JP2016063358A - 符号化回路、符号化方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】統計処理部43は、動画像に含まれる各フレーム画像が処理単位にて分割されたマクロブロック毎に検出された複数の動きベクトルを統計処理する。動き探索部44は、現処理画像と時間的に異なる参照画像に探索範囲を設定し、統計処理部43の処理結果に基づいて、探索範囲内に探索開始位置を設定する。そして、動き探索部44は、統計処理部43の処理結果に基づいて設定した探索方向にしたがって探索範囲内を探索し、現処理画像の対象マクロブロックの動きベクトル(MV)を生成する。
【選択図】図2
Description
先ず、符号化回路の概略を説明する。
図1に示す符号化回路10は、たとえばMPEG2の規格にしたがって、入力画像11を符号化した符号化信号12を生成する。
減算器22は、マクロブックと、予測モード選択部34から出力される予測画像との差分値を算出し、その差分値を出力する。直交変換量子化部23は、上記差分値を直交変換した後に、量子化を行い、量子化したデータを出力する。直交変換は、たとえば離散コサイン変換(DCT:Discrete Cosine Transform)である。エントロピー符号化部24は、直交変換量子化部23により量子化されたデータを可変長符号化変換し、符号化信号12を出力する。
縮小部41は、マクロブロック(MB)を所定の縮小率で縮小した縮小マクロブロック(SMB)を生成する。縮小率は、たとえば水平方向と垂直方向にそれぞれ2分の1(1/2)である。縮小部41は、たとえば、マクロブロック(MB)の画素を、画素の配列方向(縦方向及び横方向)に沿って1画素おきに間引いて縮小マクロブロックSMBを生成する。縮小部41は、生成した縮小マクロブロックSMBをメモリ50の縮小フレームバッファ51に格納する。
動き探索部44は、統計処理部43により生成した第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRに基づいて、探索範囲における探索開始位置と探索方向を設定する。探索開始位置は、探索範囲内において候補ブロックを最初に設定する位置である。探索方向は、候補ブロックの位置を設定する順序を示す情報である。
上記したように、動き探索部44は、判定しきい値Gjに基づいて、対象マクロブロックCuに対する動き探索処理を打ち切る。この場合、残りの処理期間を、次に処理するマクロブロック(MB)の処理期間として利用することができる。つまり、次に処理するマクロブロック(MB)における処理期間を長くすることができる。そして、1サイクルにおいて、1つの候補ブロックに対する評価値の算出を行う。したがって、処理期間は、評価値を算出する候補ブロックの数に対応する。つまり、上記の残りの処理期間に応じて、探索する領域を拡大することができる。
動き探索部44は、動き探索の処理単位となるマクロブロック毎に、動き探索部42から入力された動きベクトルSMVに基づいて探索範囲の位置(オフセット)を設定する。ただし、動きベクトルSMVは、縮小画像により探索された動きベクトルであるため、縮小率に応じて拡大した値(大きさ)で用いる。たとえば、上記の縮小部41は、水平方向及び垂直方向の画素数をそれぞれ1/2にした縮小画像を生成し、動き探索部42はその縮小画像を用いて動き探索処理を行う。したがって、動き探索部44は、動きベクトルSMVが示す水平方向及び垂直方向の値を2倍して用いる。
動き探索部44は、参照画像において、対象マクロブロックと等しい位置の参照マクロブロックの基準点(たとえば、マクロブロックの中心位置)から、動きベクトルSMVに応じてずれた位置を探索中心とする。たとえば、動きベクトルSMVの水平方向及び垂直方向の各値を、Vx,Vyとする。この場合、基準点の座標(Px,Py)に対して、探索中心の座標(Sx,Sy)を、Sx=Px+2Vx,Sy=Py+2Vy,とする。そして、この探索中心として探索範囲の位置を設定する。
図3に示すように、4つの画像(ピクチャ)61,62,63,64は、この順番で撮影される。
ピクチャ64はPピクチャ(Pフレーム:Predicted Frame)である。このピクチャ64に含まれるマクロブロック64aは、ピクチャ61に含まれるマクロブロック61aと同一または類似している。ピクチャ64の符号化処理において、ピクチャ61を参照画像(前方参照画像)とした動きベクトル探索処理を行い、マクロブロック64aにおける参照情報を符号化する。
図4に示すように、3つの画像(ピクチャ)71,72,73は、この順番で撮影される。現処理画像73は、4つのマクロブロック73a,73b,73c,73dを含む。現処理画像73はPピクチャである。マクロブロック73aは、前方(現処理画像73より時間的に過去)の参照画像71のマクロブロック71aと同一または類似している。参照画像71はIピクチャまたはPピクチャであり、現処理画像73よりも前に符号化されている。したがって、現処理画像73において、参照画像71に含まれるマクロブロック71aを示す情報と差分を符号化する。
