JP2004242309A - 飛越走査方式の動画符号化/復号化方法及びその装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 飛越走査方式の動画でフレーム間の動きを推定及び補償する動画符号化/復号化方法及びその装置を提供する。
【解決手段】 マクロブロックと探索領域とを入力して整数画素単位のフレーム動きベクトルを推定する過程と、推定された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、マクロブロック内ボトムフィールド画素は該当動きベクトルの垂直成分をフィールド間距離によってスケールして得られた動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップフィールドの画素と整合する過程と、予測された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が偶数である場合、マクロブロック内トップフィールドまたはボトムフィールド画素は元の該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップフィールドまたはボトムフィールドの画素と整合する過程とを含む飛越走査方式のフレーム動き推定及び/または補償方法。
【選択図】 図6

Description

本発明は、飛越走査方式の動画符号化/復号化システムに係り、特に、飛越走査方式の動画で動きを推定して補償する動画符号化/復号化方法及びその装置に関する。
通常的に、MPEG−2では飛越走査方式の動画を符号化する時、フレーム基盤の動き推定とフィールド基盤の動き推定とを適応的に使用している。また、現在標準化が進行中であるH.264でも飛越走査方式の動画符号化を考慮している。
図1は、従来の飛越走査方式の動画で2つのフレーム間の動き推定及び補償を行う概念図である。
図1を参照すれば、入力される映像信号は便宜上、時間方向に示される。また、動き推定のための対象ブロック、すなわち、マクロブロックMBのサイズが垂直方向に8画素である場合を例に挙げた。F(n)及びF(n)は、それぞれn番目フレームのトップフィールドとボトムフィールドとを意味する。現在のフレームがn+1番目フレームであると仮定する。現在のフレームの動き推定のための対象ブロックに対して順方向にそれぞれ5回の動き推定が行われる。すなわち、フレーム間の動き推定、トップフィールド対トップフィールドの動き推定、トップフィールド対ボトムフィールドの動き推定、ボトムフィールド対トップフィールドの動き推定、ボトムフィールド対ボトムフィールドの動き推定が行われる。もし、MPEG−2のBピクチュア(bidirectional picture)でのように両方向動き推定が必要であれば、現在、フレームの動き推定のための対象ブロックに対して順方向及び逆方向に総10回の動き推定が必要である。ここでは便宜上、順方向についてのみ考慮する。
図1を参照すれば、フレーム動き推定/動き補償(ME(Motion Estimation)/MC(Motion Compensation))は現在フレームFn+1のマクロブロックMBと参照フレームF(n)のマクロブロックとをマッチングさせて最小SAD(Sum of Absolute Difference)を有するフレーム動きベクトルMV_frameを求める。
トップフィールドME/MCは現在マクロブロック内のトップフィールドF(n+1)情報のみを利用して以前トップフィールドF(n)の探索領域内で任意のMEで最小SADt2tを有する動きベクトルMVt2tを探すか、または、現在マクロブロック内のトップフィールドF(n+1)情報のみを利用して以前ボトムフィールドF(n)の探索領域内で任意のMEで最小SADt2bを有する動きベクトルMVt2bを探す。
ボトムフィールドME/MCは、現在マクロブロック内のボトムフィールドF(n+1)情報のみを利用して以前トップフィールドF(n)の探索領域内で任意のMEで最小SADb2tを有する動きベクトルMVb2tを探すか、または現在マクロブロック内のボトムフィールドF(n+1)情報のみを利用して移転ボトムフィールドF(n)の探索領域内で任意のMEで最小SADb2bを有する動きベクトルMVb2bを探す。
ここで、SADt2tとSADt2bとを比較して小さな値を有する方の動きベクトルをトップフィールド動きベクトルMVtop_fldとして決定する。また、SADb2tとSADb2bとを比較して小さな値を有する方の動きベクトルをボトムフィールド動きベクトルMVbot_fldとして決定する。したがって、フレーム及びフィールド動き推定によってフレーム動き補償及びフィールド動き補償に適用する動きベクトルが全て求められる。
