JP2006508584A - ベクトル予測のための方法 - Google Patents

Abstract

本発明は符号化（ｃｏｄｅｄ）されるべきビデオ画像内の画素ブロックの動きベクトルの改良された予測方法を開示する。本発明の好ましい実施例によれば、該ブロックの最上で左のコーナーに近い２つの隣接ブロックの現実の動きベクトルが該予測用の候補として選択される。該動きベクトルのどちらが該予測として使われるべきかを決定するために、該ブロックにも隣接する、１つの追加のブロックが選択される。該決定ブロックの動きベクトルへのベクトル差が最終選択では決定的となる。

Description

本発明はビデオ圧縮システム（ｖｉｄｅｏ ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍｓ）に関し、特にデジタルビデオシステムの圧縮に関する。

動画像（ｍｏｖｉｎｇ ｐｉｃｔｕｒｅ）の実時間での伝送（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）は、例えば、ビデオ会議（ｖｉｄｅｏ ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｉｎｇ）、ネット会合（ｎｅｔ ｍｅｅｔｉｎｇｓ）、テレビ放送（ＴＶ ｂｒｏａｄｃａｓｔｉｎｇ）そしてビデオ電話（ｖｉｄｅｏ ｔｅｌｅｐｈｏｎｙ）の様な幾つかの応用で使われる。

しかしながら、動画像の表現は、デジタルビデオが画像内の各画素を８ビット（１バイト）で表して記述されるのが典型的なので巨大な情報を要する。この様な圧縮されないビデオデータは大きなビット容量に帰着し、従来の通信ネットワーク及び伝送ライン上では限られたバンド幅（ｌｉｍｉｔｅｄ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ）のために実時間で伝送することは出来ない。

かくして、実時間のビデオ伝送を可能にするには大幅なデータ圧縮を要する。データ圧縮は、しかしながら、画像の質との妥協（ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ）となる。従って、バンド幅で限定されたデータ接続上（ｏｖｅｒ ｂａｎｄｗｉｄｔｈ ｌｉｍｉｔｅｄ ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎｓ）で高品質ビデオの実時間伝送を可能にする圧縮技術を開発するために大きな努力が払われて来た。

ビデオ圧縮システムでは、主目標はビデオ情報を出来るだけ小容量で表すことである。容量は、一定値としてか、又は時間当たりビット単位としてか、何れかで、ビットで規定される（Ｃａｐａｃｉｔｙ ｉｓ ｄｅｆｉｎｅｄ ｗｉｔｈ ｂｉｔｓ， ｅｉｔｈｅｒ ａｓ ａ ｃｏｎｓｔａｎｔ ｖａｌｕｅ ｏｒ ａｓ ｂｉｔｓ／ｔｉｍｅ ｕｎｉｔ．）。両方の場合共、該主目標は該ビット数を減じることである。

最も普通なビデオ符号化方法（ｍｏｓｔ ｃｏｍｍｏｎ ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）はエムピーイージー（ＭＰＥＧ）^*及びＨ．２６^*標準に記述されている。該ビデオデータは送信の前に４つの主な処理（ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）、すなわち、予測（ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）、変換（ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）、量子化（ｑｕａｎｔｉｚａｔｉｏｎ）そしてエントロピー符号化（ｅｎｔｒｏｐｙ ｃｏｄｉｎｇ）、を受ける（ｕｎｄｅｒｇｏ）。

該予測処理は伝送されるべきビデオシーケンス（ｖｉｄｅｏ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）での各画像に要するビット量を相当に減じる。それはシーケンスの或る部分の該シーケンスの他の部分との類似性（ｓｉｍｉｌａｒｉｔｙ）を利用する。該予測部部分（ｐｒｅｄｉｃｔｏｒ ｐａｒｔ）が符号器（ｅｎｃｏｄｅｒ）及び復号器（ｄｅｃｏｄｅｒ）の両者に既知であるので、その差のみが伝送されねばならない。この差はその表現用として遙かに少ない容量を要するに過ぎないのが典型的である。該予測は主として前に再生された画像（ｐｒｅｖｉｏｕｓｌｙ ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｐｉｃｔｕｒｅｓ）からの画像コンテントに基づいており、そこでは該コンテントの配置は動きベクトル（ｍｏｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒｓ）により規定される。該予測処理は、図１のブロックＭで示される正方形ブロックサイズ（例えば、１６×１６画素）上で行われるのが典型的である。しかしながら、該ブロックのサイズは変わってもよい。これは該図ではより小さい隣接ブロックａ、ｂ、ｃそしてｄにより示される。

