JP2003274416A - 適応型動き推定装置及び推定方法 - Google Patents
適応型動き推定装置及び推定方法Info
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Abstract
を適応的に選択し、実際の動きを反映する自然で且つ正
確な動きベクトルを得ることができる適応型動き推定装
置及び方法を提供する。 【解決手段】 本適応型動き推定装置は、現在のフレー
ム及び/又はフィールドと参照フレーム及び/又はフィ
ールドを基準に所定の探索領域内の全てのブロック間で
動きベクトルを求むフルサーチ動き推定部と、所定の候
補動きベクトルが推定されたブロックの周辺ブロックで
動きベクトルを推定する予測動き推定部と、フルサーチ
動き推定部と予測動き推定部からそれぞれ動きベクトル
が入力され、これら動きベクトルのうち所定の位置値を
有する動きベクトルを最終動きベクトルとして選択する
動きベクトル選択部とを備える。
Description
置及び推定方法に関し、より詳しくは、フルサーチ動き
推定方式(Full search motion estimation method)と
予測動き推定方式(Prediction motion estimation met
hod)を適応的に選択して動きベクトルを推定できる適
応型動き推定装置及び推定方法に関するものである。
なデータとは異なり有する情報が多いため、これをデジ
タル化したデジタル画像に処理するためには膨大なデー
タ量が必要となる。かかるデジタル画像を処理、保存、
転送するためにVLSI及び信号処理技術を用いた様々
な転送、保存媒体が開発されてきているが、転送に必要
な通信線路の帯域幅、情報保存に必要な保存容量の問題
などを考慮したとき、高圧縮率のデータ圧縮技術が必要
となる。
ため重複性を有し、かかる重複性を取り除くことにより
データ圧縮の効果が得られる。このとき、時間に応じて
変化するビデオフレーム/フィールドを効率的に圧縮す
るためには、2次元空間上の重複部分を取り除くだけで
なく、時間軸方向の重複部分の除去も必要となる。時間
軸方向の重複性の除去は、フレーム/フィールドで変化
のない部分や動いたとしても類似する部分は直前のフレ
ーム/フィールドなどから持ってきて埋めることによ
り、転送するデータ量を大幅に減らすことができるとい
う考えに基づいたものである。
と参照フレーム/フィールドとの間で最も類似するブロ
ックを探し出す作業が必要となるが、それを動き推定と
言い、ブロックがどれほど動いたかという変位を示すこ
とを動きベクトルと言う。つまり、動きベクトルは2次
元情報であって、参照フィールド/フィールドと現在の
フレーム/フィールドにおける物体の移動をX−Y2次
元座標上の移動量で表示したものである。よって、動き
ベクトルは、横方向の動きの大きさと縦方向の動きの大
きさとから成っている。
ロックマッチングアルゴリズム(BMA)と、画素循環
アルゴリズム(Pel Recursive Algorithm:PRA)と
が代表的であるが、動き程度の正確度と効用性、リアル
タイム処理可能性、及びハードウェアの具現などを考慮
し、ブロックマッチングアルゴリズムが一般的に利用さ
れている。
照フレーム/フィールドと現在のフレーム/フィールド
のように連続する2枚の画像をブロック単位で比較し、
信号類型の整合度に基づいて動きを推定することを言
う。ブロックマッチングアルゴリズムでは、一定の大き
さ、即ち横方向にM画素、縦方向にN画素の集合単位で
予測及び補償を行うが、かかる画素の集合をマクロブロ
ックと言い、普通M×Nに表示する。
どにより、現在のフレーム/フィールドと参照フレーム
/フィールドを参照して動きベクトルを推定し、推定し
た動きベクトルを用いて動き補償予測を行う。図1は、
従来のフルサーチ動き推定装置のブロック図である。同
図において、従来のフルサーチ動き推定装置は、参照フ
レーム/フィールド保存部10、現在のフレーム/フィ
ールド保存部12、及びフルサーチ動き推定部14とか
ら成っている。
在のフレーム/フィールド保存部12にはそれぞれ現在
のフレーム/フィールドと参照フレーム/フィールドが
保存され、動きベクトルの推定に用いられる。フルサー
チ動き推定部14は、参照フレーム/フィールド保存部
