JP2002051340A

JP2002051340A - 動画像圧縮装置及びその方法

Info

Publication number: JP2002051340A
Application number: JP2000233462A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Morishita; 昌博森下
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2000-08-01
Filing date: 2000-08-01
Publication date: 2002-02-15

Abstract

(57)【要約】【課題】処理対象の動画像の性質が変化しても精度の
高い動きベクトルを検出することのできる動画像圧縮装
置を提供する【解決手段】動き補償処理部１１は、それぞれが異な
るアルゴリズムで動きベクトルを検出する３つの検出部
（検出部１１１１、１１１２、１１１３）備え、先ず、
そのうち１つを用いて複数種類の動きベクトルを検出す
る。そして、検出された複数の動きベクトルをベクトル
評価部１１２が評価して１つを選び、さらにはこの１つ
の動きベクトルを元にこれを検出するのに用いられたア
ルゴリズムの妥当性をアルゴリズム評価部１１３が評価
する。そして、評価の結果が所定の水準に達していない
場合は、動き補償制御部１１４が、別の検出部（別のア
ルゴリズム）による動きベクトル検出行わせる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、動きベクトルを使
った予測符号化処理を用いて動画像を圧縮符号化する動
画像圧縮装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、放送番組の動画像データを受信
し、光ディスクなどの記録媒体にデジタル形式で録画す
る場合、データ量低減のために圧縮処理が施される。動
画像圧縮の方式として代表的なものに、フレーム内予測
符号化処理とフレーム間予測符号化処理とを組み合わせ
たＭＰＥＧ方式がある。ＭＰＥＧ方式による圧縮処理に
ついては、市販の書籍（「最新ＭＰＥＧ教科書」（株式
会社アスキー、1994年8月1日発行）など）に詳しく記さ
れている。動画像圧縮処理のおおよその手順は以下の通
りである。

【０００３】先ず、動画像データをピクチャに分割す
る。そしてさらに、ピクチャを圧縮処理の単位であるマ
クロブロックに分割し、マクロブロックごとに順次、Ｄ
ＣＴ変換、量子化、符号化などの圧縮処理を施して符号
化データを生成し、圧縮処理は完了する。これらの処理
を行う際、ピクチャは３種類（Ｉピクチャ、Ｐピクチ
ャ、Ｂピクチャ）に分けられ、Ｉピクチャについてはフ
レーム全体の画素情報を圧縮符号化（フレーム内予測符
号化処理）し、Ｐピクチャについては先行するピクチャ
との差分の情報を、Ｂピクチャについては前後のピクチ
ャとの差分の情報を、それぞれ圧縮符号化（フレーム間
予測符号化処理）する。Ｐ、Ｂピクチャについて差分を
求める際に参照される直前のピクチャ、直後のピクチャ
のことを参照画像という。

【０００４】なお、フレーム間予測符号化処理において
は、単に参照画像との差分をとるのではなく、動きベク
トルを用いた動き補償予測を行って圧縮化効率の向上を
図る。この方法では、圧縮処理しようとするマクロブロ
ックごとに、参照画像中で当該マクロブロックに内容の
近いマクロブロックを探し、両マクロブロックの差分を
圧縮符号化することで、圧縮後のデータ量を小さくする
ものである。そして、参照画像中での「内容の近いマク
ロブロック」の位置を表す情報を「動きベクトル」とい
う。動きベクトルの精度が高いほど（動きベクトルがよ
り「内容の近いマクロブロック」を指すほど）、圧縮効
率は向上し、逆に動きベクトルの精度が低ければ（動き
ベクトルが指す「内容の近いマクロブロック」と圧縮処
理対象のマクロブロックとの差が大きければ）、圧縮効
率は低下する。この「内容の近いマクロブロック」を以
下「予測画像（マクロブロック）」と呼び、予測画像を
見つけ出す（動きベクトルを検出する）ことを「予測」
という。

【０００５】なお、精度の高い動きベクトルが検出でき
なかった場合（「内容の近いマクロブロック」が見つか
らなかった場合）、動きベクトルを用いたフレーム間予
測符号化は行わず、当該マクロブロックについてはフレ
ーム内予測符号化を行うことになる。フレーム間予測符
号化とフレーム内予測符号化とを比べると、符号化デー
タ量は後者の方が当然大きいので、圧縮効率は低下す
る。

【０００６】つまり、精度の高い動きベクトルを検出で
きないと、圧縮効率は低下してしまい、さらに、ビット
レートが固定の場合であれば、動き補償予測における圧
縮効率の低下分を量子化処理におけるデータ量の削減で
補うことになるので、削減される情報が多くなり画質が
低下してしまう。検出される動きベクトルは、動きベク
トル検出のアルゴリズムにおける検出方式（探索範囲の
広さなど）の違いによって異なり、動きベクトルの精度
は、検出方式が処理対象の動画像の性質に適合するかど
うかによって差が出てくる。例えば、動きの大きい動画
像では、探索範囲を広くして検出を行う方が精度の高い
動きベクトルを得られる可能性が高い。そこで、どのよ
うな検出方式を採るかについては、予想される処理対象
の動画像の性質に応じて予め決められる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、処理対象の
動画像の性質は均一でない。例えば、性質として「動き
の激しさ」を例に取ると、平均的に見れば動きの小さい
動画像の中に動きの激しい部分が現れる場合がある（テ
レビのスポーツニュースで言えば、キャスターが原稿を
読んでいる間の動画像は動きが小さく、試合のダイジェ
ストを放映している間の動画像は動きが激しい）。こう
した場合、採用されているのは動きの小さい動画像向け
の検出方式のアルゴリズムなので、大きな動きがある部
分では精度の高い動きベクトルを検出できず圧縮効率が
下がってしまう。

