JP2861462B2 - 動きベクトル検出装置 - Google Patents

動きベクトル検出装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、動画像の高能率符号
化等に使用される動きベクトル検出装置、特に、ハーフ
画素ピッチの精度の動きベクトルを生成するものに関す
る。
【0002】
【従来の技術】動画像を高能率符号化するものの一つと
して、フレーム間の画素データの差をDCT変換(Disc
rete Cosine Transform)し、DCT変換出力を可変長符
号化する方式が提案されている。動画像を効率よく圧縮
するために、動きベクトル検出器が設けられ、検出され
た動きベクトルも伝送している。また、フレーム間差を
形成するのに、前フレームの予測値を生成するローカル
デコーダが設けられる。このローカルデコーダに対して
検出された動きベクトルが与えられる。
【0003】動きベクトルの検出の方法としては、例え
ばブロックマッチングが使用される。図4Aは、前フレ
ームの画面内を分割して得られた多数のブロックの一つ
の(3×3)のブロックBL0を示す。このブロックB
L0には、B11、B12、・・・、B33の画素デー
タが含まれる。図4Bは、現フレームの画面内の画素デ
ータA11、A12、・・・、A33を含み、動きベク
トルを求めようとするブロックAL0を示す。動きベク
トルのサーチ範囲内で、この現フレームのブロックAL
0の位置が前フレームから予測される。
【0004】最初に、時間的に2フレーム間で対応する
位置の画素の値の差の絶対値(ABS)(残差と称す
る)が演算され、この残差がブロック毎に加算され、残
差の総和ΔFが求められる。すなわち、 ΔF=ABS{(A11−B11)+(A12−B12)+・・・ +(A33−B33) この残差の総和ΔFは、動きベクトルのサーチ範囲にお
いて、複数個得られる。複数のΔFの中の最小値が検出
され、その最小値の位置(x、y)が動きベクトルとし
て検出される。この動きベクトル(x,y)は、画素間
の距離(1画素ピッチ)の分解能のものである。
【0005】前述のような高能率符号化方法では、動き
ベクトルの精度が高いほど、符号化の歪みを少なくでき
る。従って、1画素ピッチの半分のピッチ(ハーフ画素
ピッチと称する)の精度で動きベクトルを検出すること
が提案されている。これは、2点あるいは4点の平均値
を演算することにより、予測ブロックを形成し、この予
測ブロックに関してブロックマッチングの処理を行うも
のである。
【0006】すなわち、1画素ピッチで求められた前フ
レームの対応するブロックをBL0とすると、このBL
0に対して1画素ピッチずれたブロックとの平均値を演
算することにより、ハーフ画素ピッチずれた下記の予測
ブロックを演算する。 (x+0.5,y)の予測ブロックBL1; {(B11〜B33)+(B12〜B34)}/2 (x−0.5,y)の予測ブロックBL2; {(B11〜B33)+(B10〜B32)}/2 (x+0.5,y+0.5)の予測ブロックBL3; {(B11〜B33)+(B12〜B34)+(B21
〜B43)+(B22〜B44)}/4 (x−0.5,y+0.5)の予測ブロックBL4; {(B11〜B33)+(B10〜B32)+(B20
〜B42)+(B21〜B43)}/4 (x+0.5,y−0.5)の予測ブロックBL5; {(B11〜B33)+(B12〜B34)+(B01
〜B23)+(B02〜B24)}/4 (x−0.5,y−0.5)の予測ブロックBL6; {(B11〜B33)+(B10〜B32)+(B01
〜B23)+(B00〜B22)}/4 (x,y+0.5)の予測ブロックBL7; {(B11〜B33)+(B21〜B43)}/2 (x,y−0.5)の予測ブロックBL8; {(B11〜B33)+(B01〜B23)}/2
【0007】現フレームのブロックAL0と予測ブロッ
クBLi(i=0,1,2,・・・,8)との差分の絶
対値の総和が最小である予測ブロックBiを検出し、こ
の検出された予測ブロックBiに対するベクトルがハー
フ画素ピッチの精度の動きベクトルとされる。かかるハ
ーフ画素ピッチの動きベクトルを求める方法の計算量を
調べると下記のものとなる。