典型的ビデオシーケンスでは、現在のブロックＭのコンテントは前に復号された画像内の対応するブロックと同じである。もし前に復号された画像から変化が起こらなかったなら、Ｍのコンテントは前に復号された画像の同じ位置のブロックと等しいであろう。他の場合には、該画像内のオブジェクトは、Ｍのコンテントが前に復号された画像内の他の位置のブロックとより等しくなるよう動かされてもよい。この様な動きは動きベクトル（ｍｏｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ）（Ｖ）により表される。例として、（３；４）の動きベクトルはＭのコンテントが該前に復号された画像から左へ３画素、そして上へ４画素動かされることを意味する。精度改良用に、該ベクトルは又１０進法を含み、画素間の補間（ｉｎｔｅｒｐｏｌａｔｉｏｎ）を要してもよい。

伝送の前に該動きベクトルのデータサイズを減じるために、１ブロックでの動きは隣接ブロックの動きと極めて似ていると仮定する。かくして、Ｖの予測（Ｖｐｒｅｄ）が隣接ブロックの現実の動きベクトルに基づき創られる。該隣接ブロックの動きベクトルは受信側では既に既知であるから、現実の動きベクトルと対応する予測との間の差（Ｖｄｉｆｆ）のみが表されねばならない：Ｖｄｉｆｆ＝Ｖ−Ｖｐｒｅｄ。受信側では、該動きベクトルは次いでＶ＝Ｖｐｒｅｄ−Ｖｄｉｆｆにより再生され得る。

ＩＴＵ標準Ｈ．２６１及びＨ．２６２（ＩＴＵ ｓｔａｎｄａｒｄｓ Ｈ．２６１ ａｎｄ Ｈ．２６２）そしてＩＳＯ標準ＭＰＥＧ１及びＭＰＥＧ２（ＩＳＯ ｓｔａｎｄａｒｄｓ ＭＰＥＧ１ ａｎｄ ＭＰＥＧ２）では、Ｖｐｒｅｄは図１でのブロックａに対応する隣接ブロックの動きベクトルと等しく設定され、すなわち、１つのブロック用の動きは左側の隣接ブロック用と同じと仮定される。Ｈ．２６３及びＭＰＥＧ４では、予測動きベクトルを導き出すために３つの隣接ブロックが使われる。該ベクトルの各成分（水平及び垂直）は該３つのベクトルの成分のそれぞれのメジアン（ｍｅｄｉａｎ）を選択することにより別々に導き出される。

種々のサイズのマッチングブロックを使う動きベクトル予測モード（ｍｏｔｉｏｎ ｖｅｃｔｏｒ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｍｏｄｅ）でブロックマッチング動き見積もり（ｂｌｏｃｋ ｍａｔｃｈｉｎｇ ｍｏｔｉｏｎ ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ）をサポートするためのブロックマッチングプロセサーと方法は刊行物の特許文献１から公知である。

更に、ビデオ符号化／復号方式（ｖｉｄｅｏ ｃｏｄｉｎｇ／ｄｅｃｏｄｉｎｇ ｒｅｇｉｍｅ）内で動きベクトルの予測用に使われる動きベクトルメモリーを更新するための方法と装置は特許文献２から公知である。この文書の主な課題は後の使用のために効率的方法で動きベクトルを現在のブロックとして蓄える方法である。動きベクトルの予測はメジアン計算に基づき、従って、この文書は動きベクトル予測用には充分に精確な計量方法を説明はしていない。

なお更に、動きベクトルの予測がメジアン計算に基づく様な解である特許文献３が公知である。しかしながら、この文書に説明された主なアイデアは予測される位置の近くのより小さなウインドウ内を探索することである。