【０００８】本発明は上記課題に鑑み、処理対象の動画
像の性質に左右されることなく精度の高い動きベクトル
を求めることで、高い圧縮効率を実現することのできる
動画像圧縮装置及び方法を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の動画像圧縮装置は、動きベクトルを用い
た動き補償予測を利用して動画像データの圧縮符号化を
行う動画像圧縮装置であって、動きベクトル検出のため
のアルゴリズムとしてそれぞれに異なるものを有してい
る複数のベクトル検出手段と、前記複数のベクトル検出
手段のいずれかを選択して動きベクトルの検出を行わせ
る選択手段と、前記選択手段が選択したベクトル検出手
段によって検出された動きベクトルの精度を評価する評
価手段と、前記評価手段による精度評価の結果が所定の
水準に達しているかどうか判定し、所定の水準に達して
いると判定した場合には前記精度評価の対象である動き
ベクトルを圧縮符号化処理のために採用する一方、前記
評価結果が所定の水準に達していないと判定した場合に
は、前記選択手段に対し前記精度評価の対象である動き
ベクトルを検出したベクトル検出手段を排除したうえで
選択処理を再実行させる制御手段と、を有することを特
徴とする。

【００１０】これによれば、動きベクトル検出のための
検出方式が互いに異なるアルゴリズムを複数用意してお
き、あるアルゴリズムに従って検出した動きベクトルの
精度が低い場合は、他のアルゴリズムに従って動きベク
トルの検出をやり直すので、精度の高い動きベクトルを
検出することができ、圧縮効率を高めることができる。

【００１１】また、動きベクトルを用いた動き補償予測
を利用して動画像データの圧縮符号化を行う動画像圧縮
方法であって、動きベクトル検出のためのアルゴリズム
としてそれぞれに異なるものを有している複数のベクト
ル検出手段のいずれかを選択して動きベクトルの検出を
行う検出ステップと、前記検出ステップで検出された動
きベクトルの精度を評価する評価ステップと、前記評価
ステップにおける精度評価の結果が所定の水準に達して
いるかどうか判定し、所定の水準に達していると判定し
た場合には前記精度評価の対象である動きベクトルを圧
縮符号化処理のために採用する一方、前記評価結果が所
定の水準に達していないと判定した場合には、前記精度
評価の対象である動きベクトルを検出したベクトル検出
手段を排除したうえで前記選択ステップ以降の処理を再
実行させる制御ステップと、を有する方法によっても、
精度の高い動きベクトルを検出することができ、圧縮効
率を高めることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の動画像圧縮装置に
関する実施の形態を、図面を参照しながら説明する。（全体の構成）図１は、本発明の動画像圧縮装置１の構
成を示すブロック図である。動画像圧縮装置１は、外部
から入力されてくる動画像データを記録媒体への格納の
ために圧縮するものである。

【００１３】処理対象の動画像データは、１枚の画像を
１ラインおきに異なるタイミングでサンプリングするイ
ンタレース走査によって生成された６０枚／秒のフィー
ルドから成っている。画像圧縮装置１は、これを、奇数
ラインのサンプリング結果である奇数フィールドと偶数
ラインの偶数フィールドと２枚１組（フレーム）を１ピ
クチャとして３０ピクチャ／秒のフレーム構造（１フレ
ーム＝１ピクチャ）として圧縮処理する。ちなみに、１
フィールド＝１ピクチャとして処理する場合は、フィー
ルド構造（６０ピクチャ／秒）という。

【００１４】以下、動画像圧縮装置１の構成を説明する
前に、動画像圧縮装置１が実行する動き補償予測処理の
概要を説明する。動画像圧縮装置１は、上述の通り、動
画像データを３０フレーム／秒のフレーム構造で圧縮処
理し、処理方式は、ＤＣＴ変換処理、動き補償予測処
理、可変長符号化処理を組み合わせたＭＰＥＧ２による
方式である。

【００１５】先ず、個々のピクチャ（フレーム）は、動
き補償予測における処理方式に応じてＩピクチャ、Ｂピ
クチャ、Ｐピクチャの３種類に分類され、動き補償予測
における参照関係に従って順番の並べ替えが行われる。
そして、各ピクチャは順次、１６×１６の画素ブロック
であるマクロブロックに分割されて、動き補償予測処理
（Ｉピクチャは除く）、ＤＣＴ変換処理、量子化処理、
符号化処理が施される。

【００１６】各種のピクチャに属するマクロブロックの
圧縮符号化処理の方法を、以下の表に示す。

【００１７】

【表１】

【００１８】Ｉピクチャ（フレーム内予測符号化画像）
は、前後のピクチャとは関わりなく画像データがそのま
ま圧縮符号化処理される（フレーム内予測符号化）。Ｐ
ピクチャ（順方向フレーム間予測符号化画像）は、再生
順序において自身より前（過去）にあるＩまたはＰピク
チャを参照画像として、参照画像との差分データが圧縮
処理される（順方向フレーム間予測符号化）。