10と現在のフレーム/フィールド保存部12に保存さ
れたフレーム/フィールドを用いて、フルサーチ方式に
よって動きベクトルを推定する。
め、探索領域の最大変位内で可能な全てのブロックのう
ち最小の整合誤差を示すブロックの位置を動きベクトル
として選定する方式である。探索領域内において、現在
のフレーム/フィールドと参照フレーム/フィールド内
の全てのブロックとパターン整合を行うため、ブロック
の実際の最大動きが探索領域を逸脱しない場合について
は非常に正確度の高い動き情報が得られる。
ロック図である。同図において、従来の予測動き推定装
置は、参照フレーム/フィールド保存部20、現在のフ
レーム/フィールド保存部22、予測動き推定部24、
及び候補ベクトル発生部30とから成り、候補ベクトル
発生部30は候補動きベクトル発生器32と動きベクト
ル保存器34とから成っている。
在のフレーム/フィールド保存部22にはそれぞれ現在
フレーム/フィールドと参照フレーム/フィールドが保
存され、動きベクトルの推定に用いられる。予測動き推
定部24では、予測動き推定方式によって動きベクトル
を推定する。予測動き推定方式は、フルサーチ方式とは
異なり、候補ベクトル発生部30から提供される候補動
きベクトルが推定されたブロックを中心に、その周辺ブ
ロックで動きベクトルを推定する。候補ベクトル発生部
30が提供する候補動きベクトルは、予測動き推定部2
4で推定された動きベクトルがベクトル保存器34に保
存されてから使用でき、その他外部から入力される外部
動きベクトルを使用することもできる。
き推定装置の場合、ブロックが大きくなると、実際の動
きを反映する自然な動きベクトルが推定できないという
問題がある。特に、画像の隅部分に物体の動きがある場
合、正確でない動きベクトルを探し出す可能性が高い。
フルサーチ動きベクトル装置が実際の動きを反映する自
然な動きベクトルを推定するためには、ブロックのサイ
ズを小さくするか、ブロックをオーバーラップさせて動
きベクトルを得るべきであるが、この場合計算が複雑に
なるという問題が生じる。
式に比べて実際の動きを反映する自然な動きベクトルを
推定できるが、誤った動きベクトルが候補動きベクトル
として用いられ、正確な動きベクトルを探せない場合が
生じ得る。この場合、正確な動きベクトルを利用できな
いので、動き補償予測をしても、動き情報を利用できな
い方法より視覚的効果がかえって低下するという問題が
ある。本発明は、従来の上記問題点に鑑みてなされたも
のであり、本発明の目的は、フルサーチ動き推定方式と
予測動き推定方式を適応的に選択し、実際の動きを反映
する自然で且つ正確な動きベクトルを得ることができる
適応型動き推定装置及び方法を提供することである。
本発明に係る適応型動き推定装置は、現在のフレーム及
び/又はフィールドと、参照フレーム及び/又はフィー
ルドを基準に所定の探索領域内の全てのブロック間で動
きベクトルを求むフルサーチ動き推定部と、候補動きベ
クトルが推定されたブロックの隣接したブロックで動き
ベクトルを推定する予測動き推定部と、前記フルサーチ
動き推定部と前記予測動き推定部とからそれぞれ動きベ
クトルが入力され、これら動きベクトルのうち所定の位
置値を有する動きベクトルを最終動きベクトルとして選
択する動きベクトル選択部とを含む。このとき、前記最
終動きベクトルとしては、前記入力される動きベクトル
のうち既に保存されているしきい値と比較して誤差の少
ない位置値を有する動きベクトルを使用することができ
る。また、前記予測動き推定部に前記候補動きベクトル
を提供する候補ベクトル発生部を更に含むことが望まし
い。
ベクトルの入力を受けて保存する動きベクトルメモリ
と、前記動きベクトルメモリに保存された前記最終動き
ベクトルと、外部から入力される外部動きベクトルのう
ちいずれか1つを候補動きベクトルとして選択し、前記
予測動き推定部に提供する候補ベクトル発生器とを含む
ことができる。前記外部動きベクトルは、グローバルベ
クトル、使用者が定義したベクトル、ゼロベクトルのう
ちいずれか1つを用いることができる。
推定部から出力される動きベクトルと前記フルサーチ動
き推定部から出力される動きベクトルのうちいずれか1
つを選択して前記最終動きベクトルを出力する動きベク
トル選択器と、前記しきい値が保存されるしきい値テー
ブルと、前記動きベクトル選択器に入力された動きベク