次に、トップフィールド動きベクトルMVtop_fld及びボトムフィールド動きベクトルMVbot_fldによって得られたSADfieldとSADframeとを比較する。この時、SADfieldがSADframeより小さければ、フィールド動き補償を行い、逆にSADframeが小さければ、フレーム動き補償を行う。
従来技術のフレームME/MC方法は次のような問題がある。すなわち、図2(a)のようにフレーム動きベクトルMVframeの垂直成分(以下、MVver)が偶数である時、現在マクロブロック内のあらゆる画素は同じ動きベクトルを有する。したがって、MVverが偶数である時、フレームの動き補償には何の問題もない。しかし、図2(b)のようにMVverが奇数である時、フレームの動き補償に問題がある。すなわち、マクロブロック内のトップフィールドに属する画素とボトムフィールドに属する画素とが相異なる動きベクトルを有する。言い換えれば、MVverが奇数であり、そのサイズが大きくなるほど問題が深刻である。したがって、従来技術のフレームME/MC方法ではMVverが偶数として決定される確率が高まり、また正確でない動き推定及び補償によって不要にフィールド動き補償を行うことによって動きベクトル情報が増加する問題が発生することもある。
本発明が解決しようとする技術的課題は、飛越走査方式で入力されるトップフィールドの画素とボトムフィールドの画素との実際位置を考慮して動画の動き推定/補償を行う飛越走査方式の動画符号化/復号化方法を提供するところにある。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、本発明による飛越走査方式の動画符号化/復号化方法が適用された動画符号化/復号化装置を提供するところにある。
前記の技術的課題を解決するために、本発明は飛越走査方式のフレーム動き推定及び/または補償方法において、(a)マクロブロックと探索領域とを入力して整数画素単位のフレーム動きベクトルを推定する過程と、(b)前記(a)過程で推定された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、前記マクロブロック内のボトムフィールド画素は該当動きベクトルの垂直成分をフィールド間距離によってスケールされた動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップフィールドの画素と整合し、前記マクロブロック内のトップフィールド画素は該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のボトムフィールドの画素と整合する過程と、(c)前記(a)過程で予測された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が偶数である場合、前記マクロブロック内のトップフィールドまたはボトムフィールド画素は元の該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップフィールドまたはボトムフィールドの画素と整合する過程を含むことを特徴とする。
前記の他の技術的課題を解決するために、本発明は飛越走査方式の動画符号化及び/または復号化方法において、(a)映像データに対するマクロブロックと探索領域を設定する過程と、(b)前記(a)過程で設定されたマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分を判別し、マクロブロック内のトップ及びボトムフィールドに属する画素を位置によって異なって推定された動きベクトルに対応する参照フレーム内のフィールドの画素と整合する過程と、(c)前記(b)過程で整数画素単位のフレーム動きベクトルに対する推定が完了すれば、マクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分によってマクロブロック内トップ/ボトムフィールドの画素を該当動きベクトルに対応する参照フレーム内フィールドの半画素と整合する過程とを含むことを特徴とする。