【００１９】Ｂピクチャ（双方向フレーム間予測符号化
画像）は、再生順序において前（過去）にある画像（ピ
クチャ）、および再生順序において後（未来）にある画
像（ピクチャ）の両方、またはいずれか一方を参照画像
として、参照画像との差分データが圧縮符号化される。
両方の画像を参照画像とした場合、これを双方向フレー
ム間予測符号化といい、前の画像を参照画像とする場合
は、Ｐピクチャと同じ順方向フレーム間予測符号化であ
る。後の画像を参照画像とする場合は、逆方向フレーム
間予測符号化という。双方向予測を前提としたＢピクチ
ャについても参照画像を１枚だけ用いることがあるの
は、処理対象のＢピクチャがシーンの変わり目にあった
場合、一方の参照画像の内容は、当該Ｂピクチャと全く
連続性を持たないからである。その場合は、「順方向」
または「逆方向」の予測とした方が動きベクトルの精度
は高い。

【００２０】このうち、Ｐピクチャ、Ｂピクチャの圧縮
符号化処理（順方向フレーム間予測符号化画像、逆方向
フレーム間予測符号化、画像双方向フレーム間予測符号
化画像）について、動きベクトルが用いられる。そし
て、用いられる動きベクトルの数や内容は、上記の符号
化の方向（順方向、逆方向、双方向）によって異なって
くる（例えば、数で言えば「双方向」は２つの動きベク
トルが用いられ、その他は１つである）。

【００２１】また、動きベクトルの内容については、上
記の符号化の方向の他に、参照画像をフレーム構造とし
て参照するか、フィールド構造として参照するかによっ
ても変わってくる。動きベクトルの種類は、上記の予測
方向（順方向、逆方向、双方向）、および、参照画像の
構造（フィールド、フレーム）に応じて、複数の種類が
ある。これを表にまとめると以下のようになる。

【００２２】

【表２】

【００２３】この表に示す通り、動きベクトルの種類
は、Ｐピクチャの場合は２種類（順方向フレーム予測
用、順方向フィールド予測用）、Ｂピクチャの場合は６
種類（順方向フレーム予測用、順方向フィールド予測
用、逆方向フレーム予測用、逆方向フィールド予測用、
双方向フレーム予測用、双方向フィールド予測用）とな
る。画像圧縮装置１は、あるアルゴリズムで、マクロブ
ロック毎に上記全種類の動きベクトルを検出した上で、
それらの精度を評価し、最も評価の高い動きベクトルを
１つ選択する。そしてさらに、この選択した動きベクト
ルについて検証し、所定の水準に達しているかどうか判
定する。所定の水準に達していない場合、画像圧縮装置
１は、別のアルゴリズムを用いて動きベクトルを検出し
直し、あらためて評価、選択、検証、を行う。そして、
所定の水準に達した動きベクトルを得るまで、これらの
処理を繰り返す。全てのアルゴリズムを試しても所定の
水準の動きベクトルが得られなかった場合は、所定の水
準に最も近いものを採用する。

【００２４】なお、上記の場合において、最も所定の水
準に近いものですら使用に耐えない時は、Ｐ，Ｂピクチ
ャとも、フレーム内でのデータの相関性を利用したフレ
ーム内予測符号化によって圧縮処理を行う。フレーム内
予測符号化処理には動きベクトルは使用されない。（構成）次いで、上記の画像圧縮処理を行う動画像圧縮
装置１の構成と各構成部の処理内容とを説明する。

【００２５】動画像圧縮装置１は、圧縮処理部１０を中
心に、前処理部５０、符号化部２０、送信部３０、制御
部４０などを有する構成である。前処理部５０は、動画
像データを構成するピクチャを、圧縮処理を施す順番に
並べ替えた上で、各ピクチャを処理単位であるマクロブ
ロックに分割し、順次圧縮処理部１０に出力する。な
お、前処理部１０から出力されるマクロブロックには、
どのピクチャのどの位置に属するものであるか、Ｐ，Ｂ
ピクチャに属する場合はどのピクチャを参照画像とする
か、などを示す付随情報が付加されており、この情報に
従って圧縮／復号される。

【００２６】図２は、前処理部５０によるピクチャの並
べ替えの概要を示す模式図である。同図（ａ）は動画像
データにおける元々のピクチャの順序を示す。「Ｐ」、
「Ｂ」はピクチャの種別を示し、カッコ内の数字は元々
の順序における順番を示す。一方、同図（ｂ）はこれら
ピクチャが圧縮符号化される順序を示す。圧縮処理部１
０は、前処理部から出力されてくる画像データ（マクロ
ブロック）に対し、動き補償予測（Ｐ，Ｂピクチャの場
合）、ＤＣＴ変換処理、量子化処理を施して符号化部２
０に出力する。圧縮処理部１０の詳細は後述する。

【００２７】符号化部２０は、圧縮処理部１０によって
量子化までの処理が完了した動画像データを可変長符号
化処理し、その結果である符号化データを送信部３０に
出力する。送信部３０は、符号化処理部２０から出力さ
れてくる符号化データを内蔵バッファに一時保存し、所
定のビットレート（単位時間当たりに出力される符号化
データ量）で図外の録画装置に出力する。また、送信部
３０は、一時保存している符号化データの量を監視し、
データ量の情報を制御部４０に通知する。