トルと前記しきい値テーブルに保存されたしきい値と比
較し、誤差の少ない位置値を有する動きベクトルが最終
動きベクトルになるよう前記動きベクトル選択器の出力
を制御する適用的しきい値選択器とを含む。
トル発生器から出力される候補動きベクトル別に互いに
異なるしきい値を用いて比較することができ、前記フル
サーチ動き推定部で推定される動きベクトルの正確度
は、ブロックの全ての画素の差を累積した値を用いて計
算することができる。一方、本発明に係る動き推定方法
は、(a)現在のフレーム及び/又はフィールドと、参
照フレーム及び/又はフィールドを基準に所定の探索領
域内の全てのブロック間で動きベクトルを求む段階と、
(b)候補動きベクトルが推定されたブロックの隣接し
たブロックで動きベクトルを推定する段階と、(c)前
記(a)段階で得られた動きベクトルと、前記(b)段
階で得られた動きベクトルのうち所定の位置値を有する
動きベクトルを最終動きベクトルとして選択する段階と
を含む。このとき、前記最終動きベクトルとしては、前
記入力される動きベクトルのうち、既に保存されたしき
い値と比較して誤差の少ない位置値を有する動きベクト
ルを使用することができる。また、前記(b)段階にお
いて、候補動きベクトルを提供する段階を更に含むこと
が望ましい。また、(b)段階において、前記候補動き
ベクトルは、前記最終動きベクトル、グローバル動きベ
クトル、ゼロベクトル、使用者が定義した動きベクトル
などを使用することができ、前記(c)段階において前
記しきい値は、用いる動きベクトル別に互いに異なる値
を用いることが望ましい。
本発明にかかる適応型動き推定装置及び推定方法の好適
な実施の形態について詳細に説明する。図3は、本発明
に係る動き推定装置のブロック図である。同図に示すよ
うに、本発明に係る動き推定装置は、参照フレーム/フ
ィールド保存部100、現在のフレーム/フィールド保
存部102、フルサーチ動き推定部104、予測動き推
定部106、候補ベクトル発生部110、及び動きベク
トル選択部120とから成っている。
トル発生器112と動きベクトル保存器114とから成
り、動きベクトル選択部120は動きベクトル選択器1
22、適応的しきい値選択器124、及びしきい値テー
ブル126とから成っている。かかる構成において、参
照フレーム/フィールド保存部100と現在のフレーム
/フィールド保存部102には、動きベクトルの推定の
ための参照フレーム/フィールドと現在のフレーム/フ
ィールドがそれぞれ保存される。
チ動き推定方式によって動きベクトルを推定する。予測
動き推定部106は、候補ベクトル発生部110から与
えられた幾つかの候補動きベクトルブロックが推定され
たブロックを中心にその隣接したブロックで動きベクト
ルを推定する。動きベクトル選択部120では、フルサ
ーチ動き推定部104と予測動き推定部106から推定
した動きベクトルのうち1つと保存されたしきい値とを
比較し、誤差の少ない位置のものを選択する。このと
き、しきい値テーブル126には様々なしきい値が保存
され、適応的しきい値選択器124が用いられる候補動
きベクトルの種類に応じて適切なしきい値を選択し、動
きベクトル選択器124の出力を制御する。
択した動きベクトルは、外部へ出力され使用されると同
時に候補動きベクトル発生器112が使用され得るよう
に動きベクトル保存器114に保存される。候補ベクト
ル発生部110から予測動き推定部106に提供される
候補動きベクトルは、動きベクトル選択部120が最終
的に選択した動きベクトルが使用され得るし、外部から
入力される動きベクトルが使用され得る。
いて動きベクトルを推定する一実施の形態を示すフロー
チャートである。同図において、先ず現在のフレーム/
フィールドと参照フレーム/フィールドを参照し、探索
領域内でフルサーチ動き推定方式で動きベクトルを得る
(S200)。フルサーチ動き推定方式で動きベクトル
を得るためには、先ず探索領域が定められなければなら
ない。現在のフレーム/フィールドfn内のNxNサイズの
基準ブロックの動きを参照フレーム/フィールドf'で±
p画素ほどの範囲で推定すると仮定すると、参照フレー
ム/フィールド内の動き推定領域の大きさは (N+2p) x
(N+2p)になる。ここで、動きベクトルの候補になり得る
