞれ該
差分量に加算する付加量加算ステップと、該付加量加算ステップにて得られた、複数の該動きベク
トルの中から最小の情報量を有する最適動きベクトルを
決定する動きベクトル決定ステップとをそなえて構成さ
れたことを特徴とする、動きベクトル探索方法。
【請求項１３】入力された原画像データを分割して得
た原画マクロブロックと参照画像データ中に設けられた
複数の探索マクロブロックとの差分量を計算し該原画マ
クロブロックと同一の位置から該複数の探索マクロブロ
ックのそれぞれへの位置を表す動きベクトルを生成して
動き補償を行なう、動画像符号化装置であって、該原画マクロブロックと該複数の探索マクロブロックの
それぞれとの該差分量を計算して出力する差分演算部
と、該差分演算部に接続され、該動きベクトルが有する水平
成分及び垂直成分と符号化の状態とに依存する付加量を
該差分量に加算した補正差分量を出力するとともに、隣
接する該探索マクロブロックの動きベクトルの該補正差
分量により該動きベクトルを出力する付加量演算部と、該付加量演算部に接続され、該ブロック間の相関度が最
も高い最適動きベクトルを決定する動きベクトル決定部
とをそなえ、該付加量演算部が、画像処理単位である符号化ピクチャの所定の位置におけ
る該原画マクロブロックについて、過去に符号化された
前符号化ピクチャの同一の位置における該原画マクロブ
ロックの動きベクトル情報，該前符号化ピクチャの平均
の動きベクトル情報及び該符号化ピクチャが既に探索し
た該動きベクトル情報を用いて、該付加量の大きさを変
化するように構成されたことを特徴とする、動画像符号
化装置。