【００２８】制御部４０は、送信部３０からの通知をも
とに、ビットレートが一定となるよう圧縮処理部１０の
動作を制御する。具体的には、圧縮処理部１０内の量子
化処理部１３に対して量子化に使用する量子化係数の切
り替えを指示することで、量子化後のデータ量を調整す
る。動き補償予測による圧縮の効率が低いと、その分、
量子化処理においてデータ量の圧縮を図る必要が生じ
る。しかし、データ量を減らす形で量子化係数を調整す
ることは、情報の一部を切り捨てることになるため、復
号時の画質の低下につながる。動きベクトルの精度が低
いと画質が低下するというのは、こうした理由による。

【００２９】（圧縮処理部１０の構成）次いで、動画像
圧縮装置１においてマクロブロック単位での圧縮処理を
実行する圧縮処理部１０について、さらに詳しい構成を
説明する。なお、圧縮処理部１０が受け取る圧縮処理対
象のマクロブロックのことを、以下「入力画像マクロブ
ロック」とする。

【００３０】図３は、圧縮処理部１０の構成を示すブロ
ック図である。圧縮処理部１０は、動き補償処理部１
１、ＤＣＴ処理部１２、量子化処理部１３、逆量子化処
理部１４、逆ＤＣＴ処理部１５、参照データメモリ１６
を有する。動き補償処理部１１は、Ｐ、Ｂピクチャの入
力画像マクロブロックについて参照画像を参照して動き
ベクトルを検出し、動きベクトルを用いて得た予測画像
マクロブロック（参照画像において入力画像マクロブロ
ックに内容が近いと判定されたマクロブロック）と入力
画像マクロブロックとの差分データのマクロブロックを
生成してＤＣＴ処理部１２に出力する。なお、Ｉピクチ
ャのマクロブロックに対しては、動き補償処理部１１は
処理を行わずにＤＣＴ処理部１２に出力する。

【００３１】動き補償処理部１１については、その構成
および処理内容について詳しい説明を後述する。ＤＣＴ
処理部１２は、動き補償処理部１１から出力されてくる
マクロブロック（Ｉピクチャのマクロブロックの場合は
入力画像マクロブロック、Ｐ，Ｂピクチャの場合は差分
マクロブロック）にＤＣＴ処理を施してＤＣＴ後マクロ
ブロックに変換し、量子化処理部１３に出力する。

【００３２】量子化処理部１３は、ＤＣＴ処理部１２か
ら出力されてくるＤＣＴ後マクロブロックに量子化処理
を施して量子化後マクロブロックに変換し、符号化部２
０に出力する。また、Ｉ，Ｐピクチャのマクロブロック
の場合は、参照画像として動き補償処理部１１が参照す
ることになるので、符号化部２０に出力したのと同じ量
子化後マクロブロックを参照データメモリ１６に格納す
るために、逆量子化処理部１４、逆ＤＣＴ処理部１５、
に向けて出力する。

【００３３】逆量子化処理部１４、逆ＤＣＴ処理部１５
は量子化処理参照画像となるＩ，Ｐピクチャの量子化後
マクロブロックに対し、それぞれ逆量子化処理、逆ＤＣ
Ｔ処理を施して参照画像データを生成し、参照データメ
モリ１６に格納する。参照データメモリ１６には、動き
補償予測処理において参照画像として参照されるＩまた
はＰピクチャタイプの画像が格納される。ただし、格納
される画像は前処理部５０に入力される元々の画像では
なく、いったん量子化処理まで施した後に逆量子化、逆
ＤＣＴ処理を行った結果の画像である。

【００３４】（動き補償処理部１１）動き補償処理部１
１は、マクロブロック毎に複数種類の動きベクトルを複
数パターンのアルゴリズムで生成、評価することで精度
の高い動きベクトルを得て、これを用いて動き補償処理
を行うものである。図４は、動き補償処理部１１の構成
を示すブロック図である。

【００３５】動き補償処理部１１は、動きベクトルを検
出するベクトル検出部１１１、ベクトル検出部１１１が
生成した動きベクトルの評価を行うベクトル評価部１１
２、動きベクトル検出に用いられた検出アルゴリズムを
評価するアルゴリズム評価部１１３、アルゴリズム評価
部１１３による評価の結果に応じて動きベクトル検出の
ためのアルゴリズムを切り替えるなどの制御を行う動き
補償制御部１１４を有する。

【００３６】ベクトル検出部１１１は、それぞれが異な
るパターンのアルゴリズムで動きベクトルを検出する第
１検出部１１１１、第２検出部１１１２、第３検出部１
１１３から成る。いずれの検出部も、参照画像において
入力画像マクロブロックに対応する位置から所定の探索
範囲内を探索し、入力画像マクロブロックに内容の近い
画像データを見つける、という動きベクトル検出の基本
的な処理方法は共通である。ただし、探索範囲の広さが
異なっているため、同じ入力画像マクロブロック、参照
画像の組合わせからでも、検出する動きベクトルの値が
異なる場合がある。各検出部のアルゴリズムの特徴を下
記の表に示す。