図5に示すように、5つの画像(ピクチャ)81,82,83,84,85は、この順番で撮影される。現処理画像83は4つのマクロブロック83a,83b,83c,83dを含む。現処理画像83はBピクチャである。マクロブロック83aは、前方(現処理画像83より時間的に過去)の参照画像81のマクロブロック81aと同一または類似している。参照画像81はIピクチャまたはPピクチャであり、現処理画像83よりも前に符号化されている。したがって、現処理画像83において、参照画像81に含まれるマクロブロック81aを示す情報と差分を符号化する。
図6に示すように、1つのピクチャ(フレーム)91は、マトリックス状に配列された複数個(8×6個)のマクロブロック(MB)を含む。各マクロブロック(MB)は、たとえば水平方向16画素,垂直方向16画素の画素マトリクスである。
図7(a)に示すように、現処理画像120に含まれる対象マクロブロックCuの動きベクトルを検出する。この検出において、現処理画像120と時間的に異なる画像であって、現処理画像120よりも前に符号化された参照画像110を用いる。この参照画像110において、対象マクロブロックCuと空間的に同一位置の仮想マクロブロックを含む探索範囲111を設定する。なお、対象マクロブロックCuに対応する仮想マクロブロックを明示するために同じ符号「Cu」を用いて示す場合がある。動き探索処理は、この探索範囲111内にあって、対象マクロブロックCuに対して評価値が最小の候補ブロックを探索する。
先ず、図11(a)に示すように、探索範囲111の左上に候補ブロック112を設定する。そして、この候補ブロック112に含まれる画素の画素値と、対象マクロブロックCuに含まれる画素の画素値とに基づいて、評価値を算出する。評価値は、上記したように、たとえば差分絶対値和(SAD)である。このように算出した評価値を、候補ブロック112の位置情報に関連付けて記憶する。たとえば、この探索処理を図2に示す動き探索部44にて実行する場合、記憶する領域は、たとえば動き探索部44に含まれるバッファである。なお、以下の説明において算出する評価値についても同様に記憶する。
上記の図7(a)に示す現処理画像120と参照画像110とをそれぞれ縮小した縮小画像を生成する。
図14に示すように、ステップ401において、現処理画像と参照画像を取得する。ステップ402において、現処理画像と参照画像について、それぞれ1つの縮小画像(縮小処理画像、縮小参照画像)を生成する。ステップ403において、縮小画像(縮小処理画像、縮小参照画像)を用い、全探索法にしたがって探索を行い、対象マクロブロックの動きベクトルSMVを検出する。ステップ404において、全画素探索完了したか否かを判定する。探索範囲に含まれる全画素について探索を完了した場合(判定:YES)、処理を終了する。全画素について探索を完了していない場合(判定:NO)、ステップ405に移行する。ステップ405において、検出した動きベクトルSMVに基づいて参照画像における探索範囲を設定し、その探索範囲内を全探索法にしたがって探索を実施する。
図15に示すように、4つの画像(ピクチャ)151,152,153,154は、この順番で撮影される。たとえば、ピクチャ151はIピクチャまたはPピクチャであり、ピクチャ154はPピクチャであり、ピクチャ152,153はBピクチャである。
次に、探索開始位置と探索方向の各ケースを説明する。
図16(a)に示すように、4つの画像(ピクチャ)151〜154において、現処理画像であるピクチャ152の参照領域152aにおける第1の統計動きベクトルMVSは、参照するピクチャ151において、探索範囲151aに対して右上方向を示す。また、ピクチャ152の後方参照画像であるピクチャ154の参照領域154aにおける第2の統計動きベクトルMVRは、参照するピクチャ151において、探索範囲151aに対して右上方向を示す。つまり、図16(b)に示すように、参照領域152aにおける第1の統計動きベクトルMVSは、右上方向を示す。また、図16(c)に示すように、参照領域154aにおける第2の統計動きベクトルMVRは、右上方向を示す。このような場合を[ケース1]とする。
図25,図26は、選択のフローチャートである。図25,図26において、現処理画像152(図15参照)における第1の統計動きベクトルMVSを「前方」、後方参照画像154(図15参照)における第2の統計動きベクトルMVRを「後方」と表記する。
