JP2003061099A

JP2003061099A - 符号化装置における動き検出方法

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Publication number: JP2003061099A
Application number: JP2001250540A
Authority: JP
Inventors: Koichi Takagi; 幸一高木; Atsushi Koike; 淳小池; Masahiro Wada; 正裕和田; Shuichi Matsumoto; 修一松本
Original assignee: KDDI Corp
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 2001-08-21
Filing date: 2001-08-21
Publication date: 2003-02-28

Abstract

(57)【要約】【課題】動きベクトルの散乱を防止でき、また符号量
を最小化できる動き検出方法を提供することにある【解決手段】映像信号のマクロブロックの画像の性質
を表すマクロブロックタイプがエッジ部、フラット部、
およびディテール部のいずれであるかを判定し（ステッ
プＳ２）、エッジ部またはフラット部であれば、マク
ロブロックの各動きベクトルＭＶ候補に対して、該マク
ロブロックの誤差電力符号量の見積もり量ｇと動きベク
トルの符号量の見積もり量ｈを計算する（ステップＳ
４）。次いで、該誤差電力符号量の見積もり量ｇと動き
ベクトルの符号量の見積もり量ｈとの和が最小となる動
きベクトルＭＶを選択する（ステップＳ５）。一方、デ
ィテール部であれば、マクロブロックのＳＡＤが最小と
なる動きベクトルＭＶを選択する（ステップＳ８）。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は符号化装置における
動き検出方法に関し、特に映像信号符号化の動き補償方
式に使用して好適な動き検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、動画像符号化における動き補償の
際に使用される動きベクトル検出方法として、ブロック
マッチングと呼ばれる方法が一般的に使用されている。
この方法は、現在符号化しようとしている入力画像の各
ブロックが、１フレーム前の予測画像に対してどのくら
い動いたものであるかを、該予測画像の近傍のマクロブ
ロックとの画素値の差分絶対値和（「ＳＡＤ」と呼ぶ）
等を取ることにより求め、それが最小となるマクロブロ
ックへのベクトルを動きベクトルとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来方法で動きベクトルを求めると、特に平坦な画像
領域では、ＳＡＤが最小となる動きベクトルが複数存在
する可能性が高い。このため、従来、動きベクトルが散
乱する現象が生じ、また符号量が増加するという課題が
あった。

【０００４】本発明の目的は、前記した従来技術の課題
を解消し、動きベクトルの散乱を防止でき、また符号量
を最小化できる動き検出方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明は、映像信号のマクロブロックの画像の
性質を表すマクロブロックタイプを判定し、該マクロブ
ロックタイプが画像の平坦な領域である場合に、該マク
ロブロックの誤差電力符号量の見積もり量と動きベクト
ルの符号量の見積もり量との和が最小となる動きベクト
ルを選択するようにした点に特徴がある。

【０００６】この特徴によれば、画像の平坦な領域にお
ける動きベクトルの散乱を防止し、その符号量を最小化
できる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態の概略
の構成を示すブロック図である。以下では、ＭＰＥＧ−
２、ＴＭ５を例にして説明するが、本発明はこれに限定
されるものではない。

【０００８】入力画像データａが入力されてくると、マ
クロブロック抽出部１は、該入力画像データａから例え
ば１６×１６画素のマクロブロックを抽出し、減算器
２、マクロブロックタイプ判定部１３および動き検出部
１２に送出する。減算器２は、該マクロブロックと、予
測画作成部１１からの動き補償された前フレームのブロ
ックデータ（予測画）とを入力とし、フレーム間差分信
号（予測誤差信号）を生成する。該予測誤差信号は、直
交変換部３に供給されて、例えばＤＣＴ等の直交変換を
される。なお、Ｉピクチャモードの時には、スイッチン
グ部１４が接点ｃに接続され、それ以外の場合には接点
ｂに接続される。直交変換部３で得られた直交変換係数
は、量子化部４でビットレートを低減され、可変長符号
化部５と逆量子化部６に送られる。

【０００９】可変長符号化部５は、量子化部４の出力に
対して、平均的な符号長が短くなるように符号割当てを
行う。一方、逆量子化部６は、量子化部４の出力を逆量
子化して逆直交変換部７に供給し、該逆直交変換部７
は、逆量子化部６の出力を逆直交変換して加算器８に送
出する。