【００３７】

【表３】

【００３８】表の内容を見ると分かる通り、第１検出部
１１１１、第２検出部１１１２、第３検出部１１１３の
順で探索範囲が狭くなっていく。一般に、動きの激しい
動画像（例えば、サッカー中継の画像のように、画面の
中で選手がすばやく動き回るもの）ほど、探索範囲を広
くした方が精度の高い動きベクトルを検出できる可能性
が高くなるので、第1検出部１１１１は、動きの激しい
動画像に適したアルゴリズムを、第３検出部１１１３は
動きの少ない動画像（監視カメラの映像など）に適した
アルゴリズムを、それぞれ用いていると言える。そし
て、第２検出部１１１２は中間的な動画像を対象とした
ものと言える。

【００３９】第１検出部１１１１、第２検出部１１１
２、第３検出部１１１３は、いずれも、表２に示した複
数種類の動きベクトル（Ｐピクチャは２種類、Ｂピクチ
ャは６種類）を検出する。そして、検出された動きベク
トルは、入力画像マクロブロックと共にベクトル評価部
１１２に出力される。ベクトル評価部１１２は、ベクト
ル検出部１１１から出力されてきた、同一のアルゴリズ
ムで検出された複数の動きベクトルのそれぞれについて
評価し、最も評価の高いものを選択する。

【００４０】ベクトル評価部１１２は、動きベクトルを
用いて参照データメモリ１６内の参照画像（ＩまたはＰ
ピクチャ）から予測画像マクロブロック（参照画像ピク
チャの中で、入力画像マクロブロックに内容が最も近い
と予測されるマクロブロック）を生成する予測画像生成
部１１２１、予測画像マクロブロックと入力画像マクロ
ブロックとの比較によって動きベクトルを評価し、評価
の最も高い動きベクトルを選択する選択部１１２２とか
ら成る。

【００４１】図５は、ベクトル評価部１１２による動き
ベクトルの評価・選択処理の概要を示す模式図である。
この図に示すのは、フレーム構造のＢピクチャの場合で
ある。予測画像生成部１１２１は、動きベクトル５０２
ａ〜５０２ｆと参照画像（ピクチャ）５０１を用いて、
予測画像マクロブロック５０３ａ〜５０３ｆを生成す
る。なお、参照画像は２枚となる場合もあるが作図の便
宜上、１枚のみ示した。また、動きベクトルについても
図中では１つの矢印で示しているが、種類によっては複
数のベクトルの組合わせとなっている場合もある。

【００４２】次に選択部１１２２が、予測画像マクロブ
ロック５０３ａ〜５０３ｆそれぞれについて入力画像マ
クロブロック５０４との画素値の差分ＤＩＦＦａ〜ＤＩ
ＦＦｆを求める。差分ＤＩＦＦの算出手順は以下の通り
である。先ず、両マクロブロックから１つの輝度ブロッ
クを抽出する。入力画像マクロブロックから取ったブロ
ックＡの画素値をＡ1〜Ａ64、予測画像マクロブロック
から取ったブロックＢの画素値をＢ1〜Ｂ64とすると、
選択部１１２２は、それぞれの対応する画素値同士につ
いて差分の絶対値の合計ＤＩＦＦ（ＤＩＦＦ＝|(Ａ1−
Ｂ1)|＋|(Ａ2−Ｂ2)|＋|(Ａ3−Ｂ3)|＋・・・＋|(Ａ64
−Ｂ64)|）を求める。この計算を全ての予測画像マクロ
ブロックについて行ない、最小となったＤＩＦＦの値を
アルゴリズム評価部１１３に出力する。そして、この最
小のＤＩＦＦ値に対応する動きベクトルと予測画像マク
ロブロックとを保存する。

【００４３】アルゴリズム評価部１１３は、ベクトル評
価部１１２から出力されてくる差分値を予め定められた
閾値と比較することで、当該ベクトルを検出されるのに
用いられたアルゴリズムを評価する。閾値以上の差分と
なった場合は、動きベクトルの精度、すなわちアルゴリ
ズムの妥当性が低いということであり、差分値が閾値を
下回れば、動きベクトルの精度は一定の水準に達してお
り、使用されたアルゴリズムも動画像の性質に適合して
いたということになる。アルゴリズム評価部１１３は、
差分値と評価結果（差分値が閾値を下回った場合は「使
用可」、差分値が閾値以上であった場合は「再検出」）
とを動き補償制御部１１４に通知する。

【００４４】閾値は、画像圧縮装置１の使用条件（ビッ
トレートが一定に制御されているかどうか、装置の処理
性能など）に応じて定められた値である。動き補償制御
部１１４は、動き補償処理全体の流れを制御する。先
ず、前処理部５０から入力画像マクロブロックを受け取
り、ベクトル検出部１１１内の第１〜３検出部１１１
１、１１１２、１１１３のうち１つに当該入力画像マク
ロブロックを出力して動きベクトルを検出するよう指示
する。この際、いずれのベクトル検出部に検出を行わせ
るかは、予め保持する優先順位情報６００に従って決定
する。

