JP2003512749A - 動き推定方法及びその装置 - Google Patents

動き推定方法及びその装置

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Abstract

(57)【要約】 本発明の動きベクトル推定方法では、複数の候補ベクトルを比較することを含むブロックに基づいた動きベクトル推定処理（ＢＭＥ）が行われ、ブロックに基づいた動きベクトルが決められ、更に最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ）が決められる。最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトルを使用して大域動きベクトル推定処理（ＧＭＥ）が行われ大域動きベクトル（ＧＭＶ）が得られる。大域動きベクトルは候補ベクトルとしてブロックに基づいた動きベクトル推定処理に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】 本発明は、動き推定の方法及び動き推定装置、動き推定装置を含む動き補償さ
れたピクチャ信号処理装置と、動き補償されたピクチャ信号処理装置を含むピク
チャ表示装置とに関する。
【０００２】 「３Ｄ再帰探索（3D-Recursive Search）」と称される従来技術の動き推定技
術は、Gerard de HaanとRobert Jan Schuttenによる「Real-time 2-3 pull down
elimination applying motion estimation/compensation in a programmable d
evice」（IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol.44, No.3, August
1988, pp. 930-938）に説明される。再帰探索は、画素再帰又はブロック再帰動
き推定部の部類に入る。アルゴリズムは、動きは時間的に、即ちフレームからフ
レームに移動する際にあまり変更しないという仮定に基づいている。アルゴリズ
ムは、動きフィールドを維持し、必要である場合にのみこのフィールドを更新し
ようとする。動きフィールドは、比較的大きい領域、即ち対象に対し通常は同様
である。従って、或る位置の近傍における動きベクトルは、その位置における動
きの良好な候補となる。ビデオは一連のフレームから構成される。各フレームは
例えば１６×１６画素のブロックに分割される。動きベクトルは各ブロックに関
連付けられる。動きベクトルは先行するフレームと比較される際に先行するフレ
ーム内のブロックと現在のフレーム内のブロックとの移動値を保持するべきであ
る。現在のフレームにおけるブロックの動きベクトル（ｘ，ｙ）を更新したいと
想定する。３Ｄ再帰探索は限られた個数の候補ベクトル、例えば５個の候補ベク
トル、つまり時間ベクトルである先行するフレームからの幾つかのベクトル、空
間ベクトルである現在のフレームからの幾つかのベクトル、及び空間ベクトルを
更新した更新ベクトルのみを使用して推定を行う。各候補に対し動き推定誤りが
計算される。最も動き推定誤りが少ない候補が上述のブロックに対し最良の動き
ベクトルとして選択される。アルゴリズムはブロックを通るのに垂直ラスタ走査
順序を使用する。
【０００３】 ＷＯ−Ａ−９７／４６，０２２に、ビデオ信号の所与のフィールドに対し動き
パラメータが決められ、後続するビデオ信号のフィールドに対する動きベクトル
は、少なくとも１つの所定の動きベクトル（即ち、空間的時間的に近傍のブロッ
クに対し既に推定される動きベクトル）と動きパラメータから得られる少なくと
も１つの更なる動きベクトルとに依存して決められる動きベクトルの推定方法が
開示される。所与のフィールドに対する動きパラメータは所与のフィールドに対
し決められる動きベクトルから、即ち所与のフィールドに対し決められる動きベ
クトルに２次元的ヒストグラム処理を適用することによって得られる。
【０００４】 ＥＰ−Ａ−０，６５２，６７８に、デジタルビデオ符号化におけるブロックに
