JP2861963B2 - 動きベクトル検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動画像符号化回路
における動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路
に関し、特に、動きベクトルの探索範囲を減らして動作
周波数を下げることが可能な動きベクトル検出回路に関
する。

【０００２】

【従来の技術】動画像はデータ量が非常に大きくなるた
め、しばしばデータを圧縮して伝送あるいは記録し、そ
のデータを受信側あるいは再生側で伸長するという処理
を行っている。このような圧縮／伸長は符号化／復号化
とも呼ばれ、例えばテレビ会議システムで用いるＩＴＵ
−Ｔ勧告Ｈ．２６１方式、ＣＤ−ＲＯＭへの記録等に用
いるＩＳＯ／ＩＥＣ１１１７２方式（ＭＰＥＧ−１方式
と呼ばれる）、ディジタルビデオディスクや衛星放送等
に用いるＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１３方式（ＭＰＥＧ−２
方式と呼ばれる）が知られている。

【０００３】このような圧縮方式では、動き補償フレー
ム間予測符号化方式が採用されている。これは動画像を
構成する１枚１枚の画像の相関が高いことを利用して、
過去に符号化した画像との差分を符号化することにより
圧縮率を上げる方式である。具体的には、現在符号化し
ている１枚の画像をブロック分割し、ブロック毎に過去
に符号化した画像から予測ブロックを作成し、現在符号
化しているブロックと予測ブロックの差分すなわち予測
誤差を符号化する。

【０００４】また、動いている物体は時間の経過ととも
に画面内で少しずつ位置を変えるので、予測ブロックを
物体の動きに従って移動させたのちに予測誤差をとれば
予測誤差がさらに小さくなり、圧縮率を上げることがで
きる。このためブロック毎に過去に符号化した画像から
の動きを検出する。

【０００５】この動きを表す情報は動きベクトルと呼ば
れ、予測誤差とともに伝送あるいは記録される。

【０００６】図１３を用いて動きベクトルを説明する。
符号化するフレームを現フレーム１３１、現フレーム１
３１上の符号化するブロック（水平方向１６画素×垂直
方向１６画素）を現ブロック１３４とする。さらに動き
ベクトルを求めるフレームを参照フレーム１３２、参照
フレーム１３２上の動きベクトルを探索する領域を参照
領域１３３、参照領域１３３内の現ブロックと同じ大き
さのブロックを参照ブロック候補とする。参照ブロック
候補のうち最も現ブロックと類似しているブロックを参
照ブロック１３５とすると、現ブロック１３４と参照ブ
ロック１３５のフレーム内の相対的な位置の差が動きベ
クトル１３６である。

【０００７】Ｈ．２６１方式では、参照フレームは現ブ
ロックの１フレーム前のフレームであり、ＭＰＥＧ−１
方式、ＭＰＥＧ−２方式では、参照フレームは現フレー
ムからみて過去あるいは未来のどちらのフレームをも用
いることもできる。なお、ＭＰＥＧ−２方式ではフレー
ムを２つのフィールドに分けてフィールド単位の動きベ
クトルを使用することもできる。

【０００８】動きベクトルを検出する際に、現ブロック
と参照ブロック候補の類似性を評価するが、その評価値
としては、これらのブロックの対応する各画素の差分の
２乗和あるいは絶対値和が用いられる。通常は回路とし
て実現しやすい差分絶対値和を用い、この回路が最小の
参照ブロック候補を参照ブロックとして採用してその参
照ブロックの位置を示す動きベクトルを検出する。従っ
て、動きベクトルを検出するためには参照領域内の参照
ブロック候補の中から評価値が最小のものを選択するこ
とになる。

【０００９】Ｈ．２６１方式では、動きベクトルの精度
は１画素であるのに対し、ＭＰＥＧ−１、２方式では動
きベクトルの精度が半画素精度となっている。そのため
ＭＰＥＧ−１、２方式では、参照領域をまず半画素内挿
してから動きベクトルを検出する。しかし、広い参照領
域で１度に半画素精度の動きベクトルを検出する１段探
索方式では膨大な演算量が必要になるため、通常は多段
探索方式をとる。

【００１０】この多段探索方式は、まず半画素より粗い
画素精度で動きベクトルを検出しておき、この粗い精度
の動きベクトルの回りでさらに細かく動きベクトルを検
出して最終的に半画素精度の動きベクトルを検出する方
式である。例えば、２段探索の例として、最初に１画素
精度の動きベクトルを検出し、次に１画素精度動きベク
トルの回りのみで半画素精度の動きベクトルを検出する
方式がある。

【００１１】また、さらに演算量を削減する２段探索の
例としては、最初に水平方向２画素精度、垂直方向１画
素精度で動きベクトルを検出し、次にこの動きベクトル
の回りのみで半画素精度の動きベクトルを検出する方式
等がある。同様に、２段探索で１段目の探索の画素精度
をさらに粗くする方式や、３段探索の方式等も可能であ
るが、一般に１段探索より検出した動きベクトルの確度
が低くなり、圧縮率が落ち、あるいは同じビットレート
では画質が下がる等の問題が生じる。

【００１２】従って、一般に１段目が１画素あるいは２
画素精度の２段探索方式が広く用いられている。

【００１３】本発明の動きベクトル検出回路は、主とし
てこのような２段探索の１段目の探索に使われる半画素
精度ではない動きベクトルの検出回路に関する。

【００１４】この種のＭＰＥＧ−１方式の動きベクトル
検出回路の従来例としては、本発明の発明者等による
「Ａ Ｂｉｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｍｏｔｉｏｎ Ｃ
ｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ＬＳＩ ｗｉｔｈ ａ Ｃｏ
ｍｐａｃｔ Ｍｏｔｉｏｎ Ｅｓｔｉｍａｔｏｒ、電気
情報通信学会英論文誌Ｃ、１９９５年１２月号、Ｐ．１
６８２−１６９０（ＩＥＩＣＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎｓ ｏｎ Ｅ１ｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ＶＯＬ．Ｅ７８
−Ｃ Ｎｏ．１２、１９９５）」（文献１）に開示さ、
また、ＭＰＥＧ−２方式の動きベクトル検出回路の例と
しては、石原等による「ＭＰＥＧ２動き検出ＬＳＩ、電
子情報通信学会研究報告ＩＣＤ９５−１０４、１９９５
年８月」（文献２）に開示されており、何れも動きベク
トルを効率よく求めることができる。

【００１５】図８は文献１に開示されるＭＰＥＧ−１方
式の動きベクトル検出回路のブロック図を示したもので
ある。図８では説明を簡単にするため、現ブロックの大
きさを実際の水平方向１６画素×垂直方向１６画素では
なく、水平方向４画素×垂直方向４画素の大きさとして
いる。以下、この従来例の構成と動作を説明する。