【００４５】この優先順位情報６００の内容は、動画像
圧縮装置１の処理する動画像の性質（動きの大きさ）に
応じて定められるものである（それぞれの検出部と動画
像の性質との対応関係については表３参照）。初期状態
では、中間的な動画像を想定して第２検出部１１１２を
優先順位１位としておくが、その後は１マクロブロック
の圧縮処理を終えるたびに見直し、当該マクロブロック
の圧縮処理で採用された動きベクトルを検出した検出部
の優先順位を１位にして、以下は１つずつ繰り下げる。

【００４６】図６は、優先順位情報６００の内容の例
と、優先順位の更新の概要とを示す模式図である。同図
（ａ）は初期状態であり、中間的な動画像を想定した第
２検出部１１１２が優先順位１位となっている。しか
し、実際に使用されたのが第１検出部１１１１の検出し
た動きベクトルであった場合、優先順位は同図（ｂ）の
ように変更され、第１検出部１１１１が優先順位１位と
なり、次の入力画像マクロブロックに対しては、先ず第
１検出部１１１１が動きベクトルの検出を行う。

【００４７】動き補償制御部１１４はベクトル検出部１
１１への動きベクトル検出指示を出すと、その後は、ア
ルゴリズム評価部１１３から上記比較処理の結果が通知
されるまで待機する。そして、アルゴリズム評価部１１
３から出力されてきた評価結果が「使用可」であれば、
ベクトル評価部１１２（選択部１１２２）から、これが
保持している動きベクトルと参照画像マクロブロックと
を取得し、これらと前処理部５０から受け取った入力画
像マクロブロックとから、ＤＣＴ処理対象の差分マクロ
ブロック（入力画像マクロブロックと参照画像マクロブ
ロックとの差分データ）を生成してＤＣＴ処理部１２に
出力する。

【００４８】一方、結果が「再検出」であった場合、動
き補償制御部１１４は、前記優先順位が次に高い検出部
に入力画像マクロブロックを出力して、動きベクトルの
検出、そして、その後のベクトル評価、アルゴリズム評
価の処理を再実行させる。なお、この再検出の場合、動
き補償制御部１１４はベクトル評価部１１２（選択部１
１２２）が保持している動きベクトルと参照画像マクロ
ブロックとを取得し上記差分値の情報と共に保持してお
く。

【００４９】そして、全ての検出部について検出した動
きベクトルの精度が水準に達していないという結果が出
た場合は、保持しておいて差分値を比較し、差分値が最
小となった動きベクトルを用いて差分マクロブロックを
生成し、ＤＣＴ処理部１２に出力する。（圧縮処理部１０の動作）以下、動画圧縮装置１のうち
圧縮処理部１０の動作について、図面を参照しながら説
明する。

【００５０】図７は、圧縮処理部１０の動作の流れを示
すフローチャートである。圧縮処理部１０は、動画像デ
ータの入力を受けて起動し、先ず、前処理部５０が画像
データを構成するピクチャを並べ替え、順次、ピクチャ
をマクロブロックに分割して圧縮処理部１０に出力する
（Ｓ７０１：Yes）。Ｉピクチャのマクロブロックの場
合（Ｓ７０２：Yes）、当該マクロブロックに対して動
き補償処理部１１０による動き補償予測の処理は行われ
ない。ＤＣＴ処理部１２および量子化処理部１３による
ＤＣＴ処理、量子化処理が施される（Ｓ７１１）。量子
化処理後のデータは符号化部２０に出力される一方、こ
れと同一のデータが逆量子化処理部１４、逆ＤＣＴ処理
部１５によって処理されて参照用画像データとなり、参
照データメモリ１６に格納される。

【００５１】Ｐ、Ｂピクチャのマクロブロックの場合、
当該マクロブロックは動き補償処理部１１０に送られ
る。動き補償処理部１１０では、マクロブロックを受け
取った動き補償制御部１１４が、動きベクトル検出部１
１１内の３種類ある検出部の１つを優先順位情報６００
の内容に応じて選択し、Ｐピクチャでは２種類、Ｂピク
チャでは６種類の動きベクトルを検出させる（Ｓ７０
３）。当該入力画像マクロブロックについて１回目の動
きベクトル検出であれば優先順位情報における順位が１
位の検出部が選択され、２回目であれば２位、３回目で
あれば３位の検出部が選択される（Ｓ７０４、Ｓ７０
５、Ｓ７０６）。同一の入力画像マクロブロックに対
し、最高で３回の動きベクトル検出が行われる。

【００５２】次いで、ベクトル評価部１１２が、これら
ベクトルを評価し、１つの動きベクトルを選択する（Ｓ
７０７）。そして、アルゴリズム評価部１１３が、ベク
トル評価部１１２が選択した動きベクトルに関する差分
データをもとに当該動きベクトルを検出したアルゴリズ
ムを評価する。評価結果が「使用可」であれば（Ｓ７０
８：Yes）、動き補償制御部１１４は差分マクロブロッ
クを生成してＤＣＴ処理部１２に出力する（Ｓ７１
１）。

【００５３】一方、評価結果が「再検出」の場合（Ｓ７
０８：No）、動き補償制御部１１４は別の検出部を動作
させて動きベクトルの生成から評価までの処理（ステッ
プＳ７０３〜Ｓ７０７）を再実行させる。ただし、全て
のベクトル検出部について評価結果が「再検出」となっ
た場合（Ｓ７０９：Yes）、動き補償制御部１１４はそ
の中で最良の動きベクトルを選び、差分マクロブロック
の生成を行う（Ｓ７１０）。ただし、図には示していな
いが、最良の動きベクトルでさえ水準が非常に低かった
場合は、フレーム内予測符号化処理を行う。