基づいた動き補償を改善する方法及び装置が開示される。参照フレーム内の探索
窓の位置は、フレームの大域の動きを使用することにより決められる。１つの実
施例では、大域動きベクトルは、以前に記憶された複数の動きベクトルの中で最
もよく繰り返される動きベクトルを使用して発生される。
【０００５】 本発明は、改善された動き推定技術を提供することを目的とする。この為に、
本発明は独立項に記載される動き推定方法及び動き推定装置、動き補償されたピ
クチャ信号処理装置、及びピクチャ表示装置を提供する。有利な実施例は従属項
に記載される。
【０００６】 本発明の第１の面では、動きベクトル推定方法は、ブロックに基づいた動きベ
クトルを決めるよう複数の候補ベクトル比較することを含むブロックに基づいた
動きベクトル推定処理を行い、少なくとも最も頻繁に発生するブロックに基づい
た動きベクトルを決め、大域動きベクトルが得られるよう少なくとも最も頻繁に
発生するブロックに基づいた動きベクトルを使用し大域動きベクトル推定処理を
行い、大域動きベクトルを候補ベクトルとして上記ブロックに基づいた動きベク
トル推定処理に供給する。
【０００７】 本発明の上記及び他の面は以下に説明される実施例を参照することによって明
らかになろう。
【０００８】 大域動き推定に３Ｄ再帰探索を使用する場合、「全ての動きベクトルからどの
ように１つの動きベクトルを得るか？」という主な課題がある。本発明の対処方
法は以下の段階に基づいている。
【０００９】 １．大域動きベクトルは適当なブロックにおいて最もよく使用される動きベク
トルとして決められる。２番目によく使用される動きベクトルも使用する。ブロ
ックは、動き推定誤りが十分に小さく、十分な細部を含む場合に適当とされる。
【００１０】 ２．大域動きベクトル候補を導入することにより動きフィールドを平滑化させ
る。
【００１１】 実際に、大域動きベクトルを使用する通常の動き推定部と大域動き推定部との
２つの動き推定部を使用する。最初に、動きフィールドからどのように大域動き
を抽出するかを説明する。次のセクションで各動き推定部の特性を説明する。最
後にどのように両方の動きフィールドを使用して大域動き推定部を得るかを説明
する。
【００１２】 ２つの動きベクトルが必要とされる理由は以下の通りである。本発明では、通
常の動き推定部は変更を追跡するために使用する。関連付けられた動きフィール
ドからは正確な大域動きを得ることはできないが、候補の大域動きベクトルのみ
を得ることは可能である。３Ｄ再帰探索構想を使用して大域動き推定部を使用し
、最良の大域動きベクトルを選択する。大域動き推定部は変更を追跡することが
できないので、大域動き推定部のみで使用することはできない。
【００１３】 大域動きは２つの段階を経て動きフィールドから抽出される。即ち、全ての「
適当な」ブロックに対し使用される動きベクトルの回数を計数する段階と、上述
の計数から最もよく使用される動きベクトルと２番目によく使用される動きベク
トルを得ることである。
【００１４】 ブロックは、動き推定誤りが十分に小さく（３０よりも小さい平均ＳＡＤ）、
十分なアクティビティ（５０よりも大きいアクティビティ）を含む場合に「適当
」である。各ブロックに対するアクティビティは次のように決められる：アクテ
ィビティ＝ｍａｘ（ｉ，ｊ）（ｙ（ｉ，ｊ））−ｍｉｎ（ｉ，ｊ）（ｙ（ｉ，ｊ
））。細部を含まないブロックにおける動き推定の信頼度は高くないので、低い
アクティビティのブロックは取り除く。現在、移動誤りに対し差の絶対値の合計
（ＳＡＤ）量を使用する。ｙ〔ｉ，ｊ〕が現在のフレームの画素値を、ｙｐｒｅ ｖ 〔ｉ，ｊ〕が先行するフレームの画素値を表すものとする。ＳＡＤ量は以下の
通りに計算される。
【００１５】
【数１】 ただし、（ＭＶｘ，ＭＶｙ）は候補の動きベクトルであり、加算はブロック全体
に亘って行われる。ＳＡＤは、固定されるパターン雑音の影響を取り除くために
閾値よりも小さい場合は「０」に設定される。
【００１６】 本発明は、アルゴリズムの強さを改善するよう２番目によく使用される動きベ
クトルを使用する。アルゴリズムは或る程度のカメラパニングがあるにも関わら