【００１６】図８に示す回路は、図９に示すプロセッサ
エレメントＰＥ９１〜９４を４個並べたブロックマッチ
ングプロセッサ８１と、これに現ブロックの画素を供給
する現ブロックメモリ８２と参照領域の画素を供給する
参照領域メモリ８３、現ブロックの読み出しアドレスを
生成するアドレス発生器８４、参照領域の読み出しアド
レスを発生するアドレス発生器８７、ブロックマッチン
グプロセッサ８１が出力する現ブロックと参照ブロック
候補の評価値を入力してその最小値を検出する最小値検
出回路８９、及び全体を制御する制御回路８８からな
る。

【００１７】プロセッサエレメントＰＥは、図９に示す
ように、現ブロックの１画素を格納するレジスタ１１２
と参照ブロック候補の１画素を格納するレジスタ１１
１、これらの差分絶対値を計算する減算器１１５及び絶
対値演算器１１７、前段のプロセッサエレメントＰＥか
ら入力する差分絶対値和を格納するレジスタ１１３と、
これに計算した差分絶対値和を加算する加算器１１６か
らなる。

【００１８】次段のプロセッサエレメントＰＥに出力す
る差分絶対値和をＳi 、前段のプロセッサエレメントＰ
Ｅから入力する差分絶対値和をＳi-1 、レジスタ１１２
に格納する現ブロックの画素をＣ、レジスタ１１１に格
納する参照領域の画素をＲとすると、ＰＥは、Ｓi＝｜
Ｃ−Ｒ｜＋Ｓi-1の演算を行う。参照領域の画素Ｒは、
制御信号ＣＴＬ１が０の場合に端子１２２（Ｒｉｎ’）
の画素、１の場合に端子１２３（Ｒｉｎ”）の画素を選
択するものとする。

【００１９】レジスタ１１２のラッチ信号も制御信号Ｃ
ＴＬ０としてプロセッサエレメントＰＥに入力され、こ
れら２本の制御信号は端子１２６（ＣＴＬｉｎ）からレ
ジスタ１１４に格納され、端子１２７（ＣＴＬｏｕｔ）
から次段のプロセッサエレメントＰＥに出力される。

【００２０】図８のブロックマッチングプロセッサ８１
は、プロセッサエレメントＰＥ９i（ｉ＝１〜４）のＳi
とＣＴＬｏｕｔをプロセッサエレメントＰＥ９i+1（ｉ
＝１〜３）のＳi-1 、ＣＴＬｉｎにそれぞれ接続する構
成になっている。最終段のプロセッサエレメントＰＥ９
４から出力する差分絶対値和Ｓ４は、遅延線９５とセレ
クタ９６を介して第１段のプロセッサエレメントＰＥ９
１の差分絶対値和入力Ｓ０にフィードバックする。すな
わち、差分絶対値和はプロセッサエレメントＰＥ９１〜
９４で構成されるループ内で累算される。遅延線９５の
出力はまた最小値選択回路８９に出力される。

【００２１】なお、図８の回路は、実際には評価値が最
小になる参照ブロック候補すなわち参照ブロックを選択
する回路である。参照ブロック候補の評価順序すなわち
動きベクトルの探索順序は後述するように決められてお
り、選ばれた参照ブロックの評価順番からその位置を特
定することにより動きベクトルを決定する。参照ブロッ
クの位置は最小値検出回路８９内で最小値を更新するタ
イミングを継続的に調べることで求められるがこのため
の回路は図示していない。

【００２２】図１１に上述した従来例の一部の動作タイ
ミングの詳細に示す。また図１２に動きベクトル探索全
体の動作タイミングを模式的に示す。以下、図１１を説
明してから、図１２を説明する。

【００２３】図１１は、水平方向８画素×垂直方向８画
素の参照領域内で動きベクトルを探索する場合の最初の
２サイクル分の動作を詳細に示したものである。参照フ
レーム上で、参照領域の中央の位置が現ブロックの位置
と同じ場合には、水平方向−２〜＋２、垂直方向−２〜
＋２の範囲の動きベクトルを検出することになる。も
し、異なる場合には現ブロック位置と参照領域の中央の
位置の違いに相当するオフセットが加わる。以下では現
ブロック位置が参照領域の中央の位置と同じとし、探索
する動きベクトル候補を（ｖｘ，ｖｙ）（ｖｘ＝−２〜
＋２，ｖｙ＝−２〜＋２）として説明する。

【００２４】現ブロックの各画素をＣＤi,j（ｉ，ｊ＝
１〜４、ｉは水平方向の座標、ｊは垂直方向の座標）と
し、各行をＣj（ＣＤ1,j、ＣＤ2,j、ＣＤ3,j、ＣＤ4,j
からなる行）とすると、ブロックマッチングプロセッサ
８１の４個のプロセッサエレメントＰＥ９１〜９４は、
現ブロックの１行Ｃjをなす４画素ＣＤ1,j、ＣＤ2,j、
ＣＤ3,j、ＣＤ4,jをそれぞれロードし、これらと参照ブ
ロック候補の対応する画素との差分絶対値和を計算す
る。

【００２５】プロセッサエレメントＰＥの数は現ブロッ
クの水平方向画素数と等しいため、プロセッサエレメン
トＰＥ９１〜９４で累算されるのは現ブロックの水平方
向画素１行と参照ブロック候補の水平方向画素１行との
差分絶対値和である。従って、参照フレーム上の参照ブ
ロック候補１個の評価値を求めるには現ブロックの垂直
方向画素数と同じ４回の繰り返し計算が必要になる。た
だし、評価値の計算は参照ブロック候補を１個ずつ順に
行うのではなく、参照データバス上の画素を効率よく使
用できるように、水平方向の参照ブロック候補の数（こ
の場合には５個）を並行して計算する。従って、この場
合には、水平方向５個の参照ブロック候補の差分絶対値
和は１行ずつ並行して累算する。さらにプロセッサエレ
メントＰＥの動作率を上げるため２本の参照データバス
Ｒｉｎｌ、Ｒｉｎ２を用いる。以下、動作を詳細に説明
する。

【００２６】参照領域の各画素をＲＤi,j（ｉ、ｊ＝１
〜８、ｉは水平方向の座標、ｊは垂直方向の座標）と
し、各行をＲj（ＲＤ1,j、ＲＤ2,j、．．．、ＲＤ8,jか
らなる行）とすると、まず参照領域の最も上の段に位置
する５個の参照ブロック候補の評価値を求める。制御回
路８８から出力されるＳＴＡＲＴ信号により、アドレス
発生器８４、８７は、現ブロックと参照領域の画素の読
み出しアドレスをそれぞれ現ブロックメモリ８２、参照
領域メモリ８３に出力し、１サイクルの動作を開始す
る。