【００５４】差分マクロブロックに対してはＤＣＴ処理
部１２および量子化処理部１３によるＤＣＴ処理、量子
化処理が施され、量子化処理後のデータは符号化部２０
に出力される（Ｓ７１１）。また、Ｐピクチャの場合
は、これと同一のデータが逆量子化処理部１４、逆ＤＣ
Ｔ処理部１５によって処理されて参照用画像データとな
り、参照データメモリ１６に格納される。

【００５５】圧縮処理部１０は、以上のステップＳ７０
１〜Ｓ７１１の処理を、前処理部５０からのマクロブロ
ック出力が終るまで（全動画像データの圧縮が完了する
まで）繰り返す（Ｓ７１２：Yes）。上記の通り、本実
施の形態における動画像圧縮装置は、それぞれが異なる
アルゴリズムで動きベクトルを検出する検出部を複数
（検出部１１１１、１１１２、１１１３）備え、そのう
ち１つを用いて動きベクトルを検出する。そして、検出
された動きベクトルさらにはこれを検出するのに用いら
れたアルゴリズムを評価し、評価の結果が所定の水準に
達していないと判断した場合は、別の検出部によって
（別のアルゴリズムに従って）動きベクトルをあらため
て検出する。それぞれのアルゴリズムは、動画像の性質
（動きの大きさ）の違いに応じて処理方式を変えている
ので、検出を繰り返す中で動画像の性質に適合したアル
ゴリズムによるベクトル検出が行われ、精度の高い動き
ベクトルを検出することができる。

【００５６】なお、本実施の形態では、画像圧縮装置１
はフレーム構造（１フレーム＝１ピクチャ）の動画像デ
ータを圧縮処理することとなっているが、フィールド構
造の動画像データ圧縮処理の場合であっても、動きベク
トル検出のアルゴリズムを切り替えるという画像圧縮装
置１の処理は適用できる。フィールド構造の場合は、動
きベクトルの種類に違いがあり、Ｂピクチャについては
以下の表に示す７種類の動きベクトルが検出される。

【００５７】

【表４】

【００５８】また、本実施の形態では、各動きベクトル
検出アルゴリズムについて、探索範囲のみ異なるとして
いるが、探索範囲は一例であり、この他、検出のために
入力画像マクロブロックを参照画像と比較する際、直前
に処理したマクロブロックに関して検出した動きベクト
ルを用いて比較を行うか、これを用いずに比較するか、
アルゴリズムを使い分ける、といったことが考えられ
る。

【００５９】また、本実施の形態の第１〜３検出部１１
１１、１１１２、１１１３は、ハードウェアによっても
ソフトウェアによっても実現可能である。そして、ソフ
トウェアで実現する場合は、基本的な共通アルゴリズム
に基づいて処理を行う単一のプログラムとし、「探索範
囲」のパラメータのみを切り替えることによって、第１
〜３検出部１１１１、１１１２、１１１３の処理を実行
させることにしてもよい。

【００６０】そして、アルゴリズム評価部１１３が動き
ベクトル（アルゴリズム）の精度を評価する際の評価処
理方式については、実施例に挙げたものに制限されな
い。例えば評価に用いる閾値については、装置の使用環
境などに応じて変更しても良い。すなわち、動画像圧縮
装置が、放送用データの圧縮を行っている場合など、リ
アルタイム性が重要となる場合は、閾値を低くして、動
きベクトルの精度よりもリアルタイム性を尊重する。逆
にビットレートの制限が無い場合（高画質での録画のみ
を優先できる場合）は、閾値を高くする。また、全アル
ゴリズム（検出部）に動きベクトル検出を無条件に行わ
せた上で、検出された全て動きベクトルに対する評価を
行って、最も評価の高いものを選ぶ、などとしてもよ
い。

【００６１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の動画像圧縮装置は、動きベクトルを用いた動き補償予
測を利用して動画像データの圧縮符号化を行う動画像圧
縮装置であって、動きベクトル検出のためのアルゴリズ
ムとしてそれぞれに異なるものを有している複数のベク
トル検出手段と、前記複数のベクトル検出手段のいずれ
かを選択して動きベクトルの検出を行わせる選択手段
と、前記選択手段が選択したベクトル検出手段によって
検出された動きベクトルの精度を評価する評価手段と、
前記評価手段による精度評価の結果が所定の水準に達し
ているかどうか判定し、所定の水準に達していると判定
した場合には前記精度評価の対象である動きベクトルを
圧縮符号化処理のために採用する一方、前記評価結果が
所定の水準に達していないと判定した場合には、前記選
択手段に対し前記精度評価の対象である動きベクトルを
検出したベクトル検出手段を排除したうえで選択処理を
再実行させる制御手段と、を有することを特徴とし、こ
れによれば、異なるアルゴリズムで動きベクトルを検出
する複数のベクトル検出手段を備え、あるベクトル検出
手段が検出した動きベクトルの精度の評価結果が所定の
水準に達しない場合は、他のベクトル検出手段によって
検出をやり直すので、精度の高い動きベクトルを検出す
ることができ、圧縮効率を高めることができる。

