JP2008141249A - 動きベクトル検出装置およびその方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】画素精度の異なる複数の画素補間処理において、より演算量、回路規模の削減を図り、またメモリの削減をも図ることができる動きベクトル検出装置を提供する。
【解決手段】動きベクトル検出装置100は、画素精度に応じて、画素補間のためのフィルタ演算の補間係数を切り替えて共通化画素補間手段115に出力する補間係数切替部117、補間係数切替部117から入力された補間係数に基づいて、整数画素精度動き検出部111で算出した整数画素精度動きベクトル候補位置に基づき、1/2画素精度および1/4画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間部115等を備える。
【選択図】図1
【解決手段】動きベクトル検出装置100は、画素精度に応じて、画素補間のためのフィルタ演算の補間係数を切り替えて共通化画素補間手段115に出力する補間係数切替部117、補間係数切替部117から入力された補間係数に基づいて、整数画素精度動き検出部111で算出した整数画素精度動きベクトル候補位置に基づき、1/2画素精度および1/4画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間部115等を備える。
【選択図】図1
Description
本発明は、動画像符号化における複数のサブ画素精度に対応した動きベクトル検出・動き補償を実行する際に、演算量およびハードウェア規模を低減し、最適なコストで実現可能な動きベクトル検出装置およびその方法に関するものである。
新たに規格化されたH.264(MPEG4−AVC)規格(以下、H.264規格と呼ぶ)においては、MPEG2規格等で採用されていた1/2画素精度動き補償に加えて、1/4画素精度動き補償が採用され、整数画素精度、1/2画素精度、1/4画素精度の3種類の画素精度で動き補償を実行する必要があり、H.264規格に対応した動画像符号化においては、整数画素精度、1/2画素精度、1/4画素精度の3種類の画素精度で動きベクトルを検出して、最適な動きベクトルを選択する必要がある。さらに、次世代の規格に向けて、1/8画素精度といった更なる精細な精度での動き補償方式が検討されている。
このように、複数のサブ画素精度に対応した動き検出、動き補償を実行するためには、複数の精度の補間画素を生成する必要がある。補間画素の生成にあたり、H.264規格においては、1/2画素精度については、6タップフィルタを用いて補間画素を生成し、1/4画素精度については、1/2画素精度および整数画素精度の画素間の線形補間(2タップフィルタ)により算出されるよう規定されている。したがって、H.264規格に対応した動画像符号化においても、前記の内容に対応した補間方式でサブ画素精度の補間画素を生成した上で、動きベクトル検出を実行することが一般的である。従来例として、例えば特許文献1がある。
従来例の概略ブロック図を図5に示す。図中で、従来例の動きベクトル検出装置500は、整数画素精度動き検出部501、1/2画素精度動き検出部502、1/4画素精度動き検出部503、符号化対象画像メモリ104、及び参照用画像メモリ105を備えている。
次に、本概略ブロック図と特許文献1との対応について説明する。
特許文献1では、整数画素精度動き検出部501が、整数探索部および最良整数位置判定部および周囲整数位置評価部より構成され、符号化対象画像メモリ104および参照用画像メモリ105からのデータに基づいて整数画素精度動きベクトル探索を実施し、候補となる整数位置を検出し、1/2画素精度動き検出部502へ整数画素精度での動きベクトル候補位置を出力する。
特許文献1では、1/2画素精度動き検出部502が、1/2pel演算部と探索中心判定部で構成され、整数画素精度での動きベクトル候補位置に基づいて、1/2画素精度の画素補間処理を実行し、符号化対象画像メモリ104からの符号化対象画素と補間画素とを用いて1/2画素精度動きベクトル探索を実施し、候補となる1/2画素精度位置を検出し、1/4画素精度動き検出部503へ1/2画素精度での動きベクトル候補位置を出力する。H.264規格に対応する場合は、通常、1/2画素精度の画素補間処理には6タップフィルタを用いる。