【００２７】まず、現ブロックの最初の１行Ｃ1の各画
素ＣＤi,1をプロセッサエレメントＰＥ９ｉのレジスタ
１１２にロードするため、アドレス発生器８４はＣ1の
各画素を現データバス１０１（Ｃｉｎ）に１画素ずつ載
せる。また、制御回路８８は、１行のロード開始時に図
１１に示すように制御端子１０４（ＣＴＬ）の１本の制
御信号ＣＴＬ０に１画素期間１になるパルス信号を加え
る。

【００２８】すると続く４画素期間にパルス信号がプロ
セッサエレメントＰＥを通過しプロセッサエレメントＰ
Ｅ９ｉのレジスタ１１２にＣｉｎに載っているＣi,1を
ロードできる。また、Ｃ1のロード開始と同時にもう１
本の制御信号ＣＴＬ１を０にし、各プロセッサエレメン
トＰＥが参照データバス１０２から参照領域の画素を入
力するようにする。

【００２９】アドレス発生器８７は、参照領域の最初の
１行Ｒ1を１画素ずつ参照データバス１０２（Ｒｉｎ
１）に載せる。また、プロセッサエレメントＰＥ９１の
差分絶対値和入力Ｓ０にはセレクタ９６から０を入力し
ておく。これにより、プロセッサエレメントＰＥ９１〜
９４により５個の参照ブロック候補それぞれの１行分の
差分絶対値和、Σ（ｉ＝１〜４）｜ＣＤi,1−ＲＤi,1
｜、Σ（ｉ＝１〜４）｜ＣＤi,1−ＲＤi+1,1｜、Σ（ｉ
＝１〜４）｜ＣＤi,1−ＲＤi+2,1｜、Σ（ｉ＝１〜４）
｜ＣＤi,1−ＲＤi+3,1｜及びΣ（ｉ＝１〜４）｜ＣＤi,
1−ＲＤi+4,1｜が計算され遅延線９５から出力される。
遅延線９５はプロセッサエレメントＰＥ９４の出力Ｓ４
をプロセッサエレメントＰＥ９１の入力Ｓ０にフィード
バックするタイミングを調整するもので、水平方向の参
照ブロック候補数−現ブロックの水平方向画素数（この
場合は５−４＝１画素）の遅延となる。

【００３０】なお、この遅延が負になる場合には遅延線
は不要であるが、各プロセッサエレメントＰＥの動作に
空きスロットが生じるため、プロセッサエレメントＰＥ
の動作率が落ちて動きベクトル探索の効率が悪くなる。

【００３１】次に、これら５個の参照ブロック候補の２
行目の差分絶対値和を累算する。そのためセレクタ９６
は、プロセッサエレメントＰＥ９４が出力するＳ４をプ
ロセッサエレメントＰＥ９１のＳ０に入力する。２行目
の差分絶対値和はＣ2とＲ2の差分絶対値和で、Ｃｉｎに
Ｃ2、Ｒｉｎ２にＲ2を載せ、制御端子ＣＴＬ１を１にし
て制御端子ＣＴＬ０に１行目と同様にパルス信号を加え
る。

【００３２】これにより、プロセッサエレメントＰＥ９
１から順にＣｉｎとＲｉｎ２上の画素の差分絶対値和が
計算され、遅延線９５から参照ブロック候補５個それぞ
れの２行分の差分絶対値和である、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ
＝１〜２）｜ＣＤi,j−ＲＤi,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ
＝１〜２）｜ＣＤi,j−ＲＤi+1,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，
ｊ＝１〜２）｜ＣＤi,j−ＲＤi+2,j｜、Σ（ｉ＝１〜
４，ｊ＝１〜２）｜ＣＤi,j−ＲＤi+3,j｜及びΣ（ｉ＝
１〜４，ｊ＝１〜２）｜ＣＤi,j−ＲＤi+4,j｜が出力さ
れる。

【００３３】続いて、３行目の差分絶対値和であるＣ3
とＲ3の差分絶対値和を同様に累算する。ＣｉｎにＣ3、
ＲｉｎｌにＲ3を１画素ずつ載せて制御端子ＣＴＬ１を
０にし、制御端子ＣＴＬ０に１行目と同様にパルス信号
を加える。これにより、プロセッサエレメントＰＥ９１
から順にＣｉｎとＲｉｎｌ上の画素の差分絶対値和が計
算され、遅延線９５から参照ブロック候補５個それぞれ
の３行分の差分絶対値和である、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝
１〜３）｜ＣＤi,j−ＲＤi,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝
１〜３）｜ＣＤi,j−ＲＤi+1,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ
＝１〜３）｜ＣＤi,j−ＲＤi+2,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，
ｊ＝１〜３）｜ＣＤi,j−ＲＤi+3,j｜及びΣ（ｉ＝１〜
４，ｊ＝１〜３）｜ＣＤi,j−ＲＤi+4,j｜が出力され
る。

【００３４】最後に、４行目の差分絶対値和であるＣ4
とＲ4の差分絶対値和を同様に累算する。ＣｉｎにＣ4、
Ｒｉｎ２にＲ4を１画素ずつ載せて制御端子ＣＴＬ１を
１にし、制御端子ＣＴＬ０に１行目と同様にパルス信号
を加える。これにより、プロセッサエレメントＰＥ９１
から順にＣｉｎとＲｉｎ２上の画素の差分絶対値和が計
算され、遅延線９５から参照ブロック候補５個それぞれ
の評価値である、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）｜ＣＤ
i,j−ＲＤi,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）｜ＣＤ
i,j−ＲＤi+1,j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）｜Ｃ
Ｄi,j−ＲＤi+2，j｜、Σ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜４）
｜ＣＤi,j−ＲＤi+3,j｜及びΣ（ｉ＝１〜４，ｊ＝１〜
４）｜ＣＤi,j−ＲＤi+4,j｜が出力される。

【００３５】これらが遅延線９５から出力されるタイミ
ングに合わせて制御回路８８から出力する制御信号１０
５（ＶＡＬＩＤ）が１になり、最小値検出回路８９で、
ブロックマッチングプロセッサ８１から出力される５個
の評価値の最小値を検出することになる。以上で１サイ
クルの処理が終わる。

【００３６】この１サイクルでは参照領域内の最も上の
水平方向１行にあたる５個の参照ブロック候補を評価す
る。すなわち（ｖｘ，−２）（ｖｘ＝−２〜＋２）の範
囲の動きベクトル探索を行う。

【００３７】続いて、制御回路８８が次のサイクルを起
動し、参照領域の上から２行目から始まるＲ2〜Ｒ5を読
み出して、（ｖｘ，−１）（ｖｘ＝−２〜＋２）の範囲
の動きベクトル探索を同様に行う。以下同様に、合わせ
て５サイクルで（ｖｘ，ｖｙ）（ｖｘ，ｖｙ＝−２〜＋
２）の範囲の動きベクトル探索が完了する。なお、図１
１に示すように１サイクルの終了前に次のサイクルを起
動し、プロセッサエレメントＰＥの動作に空きスロット
が生じないように制御できる。