ずゼロの動きベクトルとなる場合がある。最もよく使用される動きベクトルと２
番目によく使用される動きベクトルとを大域動き推定部に供給することにより上
述の状態が解決される。
【００１７】 ３Ｄ再帰探索する推定部は以下の６つの候補を使用する。
【００１８】 １．最もよく使用される大域動きベクトル（最良の大域動きベクトルとしても
使用される） ２．ブロック（ｘ−１，ｙ−１）の空間ベクトル（左上） ３．ブロック（ｘ＋１，ｙ−１）の空間ベクトル（右上） ４．現在のブロックの時間ベクトル ５．ブロック（ｘ，ｙ＋１）の時間ベクトル（下部） ６．ｘが偶数である場合にはブロック（ｘ−１，ｙ−１）の空間ベクトルを更
新した更新ベクトル、ｘが奇数である場合にはブロック（ｘ＋１，ｙ−１）の空
間ベクトルを更新した更新ベクトル 更新ベクトルは以下のように得られる。更新ベクトルは空間ベクトルとデルタ
ベクトルとの和である。デルタベクトル（ｄｘ，ｄｙ）は１６の可能なデルタベ
クトルのリストから読み出される。１６の可能なデルタベクトルのリストを表１
に示す。
【００１９】
【表１】 表１は各ベクトルに対する最大の更新値は水平方向では１２画素であり、垂直方
向では８画素であることを示す。
【００２０】 デルタベクトルを選択する方法を以下に示す。本発明では、後続するブロック
に対しリストにおける次のデルタベクトルを単純に使用し、デルタベクトル０か
ら開始する。ブロック（ｘ，ｙ）に対し要素ｊが使用されると想定し、後続のブ
ロック（即ちブロック（ｘ＋１，ｙ））に対し要素ｊ＋１を使用する。ｊ＋１が
１６と等しい場合にはデルタ要素「０」を使用する。
【００２１】 各候補は結果として得られるアドレス、即ちフレーム内の或る領域への点が有
効であるかどうか確認される。有効でない場合は、ベクトルは最近傍の有効な動
きベクトルにクリップされる。
【００２２】 表２は各ベクトルの種類に対するペナルティを示す。ペナルティはブロックマ
ッチング誤り（ＳＡＤ）に付加され、幾つかの候補動きベクトルが他の候補動き
ベクトルよりも有利となり動きフィールドが平滑化される。
【００２３】
【表２】 大域動き推定部は以下の４つの候補を使用する。
【００２４】 １．ブロックに基づいた３Ｄ再帰探索の推定部によって得られる最もよく使用
される動きベクトル ２．ブロックに基づいた３Ｄ再帰探索の推定量によって得られる２番目によく
使用される動きベクトル ３．１に記載される動きベクトルの周期的に変動する更新ベクトル（上記参照
） ４．２に記載される動きベクトルの周期的に変動する更新ベクトル（上記参照
） 大域推定量は４つの候補のうち、どの候補が最良の候補であるかをブロックに
基づいて決める。ブロックに基づいて決められる最良の候補から、最も頻繁に発
生する候補が維持される。
【００２５】 各種類に対するペナルティは以下の通りである。
【００２６】
【表３】 大域動きベクトル候補のペナルティは、動きベクトルがゼロである場合には１
であり、動きベクトルがゼロでない場合には０である。これは正確さを損ねるこ
となく単純にするために「０」にされる場合もある。
【００２７】 本発明では全体としての動き推定は、各フレームに対し以下の段階を使用する
。
【００２８】 １．大域動き推定（ＧＭＥ）から最良の大域動きベクトルを得る ２．大域動き推定（ＧＭＥ）から得られた最良の大域動きベクトルを３Ｄ再帰
探索動き推定（ＢＭＥ）の６つの候補に使用する ３．結果として得られる動きフィールドから最もよく使用される大域動きベク
トルと２番目によく使用される大域動きベクトルを抽出する ４．３で得られた２つのベクトルを大域動き推定（ＧＭＥ）、即ち４つの候補
の動き推定に使用する ５．結果として得られる動きフィールドから大域動きが抽出され段階１に使用
される アルゴリズムのＣＰＵ負荷を減少するために、動き推定ブロックの個数はサブ
サンプリングによって減少される。本発明は各フレームに対し１つの動きベクト
ルのみを必要とするので、大域動きベクトルでは、各ブロックに対し動きベクト
ルを計算する必要はなく、従って使用されるブロックの個数はサブサンプリング
することが可能である。本発明では、現在水平方向に２つ垂直方向に２つのサブ