本発明が解決しようとするさらに他の技術的課題は、飛越走査方式の動画符号化装置において、入力される映像データをマクロブロック単位で離散コサイン変換する離散コサイン変換部と、前記離散コサイン変換部で離散コサイン変換された映像データを量子化する量子化部と、前記量子化部で量子化された映像データを逆量子化する逆量子化部と、前記逆量子化部で逆量子化された映像データを逆離散コサイン変換する逆離散コサイン変換部と、 逆離散コサイン変換部で逆離散コサイン変換された映像データをフレーム単位で保存するフレームメモリ部と、前記入力される現在フレームの映像データと前記フレームメモリ部に保存された以前フレームの映像データとに基づいてマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分を判別し、前記垂直成分の動きベクトルが奇数である場合、ボトムフィールドに属する画素はフィールド間の距離によってスケールした動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップまたはボトムフィールドの画素と整合する動き推定/補償部とを含むことを特徴とする。
本発明によれば、飛越走査方式で入力されるトップフィールドの画素とボトムフィールドの画素との実際位置を考慮して動画の動き推定/補償を行うことによって動き補償の性能を向上させうるのみならず、動きベクトル情報を減らすことができる。
以下、添付された図面を参照して本発明の望ましい実施例を説明する。
図3は、本発明による飛越走査方式の動画符号化装置を示すブロック図である。
まず、入力される映像データはGOP(Group of Picture)単位で構成される。
DCT部320は、映像データの空間重複性を得るために8×8ブロック単位で離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)を行う。
量子化部(Q)330は、DCT部320でDCTされた映像データを量子化する。逆量子化部350は量子化部330で量子化された映像データを逆量子化する。
逆離散コサイン変換(IDCT:Inverse DCT)部360は逆量子化部350で逆量子化された映像データをIDCTする。フレームメモリ部(FM)370はIDCT部360でIDCTされた映像データをフレーム単位で保存する。
ME/MC部380は入力される現在フレームの映像データとフレームメモリ部370に保存された以前フレームの映像データを利用してマクロブロック当たり動きベクトルMVと絶対差分和(SAM:Sum of Absolute Difference)を推定し、その動きベクトルMVで動き補償を行う。
可変長符号化(VLC:Variable Length Coding)部340は、ME/MC部380で推定された動きベクトルMVによって量子化された映像データの統計的重複性を除去する。
また、飛越走査方式の動画復号化システムは動画符号化システムで受信されたVLCコード形態の映像信号を可変長デコーディング、逆量子化、IDCT変換、動き補償を経て元の映像信号に復元する。
図4は、図3のME/MC部380でフレーム間動き推定及び補償方法を示す詳細フローチャートである。
まず、入力される映像データはマクロブロックに分けられる。そして、そのマクロブロックに対する動きを推定するために探索領域が設定される(410過程)。
次いで、整数画素単位のフレーム動きベクトルMVframeを推定する(420過程)。
この時、フレーム動きベクトルの垂直成分(以下、MVver)が偶数か奇数かを判断する(430過程)。
ここで、MVverが偶数である場合、従来技術と同一にフレーム動き推定/補償を行う。
MVverが奇数である場合、現在マクロブロック内のボトムフィールド及びトップフィールドに属する画素の動きベクトルは実際位置によって別に計算して参照フレーム内トップフィールド及びボトムフィールドの画素と整合する(440過程)。すなわち、現在マクロブロック内のトップフィールドに属する画素は元のMVverをそのまま利用して参照フレームのボトムフィールド画素とのSADを求める。そして、現在マクロブロック内のボトムフィールドに属する画素は実際の動きベクトルの方向を考慮してMVverを適当にスケールし、そのスケールされた位置の画素のうち最も近い参照フレームのトップフィールド画素とのSADを求める。
次いで、次のマクロブロックに対する整数画素単位動き推定を行い続ける。この時、これ以上動きを推定するマクロブロックがなければ、整数画素単位の動き推定を完了したと見なす(460過程)。
次いで、整数画素単位ME/MCが終わった後、半画素、あるいはその以下のME/MCを行う(470過程)。便宜上、半画素単位の動き推定を例に挙げる。すなわち、整数単位動きベクトルの垂直成分が偶数であれば、あらゆる画素は一般的な半画素動き推定を行う。また、整数単位動きベクトルの垂直成分が奇数であれば、トップフィールド画素は既存のバイリニア補間で半画素ME/MCを行い、ボトムフィールド画素は整数画素単位でスケールされたMVverに該当する画素で半画素ME/MCを行う。