【００３８】図８、図９に示す従来の動きベクトル検出
回路は、以上説明したように動きベクトルの探索を行
う。実際の現ブロックは、水平方向ＭＸ×垂直方向ＭＹ
画素（ＭＸ、ＭＹは１６の約数）で、典型的な動きベク
トル探索範囲は動きベクトルが１画素精度の場合に換算
して１フレーム間隔で水平方向±１６、垂直方向±１６
程度である。参照領域を水平方向ＮＸ×垂直方向ＮＹ画
素とすると、動きベクトル探索範囲は水平方向（ＮＸ−
ＭＸ＋１）、垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）となるので、
１画素精度の動きベクトルを求める場合には、参照領域
の大きさは水平方向４８×垂直方向４８画素の大きさに
なる。

【００３９】図１２に従来の動きベクトル検出回路の探
索の様子を模式的に示す。探索範囲を水平方向（ＮＸ−
ＭＸ＋１）、垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）とすると、１
サイクルで水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）個の参照ブロッ
ク候補、すなわち（ｖｘ，ｖｙ）（ｖｘ，ｖｙ＝−（Ｎ
Ｘ−ＭＸ＋１）／２〜＋（ＮＸ−ＭＸ＋１）／２）を評
価し、（ＮＹ−ＭＹ＋１）サイクルかかって上から下の
順にすべての範囲の探索を行う。

【００４０】なお、図８では現ブロックの水平方向画素
数と等しい数のプロセッサエレメントＰＥを用いたブロ
ックマッチングプロセッサの例を示したが、文献１に開
示されるように、プロセッサエレメントＰＥ数を増やし
て動きベクトル探索時間を短くすることも可能である。
水平方向１行分の差分絶対価和を計算するＭＸ個のプロ
セッサエレメントＰＥを１セットとすると、プロセッサ
エレメントＰＥ数を２倍の２セットにして、これらをル
ープに入れる構成にすれば、水平方向２行分の差分絶対
値和を１サイクルで計算することができる。

【００４１】同様に、プロセッサエレメントＰＥ数を現
ブロックの水平方向画素数のＰ倍（Ｐ＝１、２、
４、．．．、ＭＹ／２）にすれば、Ｐ行分の差分絶対値
和を１サイクルで求めることができる。この場合には、
図１２の１サイクルで（ＮＸ−ＭＸ＋１）×Ｐ個の参照
ブロック候補を評価できるため、垂直方向の動きベクト
ル探索範囲がＰの倍数であれば動きベクトル探索時間を
１セットの場合の約１／Ｐに短縮することも可能であ
る。ただし、１サイクルでＰ行分の差分絶対値和を並列
に求めるため、参照領域の水平方向Ｐ行の画素をプロセ
ッサエレメントＰＥに供給しなければならない。実際に
はパイプライン動作による遅延があるため、同時に参照
領域のＰ行すべての画素を供給する必要はないが、プロ
セッサエレメントＰＥの動作率を上げるには、参照デー
タバスの本数（図８ではＲｉｎｌ、Ｒｉｎ２の２本）と
プロセッサエレメントＰＥに入力する参照データ端子
（図９ではＲｉｎ’とＲｉｎ”の２本）を増やさなけれ
ばならない場合もある。

【００４２】

【発明が解決しようとする課題】従来の動きベクトル検
出回路は、上述したように現ブロックの大きさを水平方
向ＭＸ画素×垂直方向ＭＹ画素とし、参照領域の大きさ
を水平方向ＮＸ画素×垂直方向ＮＹ画素とすると、図１
０に示すように水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×垂直方向
（ＮＹ−ＭＹ＋１）の長方形の動きベクトル探索範囲で
動きベクトルを探索する。この探索方法によると図１１
に示すように、参照領域の水平方向１行を参照データバ
スに載せて、共通の参照領域の画素を持つ水平方向の参
照ブロック候補を各プロセッサエレメントＰＥで同時並
列的に評価できる。すなわち、参照領域の画素を効率よ
く供給することができる。また文献２に示される動きベ
クトル検出回路でも、参照領域を垂直方向に１行ずつス
キャンするように供給することにより、効率よく参照ブ
ロック候補の評価を行う。この結果、動きベクトル探索
範囲は必然的に長方形になる。

【００４３】ところが、ＴＶ等に実際に流れる動画像で
は、水平方向の動きは多いが、斜め方向の動きは少ない
ことが知られている。例えば、ＭＰＥＧ−２方式のアル
ゴリズムで、図１０に示す従来の動きベクトル検出回路
と同じ長方形の探索範囲で動きベクトルを検出した場合
と、図４に示すような斜め方向を探索しない菱形の探索
範囲で動きベクトルを検出した場合の信号対雑音比の差
をテスト画像を用いて調べると、以下に示す表１のよう
な結果となる。この表１においては、標準画像である４
種類のテスト画像、フラワーガーデン（ｆｌｏｗｅｒ
ｇａｒｄｅｎ）、バイシクル（ｂｉｃｙｃｌｅ）、チア
ガール（ｃｂｅｅｒ ｇｉｒｌｓ）、モービル・アンド
・カレンダー（ｍｏｂｉｌｅ ａｎｄ ｃａｌｅｎｄａ
ｒ）をフレームピクチャ構造で４Ｍビット／秒の圧縮率
で符号化した場合のシミュレーンョン結果である。

【００４４】ここで、Ｉピクチャ（現ブロックをフレー
ム内符号化するフレーム）の間隔Ｎを１５フレームと
し、Ｐピクチャ（過去のフレームから作成した予測ブロ
ックと現ブロックとの予測誤差を符号化するか、あるい
は現ブロックをフレーム内符号化するフレーム）の間隔
Ｍをよく用いられるＭ＝３とＭ＝１の２通りでシミュレ
ーンョンしている。動きベクトル探索範囲はＭ＝３の場
合で水平方向±４７、垂直方向±１５、Ｍ＝１の場合で
水平方向±１５、垂直方向±１５とした。なお、Ｍ＝３
の場合のＩ、Ｐピクチャ以外のフレームはＢピクチャ
（過去または未来またはその両方のフレームから作成し
た予測ブロックと現ブロックとの予測誤差を符号化する
か、あるいは現ブロックをフレーム内符号化するフレー
ム）で符号化する。

【００４５】

【表１】 信号対雑音比の差が、０．５ｄＢ以内であれば普通の人
の目では劣化を認識できないと言われており、動きベク
トル探索範囲を菱形に制限してもほとんど画質の劣化は
ないことがわかる。つまり、図４のように斜め方向の動
きベクトルを探索しなくとも符号化結果はほとんど変わ
らない。なお、上の結果は動きベクトルの精度を落とし
た場合でも同様の結果となる。