各[ケースn]の探索開始位置と探索方向は、たとえば、対象マクロブロックCuの座標値(たとえば、左上の画素の座標値)を基準とする相対的な位置及び方向である。また、各[ケースn]の探索開始位置と探索方向は、たとえば、テーブルのデータとして、レジスタ等に格納されている。
先ず、図27(a)に示すように、参照画像151の探索範囲151aの右上端に候補ブロック151bを設定する。そして、この候補ブロック151bに含まれる画素の画素値と、対象マクロブロックCuに含まれる画素の画素値とに基づいて、評価値を算出する。評価値は、上記したように、たとえば差分絶対値和(SAD)である。このように算出した評価値を、候補ブロック151bの位置情報に関連付けて記憶する。
即ち、図28(a)に示すように、探索範囲151a右上端から1画素分左にずれた位置に候補ブロック151bを設定する。そして、この候補ブロック151bの評価値を算出する。そして、図28(b)に示すように、探索範囲151aにおいて、候補ブロック151bを、左下方向に1画素分ずらして設定する。そして、この候補ブロック151bの評価値を算出する。このように、左下方向に1画素ずつ候補ブロック151bの設定位置をずらし、各位置に設定した候補ブロック151bの評価値を算出する。そして、図28(c)に示すように、探索範囲151aの左端に候補ブロック151bを設定し、この候補ブロック151bにおける評価値を算出する。
即ち、図29(a)に示すように、探索範囲151a右上端から1画素分下にずれた位置に候補ブロック151bを設定する。そして、この候補ブロック151bの評価値を算出する。そして、図29(b)に示すように、探索範囲151aにおいて、候補ブロック151bを、左下方向に1画素分ずらして設定する。そして、この候補ブロック151bの評価値を算出する。このように、左下方向に1画素ずつ候補ブロック151bの設定位置をずらし、各位置に設定した候補ブロック151bの評価値を算出する。そして、図29(c)に示すように、探索範囲151aの下端に候補ブロック151bを設定し、この候補ブロック151bにおける評価値を算出する。
次に、動き探索処理の打ち切りに対する探索期間の拡張の各ケースについて説明する。
たとえば、図30に示すように、N番目のマクロブロックMB(N)に対する動き探索処理を行い、次いで(N+1)番目のマクロブロックMB(N+1)に対する動き探索処理を行う。図30において、1つのマクロブロックMBに対する動き探索処理にかかる期間を「T」とする。
図33に示すように、ステップ251において、処理開始からの経過時間が全探索サイクル数の1/3以内つまり「1/3期間」に、前のマクロブロック(MB)に対する探索処理の打ち切りが行われたか否かを判定する。打ち切りが1/3以内ではない場合(判定:NO)、ステップ252に移行する。
次に、探索範囲の拡張と探索方向について説明する。
図35(a)は、図16(a)〜図16(e)に示す[ケース1]の第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRに対応する拡張探索範囲を示す。
図36(a)〜図36(d),図37(a)〜図37(e)は、「1/3期間」において動き探索処理を打ち切った場合の拡張探索範囲の大きさを示す。
図37(a)に示すように、[ケース9]の拡張探索範囲162a,162bは、第1の統計動きベクトルMVSが右上方向、第2の統計動きベクトルMVRが左下方向の場合である。基準探索範囲161の右上に拡張探索範囲162aが設定され、基準探索範囲161の左下に拡張探索範囲162bが設定される。なお、上記に対して逆方向、つまり第1の統計動きベクトルMVSが左下方向、第2の統計動きベクトルMVRが右上方向の場合、同様に拡張探索範囲162a,162bが設定される。図37(b)に示すように、[ケース10]の拡張探索範囲162a,162bは、第1の統計動きベクトルMVSが上方向、第2の統計動きベクトルMVRが下方向の場合、またはその逆の場合である。基準探索範囲161の上に拡張探索範囲162aが設定され、基準探索範囲161の下に拡張探索範囲162bが設定される。
図38(a)に示すように、[ケース21]の拡張探索範囲163は、第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRが共に右上方向の場合である。拡張探索範囲163は、基準探索範囲161の右上に設定される。図38(b)に示すように、[ケース22]の拡張探索範囲163は、第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRが共に上方向の場合である。拡張探索範囲163は、基準探索範囲161の上に設定される。図38(c)に示すように、[ケース23]の拡張探索範囲163は、第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRが共に左上方向の場合である。拡張探索範囲163は、基準探索範囲161の左上に設定される。図38(d)に示すように、[ケース24]の拡張探索範囲163は、第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRが共に左方向の場合である。拡張探索範囲163は、基準探索範囲161の左に設定される。