サンプリング係数を使用する。尚、必要である場合には大域動き推定に対し４の
係数を使用することも可能である。サブサンプリング係数は以下の理由により制
限される。高すぎるサブサンプリング係数は「適当な候補」（小さい動き推定誤
りと十分に高いアクティビティを有するブロック）がある可能性を減少させる。
更に、使用するブロックが少なすぎると、動きフィールドの平滑性を減少させる
。更に、サブサンプリングをブロック内で適用し画素の数を減少させることも可
能である。
【００２９】 ＭＭＸのようにプロセッサに特定の特徴を使用することにより、演算の速度が
促進される。ＳＡＤ計算に費やされる時間も原則的に相互相関によって減少され
得る。
【００３０】 大域動き推定アルゴリズムを改善するために、以下の方法が可能である。最も
よく使用される大域動きベクトルと２番目によく使用される大域動きベクトルと
を維持するのみならず、あまり頻繁に使用されない動きベクトルも維持する。動
き推定のために現在のフレームの中心部分のみ、例えばフレームの４分の１のみ
を使用する。（フレームの中央を回転の中心として）幾らかの回転がある場合、
フレームより外側の領域にあるブロックは中心部よりも大きい移動値を含む。尚
、中心部分のみを動き推定に使用する方法も演算負荷を減少させる。
【００３１】 図１は、本発明の動き補償されたピクチャ表示装置の機能を示すブロック図で
ある。ピクチャ信号は、上述されたように動作するブロックに基づいた動きベク
トル推定部ＢＭＥと大域動きベクトル推定部ＧＭＥとに供給される。ブロックに
基づいた動きベクトル推定部ＢＭＥは最も頻繁に使用される動きベクトルＭＦＭ
Ｖと２番目に最も頻繁に使用される動きベクトルＳＭＦＭＶとを大域動きベクト
ル推定部ＧＭＥに供給する。大域動きベクトル推定部ＧＭＥは大域動きベクトル
ＧＭＶを候補ベクトルとしてブロックに基づいた動きベクトル推定部ＢＭＥに供
給する。
【００３２】 ピクチャ信号は動き補償プロセッサ（ＭＣＰ）にも供給され、例えばスキャナ
またはビデオカメラで得られた画像の動き補償された補間（例えば、１００Ｈｚ
変換）又は動き補償された組合わせを行う。動き補償プロセッサは、ブロックに
基づいた動きベクトル推定部ＢＭＥから供給されるブロックに基づいた動きベク
トル又は大域動き推定部ＧＭＥによって供給される大域動きベクトルによって制
御される。スイッチＳがこの選択を示す。実際には、適用に依存してスイッチＳ
はなく、適当な種類の動きベクトルが使用される。大域ベクトルは例えばスキャ
ンされた画像を組合わせるよう使用され、一方でブロックに基づいたベクトルは
例えば１００Ｈｚ変換に使用される。動き補償プロセッサＭＣＰの出力は表示装
置ＤＤに供給される。例えばスキャナのような本発明の別の適用において、動き
補償プロセッサＭＣＰの出力は紙に印刷される。
【００３３】 尚、上述された実施例は本発明を説明するものであって制限するものでないこ
とと、当業者は本発明の請求項の範囲から逸脱することなく他の実施例を設計す
ることが可能であることに注目するべきである。上述された例では最もよく使用
されるベクトルと２番目によく使用されるベクトルとが使用されるが、このこと
はＮ番目によく使用されるベクトルを使用することを記載した請求項の範囲にあ
る明らかな一般論である。請求項において括弧内に示される符号は請求項を制限
するものではない。「含む」という表現は、請求項に列挙される要素又は段階以
外の要素又は段階の存在を排除するものではない。単数形で示される要素は、そ
のような要素が複数存在することを排除するものではない。本発明は、幾つかの
別々の要素を含むハードウェア及び好適にプログラムされたコンピュータによっ
て実行され得る。幾つかの手段を列挙している装置の請求項において、手段のう
ちの幾つかはハードウェアの１つのアイテムとして組み入れることが可能である
。幾つかの手段は異なる従属請求項に互いに記載されるが、これらの手段が有利
に組み合わされることを示さないわけではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の動き補償されたピクチャ表示装置の実施例の機能を示すブロック図で