【００４６】従って、従来の動きベクトル検出回路にあ
っては、ほとんど探索する必要のない探索範囲まで動き
ベクトルを探索していることがわかる。このように探索
する必要のない探索範囲まで動きベクトルを探索するた
め、動きベクトル探索に要する時間が長くなり、その結
果、動作周波数が高くなって設計が困難になるという問
題点を有している。また、ほとんど探索する必要のない
探索範囲まで動きベクトルを探索しているため消費電力
も必要以上に大きくなるという問題もある。

【００４７】本発明の第１の目的は、符号化した画像の
画質劣化を抑えつつ動きベクトル探索に要する時間を短
縮して回路の動作周波数を従来の回路より下げることを
可能とし、これにより回路設計を容易にする動きベクト
ル検出回路を提供することにある。

【００４８】本発明の第２の目的は、動きベクトル探索
のための演算量を減らし不要な消費電力を極力抑えるこ
とができる動きベクトル検出回路を提供することにあ
る。

【００４９】

【課題を解決するための手段】上述した問題点を解決す
るため、本発明による動きベクトル検出回路は、水平方
向ＭＸ×垂直方向ＭＹ画素の現ブロックの動きベクトル
を水平方向ＮＸ×垂直方向ＮＹ画素の参照領域内で検出
する動きベクトル検出回路において、前記現ブロックの
画素を格納する第１のメモリと、前記第１のメモリから
の読み出しアドレスを発生する第１のアドレス発生手段
と、前記参照領域の画素を格納する第２のメモリと、前
記第２のメモリに格納された複数の水平方向（ＭＸ＋Ｋ
Ｘ−１）×垂直方向（ＭＹ＋ＫＹ−１）画素からなる部
分参照領域の位置を指示するテーブルと、前記テーブル
の出力が指示する前記部分参照領域の読み出しアドレス
を発生する第２のアドレス発生手段と、前記第１のメモ
リから出力する前記現ブロックと前記第２のメモリから
出力する前記部分参照領域内の各参照ブロック候補の評
価値を求める評価手段と、前記評価値の最小値を検出す
る最小値検出手段を備え、前記各部分参照領域が、水平
方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）
画素からなる動きベクトル探索範囲に内接する水平方向
ＫＸ×垂直方向ＫＹ画素の部分探索範囲の集合であっ
て、前記動きベクトル探索範囲の四隅を含まない前記各
部分探索範囲の集合の探索に必要な前記参照領域内の画
素からなることを特徴とする。

【００５０】請求項２の本発明の動きベクトル検出回路
は、前記水平方向の画素数ＫＸが、ＫＸ≧ＭＸを満た
し、かつ（ＮＸ−ＭＸ＋１）の約数となるように設定
し、前記垂直方向の画素数ＫＹが、（ＮＹ−ＭＹ＋１）
の約数となるように設定したことを特徴とする。

【００５１】請求項３の本発明の動きベクトル検出回路
は、水平方向ＭＸ画素×垂直方向ＭＹ画素の現ブロック
の動きベクトルを水平方向ＮＸ画素×垂直方向ＮＹ画素
の参照領域内で検出する動きベクトル検出回路におい
て、前記現ブロックの画素を格納する第１のメモリと、
前記第１のメモリからの読み出しアドレスを発生する第
１のアドレス発生手段と、前記参照領域の画素を格納す
る第２のメモリと、前記第２のメモリに格納された複数
の水平方向（ＭＸ＋ＫＸ−１）×垂直方向（ＭＹ＋ＫＹ
−１）画素からなる部分参照領域の位置を指示するテー
ブルと、前記テーブルの出力が指示する前記部分参照領
域の読み出しアドレスを発生する第２のアドレス発生手
段と、前記第１のメモリから出力する前記現ブロックと
前記第２のメモリから出力する前記部分参照領域内の各
参照ブロック候補の評価値を求める評価手段と、前記評
価値の所定の閾値を格納する閾値格納手段と、前記評価
手段からの前記評価値を前記閾値格納手段の前記閾値と
比較することにより、前記評価値の最小値を検出する最
小値検出手段とを備え、前記各部分参照領域が、水平方
向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）の
画素からなる動きベクトル探索範囲に内接する水平方向
ＫＸ×垂直方向ＫＹ画素からなる部分探索範囲の集合で
あって、前記動きベクトル探索範囲の四隅を含まない前
記各部分探索範囲の集合の探索に必要な前記参照領域内
の画素からなり、前記テーブルは、前記部分参照領域に
おける前記部分探索範囲の読み出し順を設定し、前記第
２のメモリから読み出した前記部分参照領域内の前記参
照ブロック候補の前記評価値が前記閾値より小さい場合
に、前記読み出し順においてそれ以降の前記部分参照領
域の前記各参照ブロック候補の探索を停止することを特
徴とする。

【００５２】請求項４の本発明の動きベクトル検出回路
は、前記水平方向の画素数ＫＸが、ＫＸ≧ＭＸを満た
し、かつ（ＮＸ−ＭＸ＋１）の約数となるように設定
し、前記垂直方向の画素数ＫＹが、（ＮＹ−ＭＹ＋１）
の約数となるように設定したことを特徴とする。

【００５３】請求項５の本発明の動きベクトル検出回路
は、前記テーブルに、前記動きベクトル探索の中心を含
む前記部分探索範囲から順に周囲の前記部分探索範囲に
向かって渦巻き状に探索する順に、前記部分参照領域に
おける前記部分探索範囲の読み出し順を設定したことを
特徴とする。

【００５４】

【発明の実施の形態】動画像の符号化では、一般に動き
ベクトル探索に要する演算量が膨大なため、効率よく動
きベクトル探索を行わないとリアルタイム圧縮が不可能
になる。ところが、前述したように、効率よく参照ブロ
ック候補を評価するには、共通の参照領域の画素を持つ
参照ブロック候補をまとめて評価しなければならない。
このため動きベクトル探索範囲は長方形になる。

【００５５】そこで、本発明においては、動きベクトル
探索範囲を水平方向ＫＸ×垂直方向ＫＹの小さな長方形
の部分探索範囲の集合として考え、この部分探索範囲の
集合が動きベクトル探索範囲の斜め成分である四隅を含
まないように設定する。そして、小さな長方形の部分探
索範囲を順に探索することにより、動きベクトル探索範
囲の斜め成分だけ探索範囲を減らして探索を行い、動き
ベクトル探索範囲の面積を小さくする。この場合の部分
探索範囲の動きベクトル探索に要する時間の合計が、従
来の長方形の探索範囲全体を探索する時間より小さくな
れば、現ブロック１個の動きベクトル探索時間が短くな
り動作周波数を下げることができる。