総(2p +1)2個の位置で相関係数を全て計算した後、最大
相関度を示す位置を動きベクトルに決める。
るためには次のようなMES(MeanSquare Error)、M
AE(Mean Absolute Error)、あるいはMAD(Mean
Absolute Difference)などの評価関数が用いられる。
ルドでk番目のマクロブロック、St-1,kはt−1番目の
フレーム/フィールドでk番目のマクロブロックを示
す。この評価関数は、画素らの差に基づいたものであ
り、最も小さいMAD値やMES値を有する場合を動き
ベクトルとして選定する。フルサーチ動き推定方法によ
って動きベクトルを得ると同時に予測動き推定方法によ
っても動きベクトルを得る(S210)。予測動き推定
方法は、候補ベクトル発生部110が提供する候補動き
ベクトルが推定されたブロックを中心にその隣接ブロッ
クで動きベクトルを得る。
れる候補動きベクトルブロックとその隣接したブロック
が示されている。同図に示すように、斜線で示された部
分が候補動きベクトルブロックを示すものである。候補
動きベクトルブロックと、候補動きベクトルブロックを
取り囲んだ隣接ブロックの動きベクトルをVi(i=0,…,8)
とすると、夫々の動きベクトルを現在のブロックの初期
動きベクトルとして設定し、次式によって最終動きベク
トルを決める。
動きベクトルのうち最も小さいSAD(Sum of Absolut
e Difference)を有するブロックの動きベクトルを現在
ブロックの動きベクトルとして決める。候補ベクトル発
生部110から予測動き推定部106に提供する候補動
きベクトルは、基本的に現在の動きベクトルを推定する
ブロックであるが、グローバル動きベクトル、ゼロ動き
ベクトル、及び使用者が定義した動きベクトルが用いら
れ得る。
れる動きベクトルを用いてグローバル動きを推定して具
現する。つまり、各ブロックの動きベクトルのヒストグ
ラムを得、該ヒストグラムからドミナント(dominant)
を決め、それをグローバル動きベクトルに決める。これ
を数式で表わすと次のようになる。まず、各ブロックの
動きベクトルのヒストグラムを得る。ここで、水平と垂
直方向のヒストグラムをhx、hyとすると、グローバル動
きの存在有無は次のように確認することができる。
きベクトルを候補動きベクトルとして用いることがで
き、その他使用者が定義した動きベクトルを候補動きベ
クトルとして用いることができる。このような予測動き
ベクトル推定方法とフルサーチ動きベクトル方法で得ら
れた動くベクトルは、動きベクトル選択部120におい
てしきい値テーブル126で保存されたしきい値と比較
し、誤差の少ない位置の動きベクトルを最終的な動きベ
クトルとして選択する(S220)。このとき、しきい
値は用いられる候補動きベクトル別に異なるように設定
し使用でき、適応的しきい値選択部124は用いられる
候補動きベクトルに応じて適切なしきい値を選択する。
この方式によって自然で且つ正確な動きベクトルを推定
することができる。
応型動き推定装置及び推定方法の好適な実施形態につい
て説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業
者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の
範疇内において各種の変更例又は修正例に想到し得るこ
とは明らかであり、それらについても当然に本発明の技
術的思想に属するものと了解される。
フルサーチ動き推定方法によって推定した動きベクトル
としてより自然で且つ正確な動きベクトルを得ることが
でき、予測動き推定で誤って推定された動きベクトルが
候補ベクトルとして使用し続けられることを防止するこ
とができる。
ある。
る。
トである。
ックを示す図である。
Claims (16)
- 【請求項1】 現在のフレーム及び/又はフィールド
と、参照フレーム及び/又はフィールドを基準に所定の
探索領域内の全てのブロック間で動きベクトルを求むフ
ルサーチ動き推定部と、 候補動きベクトルが推定されたブロックの隣接したブロ
ックで動きベクトルを推定する予測動き推定部と、 前記フルサーチ動き推定部と前記予測動き推定部とから
それぞれ動きベクトルが入力され、これら動きベクトル
のうち所定の位置値を有する動きベクトルを最終動きベ