【0008】ここでは、1ブロックの大きさが(N×
N)とし、1画素ピッチの動きベクトルが求まった以降
の演算量を調べる。まず、予測ブロックの計算は、加算
のみに限定すると、 (2点平均の予測のための加算)+(4点平均の予測の
ための加算)=4N2 +6×2N2 =16N2
【0009】差分の絶対値を求めるためには、上述と同
様に、2点平均の予測と4点平均の予測のそれぞれにつ
いて4N2 の減算と4N2 の絶対値化の演算とが必要で
あるから、 (減算)+(絶対値化)=(8N2 )+(8N2 )=16N2
【0010】
【発明が解決しようとする課題】絶対値差分の総和をブ
ロック毎に求めるためには、各予測ブロックについて
(N2 −1)の加算が必要でありるから、全体で(8N
2 −8)の演算が必要である。実際には、(N=16)
とされることが多いので、その場合には、4096回の
加算、2048回の減算と絶対値化、2040回の加算
を1ブロック当りで必要とする。さらに、各画素データ
をメモリからアクセスする時間を含めると、リアルタイ
ムで処理することが難しい。高速処理のために、並列化
処理等のハードウエア構成を採用するときには、ハード
ウエアの規模が大きくなる問題が生じる。
【0011】従って、この発明の目的は、従来より少な
い演算回数で、ハーフ画素ピッチの動きベクトルを検出
できる動きベクトル検出装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】この発明は、時間的に連
続する2フレーム間の対応する位置の画素の値の差の絶
対値である残差を求め、この残差をブロック毎に合計
し、この合計値の最小値から1画素ピッチの精度でブロ
ックの解ベクトルを求める手段(3、4、6)と、1画
素ピッチの解ベクトルの周辺の残差を使用して補間を行
うことにより、複数の方向のそれぞれにおいて、ハーフ
画素ピッチの極値を推定し、極値の中の最小値を検出
し、最小値と対応する補正値を生成する手段(9、1
0)と、1画素ピッチの解ベクトルに対して補正値が加
えられた出力ベクトルを生成する手段(7)とからなる
動きベクトル検出装置である。
【0013】
【作用】1画素ピッチの解ベクトルが検出される。この
解ベクトルの周辺の残差が使用され、複数の方向におけ
る極値が補間で求められる。この複数の極値の中の最小
値が検出され、補正値とされる。1画素ピッチの解ベク
トルに対して補正値が加えられることにより、ハーフ画
素ピッチの動きベクトルが得られる。
【0014】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。この発明の一実施例における動きベク
トル検出は、画素ピッチで求められた解ベクトルの周辺
の残差から複数の方向におけるハーフ画素ピッチの極値
を補間推定し、この極値の最小値を補正値として、1画
素ピッチの解ベクトルに対して加えることにより、ハー
フ画素ピッチ精度の動きベクトルを得るものである。
【0015】図1は、この発明の一実施例の概略的なブ
ロック図を示す。図1で1で示す入力端子にディジタル
ビデオデータが入力される。この入力ビデオデータの各
フレームがスイッチング回路SWにより、フレームメモ
リ2Aおよび2Bに交互に記憶される。フレームメモリ
2Aに貯えられた前フレームとフレームメモリ2Bに貯
えられた現フレームとからそれぞれ読み出された画素デ
ータが減算回路3に供給される。
【0016】減算回路3からの画素毎のフレーム差が絶
対値化回路4に供給され、絶対値に変換される。このフ
レーム差の絶対値、すなわち残差がメモリ5に記憶され
る。メモリ5に記憶されている残差が最小値検出回路6
に供給される。最小値検出回路6では、ブロックマッチ
ングにより1画素ピッチの解ベクトルが検出される。こ
の方法は、従来のブロックマッチングによる動きベクト
ルの検出と同様である。動きサーチ範囲が縦および横と
もにMであれば、(−M、−M)の位置から(+M、+
M)の範囲についての残差の中の最小値が解ベクトルと
して検出される。この解ベクトルがメモリ5および加算
回路7に供給される。
【0017】メモリ5からは、上述の解ベクトルの周辺
の複数の残差が読み出される。図2は、解ベクトル
(x,y)を中心とする(3×3=9)個の残差D00