図39(a)に示すように、[ケース29]の拡張探索範囲163a,163bは、第1の統計動きベクトルMVSが右上方向、第2の統計動きベクトルMVRが左下方向の場合である。基準探索範囲161の右上に拡張探索範囲163aが設定され、基準探索範囲161の左下に拡張探索範囲163bが設定される。なお、上記に対して逆方向、つまり第1の統計動きベクトルMVSが左下方向、第2の統計動きベクトルMVRが右上方向の場合、同様に拡張探索範囲163a,163bが設定される。図39(b)に示すように、[ケース30]の拡張探索範囲163a,163bは、第1の統計動きベクトルMVSが上方向、第2の統計動きベクトルMVRが下方向の場合、またはその逆の場合である。基準探索範囲161の上に拡張探索範囲163aが設定され、基準探索範囲161の下に拡張探索範囲163bが設定される。
図40〜図43は、選択処理のフローチャートである。図40〜図43において、現処理画像152(図15参照)における第1の統計動きベクトルMVSを「前方」、後方参照画像154(図15参照)における第2の統計動きベクトルMVRを「後方」と表記する。
図40に示すステップ301において、前処理のマクロブロック(MB)が1/3処理時間以内に終了していない場合(判定:NO)、図42に示すステップ327に移行する。そのステップ327において、前処理MBを2/3の処理時間以内で終了したか否かを判定する。つまり、対象マクロブロックCuの1つ前に処理したマクロブロック(MB)において、そのマクロブロック(MB)に対する動き探索処理を、「2/3期間」で打ち切ったか否かを判定する。2/3処理時間以内に終了していない場合(判定:NO)、選択処理を終了する。一方、2/3処理時間以内に終了した場合(判定:YES)、ステップ328以降において、第1の統計動きベクトルMVSと第2の統計動きベクトルMVRの方向について判定する。
(1)統計処理部43は、動画像に含まれる各フレーム画像が処理単位にて分割されたマクロブロック毎に検出された複数の動きベクトルを統計処理する。動き探索部44は、現処理画像と時間的に異なる参照画像に探索範囲を設定し、統計処理部43の処理結果に基づいて、探索範囲内に探索開始位置を設定する。そして、動き探索部44は、統計処理部43の処理結果に基づいて設定した探索方向にしたがって探索範囲内を探索し、現処理画像の対象マクロブロックの動きベクトル(MV)を生成する。
・上記実施形態の動き探索部44において、拡張探索範囲の設定を省略してもよい。この場合、各対象マクロブロックの動き探索処理を打ち切ることで、動きベクトル(MV)を利用する回路における処理の時間に余裕ができ、効率のよい処理を行うことが可能となる。
・上記実施形態において、基準探索範囲の探索に要する期間を3分割したが、2分割、または4分割以上としてもよい。また、分割した処理期間のサイクル数が異なっていてもよい。たとえば、第1期間を1/2とし、第2,第3期間をそれぞれ1/4とする。また、第1期間を1/2,第2期間を1/3,第3期間を1/6とする。
44 動き探索部
151 参照画像(前方参照画像)
151a 探索範囲
151b 候補ブロック
152 現処理画像
154 参照画像(後方参照画像)
160 参照画像(前方参照画像)
161 基準探索範囲(第1探索範囲)
162,162a,162b 拡張探索範囲(第2探索範囲)
163,163a,163b 拡張探索範囲(第2探索範囲)
130 縮小参照画像
131 マクロブロック(仮想マクロブロック)
132 探索範囲(第3探索範囲)
Cu 対象マクロブロック
C0 仮想マクロブロック
C1 参照マクロブロック
Gs 探索開始位置
Sd 探索方向
MVS 第1の統計動きベクトルMVS
第2の統計動きベクトルMVR
Claims (12)
- 動画像に含まれる各フレーム画像が処理単位にて分割されたマクロブロック毎に検出された複数の動きベクトルを統計処理する統計処理部と、
第1フレーム画像と時間的に異なる参照フレーム画像に第1探索範囲を設定し、前記統計処理部の処理結果に基づいて前記第1探索範囲内に探索開始位置を設定し、前記統計処理部の処理結果に基づいて前記第1探索範囲内における探索方向を設定し、前記探索方向にしたがって前記探索開始位置より前記第1探索範囲内を探索し、前記第1フレーム画像に含まれる対象マクロブロックの動きベクトルを生成する動き探索部と、
を有すること、
を特徴とする符号化回路。 - 前記統計処理部は、