特許文献1では、1/4画素精度動き検出部503が、1/4pel演算部とベクトル算出部で構成され、1/2画素精度での動きベクトル候補位置に基づいて、1/4画素精度の画素補間処理を実行し、符号化対象画像メモリ104からの符号化対象画素と補間画素とを用いて1/4画素精度動きベクトル探索を実施し、候補となる1/2画素精度位置を検出し、動き補償部506へ最終的に決定した動きベクトル情報を出力する。
H.264規格に対応する場合は、通常、1/4画素精度の画素補間処理には線形補間(2タップフィルタ)を用いる。
図6に前記1/4画素精度補間処理を詳細化して記述したブロック図を示す。
図中で、動きベクトル検出装置500は、整数画素精度動き検出部511、1/2画素精度動き検出部512、1/4画素精度動き検出部513、1/2画素精度探索メモリ514、1/2画素精度画素補間部515、1/4画素精度探索メモリ516、1/4画素精度画素補間部517、1/2画素精度中間メモリ518、及び1/2画素精度画素補間部519を備えている。
特開2006−33112号公報
しかしながら、従来例においては、以下のような課題がある。
(課題1)H.264規格で定義されている1/2画素補間の6タップフィルタの演算量/回路規模が大きいこと。
(課題2)画素補間用に6タップフィルタと2タップフィルタの2種類の処理/回路が必要になること。
(課題3)1/4画素補間処理には、前段の1/2画素精度画素を保持する中間メモリが必要になること。
上記(課題1)について、従来のMPEG2規格に対応する場合は、1/2画素精度補間には、線形補間(2タップフィルタ)が採用されていたため、H.264の6タップフィルタに比べると、演算量、回路規模が少なく済んだ。6タップフィルタの導入により、動きベクトルによる予測精度が向上する反面、LSIとして実装する場合に、演算量、回路規模が課題となる。
上記(課題2)について、2種類のフィルタを用意する必要があるために、回路の共用化等が図りづらく、LSIとして実装する場合に、回路規模削減をしにくいという課題がある。
上記(課題3)について、例えば、従来例である特許文献1では、1/2画素精度動き検出で求められた候補位置の周囲8点を、1/4画素精度動き検出の候補として探索するため、動きベクトル探索処理単位を上下、左右におのおの1画素づつ広げた分の画素データを中間メモリに保持する必要がある。H.264規格では、動きベクトル探索処理単位は、水平4、8、16画素、垂直4、8、16画素の組み合わせが想定されている。例えば、水平16画素、垂直16画素を動きベクトル探索処理単位とした場合、中間メモリに保持するのは、水平18画素、垂直18画素のデータとなる。
H.264規格の場合、多様な動きベクトル探索単位、双方向予測、マルチフレーム参照等のしくみが用意されており、これらに対応する場合は、動きベクトルの探索候補数が増大し、従来例での中間メモリは探索候補数分増加するため、LSIに実装する場合には、メモリ容量が課題となる。
本発明は以上の課題に鑑みてなされたものであり、画素補間処理において、より演算量、回路規模の削減を図り、またメモリの削減をも図ることができる動きベクトル検出装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明の動きベクトル検出装置は、整数画素精度に加えて、少なくとも2種類以上の補間されたサブ画素精度を用いて動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置であって、サブ画素精度の動き探索に用いる補間画素を生成するために、同じタップ数で補間係数が異なるフィルタ演算を施すことによって、異なる画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間手段を備えることを特徴とする。
また、本発明に係る動きベクトル検出装置の前記共通化画素補間手段は、整数精度画素データのみを用いて直接、少なくとも2種類以上の異なる画素精度に対応した画素補間を実行することを特徴とする。
これらの構成により、共通化画素補間手段において線形補間を単一のタップ数のフィルタで共通化すると共に、共通化画素補間手段における異なる画素精度の画素補間を、整数精度画素データのみを用いて直接算出でき、画素精度補間のためのフィルタ処理の演算量・回路規模を削減することができる。