次いで、半画素単位のME/MCを完了すれば、最終的に整数部分動きベクトルの垂直成分が偶数か奇数か区分できない場合もある。したがって、マクロブロック別にフレーム動き補償モードが選択された場合、元の整数部分動きベクトルの垂直成分に対する偶数または奇数情報を1ビットに生成する(480過程)。したがって、デコーダはこの動きベクトルの偶数/奇数情報によって映像情報を復元できる。
次いで、既存のフレーム動き補償方式及びフィールド動き補償方式と提案したフレーム動き補償方式を適応的に使用できる。
他の実施例でデコーダでも本発明による動画のME/MCを同一に適用して動画のME/MCを行える。すなわち、デコーダはエンコーダから受信された動きベクトルに対する垂直成分の偶数/奇数情報によって入力されるトップフィールドの画素及びボトムフィールドの画素の実際位置を考慮して動画のME/MCを行う。
図5は、図4の動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、フレーム動き予測を行う詳細図である。
図6に示されたように入力される映像信号は便宜上、時間方向に示される。また、動き推定補償処理ブロック、すなわち、マクロブロックMBのサイズが垂直方向に8画素である場合を例に挙げた。F(n)及びF(n)はそれぞれn番目フレームのトップフィールドとボトムフィールドとを意味する。そして、F(n+1)及びF(n+1)はそれぞれn+1番目フレームのトップフィールドとボトムフィールドとを意味する。現在のフレームがn+1番目フレームであると仮定する。
まず、マクロブロック単位の画素が入力される(510過程)。
次いで、マクロブロック単位の画素がボトムフィールドまたはトップフィールドのいずれかに属するかを判断する(520過程)。
この時、マクロブロック内でトップフィールドに属する画素は元の動きベクトルの垂直成分MVverをそのまま利用して参照フレームのボトムフィールドに属する画素とのSADを求める(530過程)。
また、マクロブロック内ボトムフィールドに属する画素はMVverをスケールして常に参照フレームのトップフィールドに属する画素とのSADを求める(540過程)。すなわち、図6に示されたように、ボトムフィールドに属する画素は整合されるフィールド間距離を考慮してα倍ほど拡張した動きベクトルα*MVverを使用してSADを求める。この時、F(n)とF(n+1)間の距離をdb2tとし、F(n)とF(n+1)間の距離をdt2bとすれば、αは、db2t/dt2bとして決定される。図6で拡張動きベクトルα*MVverが指す位置はXで表示される。
また、マクロブロック内トップフィールド画素は該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のボトムフィールドの画素と整合する。
図6に示されている位置Xは整数単位の画素である場合もあり、そうでない場合もある。したがって、拡張動きベクトルα*MVverが指す位置Xはその位置と最も隣接したトップフィールド画素を利用して推定する。すなわち、位置Xの画素Pと真上の整数画素P間の距離dがPと真下の下整数画素Pとの距離dより小さいか同じであれば、Pを選択し、dがdより大きければ、Pを選択する。あるいは、位置Xの画素Pと真上の整数画素P間の距離dがPと真下の整数画素Pとの距離dより小さければ、Pを選択し、dがdより大きいか同じであれば、Pを選択する。
他の実施例で、図6に示されている位置Xはその位置に隣接したボトムフィールドの画素を利用して推定する場合もある。
本発明は前述した実施例に限定されず、本発明の思想内で当業者による変形が可能であることは言うまでもない。
本発明はまたコンピュータで読み出せる記録媒体にコンピュータが読み出せるコードとして具現することが可能である。コンピュータが読み出せる記録媒体はコンピュータシステムによって読み出せるデータが保存されるあらゆる記録装置を含む。コンピュータが読み出せる記録媒体の例としては、ROM、RAM、CD−ROM、磁気テープ、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、フラッシュメモリ、光データ貯蔵装置などがあり、また、キャリアウェーブ(例えば、インターネットを通した伝送)の形態で具現されるものも含む。また、コンピュータが読み出せる記録媒体はネットワークで連結されたコンピュータシステムに分散され、分散方式でコンピュータが読み出せるコードとして保存されて実行できる。