前記第1フレーム画像に含まれる複数のマクロブロックの動きベクトルに基づく第1の統計動きベクトルと、前記第1フレーム画像より時間的に後方の第2フレーム画像に含まれる複数のマクロブロックの動きベクトルに基づく第2の統計動きベクトルと、を生成し、
前記動き探索部は、
前記第1の統計動きベクトルと前記第2の統計動きベクトルとに基づいて前記探索開始位置と前記探索方向とを設定すること、
を特徴とする請求項1に記載の符号化回路。 - 前記統計処理部は、
前記第1フレーム画像に含まれ前記対象マクロブロックに隣接する複数のマクロブロックにおいて、前記第1フレーム画像より時間的に前方の前記参照フレーム画像を参照する動きベクトルに基づいて前記第1の統計動きベクトルを生成し、
前記第2フレーム画像に含まれ前記対象マクロブロックと空間的に同一位置の参照マクロブロックと、前記参照マクロブロックに隣接する複数のマクロブロックとにおいて、前記参照フレーム画像を参照する動きベクトルとに基づいて前記第2の統計動きベクトルを生成すること、
を特徴とする請求項2に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前記第1の統計動きベクトルの方向と前記第2の統計動きベクトルの方向とに基づいて、前記探索開始位置と前記探索方向を設定すること、
を特徴とする請求項2または3に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前記探索開始位置に候補ブロックを設定し、前記候補ブロックを前記探索方向にしたがって順次設定し、各設定位置における前記候補ブロックの評価値を算出し、前記評価値と判定しきい値とを比較し、比較結果に基づいて前記対象マクロブロックに対する動き探索処理を打ち切ること、
を特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前の対象マクロブロックに対する動き探索処理の打ち切りがあったとき、前記対象マクロブロックに対する前記第1探索範囲の外側に第2探索範囲を設定すること、
を特徴とする請求項5に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前記第1探索範囲に対して、前記統計処理部の処理結果に基づく方向に前記第2探索範囲を設定すること、
を特徴とする請求項6に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前記動き探索の打ち切りのタイミングに基づいて前記第2探索範囲の大きさを設定すること、
を特徴とする請求項6または7に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前の対象マクロブロックに対する動き探索処理の打ち切りがあったとき、前記対象マクロブロックに対する動き探索処理の処理時間を変更し、前記処理時間に基づいて前記判定しきい値を段階的に調整すること、
を特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の符号化回路。 - 前記動き探索部は、
前記探索開始位置に候補ブロックを設定し、前記候補ブロックを前記探索方向にしたがって順次設定し、各設定位置における前記候補ブロックの評価値を算出し、前記評価値と判定しきい値とを比較し、比較結果に基づいて前記対象マクロブロックに対する動き探索処理を打ち切り、
前の対象マクロブロックに対する動き探索処理の打ち切りがあったとき、前記対象マクロブロックに対する前記第1探索範囲の外側に、前記第1の統計動きベクトルの方向と前記第2の統計動きベクトルの方向とに基づいて、第2探索範囲を設定すること、
を特徴とする請求項2〜4のいずれか一項に記載の符号化回路。 - 前記マクロブロック毎に縮小画像を生成する縮小部と、
前記縮小部により参照フレームを縮小した縮小画像に設定した第3探索範囲を探索して縮小動きベクトルを検出する縮小動き探索部と、
を有し、
前記動き探索部は、前記縮小動きベクトルに基づいて前記第1探索範囲の位置を設定すること、
を特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の符号化回路。 - 動画像に含まれる各フレーム画像が処理単位にて分割されたマクロブロック毎に検出された複数の動きベクトルを統計処理し、
第1フレーム画像と時間的に異なる参照フレーム画像に第1探索範囲を設定し、
前記統計処理の処理結果に基づいて前記第1探索範囲内に探索開始位置を設定し、
前記統計処理の処理結果に基づいて設定した探索方向にしたがって前記第1探索範囲内を探索し、
前記第1フレーム画像に含まれる対象マクロブロックの動きベクトルを生成すること、
を特徴とする符号化方法。
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