〜D22を示す。この残差D00〜D22が補間回路9
に供給され、補間回路9は、4方向に関する極値を推定
する。
【0018】図3を参照して補間回路9の補間動作につ
いて説明する。図3Aにおいて、L1、L2、L3、L
4のそれぞれは、横方向、縦方向および斜め方向の補間
方向を表す。例えば斜め方向L4に関しては、残差D0
2、D11、D20が存在する。横軸がL4の方向の位
置であり、縦軸が値Vである図3Bに示すように、若
し、D20>D02であるならば、d02=D02−
{(D20−D11)/2}の補間演算により、L4の
方向におけるハーフ画素ピッチの極値d02を推定す
る。若し、D20≦D02であれば、d21=D20−
{(D02−D11)/2}の補間演算により、L4の
方向におけるハーフ画素ピッチの極値d21を推定す
る。かかる図3Bに示すようなV字状の補間演算を他の
方向L1、L2およびL3のそれぞれに関しても同様に
行い、各方向に関して推定された極値を検出する。
【0019】補間回路9により推定された4個のハーフ
画素ピッチの極値が最小値検出回路10に供給される。
最小値検出回路10は、大小比較によって、この4個の
極値の中で最小のものを検出し、検出された極値がD1
1より小さい条件を満たす時に、最小値と対応する値を
ハーフ画素ピッチの補正値として採用する。若し、検出
された極値がD11以上の場合には、補正値を発生しな
い(すなわち、補正値が0である)。一例として、補間
回路9により、図3A中のd00、d01、d02、d
10が極値として推定され、その中のd00が最小値と
して最小値検出回路10により検出され、さらに、d0
0<D11の場合には、(−0.5,−0.5)の補正
値が生成される。
【0020】この最小値検出回路10からの補正値が加
算回路7に供給される。加算回路7において、画素ピッ
チの解ベクトル(x,y)に対して補正値が加算され、
出力端子8には、ハーフ画素ピッチの精度の動きベクト
ルを得ることができる。この実施例では、1ブロックに
関して、4回の値の比較と、8回の減算と4回のシフト
による除算と、最小値判別の処理により、ハーフ画素ピ
ッチの動きベクトルを算出できる。
【0021】1画素ピッチの解ベクトルを求めるため
に、その演算量を少なくするための種々の工夫例えば3
段階探索法を使用しても良い。また、解ベクトルの周辺
の残差を使用して複数の方向の極値を求めるための補間
方法としては、上述の一実施例のものに限定されるもの
でない。
【0022】
【発明の効果】この発明は、従来のように、ハーフ画素
ピッチで複数の予測ブロックを形成する必要がないの
で、従来より演算量を大幅に少なくできる。また、この
発明は、先に求められている残差を利用して、簡単な補
間演算を行い、その最小値から補正値を検出するので、
回路構成が簡単な利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のブロック図である。
【図2】この発明の一実施例の動作説明に用いる略線図
である。
【図3】この発明の一実施例の動作説明に用いる略線図
である。
【図4】従来の動きベクトル検出を説明するための略線
図である。
【符号の説明】
2A、2B フレームメモリ 5 残差を記憶するメモリ 9 複数の方向の極値を求める補間回路

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 時間的に連続する2フレーム間の対応す
    る位置の画素の値の差の絶対値である残差を求め、この
    残差をブロック毎に合計し、この合計値の最小値から1
    画素ピッチの精度で上記ブロックの解ベクトルを求める
    手段と、上記1画素ピッチの解ベクトルの周辺の上記残
    差を使用して補間を行うことにより、複数の方向のそれ
    ぞれにおいて、ハーフ画素ピッチの極値を推定し、上記
    極値の中の最小値を検出し、上記最小値と対応する補正
    値を生成する手段と、上記1画素ピッチの解ベクトルに
    対して上記補正値が加えられた出力ベクトルを生成する
    手段とからなる動きベクトル検出装置。
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