さらに、本発明に係る動きベクトル検出装置は、さらに、種類の異なる画素精度に応じて、1つの式に対する整数精度画素データを重み付けする画素補間係数を切り替えて、当該画素補間係数を前記共通化画素補間手段に出力する補間係数切替手段を備えることを特徴とする。
この構成により、補間処理を共通化したため、補間係数切替手段において、共通化した式の補間係数の切替のみで、異なる画素精度の補間処理を共用化し、回路規模を削減することが可能となる。
なお、本発明は、このような動きベクトル検出装置として実現することができるだけでなく、このような動きベクトル検出装置が備える特徴的な手段をステップとする動きベクトル検出方法として実現したり、それらのステップをコンピュータに実行させるプログラムとして実現したり、集積回路として実現することができる。そして、そのようなプログラムは、CD−ROM等の記録媒体やインターネット等の伝送媒体を介して配信することができるのは言うまでもない。
本発明の動きベクトル検出装置およびその方法では、1/2画素精度画素補間処理と1/4画素精度画素補間処理を、線形補間(2タップフィルタ)で共通化し、1/4画素精度の画素を、整数精度画素から直接算出することで、1/2画素精度補間のためのフィルタ処理の演算量・回路規模を削減することができる。また、1/4画素補間のための1/2画素精度の画素を保持する中間メモリを削減することが可能となる。さらに、補間処理を共通化したため、共通化した式の補間係数の切替のみで、1/2画素精度の補間処理と1/4画素精度の補間処理を共用化し、回路規模を削減することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。
(実施の形態1)
図1に本発明の実施の形態1に係る動きベクトル検出装置100の機能ブロック図を示す。
図1に本発明の実施の形態1に係る動きベクトル検出装置100の機能ブロック図を示す。
本発明に係る動きベクトル検出装置100は、整数画素精度動き検出部111、1/2画素精度動き検出部112、1/4画素精度動き検出部113、1/2画素精度探索メモリ114、共通化画素補間部115、1/4画素精度探索メモリ116、及び補間係数切替部117を備えている。
次に、本実施の形態1の動きベクトル検出装置100の動作について説明する。
整数画素精度動き検出部111では、符号化対象画像メモリ104および参照用画像メモリ105から読み出した画像データに基づいて、整数画素精度の動き探索を実行し、整数画素精度動きベクトル候補を決定し、整数画素精度動きベクトル候補位置と候補位置に対応した動き探索コスト値を、共通化画素補間部115および1/2画素精度動き検出部112に出力する。なお、動き探索におけるコスト値として、差分絶対値和を用いることが多いが、差分二乗和やその他のコスト値でも適用可能である。
次に、図2の補間係数切替部117の動作手順のフローチャートに示すように、補間係数切替部117では、1/2画素精度又は1/4画素精度の画素精度を判定し(S201)、画素精度に応じて、画素補間のためのフィルタ演算の補間係数を切り替えて、1/2画素精度の場合は1/2画素用の補間係数(S202)、1/4画素精度の場合は1/4画素用の補間係数を共通化画素補間部115へ出力する(S203)。なお、本実施の形態1においては、1/2画素精度補間の場合の共通化された補間係数は、(2A+2B+2)/4、1/4画素精度補間の場合の共通化された補間係数を(3A+B+2)/4として出力する。また、ここで分子に2を足して4で割るのは小数第一位を四捨五入して整数値を出すためである。
そして、共通化画素補間部115では、補間係数切替部117から入力された補間係数に基づいて、整数画素精度動き検出部111から入力された整数画素精度動きベクトル候補位置に基づき、1/2画素精度および1/4画素精度の補間画素を生成し(S204)、1/2画素精度の補間画素は1/2画素精度探索メモリ114へ、1/4画素精度の補間画素は1/4画素精度探索メモリ116へ出力する。
そして、本実施の形態1においては、フィルタ演算を削減するため、線形補間(2タップフィルタ)を想定する。例えば、1/2画素精度、1/4画素精度のために、以下の補間係数を用いる。