本発明は、飛越走査方式の動画符号化/復号化に利用されるフレーム動き推定及び補償方法に係り、一般的にデジタルテレビ、デジタルカムコーダ、DVDなど映像記録及び再生機器に適用される。
従来の飛越走査方式の動画で2つのフレーム間の動き推定及び補償を行う概念図である。 従来の飛越走査方式の動画で2つのフレーム間の動き推定及び補償を行う概念図である。 本発明による飛越走査方式の動画符号化システムを示すブロック図である。 図3のME/MC部でフレーム間の動きを推定及び補償する方法を示す詳細フローチャートである。 図4の動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、フレーム動き予測を行う詳細図である。 本発明による飛越走査方式の動画で2つのフレーム間の動き推定及び補償を行う実施例である。
符号の説明
スケールされた動きベクトルが指す位置の画素
の真上に隣接したトップフィールド画素
で真下に隣接したトップフィールド画素
MVver フレーム動きベクトルMVframeの垂直成分
α*MVver α倍ほど拡張した動きベクトル
t2b(n)とF(n+1)間の距離
b2t(n)とF(n+1)間の距離

Claims (12)

  1. 飛越走査方式のフレーム動き推定及び/または補償方法において、
    (a)マクロブロックと探索領域とを入力して整数画素単位のフレーム動きベクトルを推定する過程と、
    (b)前記(a)過程で推定された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、前記マクロブロック内ボトムフィールド画素は該当動きベクトルの垂直成分をフィールド間距離によってスケールした位置に対応する参照フレーム内のトップフィールドの画素と整合し、前記マクロブロック内トップフィールド画素は該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のボトムフィールドの画素と整合する過程と、
    (c)前記(a)過程で予測された整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が偶数である場合、前記マクロブロック内トップフィールドまたはボトムフィールド画素は元の該当動きベクトルに対応する参照フレーム内のトップフィールドまたはボトムフィールドの画素と整合する過程と
    を含む動画符号化/復号化方法。
  2. 前記(b)過程で、前記マクロブロック内ボトムフィールド画素はスケールされた動きベクトルが指す位置に隣接したトップフィールドの画素を利用して整数画素単位の動きベクトルで推定及び/または補償されることを特徴とする請求項1に記載の動画符号化/復号化方法。
  3. 前記(b)過程で、前記マクロブロック内ボトムフィールド画素はスケールされた動きベクトルが指す位置に隣接したボトムフィールドの画素を利用して整数画素単位の動きベクトルで推定及び/または補償されることを特徴とする請求項1に記載の動画符号化/復号化方法。
  4. 前記(b)過程でスケールされた動きベクトルが指す位置の画素をPとし、PはPの真上に隣接したトップフィールド画素であり、PはPで真下に隣接したトップフィールド画素であり、dとdはそれぞれPからP及びP間の距離とする時、dがdより小さいか同じであれば、PをPに代置し、dがdより大きければ、PをPに代置して動き推定及び補償することを特徴とする請求項1に記載の動画符号化/復号化方法。
  5. 前記(b)過程で、スケールされた動きベクトルが指す位置の画素をPとし、PはPの真上に隣接したトップフィールド画素であり、PはPの真下に隣接したトップフィールド画素であり、dとdはそれぞれPからP及びP間の距離とする時、dがdより小さければ、PをPに代置し、dがdより大きいか同じであれば、PをPに代置して動き推定及び補償することを特徴とする請求項1に記載の動画符号化/復号化方法。
  6. 前記動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、前記動きベクトルの垂直成分はdb2t/dt2bでスケールされ、ここで、dt2bはF(n)とF(n+1)間の距離であり、db2tはF(n)とF(n+1)間の距離であることを特徴とする請求項1に記載の動画符号化/復号化方法。
  7. 飛越走査方式の動画符号化及び/または復号化方法において、