【００５６】特に、部分探索範囲の水平方向ＫＸが（Ｎ
Ｘ−ＭＸ＋１）の約数、垂直方向ＫＹが（ＮＹ−ＭＹ＋
１）の約数であれば、水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×垂
直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）の動きベクトル探索範囲を部
分探索範囲の大きさで分割することができる。従って、
部分探索範囲をそれぞれ重なり合わないように敷きつめ
て、部分探索範囲の集合が動きベクトル探索範囲に内接
するように部分探索範囲を設定できるので、動作周波数
を下げる効果が大きくなる。

【００５７】従来の動きベクトル検出回路において、プ
ロセッサエレメントＰＥの動作率が１になる条件は、図
８のブロックマッチングプロセッサ内の遅延線９５の遅
延が０以上、すなわち水平方向動きベクトル探索範囲が
現ブロックの水平方向画素数ＭＸと等しいかそれ以上で
あること、及びプロセッサエレメントＰＥのセット数Ｐ
が垂直方向動きベクトル探索範囲の約数であることであ
る。

【００５８】これらの条件を部分探索範囲に当てはめる
と、前者の条件は、部分探素範囲の水平方向ＫＸがＭＸ
以上であり、後者の条件は部分探索範囲の垂直方向ＫＹ
がＰの倍数であることである。従って、最小の部分探索
範囲は水平方向ＭＸ×垂直方向Ｐからなる長方形とな
る。例えば、動きベクトル探索範囲のうち四隅を含まな
い範囲をこの大きさの部分探索範囲で分割して覆うよう
に設定すれば、従来の動きベクトル検出回路と同様のブ
ロックマッチングプロセッサを用いて、部分探索範囲の
探索順にそれに対応する部分参照領域内で動きベクトル
を探索することができる。

【００５９】部分探索範囲の左上隅の位置の動きベクト
ル候補を（ＶＸ０，ＶＹ０）とすると、部分探索範囲に
属する動きベクトル候補は、（ｖｘ＋ＶＸ０，ｖｙ＋Ｖ
Ｙ０）（ｖｘ＝０〜ＫＸ−１，ｖｙ＝０〜ＫＹ−１）と
なる。従って、この部分探索範囲に対応する参照領域
は、参照領域の中心に現ブロック位置があるとすると、
（ＶＸ０，ＶＹ０）と（ＶＸ０＋ＭＸ＋ＫＸ−２，ＶＹ
０＋ＭＹ＋ＫＹ−２）を対角線とする水平方向（ＭＸ＋
ＫＸ−１）×垂直方向（ＭＹ＋ＫＹ−１）画素からなる
長方形の部分参照領域となる。

【００６０】また、消費電力を削減するための手段とし
ては、斜め成分のようにほとんど探索する必要がない範
囲の探索を行わないことに加えて、良い評価値が得られ
やすい範囲から探索を始め、所定の閾値より良い評価値
が得られれば、そこで探索を打ち切るという手段をとる
ことができる。

【００６１】短い時間内で物体が大きく位置を変える可
能性は低いため、通常良い評価値が得られやすい探索範
囲としては、過去に符号化した同じ位置の現ブロックの
動きベクトルや、静止位置である（０，０）の動きベク
トル、１ブロック前に符号化した動きベクトルを探索の
原点（中心）とする探索範囲をとればよい。そこで、こ
の中心を含む部分探索範囲から探索を始め、周囲の部分
探索範囲を渦巻き状に探索していけば、良い評価値を早
く得られる可能性が高くなる。また、途中で十分な評価
値が得られれば、そこで探索を打ち切っても、それ以降
の探索でさらによい評価値が得られる可能性は低いの
で、符号化結果に悪影響を与えにくい。このようにして
１個の現ブロックの動きベクトル探索のための演算量を
減らすことにより、要な電力消費を抑えることができ
る。

【００６２】本発明の第１の実施の形態について図面を
参照して説明する。図１に本発明の第１の実施の形態に
よる動きベクトル検出回路のブロック図を示す。

【００６３】図１に示す動きベクトル検出回路は、図８
に示す従来例と同じ構成のブロックマッチングプロセッ
サ１１と、現ブロックの画素を供給する現ブロックメモ
リ１２及び参照領域の画素を供給する参照領域メモリ１
３と、現ブロックの読み出しアドレスを生成するアドレ
ス発生器１４と、参照領域の読み出しアドレスを発生す
るアドレス発生器１５と、アドレス発生器１５に部分参
照領域の開始アドレスを与える部分参照領域開始アドレ
ステーブル１６と、ブロックマッチングプロセッサ１１
が出力する評価値の最小値を検出する最小値検出回路１
７と、全体を制御する制御回路１９からなる。

【００６４】図８の従来例では説明を簡単にするため、
現ブロックを水平方向４画素×垂直方向４画素、参照領
域を水平方向８画素×垂直方向８画素として、動きベク
トル探索範囲を水平方向−２〜＋２、垂直方向−２〜＋
２としたが、本実施の形態では、実際に水平方向２画素
精度、垂直方向２画素精度の動きベクトルを検出する場
合を想定し、現ブロックを水平方向８画素×垂直方向８
画素、参照領域を水平方向４０画素×垂直方向２４画
素、すなわち動きベクトル探索範囲を水平方向−１６〜
＋１５、垂直方向−８〜＋７として説明する。また、ブ
ロックマッチングプロセッサ１１も現ブロックの水平方
向画素数と等しい８個のプロセッサエレメントＰＥから
構成されるものとする。

【００６５】図２に本実施の形態による動きベクトル探
索範囲をドットを付して示す。図示のように、本実施の
形態では水平方向−１６〜＋１５、垂直方向−８〜＋７
の動きベクトル探索範囲を水平方向８×垂直方向４の部
分探索範囲で分割し、そのうちの四隅の４個を除く１２
個の部分探索範囲の探索を行う。

【００６６】部分探索範囲における探索は、図２の各部
分探索範囲に付した記号Ｓ１〜Ｓ１２の順に行う。部分
探索範囲の左上隅の動きベクトル候補を（ＶＸ０，ＶＹ
０）とすると、この部分探索範囲に対応する部分参照領
域は（ＶＸ０，ＶＹ０）と（ＶＸ０＋１４，ＶＹ０＋１
０）を対角線とする水平方向１５×垂直方向１１画素の
長方形となる。従って、図２のＳ１〜Ｓ１２に対応する
部分参照領域の左上隅の画素は、参照領域をＲＤi,j
（ｉ＝１〜４０、ｊ＝１〜２４；ｉ，ｊはそれぞれ水平
方向、垂直方向の座標）とすると次の表２のようにな
る。

【００６７】

【表２】 これらの部分参照領域の左上隅の画素のアドレスがＳ１
〜Ｓ１２の順に部分参照領域開始アドレステーブル１６
に格納されている。部分探索範囲の水平方向画素数８と
現ブロックの水平方向画素数８が等しいため、ブロック
マッチングプロセッサ１１は、図８に示す従来例のよう
な遅延線９５が不要で、８個のプロセッサエレメントＰ
Ｅでループを構成している。