上記説明の従来技術で導き出される予測ベクトルは充分に精確であることを示していない。加えて、成分毎ベースで（ｏｎ ａ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｂｙ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ｂａｓｉｓ）予測ベクトルを選択することにより、該ベクトルは、”架空の（ｆｉｃｔｉｏｎａｌ）”動きベクトルに帰着する種々のベクトルの成分で作られてもよい。
米国特許出願公開第ＵＳ２００２／００３９３８６Ａ１号明細書 米国特許出願公開第ＵＳ２００１／００３１００４Ａ１号明細書 国際公開第ＷＯ ０１／９９４３７ Ａ２号パンフレット

本発明の目的は上記説明の問題を避ける方法を提供することである。

含まれている独立請求項に規定された特徴が本方法を特徴付ける。

特に、本発明は、ビデオ画像の或る範囲を表す画素の目標ブロックに付随する動きベクトル予測を決定するためのビデオ符号化の方法を提供するが、該方法は、該目標ブロックに隣接する第１の数のブロックにそれぞれ付随する第１セットの動きベクトル又は動きベクトル成分と、該目標ブロックに隣接する第２の数のブロックにそれぞれ付随する第２セットの動きベクトル又は動きベクトル成分の１つ以上と、の間のそれぞれのベクトル差を計算する過程と、前記第１セットの動きベクトルの中で、前記ベクトル差の最小の１つに対応する動きベクトル又は動きベクトル成分を該動きベクトル予測又は該動きベクトル成分予測として選択する過程と、を具備する。

下記では、本発明は好ましい実施例を説明し、付属する図面を参照することにより論じられる。しかしながら、当業者は、ここに含まれる独立請求項で規定された本発明の範囲内で他の応用及び変型を実現するであろう。

今本発明が図１の記号を考慮して、例により説明される。ブロックａ、ｂそしてｃが動きベクトル（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）、（ｘ₃，ｙ₃）を有し、ブロックＭの動きベクトルの予測が決定されようとしていると仮定する。かくして動きベクトルＭの決定方法が説明される。この例の実施例では、これら３つのベクトルの２つが該予測用の候補として選択される。該候補の選択は、経験、予め規定された基準及び／又は該画像内の該ブロックの位置に基づき固定され又は基礎付けられてもよい。一般に、又候補の数も変わってもよいが、この例では、２つしか無く、ａ及びｂの選択は、Ｍが該画像内で最上又は最左ブロックでないと仮定すると、固定される。後者で、Ｍが最上又は最左ブロックの場合は、代わりの選択又は予測が使われる。ａ及びｂは前の画像内にあってもよいが、この場合は、それらは現在の画像の１部分であることを注意しておく。

更に、ａ及びｂ用の該動きベクトルは既知であり、そしてそれらの１つは、例え各成分用の別々の選択も本発明の１部であっても、全体として該予測ベクトルであると選ばれると、仮定する。更に、本例の実施例によれば、ブロックｃがａ及びｂの間の選出に決定的｛決定ブロック（ｔｈｅ ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｂｌｏｃｋ）｝であると選択される。ｃが選択されるが、何故ならば、それはブロックＭに隣接する右上コーナーに位置付けられ、一方ａ及びｂは上の反対のコーナーに近く位置付けられるからである。かくして、ｃの動きベクトルは、ブロックＭの動きベクトルの最良の近似である動きベクトルの良い指示を提供する。例えここでは唯１つの決定ブロックしか使われなくても、一般的な場合には幾つかの決定ブロックが使われ得ることを注意されたい。

決定ブロックの動きベクトルに対して最小ベクトル差を有する該ブロック、この例でのａ又はｂ、はＭ用の動きベクトル予測として選択されるのが好ましい。

該ベクトル差を計算するための２つの好ましい代替えがある。Ｍ用の最適動きベクトル予測を選択するための選択手順の背後にある思想は、該決定ブロックの動きベクトルに比較して最小のベクトル差を有する動きベクトルを備えるブロックを選択することである。これらの選択基準を計算する時幾つかの方法が当てはまる。これらの２つが下記節で示され、両者は数値を返す。Ｍ用の動きベクトル予測としてどのブロック（ａ又はｃ）を選ぶべきかを決定する時この値は使われ、より小さい値が最良の選出である。該返される値は選択基準の機能を有するのみであり、従って該値自身は記憶されたり、伝送されたりしてはならない。該２つの代替えの第１はそれぞれの成分の差の平方和（ｓｑｕａｒｅｄ ｓｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を計算する。従って、ベクトル差ｃ−ａ及びｃ−ｂは下記の様に計算される。