【００１０】加算器８は、予測画保持部１１からの動き
補償された前フレームのブロックデータと逆直交変換部
７からの復号差分データとを加算し、フレームメモリ９
に送出する。フレームメモリ９は、入力されたブロック
データを１フレーム遅延させて、前フレームデータとし
て、動き補償部１０と動きベクトル検出部１２に与えら
れる。なお、該予測画保持部１１として、フレームメモ
リ９を使用することができる。

【００１１】マクロブロックタイプ判定部１３は、マク
ロブロック抽出部１から出力されたマクロブロックのタ
イプを判定する。すなわち、マクロブロックが、原画像
のdetail（ディテェール）部、輝度変化が殆どない領域
であるflat（フラット）部、および単一の直線エッジの
みを含むedge（エッジ）部のいずれであるかを判定す
る。この判定結果は、動きベクトル検出部１２へ送られ
る。動きベクトル検出部１２は、後述するように、該判
定結果に従って、入力画像データａと前フレームデータ
とから、符号量の少ない、ブロックの動きベクトルを検
出し、動き補償部１０に出力する。動き補償部１０に
は、フレームメモリ９からのブロックデータが供給され
ており、動き補償部１０は、該ブロックデータを動きベ
クトルによって動き補償することにより、動き補償され
た前フレームブロックデータを作成する。該動き補償さ
れた前フレームブロックデータは、予測画保持部１１を
経て減算器２に供給される。

【００１２】次に、本発明の要部である、動きベクトル
検出部１２の機能および動作について、図２のフローチ
ャートを参照して説明する。

【００１３】まず、本発明の原理を説明する。一般的
に、輝度変化が殆どない領域や単一の直線エッジのみを
含む画像ブロックで動き補償予測誤差を求める場合、Ｓ
ＡＤが最小になるような動きベクトルＭＶが複数現れる
可能性が高い。このような領域においては、動きベクト
ルＭＶ推定は大きな誤差を伴うことが多いと考えられ
る。そこで、本発明では、動き推定をするマクロブロッ
クＭＢが、detail部、edge部、あるいはflat部のうちの
いずれの性質をもつブロックであるかを判定し、edge部
あるいはflat部の性質をもつブロックと判定された場合
には、従来のブロックマッチング法を用いずに、以下に
説明する本発明法で動きベクトルＭＶを求めることにす
る。一方、detail部の性質をもつブロックと判定された
場合には、従来のブロックマッチング法で求められた動
きベクトルＭＶは信頼できるものとし、通常通り、ブロ
ックマッチング法で求められた動きベクトルＭＶを採用
する。

【００１４】図２のステップＳ１では、マクロブロック
ＭＢのブロック番号ｉを１と置く。ステップＳ２では、
動きベクトル検出部１２は、マクロブロックタイプ判定
部１３からの出力により、マクロブロック（ＭＢ）タイ
プを判定する。該判定により、edge部またはflat部であ
ると判定された時には、ステップＳ３に進んで、マクロ
ブロックｉの動きベクトルＭＶ候補を設定する。次い
で、ステップＳ４に進んで、各動きベクトルＭＶ候補に
対して、誤差電力符号量の見積もりｇと、動きベクトル
ＭＶの符号量の見積もりｈとを計算する。

【００１５】ここに、前記誤差電力符号量の見積もりｇ
は、各ブロックの予測誤差分散をσ _ｉ ^２、視覚特性を考
慮に入れた量子化スケールコードmquantを用いて、次の
（１）式のように表すことができる。ただし、ｉはマクロブロックＭＢ中のブロック番号のサ
フィックスである。なお、（１）式中のＲ_ｉ、ｆ（ｘ）
は、それぞれ、次の（２）式、（３）式のように表され
る。ただし、《ｙ》は、ｙを越えない最大の整数である。な
お、前記（１）式は、本発明者等が、信学論Ｄ−II，Vo
l．J84_Ｄ_II，No．２，２００１．２の「ビットレート
歪み特性を考慮した任意形状直交変換のためのパディン
グ法」で示した、動き補償予測誤差の分散および量子化
ステップサイズから誤差電力符号量を見積もる方法を、
ＴＭ５に適用するように改善したものである。