図3に整数精度画素と補間画素の位置関係に関する説明図を示す。図中の四角形で表された画素が整数精度画素、丸で表された画素が1/2画素精度画素、六角形で表された画素が1/4画素精度画素である。通常、補間画素は、周囲の整数精度画素との水平、垂直位置の距離の比に応じて重み付け係数を用いて補間される。
例えば、1/2画素精度の画素Eは、整数画素精度の画素Aおよび画素Bから等間隔のため、画素Aと画素Bの平均値として算出される。画素Gは画素Eと画素Iもしくは、画素Fと画素Hとの平均値として算出される。
例えば、1/4画素精度の画素aは、整数画素精度の画素Aおよび画素BからAa間の距離比とaB間の距離の比が1:3なので、画素a=(画素A*3+画素B*1+2)>>2で算出される。さらに、画素dは、画素d=(画素A*2+画素B+画素C+2)>>2、画素hは、画素h=((画素A+画素C)*3+(画素B+画素D)+4)>>3で算出される。
本実施の形態1では、2タップフィルタで距離比で重み付けの補間係数を決定する方法について記載したが、補間係数については距離比に限らず、1/2画素精度および1/4画素精度の画素位置の補間に対応できればよい。
1/2画素精度動き検出部112では、1/2画素精度探索メモリ114および符号化対象画像メモリ104から読み出した画像データに基づいて、整数画素精度動き検出部111から入力された整数画素精度動きベクトル候補位置を中心に、1/2画素精度で動き探索を実行し、1/2画素精度動きベクトル候補位置を決定して、候補位置に対応した動き探索コスト値とともに1/4画素精度動き検出部113に出力する。
1/4画素精度動き検出部113では、1/4画素精度探索メモリ116および符号化対象画像メモリ104から読み出した画像データに基づいて、1/2画素精度動き検出部112から入力された1/2画素精度動きベクトル候補位置を中心に、1/4画素精度で動き探索を実行し、1/4画素精度動きベクトル候補位置を算出し、最終的な動きベクトルを決定して、動き補償部106へ出力する。
図4は、本発明に係る共通化画素補間部115を備える他の形態の動きベクトル検出装置400の機能ブロック図を示し、本図に示す動きベクトル検出装置400は、図1の構成に加えて動きベクトル選択部118を備え、この動きベクトル選択部118は、動きベクトルの探索に関して、1/2画素精度動き検出部112又は1/4画素精度動き検出部113のどちらの検出部から動きベクトルを出力するかの選択する処理を行う。
このため、図1に示すような1/2画素精度動き検出部112から1/4画素精度動き検出部113といった逐次的処理(パイプライン処理)を行う代わりに、動きベクトル選択部118において1/2画素精度動き検出部112及び1/4画素精度動き検出部113の動き検出の結果を並列的(パラレル処理)に同時に得て選択することが可能となり、従って、処理時間の異なる1/2画素精度動き検出部112又は1/4画素精度動き検出部113の検出結果を選択して、処理時間の短縮を図ることが可能となる。
以上のように、本発明の動きベクトル検出装置100は、符号化対象画像メモリおよび参照用画像メモリから読み出した画像データに基づいて、整数画素精度の動き探索を実行し、整数画素精度動きベクトル候補を決定する整数画素精度動き検出部111と、画素精度に応じて、画素補間のためのフィルタ演算の補間係数を切り替えて出力する補間係数切替部117と、補間係数切替部117から入力された補間係数に基づいて、整数画素精度動き検出部111で算出した整数画素精度動きベクトル候補位置に基づき、1/2画素精度および1/4画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間部115と、1/2画素精度の補間画素を保持する1/2画素精度探索メモリ114と、1/2画素精度探索メモリ114および符号化対象画像メモリから読み出した画像データに基づいて1/2画素精度で動き探索を実行し、1/2画素精度での動きベクトル探索候補を決定する1/2画素精度動き検出部112と、1/4画素精度の補間画素を保持する1/4画素精度探索メモリ116と、1/4画素精度探索メモリ116および符号化対象画像メモリから読み出した画像データに基づいて1/4画素精度で動き探索を実行し、1/4画素精度での動きベクトル探索候補を決定する1/4画素精度動き検出部113とから構成される。