クトルとして選択する動きベクトル選択部とを含むこと
を特徴とする動きベクトル推定装置。 - 【請求項2】 前記最終動きベクトルは、前記入力され
る動きベクトルのうち既に保存されているしきい値と比
較して誤差の少ない位置値を有する動きベクトルである
ことを特徴とする請求項1に記載の動きベクトル推定装
置。 - 【請求項3】 前記予測動き推定部に前記候補動きベク
トルを提供する候補ベクトル発生部を更に含むことを特
徴とする請求項1に記載の動きベクトル推定装置。 - 【請求項4】 前記候補ベクトル発生部は、 前記最終動きベクトルの入力を受けて保存する動きベク
トルメモリと、 前記動きベクトルメモリに保存された前記最終動きベク
トルと、外部から入力される外部動きベクトルのうちい
ずれか1つを候補動きベクトルとして選択し、前記予測
動き推定部に提供する候補ベクトル発生器とを含むこと
を特徴とする請求項3に記載の動きベクトル推定装置。 - 【請求項5】 前記外部動きベクトルは、グローバルベ
クトル、使用者が定義したベクトル、ゼロベクトルのう
ちいずれか1つであることを特徴とする請求項4に記載
の動きベクトル推定装置。 - 【請求項6】 前記動きベクトル選択部は、 前記予測動き推定部から出力される動きベクトルと前記
フルサーチ動き推定部から出力される動きベクトルのう
ちいずれか1つを選択して前記最終動きベクトルを出力
する動きベクトル選択器と、 前記しきい値が保存されるしきい値テーブルと、 前記動きベクトル選択器に入力された動きベクトルと前
記しきい値テーブルに保存されたしきい値と比較し、誤
差の少ない位置値を有する動きベクトルが最終動きベク
トルになるよう前記動きベクトル選択器の出力を制御す
る適用的しきい値選択器とを含むことを特徴とする請求
項1に記載の動きベクトル推定装置。 - 【請求項7】 前記動きベクトル選択器は、前記候補ベ
クトル発生器から出力される候補動きベクトル別に互い
に異なるしきい値を用いて比較することを特徴とする請
求項6に記載の動きベクトル推定装置。 - 【請求項8】 前記フルサーチ動き推定部で推定される
動きベクトルの正確度は、ブロックの全ての画素の差を
累積した値を用いて計算することを特徴とする請求項1
に記載の動きベクトル推定装置。 - 【請求項9】 (a)現在のフレーム及び/又はフィー
ルドと、参照フレーム及び/又はフィールドを基準に所
定の探索領域内の全てのブロック間で動きベクトルを求
む段階と、 (b)候補動きベクトルが推定されたブロックの隣接し
たブロックで動きベクトルを推定する段階と、 (c)前記(a)段階で得られた動きベクトルと、前記
(b)段階で得られた動きベクトルのうち所定の位置値
を有する動きベクトルを最終動きベクトルとして選択す
る段階とを含むことを特徴とする動きベクトル推定方
法。 - 【請求項10】 前記(b)段階で候補動きベクトルを
提供する段階を更に含むことを特徴とする請求項9に記
載の動きベクトル推定方法。 - 【請求項11】 前記最終動きベクトルは、前記入力さ
れる動きベクトルのうち、既に保存されたしきい値と比
較して誤差の少ない位置値を有する動きベクトルである
ことを特徴とする請求項9に記載の動きベクトル推定装
置。 - 【請求項12】 前記しきい値は、使用する動きベクト
ル別に互いに異なる値を使用することを特徴とする請求
項11に記載の動きベクトル推定方法。 - 【請求項13】 前記(b)段階において、前記候補動
きベクトルは、前記最終動きベクトルを使用することを
特徴とする請求項9に記載の動きベクトル推定方法。 - 【請求項14】 前記(b)段階において、前記動きベ
クトルは、グローバル動きベクトルを使用することを特
徴とする請求項9に記載の動きベクトル推定方法。 - 【請求項15】 前記(b)段階において、前記候補動
きベクトルは、ゼロ動きベクトルを使用することを特徴
とする請求項9に記載の動きベクトル推定方法。 - 【請求項16】 前記(b)段階において、前記候補動
きベクトルは、使用者が定義した動きベクトルを使用す
ることを特徴とする請求項9に記載の動くベクトル推定
方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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