【００６２】また、前記選択手段は、前記複数のベクト
ル検出手段に関する優先順位の情報を保持しており、前
記優先順位の情報に従ってベクトル検出手段を選択する
こと、とすることもできる。これによって、最初に動き
ベクトル検出を行うベクトル検出手段によって精度の高
い動きベクトルを検出できる可能性が高くなる。また、
前記複数のベクトル検出手段の間のアルゴリズムの差異
は、ベクトル探索範囲の広さの違いであること、とする
こともでき、これによれば、動きの大きい動画像と動き
の小さい動画像とが混在する動画像についても、精度の
高い動きベクトルを検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に関わる動画像圧縮装置の実施の形態に
おける構成を示すブロック図である。

【図２】同実施の形態における前処理部のピクチャ並べ
替え処理の概要を示す模式図である。

【図３】同実施の形態における圧縮処理部の構成を示す
ブロック図である。

【図４】同実施の形態における動き補償処理部の構成を
示すブロック図である。

【図５】同実施の形態においてベクトル評価部が行う動
きベクトルの評価・選択処理の概要を示す模式図であ
る。

【図６】同実施の形態における優先順位情報の内容の例
と優先順位の更新の概要とを示す模式図である。

【図７】同実施の形態における圧縮処理部の動作の流れ
を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１動画像圧縮装置１０圧縮処理部１１動き補償処理部１１１ベクトル検出部１１２ベクトル評価部１１２１予測画像生成部１１２２選択部１１３アルゴリズム評価部１１４動き補償制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 5C059 KK00 MA00 MA03 MA05 MA14 MA23 MC11 ME01 NN03 NN10 NN21 PP05 PP06 PP07 SS02 SS12 TA63 TB04 TC12 TD00 UA02 5J064 AA02 BA01 BA09 BA16 BC01 BC16 BC25 BD03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】動きベクトルを用いた動き補償予測を利
用して動画像データの圧縮符号化を行う動画像圧縮装置
であって、動きベクトル検出のためのアルゴリズムとしてそれぞれ
に異なるものを有している複数のベクトル検出手段と、前記複数のベクトル検出手段のいずれかを選択して動き
ベクトルの検出を行わせる選択手段と、前記選択手段が選択したベクトル検出手段によって検出
された動きベクトルの精度を評価する評価手段と、前記評価手段による精度評価の結果が所定の水準に達し
ているかどうか判定し、所定の水準に達していると判定
した場合には前記精度評価の対象である動きベクトルを
圧縮符号化処理のために採用する一方、前記評価結果が
所定の水準に達していないと判定した場合には、前記選
択手段に対し前記精度評価の対象である動きベクトルを
検出したベクトル検出手段を排除したうえで選択処理を
再実行させる制御手段と、を有することを特徴とする動
画像圧縮装置。
【請求項２】前記選択手段は、前記複数のベクトル検
出手段に関する優先順位の情報を保持しており、前記優
先順位の情報に従ってベクトル検出手段を選択するこ
と、を特徴とする請求項１に記載の動画像圧縮装置。
【請求項３】前記複数のベクトル検出手段の間のアル
ゴリズムの差異は、ベクトル探索範囲の広さの違いであ
ること、を特徴とする請求項１または２に記載の動画像圧縮装
置。
【請求項４】動きベクトルを用いた動き補償予測を利
用して動画像データの圧縮符号化を行う動画像圧縮方法
であって、動きベクトル検出のためのアルゴリズムとしてそれぞれ
に異なるものを有している複数のベクトル検出手段のい
ずれかを選択して動きベクトルの検出を行う検出ステッ
プと、前記検出ステップで検出された動きベクトルの精度を評
価する評価ステップと、前記評価ステップにおける精度評価の結果が所定の水準
に達しているかどうか判定し、所定の水準に達している
と判定した場合には前記精度評価の対象である動きベク
トルを圧縮符号化処理のために採用する一方、前記評価
結果が所定の水準に達していないと判定した場合には、
前記精度評価の対象である動きベクトルを検出したベク
トル検出手段を排除したうえで前記選択ステップ以降の
処理を再実行させる制御ステップと、を有することを特
徴とする動画像圧縮方法。
【請求項５】動きベクトルを用いた動き補償予測を利
用して動画像データの圧縮符号化を行う動画像圧縮装置
に用いられるプログラムを記録したコンピュータ読み取
り可能な記録媒体であって、前記プログラムは、動きベクトル検出のためのアルゴリズムとしてそれぞれ
に異なるものを有している複数のベクトル検出手段のい
ずれかを選択して動きベクトルの検出を行う検出ステッ
プと、前記検出ステップで検出された動きベクトルの精度を評
価する評価ステップと、前記評価ステップにおける精度評価の結果が所定の水準
に達しているかどうか判定し、所定の水準に達している
と判定した場合には前記精度評価の対象である動きベク
トルを圧縮符号化処理のために採用する一方、前記評価
結果が所定の水準に達していないと判定した場合には、
前記精度評価の対象である動きベクトルを検出したベク
トル検出手段を排除したうえで前記選択ステップ以降の
処理を再実行させる制御ステップと、を有することを含
むことを特徴とする記録媒体。