このため、1/2画素精度画素補間処理と1/4画素精度画素補間処理を、線形補間(2タップフィルタ)で共通化し、1/4画素精度の画素を、整数精度画素から直接算出することで、1/2画素精度補間のためのフィルタ処理の演算量・回路規模を削減し、1/4画素補間のための1/2画素精度の画素を保持する中間メモリを削減することが可能となる。さらに、補間処理を共通化したため、補間係数の切替のみで、1/2画素精度の補間処理と1/4画素精度の補間処理を共用化し、回路規模を削減することが可能となる。
なお、上記実施の形態1では、H.264規格対応を想定して、1/2画素精度および1/4画素精度の場合の共通化について説明したが、次世代の動画像符号化規格にて、サブ画素精度の種類が増加した場合にも適用可能である。例えば、1/8画素精度が導入された場合も、画素補間処理を共用化して、本発明の効果を得ることが可能となる。
また、H.264規格では、水平垂直各16画素のブロックだけでなく、水平および垂直について、16画素、8画素、4画素を選択して組み合わせることが可能であり、さらに、単方向だけでなく複数方向の動きベクトルや複数枚数の参照フレームを適用可能であるが、その場合にも、各ブロックサイズ、各方向、各参照フレームにおける動きベクトル検出に適用可能である。
また、本実施の形態に係る動きベクトル検出装置において、画素補間処理を行う処理部を共通化画素補間部115の1つとして説明を行ったが、種類の異なる画素精度に応じて、整数精度画素データを重み付けする画素補間係数を切り替えた式を複数の画素補間部が保持して画素補間処理を並列的に行うことも考え得る。
本発明の動きベクトル検出装置およびその方法は、デジタルビデオカメラ等で動画像符号化を用いて、映像を記録する際に、最適なコストで実現する用途として有用である。
100 動きベクトル検出装置
104 符号化対象画像メモリ
105 参照用画像メモリ
106 動き補償部
111 整数画素精度動き検出部
112 1/2画素精度動き検出部
113 1/4画素精度動き検出部
114 1/2画素精度探索メモリ
115 共通化画素補間部
116 1/4画素精度探索メモリ
117 補間係数切替部
118 動きベクトル選択部
500 動きベクトル検出装置
501 整数画素精度動き検出部
502 1/2画素精度動き検出部
503 1/4画素精度動き検出部
511 整数画素精度動き検出部
512 1/2画素精度動き検出部
513 1/4画素精度動き検出部
514 1/2画素精度探索メモリ
515 1/2画素精度画素補間部
516 1/4画素精度探索メモリ
517 1/4画素精度画素補間部
518 1/2画素精度中間メモリ
519 1/2画素精度画素補間部
104 符号化対象画像メモリ
105 参照用画像メモリ
106 動き補償部
111 整数画素精度動き検出部
112 1/2画素精度動き検出部
113 1/4画素精度動き検出部
114 1/2画素精度探索メモリ
115 共通化画素補間部
116 1/4画素精度探索メモリ
117 補間係数切替部
118 動きベクトル選択部
500 動きベクトル検出装置
501 整数画素精度動き検出部
502 1/2画素精度動き検出部
503 1/4画素精度動き検出部
511 整数画素精度動き検出部
512 1/2画素精度動き検出部
513 1/4画素精度動き検出部
514 1/2画素精度探索メモリ
515 1/2画素精度画素補間部
516 1/4画素精度探索メモリ
517 1/4画素精度画素補間部
518 1/2画素精度中間メモリ
519 1/2画素精度画素補間部
Claims (10)
- 整数画素精度に加えて、少なくとも2種類以上の補間されたサブ画素精度を用いて動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置であって、
サブ画素精度の動き探索に用いる補間画素を生成するために、同じタップ数で補間係数が異なるフィルタ演算を施すことによって、異なる画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間手段を備える