【００６８】次に本実施の形態の動作を説明する。制御
回路１９が、現ブロックの第１サイクルを開始するＳＴ
ＡＲＴ信号を出力すると、アドレス発生器１５は部分参
照領域開始アドレステーブル１６からＳ１の開始アドレ
スであるＲＤ1,5を読み出し、ここから水平方向１５×
垂直方向１１画素の長方形の部分参照領域の画素を１行
ずつ読み出すアドレスを参照領域メモリ１３に出力す
る。アドレス発生器１４も１サイクルの開始時に現ブロ
ックメモリ１２に現ブロックＣＤi,j（ｉ，ｊ＝１〜
８）を水平方向１行ずつ読み出すアドレスを出力する。

【００６９】そして、図３に示すように、６４画素期間
を１サイクルとして部分探索範囲の水平方向８個の動き
ベクトル候補を並列に評価する。最初の４サイクルでＳ
１の部分探索範囲の探索が完了し、次の５サイクル目か
らＳ２の部分探索範囲の探索を始める。以下同様に動作
し、４サイクル毎に部分探索範囲の探索が終了し、計４
８サイクルで現ブロックの動きベクトルの探索を完了す
る。なお、部分参照領域開始アドレスの出力は最小値検
出回路１７にも出力され、各部分参照領域内の参照ブロ
ック候補の探索順と合わせて最小の評価値を与える参照
ブロック候補の位置を更新していく。

【００７０】以上のように、図１に示す本発明の動きベ
クトル検出回路は、水平方向−１６〜＋１５、垂直方向
−８〜＋７の動きベクトル探索範囲のうち、斜め成分
（ｖｘ，ｖｙ）（ｖｘ＜−８かつｖｙ＜−４、ｖｘ＜−
８かつｖｙ＞＋３、ｖｘ＞＋７かつｖｙ＜−４、ｖｘ＞
＋７かつｖｙ＞＋３）を含まない範囲の動きベクトル探
索を行うことができる。実際の探索範囲は菱形の探索範
囲を含んでおり、菱形探索範囲より符号化結果が悪くな
ることはないため、符号化した画像の画質の劣化はほと
んど認められない。

【００７１】図１のブロックマッチングプロセッサ１１
は、プロセッサエレメントＰＥを現ブロックの水平方向
１行分の８個としているため、１サイクルで水平方向８
個の参照ブロック候補の評価値を求めている。ここで、
垂直方向の部分探索範囲が４のため、前述したようにプ
ロセッサエレメントＰＥ数を８×２セット＝１６個、ま
たは８×４セット＝３２個まで増やしてもプロセッサエ
レメントＰＥの動作率を１にすることができる。４セッ
ト３２個のプロセッサエレメントＰＥをループにして、
水平方向４行分すなわち３２個の参照ブロック候補を１
サイクルで評価する場合には、図３に示す動作タイミン
グの約１／４の時間で同じ範囲の探索が可能である。

【００７２】なお、本実施の形態では、水平方向８×垂
直方向４の大きさの部分探索範囲を用いたが、動きベク
トル探索範囲が水平方向−１６〜＋１５、垂直方向−８
〜＋７の３２×１６の長方形のため、このほかに水平方
向４×垂直方向２、あるいは水平方向１６×垂直方向４
等の部分探索範囲を用いることも可能である。また、動
きベクトル精度を水平及び垂直方向とも２画素精度とし
たが、水平垂直方向とも１画素精度の場合や、水平方向
２画素、垂直方向１画素精度の場合にも適用するするこ
とができる。

【００７３】上述したように、本実施の形態によれば、
斜め方向の動きベクトル探索範囲を減らして動きベクト
ル探索を行うことができる。この実際の動きベクトル探
索範囲は、図４に示すような菱形探索範囲に近く、符号
化した画像の画質劣化は極めて小さく抑えることができ
る。そして、現ブロックの動きベクトル探索に要する時
間は、図２に示す探索範囲の例では、水平方向−１６〜
＋１５、垂直方向−８〜＋７の長方形の探索範囲をとっ
た場合の３／４、図６に示す探索範囲の例では最大５／
８の探索時間で済み、動作周波数をそれぞれ３／４、５
／８まで下げることが可能となる。

【００７４】ここで、従来の動きベクトル検出回路と本
発明の動きベクトル検出回路で必要な動作周波数につい
て比較する。従来の動きベクトル検出回路では、現ブロ
ックを水平方向ＭＸ画素×垂直方向ＭＹ画素、参照領域
の大きさを水平方向ＮＸ画素×垂直方向ＮＹ画素とした
場合、すなわち現ブロックの参照フレーム上の動きベク
トル探索範囲を水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×垂直方向
（ＮＹ−ＭＹ＋１）の長方形とした場合には、参照ブロ
ック候補の数は（ＮＸ−ＭＸ＋１）×（ＮＹ−ＭＹ＋
１）となる。そして、参照フレーム上の参照ブロック候
補１個の評価値を求めるためには、（ＭＸ×ＭＹ）回の
差分絶対値和の累算が必要である。従って、、現ブロッ
ク１個の動きベクトル探索に必要な差分絶対値和の累算
回数は、（ＮＸ−ＭＸ＋１）×（ＮＹ−ＭＹ＋１）×
（ＭＸ×ＭＹ）回となる。

【００７５】図９に示す１個のプロセッサエレメントＰ
Ｅで１回の差分絶対値和を計算するのに必要な時間（パ
イプライン遅延時間を除いた、例えば図１１の１画素期
間）を１クロック周期とした場合、現ブロック１個の動
きベクトル探索に必要なクロック数を計算すると次のよ
うになる。

【００７６】図８と同様のＭＸ個のプロセッサエレメン
トＰＥからなる１行分の差分絶対値和計算回路をＰセッ
ト含むブロックマッチングプロセッサを用いる場合に
は、パイプライン処理に起因する遅延時間を除けば全プ
ロセッサエレメントＰＥを常に動作させることができ
る。すなわち動作率を１にできるため、現ブロック１個
の動きベクトル探索に必要なクロック数は、概算で、
（ＮＸ−ＭＸ＋１）×（ＮＹ−ＭＹ＋１）×（ＭＸ×Ｍ
Ｙ）／（Ｐ×ＭＸ）クロックとなる。

【００７７】必要な動作周波数は、例えばＮＴＳＣ方式
の動画像を符号化する場合には、水平方向７２０画素×
垂直方向４８０画素からなるフレームを３０枚／秒で符
号化するため、（７２０／１６×４８０／１６×３０）
×（ＮＸ−ＭＸ＋１）×（ＮＹ−ＭＹ＋１）×（ＭＸ×
ＭＹ）／（Ｐ×ＭＸ）となる。これに対して、本発明の
動きベクトル検出回路では、斜め方向の動きベクトル候
補の探索を減らすため、従来必要なクロック数の約３／
４の動作クロック数で済むことになる。