    (a)映像データに対するマクロブロックと探索領域を設定する過程と、
    (b)前記(a)過程で設定されたマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分を判別し、マクロブロック内のトップ及びボトムフィールドに属する画素を位置によって異なって推定された動きベクトルに対応する参照フレーム内フィールドの画素と整合する過程と、
    (c)前記(b)過程で整数画素単位のフレーム動きベクトルに対する推定が完了すれば、マクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分によってマクロブロック内トップ/ボトムフィールドの画素を該当動きベクトルに対応する参照フレーム内フィールドの半画素と整合する過程と
    を含む動画符号化/復号化方法。
  8. 前記(b)過程は、
    前記設定されたマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が奇数である場合、マクロブロック内のボトムフィールドに属する画素をフィールド間距離によって拡張された動きベクトルに対応する参照フレーム内トップフィールドの画素と整合する過程と、
    前記設定されたマクロブロック内整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分が偶数である場合、マクロブロック内のトップフィールドまたはボトムフィールドに属する画素を推定された動きベクトルに対応する参照フレーム内トップフィールドまたはボトムフィールドの画素と整合する過程と
    を含むことを特徴とする請求項7に記載の映像符号化/復号化方法。
  9. 前記(c)過程は、
    前記整数画素単位の動きベクトルの垂直成分が偶数であれば、一般的な半画素動き推定/補償を行い、
    前記整数画素単位の動きベクトルの垂直成分が奇数であれば、トップフィールドの画素はバイリニア補間で半画素動き推定/補償し、ボトムフィールドの画素はフィールド間の距離によってスケールして得られた整数画素単位動きベクトルを中心として半画素動き推定/補償する過程を含むことを特徴とする請求項7に記載の映像符号化/復号化方法。
  10. 前記(c)過程で推定される整数単位の動きベクトルの垂直成分が偶数であるか奇数であるかの情報を生成する過程をさらに含むことを特徴とする請求項7に記載の映像符号化/復号化方法。
  11. 飛越走査方式の動画符号化装置において、
    入力される映像データをマクロブロック単位で離散コサイン変換する離散コサイン変換部と、
    前記離散コサイン変換部で離散コサイン変換された映像データを量子化する量子化部と、
    前記量子化部で量子化された映像データを逆量子化する逆量子化部と、
    前記逆量子化部で逆量子化された映像データを逆離散コサイン変換する逆離散コサイン変換部と、
    逆離散コサイン変換部で逆離散コサイン変換された映像データをフレーム単位で保存するフレームメモリ部と、
    前記入力される現在フレームの映像データと前記フレームメモリ部に保存された以前フレームの映像データとに基づいてマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分を判別し、前記垂直成分の動きベクトルが奇数である場合、ボトムフィールドに属する画素はフィールド間の距離によってスケールした動きベクトルに対応する参照フレーム内トップまたはボトムフィールドの画素と整合する動き推定/補償部と
    を含む動画符号化装置。
  12. 飛越走査方式の動画復号化装置において、
    可変長コード形態の映像データを逆量子化する逆量子化部と、
    前記逆量子化部で逆量子化された映像データを逆離散コサイン変換する逆離散コサイン変換部と、
    逆離散コサイン変換部で逆離散コサイン変換された映像データをフレーム単位で保存するフレームメモリ部と、
    前記入力される現在フレームの映像データと前記フレームメモリ部に保存された以前フレームの映像データとに基づいてマクロブロック内の整数画素単位に対する動きベクトルの垂直成分を判別し、前記垂直成分の動きベクトルが奇数である場合、ボトムフィールドに属する画素はフィールド間の距離によってスケールした動きベクトルに対応する参照フレーム内トップまたはボトムフィールドの画素と整合する動き推定/補償部と
    を含む動画復号化装置。

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