ことを特徴とする動きベクトル検出装置。 - 前記共通化画素補間手段は、整数精度画素データのみを用いて直接、少なくとも2種類以上の異なる画素精度に対応した画素補間を実行する
ことを特徴とする請求項1記載の動きベクトル検出装置。 - 前記動きベクトル検出装置は、さらに、
種類の異なる画素精度に応じて、1つの式に対する整数精度画素データを重み付けする画素補間係数を切り替えて、当該画素補間係数を前記共通化画素補間手段に出力する補間係数切替手段を備える
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の動きベクトル検出装置。 - 前記共通化画素補間手段において、前記単一化したフィルタ演算の補間係数のタップ数は2タップの線形補間である
ことを特徴とする請求項1記載の動きベクトル検出装置。 - 前記動きベクトル検出装置は、さらに、
符号化対象画像メモリおよび参照用画像メモリから読み出した画像データに基づいて、整数画素精度の動き探索を実行し、整数画素精度動きベクトル候補を決定する整数画素精度動き検出手段を備え、
前記共通化画素補間手段は、前記補間係数切替手段から入力された補間係数を用いて前記整数画素精度動き検出手段で算出した整数画素精度動きベクトル候補位置に基づき、第1の画素精度および第2の画素精度の補間画素を生成する
ことを特徴とする請求項3記載の動きベクトル検出装置。 - 前記動きベクトル検出装置は、さらに、
第1の画素精度の補間画素を保持する第1の画素精度探索メモリと、
前記第1の画素精度探索メモリおよび符号化対象画像メモリから読み出した画像データに基づいて第1の画素精度で動き探索を実行し、第1の画素精度での動きベクトル探索候補を決定する第1の画素精度動きベクトル検出手段と、
第2の画素精度の補間画素を保持する第2の画素精度探索メモリと、
前記第2の画素精度探索メモリおよび符号化対象画像メモリから読み出した画像データに基づいて第2の画素精度で動き探索を実行し、第2の画素精度での動きベクトル探索候補を決定する第2の画素精度動きベクトル検出手段とを備える
ことを特徴とする請求項5記載の動きベクトル検出装置。 - 前記動きベクトル検出装置は、さらに、
異なる画素精度を用いた動きベクトル検出手段で並列的に検出される動きベクトルの結果を選択して動き補償手段へ出力する動きベクトル選択手段を備える
ことを特徴とする請求項1記載の動きベクトル検出装置。 - 整数画素精度に加えて、少なくとも2種類以上のサブ画素精度で動きベクトルを検出する動きベクトル検出ステップにおいて、
サブ画素精度の動き探索に用いる補間画素を生成するために、同じタップ数で補間係数が異なるフィルタ演算を施すことによって、異なる画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間ステップを含む
ことを特徴とする動きベクトル検出方法。 - 整数画素精度に加えて、少なくとも2種類以上のサブ画素精度で動きベクトルを検出する動きベクトル検出装置に用いるプログラムであって、
サブ画素精度の動き探索に用いる補間画素を生成するために、同じタップ数で補間係数が異なるフィルタ演算を施すことによって、異なる画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間ステップをコンピュータに実行させる
ことを特徴とするプログラム。 - 整数画素精度に加えて、少なくとも2種類以上のサブ画素精度で動きベクトルを検出するための動きベクトル検出集積回路において、
サブ画素精度の動き探索に用いる補間画素を生成するために、同じタップ数で補間係数が異なるフィルタ演算を施すことによって、異なる画素精度の補間画素を生成する共通化画素補間手段を備える
ことを特徴とする動きベクトル検出集積回路。
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Cited By (4)
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2006
- 2006-11-29 JP JP2006322551A patent/JP2008141249A/ja active Pending
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