【００１６】一方、前記動きベクトルＭＶの符号量の見
積もりｈは、ブロックｉの動きベクトルをｖ_ｉ、該ブロ
ックｉの直前のブロック（ｉ−１）の動きベクトルをｖ
_ｉ− _１とすると、次の（４）式で表すことができる。ｈ＝ｆ（｜ｖ_ｉ−ｖ_ｉ−１｜）（ｖ_ｉ≠０の時）＝０（ｖ_ｉ＝０の時）・・・（４）この（４）式は、ＭＰＥＧ−２では、動きベクトルＭＶ
に対し可変長符号を適用するため、一般的に、隣り合っ
たマクロブロックＭＢに対し、動きベクトルＭＶの差分
が小さい方が符号量が小さくなることに着目して作成さ
れたものである。

【００１７】ステップＳ５では、（ｇ＋ｈ）が最小とな
る動きベクトルＭＶを選択する。ステップＳ６では、ｉ
＝Ｎ（Ｎは１つの画像の全マクロブロック数）が成立し
たか否かの判断がなされる。この判断が否定の時にはス
テップＳ７に進んで、ｉに１が加算される。そして、ス
テップＳ２に戻って、次のマクロブロックＭＢのタイプ
判定がなされる。

【００１８】一方、前記ステップＳ２の判定がdetail部
である場合には、ステップＳ８に進んで、従来通り、Ｓ
ＡＤが最小となるマクロブロックへのベクトルを動きベ
クトルとする。

【００１９】本発明者は、本実施形態の有効性を検証す
るために、テスト画像を用いた計算機シミュレーション
実験を行った。テスト画像は、映像情報メディア学会の
標準テスト画像であるOpening Ceremony（１９２０画
素×１０８０ライン）１５フレームを用いた。符号化条
件としては、ビットレートは１５Ｍビット／秒、ＧＯＰ
構造はＮ＝１５、Ｍ＝１を用いた。比較対象として、Ｔ
Ｍ５において、上記と同じ条件で実験を行った。

【００２０】その結果、本実施形態の方式は、ＴＭ５を
用いた場合に比べて、トラック等の画像平坦部で、動き
ベクトルＭＶの散乱が抑えられ、全体的にスキップＭＢ
が減ったことが確認された。よって、本実施形態の方式
は、主観的に、スキップＭＢ等で起こっていたちらつき
等が抑えられることが分かった。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、画像の平坦な領域などにおいて、動きベクト
ルＭＶの散乱を防止できるようになる。また、符号量が
最小の動きベクトルＭＶを検出できるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用される符号化装置の概略のブロ
ック図である。

【図２】図１の動きベクトル検出部の動作を示すフロ
ーチャートである。

【符号の説明】

１・・・マクロブロック抽出部、２・・・減算部、３・・・直交
変換部、４・・・量子化部、５・・・可変長符号化部、１０・・
・動き補償部、１２・・・動きベクトル検出部、１３・・・マ
クロブロックタイプ判定部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者和田正裕埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会社ケイディーディーアイ研究所内 (72)発明者松本修一埼玉県上福岡市大原二丁目１番15号株式会社ケイディーディーアイ研究所内Ｆターム(参考） 5C059 MA00 MA23 MC11 ME01 NN10 NN21 NN28 NN38 PP22 PP23 TD06 TD08 UA02 5J064 AA01 AA04 BA09 BA16 BB03 BC08 BC16 BD01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号のマクロブロックの画像の性質
を表すマクロブロックタイプを判定し、該マクロブロックタイプが画像の平坦な領域である場合
に、該マクロブロックの誤差電力符号量の見積もり量と
動きベクトルの符号量の見積もり量との和が最小となる
動きベクトルを選択するようにしたことを特徴とする符
号化装置における動き検出方法。
【請求項２】前記画像の平坦な領域は、画像のフラッ
ト部およびエッジ部の少なくとも一つを含むことを特徴
とする請求項１に記載の符号化装置における動き検出方
法。
【請求項３】前記マクロブロックの動きベクトルの符
号量の見積もり量は、直前のマクロブロックの動きベク
トルとの差分であることを特徴とする請求項１または２
に記載の符号化装置における動き検出方法。