{(ｘ₃−ｘ₁)²＋(ｙ₃−ｙ₁)²}^1/2 {(ｘ₃−ｘ₂)²＋(ｙ₃−ｙ₂)²}^1/2
該２つの返された値のどれが上記表現用の最小のもであるかに関しての問題に過ぎない限り、根号を取り消す（ｃａｎｃｅｌ）ことを選ぶことが出来る。第２の代替えはそれぞれの成分の差の絶対値の和（ｓｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｂｓｏｌｕｔｅ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ）を計算する。ベクトル差ｃ−ａ及びｃ−ｂ用の対応する計算は下記の様である。

｜ｘ₃−ｘ₁｜＋｜ｙ₃−ｙ₁｜ ｜ｘ₃−ｘ₂｜＋｜ｙ₃−ｙ₂｜
両方の場合に、ｃの動きベクトルに比して最小のベクトル差を有する動きベクトルがブロックＭの動きベクトル用の予測として選択される。

一般的場合に、該予測用のベクトル候補の数は上記例に於ける様に２に限定されない。事実、どんな数の候補も使われ得る。更に、決定ベクトルの数も１に限定されない。かくして、１セットのベクトルが候補セットとして規定されてもよく、一方もう１セットのベクトルが該決定セット（ｄｅｃｉｓｉｏｎ ｓｅｔ）として規定されてもよい。

本発明をより容易に理解可能にするために、上記論議は付属する図面を参照する。

より小さなサイズの隣接ブロックを有する１６×１６ブロックを図解する。

Claims (7)

1. ビデオ画像の或る範囲を表す画素の目標ブロックに付随する動きベクトル予測を決定するためのビデオ符号化での方法に於いて、該方法が
   該目標ブロックに隣接する第１の数のブロックに付随する第１セットの動きベクトルと、該目標ブロックにやはり隣接する第２の数のブロックにそれぞれ付随する第２セットの動きベクトルの１つ以上と、の間のそれぞれのベクトル差を計算する過程と、
   前記第１セットの動きベクトル内で、前記ベクトル差の最小の１つ、又は前記第１セットのそれぞれの動きベクトルに付随するベクトル差の最小の和、に対応する動きベクトルを該動きベクトル予測として選択する過程と、により特徴付けられる該方法。
2. 前記第１数のブロックが該目標ブロックの上の最左のコーナーに近く配置され、前記第２数のブロックが該目標ブロックの上の最右のコーナーに近く配置されることを特徴とする請求項１の方法。
3. 前記第１数のブロックが第１及び第２ブロックを有し、前記第２数のブロックが第３ブロックを有することを特徴とする請求項１又は２の方法。
4. 前記第１、第２そして第３ブロックの該動きベクトルがそれぞれ（ｘ₁，ｙ₁）、（ｘ₂，ｙ₂）、そして（ｘ₃，ｙ₃）であることを特徴とする請求項３の方法。
5. 前記第１及び第３ブロックの該動きベクトルの間及び前記第２及び第３ブロックの間のそれぞれのベクトル差を計算する過程が下記方程式の計算を有することを特徴とする請求項４の方法。
   {(ｘ₃−ｘ₁)²＋(ｙ₃−ｙ₁)²}^1/2 {(ｘ₃−ｘ₂)²＋(ｙ₃−ｙ₂)²}^1/2
6. 前記第１及び第３ブロックの動きベクトルの間及び前記第２及び第３ブロックの間のそれぞれのベクトル差を計算する過程が下記方程式の計算を有することを特徴とする請求項４の方法。
   ｜ｘ₃−ｘ₁｜＋｜ｙ₃−ｙ₁｜ ｜ｘ₃−ｘ₂｜＋｜ｙ₃−ｙ₂｜
7. 前記第１数のブロックの幾つかのブロックが前記第２数のブロックの中に含まれてもよいことを特徴とする請求項１又は２の方法。

Images