ある。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブロックに基づいた動きベクトルを決めるよう複数の候補ベ
    クトルを比較することを含むブロックに基づいた動きベクトル推定処理（ＢＭＥ
    ）を行う段階と、 少なくとも最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ）
    を決める段階と、 大域動きベクトル（ＧＭＶ）が得られるよう上記少なくとも最も頻繁に発生す
    るブロックに基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ）を使用し大域動きベクトル推定
    処理（ＧＭＥ）を行う段階と、 上記大域動きベクトル（ＧＭＶ）を候補ベクトルとして上記ブロックに基づい
    た動きベクトル推定処理（ＢＭＥ）に適用する段階とを含む動きベクトル推定方
    法。
  2. 【請求項２】 上記少なくとも最も頻繁に発生するブロックに基づいた動き
    ベクトル（ＭＦＭＶ）を決める段階は、 所与の動き誤り閾値以下の対応する動き誤りを有するブロックに基づいた動き
    ベクトルの中から選択を行うことを含む請求項１記載の方法。
  3. 【請求項３】 上記少なくとも最も頻繁に発生するブロックに基づいた動き
    ベクトル（ＭＦＭＶ）を決める段階は、 所与のアクティビティ閾値以上の最大画素値と最小画素値との差を有するブロ
    ックに対し推定されるブロックに基づいた動きベクトルの中から選択を行うこと
    を含む請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 上記最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトル（
    ＭＦＭＶ）と２番目に最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトル（Ｓ
    ＭＦＭＶ）との両方が決められ、上記大域動きベクトル推定処理（ＧＭＥ）に使
    用される請求項１記載の方法。
  5. 【請求項５】 上記大域動きベクトル推定処理（ＧＭＥ）は、 各ブロックに対し決められる最良のベクトルが得られるよう上記最も頻繁に発
    生するブロックに基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ）を含む複数の候補ベクトル
    をブロックに基づいて比較する段階と、 上記大域動きベクトル（ＧＭＶ）として各ブロックに対し決められる最も頻繁
    に発生する最良のベクトルを出力する段階とを含む請求項１記載の方法。
  6. 【請求項６】 複数の候補ベクトルの比較に基づいてブロックに基づいた動
    きベクトルを決めるブロックに基づいた動きベクトル推定手段（ＢＭＥ）と、 少なくとも最も頻繁に発生するブロックに基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ、
    ＳＭＦＭＶ）を決める手段と、 大域動きベクトルが得られるよう上記少なくとも最も頻繁に発生するブロック
    に基づいた動きベクトル（ＭＦＭＶ、ＳＭＦＭＶ）を使用し大域動きベクトル推
    定処理を行う手段（ＧＭＥ）と、 上記大域動きベクトル（ＧＭＶ）を候補ベクトルとして上記ブロックに基づい
    た動きベクトル推定手段（ＢＭＥ）に適用する手段とを含む動きベクトル推定装
    置。
  7. 【請求項７】 動きベクトルを発生させる請求項６に記載される動きベクト
    ル推定装置と、 上記動きベクトルに依存しピクチャ信号を処理する動き補償プロセッサ（ＭＣ
    Ｐ）とを含む動き補償されたピクチャ信号処理装置。
  8. 【請求項８】 処理されたピクチャ信号が得られる請求項７に記載される動
    き補償されたピクチャ信号処理装置と、 上記処理されたピクチャ信号を表示する表示装置とを含むピクチャ表示装置。
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