【００７８】本実施例で説明した、２画素精度の動きベ
クトルを水平方向３２、垂直方向１６の探索範囲で検出
する場合（水平方向探索範囲が−３２〜＋３０で２画素
精度、垂直方向探索範囲が−１６〜＋１４で２画素精
度）では、ＭＸ＝ＭＹ＝８、ＮＸ＝４０、ＮＹ＝２４で
あるので、従来例では約１６５／Ｐ［ＭＨｚ］クロック
必要であるのに対し、本発明で必要なクロック数はその
３／４の約１２５／Ｐ［ＭＨｚ］クロックとなる。ま
た、動きベクトル検出精度が水平方向２画素、垂直方向
１画素で、水平方向４８、垂直方向３２の探索範囲で検
出する場合（水平方向探索範囲が−４８〜＋４６で２画
素精度、垂直方向探索範囲が−１６〜＋１５で１画素精
度）では、ＭＸ＝８、ＭＹ＝１６、ＮＸ＝５６、ＮＹ＝
４８となり、従来例では約９９５／Ｐ［ＭＨｚ］クロッ
ク必要であるのに対し、本発明で必要なクロック数は約
７５０／Ｐ［ＭＨｚ］となる。

【００７９】現在の半導体製造技術では、数百［ＭＨ
ｚ］の動作クロックが実現できるので、Ｐ＝４（４×８
個のプロセッサエレメントＰＥ）を採用するとすると、
従来例では約２５０［ＭＨｚ］、本発明では約１９０Ｍ
Ｈｚとなり、動きベクトル検出範囲を広げるほど、本発
明の動きベクトル検出回路の方が実現しやすくなる。

【００８０】次に、本発明の第２の実施の形態について
図面を参照して説明する。図５は本発明の第２の実施の
形態による動きベクトル検出回路の構成を示すブロック
である。この実施の形態では、動きベクトル探索範囲の
うち、斜め成分を減らした範囲の探索をすることに加え
て、得られた評価値を設定した閾値と比較し、閾値より
小さな良い評価値が得られた時点で探索を打ち切り消費
電力を削減する機能を実現している。

【００８１】図５に示す実施の形態は、図１の実施の形
態に、閾値を設定する閾値レジスタ５８を加え、最小値
検出回路５７がブロックマッチングプロセッサ５１から
入力した評価値と閾値レジスタ５８の値を比較し、閾値
より小さな評価値が得られた時点で制御回路５９に制御
信号を出力する構成になっている。本実施の形態の現ブ
ロック、参照領域の大きさ、ブロックマッチングプロセ
ッサの構成は図１と同じである。以下この実施の形態の
動作を説明する。

【００８２】図６は本実施の形態による動きベクトル探
索範囲をドットを付して示したものである。図６におい
ては、図２の動きベクトル探索範囲と同じく水平方向８
×垂直方向４の部分探索範囲を用いるが、図２と異な
り、上下の探索範囲を減らして１０個の部分探索範囲を
用いる。また、部分探索範囲の探索順を、中心の探索範
囲から周辺の探索範囲へ探索するように、渦巻きの形に
Ｓ１からＳ１０を設定している。Ｓ１は探索の原点であ
る動きベクトル候補（０，０）を含むため最初に探索す
る。部分参照領域開始アドレスブーブル５６には以下の
表示３に示す部分参照領域の左上隅の画素のアドレスを
設定する。

【００８３】

【表３】 次に、この実施の形態の動作を説明する。制御回路５９
が現ブロックの第１サイクルを開始するＳＴＡＲＴ信号
を出力すると、アドレス発生器５５は部分参照領域開始
アドレステーブル５６からＳ１の開始アドレスであるＲ
Ｄ17,9を読み出し、ここから水平方向１５×垂直方向１
１画素の長方形の部分参照領域の画素を１行ずつ読み出
すアドレスを参照領域メモリ５３に出力する。アドレス
発生器５４も１サイクルの開始時に現ブロックメモリ５
２に現ブロックＣＤi,j（ｉ，ｊ＝１〜８）を水平方向
１行ずつ読み出すアドレスを出力する。

【００８４】そして、図７に示すように、６４画素期間
を１サイクルとして部分探索範囲の水平方向８個の動き
ベクトル候補を並列に評価する。最初の４サイクルでＳ
１の部分探索範囲の探索が完了し、次の５サイクル目か
らＳ２の部分探索範囲の探索を始める。以下同様に動作
し、計４０サイクルで現ブロックの動きベクトルの探索
を終了する。ただし、最小値検出回路５７はブロックマ
ッチングプロセッサ５１から入力した評価値と閾値レジ
スタ５８の値を常に比較しており、もし閾値より小さな
評価値が得られた場合には制御回路５９に制御信号を出
力する。この場合には、制御回路５９が次のサイクルを
起動するＳＴＡＲＴ信号を出力せず、動きベクトル探索
を打ち切る。

【００８５】以上のように図５に示す本発明の第２の実
施の形態による動きベクトル検出回路は、水平方向−１
６〜＋１５、垂直方向−８〜＋７の動きベクトル探索範
囲のうち、斜め成分（ｖｘ，ｖｙ）（ｖｘ＜−４かつｖ
ｙ＜−４、ｖｘ＜−４かつｖｙ＞＋３、ｖｘ＞＋３かつ
ｖｙ＜−４、ｖｘ＞＋３かつｖｙ＞＋３）を含まない範
囲の動きベクトル探索を行い、探索途中で所定の閾値よ
り良い評価値が得られた場合には動きベクトル探索を停
止することができる。

【００８６】この探索範囲は、菱形の探索範囲をほとん
ど含んでおり、画質に悪影響を与える可能性は小さい。
また、動きベクトル探索は良い評価値が得られる可能性
が高い中心の部分探索範囲から渦巻き状に探索するの
で、動きベクトル探索を停止した場合でも、それ以降の
探索でさらによい評価値が得られる可能性は低く、動き
ベクトル探索に要する消費電力を減らすことができる。

【００８７】なお、図１の実施の形態と同様に、本実施
の形態でもブロックマッチングプロセッサは、１セット
を８個のプロセッサエレメントＰＥとして、２または４
セットのプロセッサエレメントＰＥをループを構成する
ように接続し、探索時間をそれぞれ約１／２、１／４に
することも可能である。

【００８８】以上好ましい実施の形態をあげて本発明を
説明したが、本発明は必ずしも上記実施の形態の内容に
限定されるものではない。

【００８９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の動きベクト
ル検出回路によれば、ベクトル探索範囲のうち検索する
必要のない斜め方向の成分を探索範囲から除くことによ
り、符号化した画像の画質劣化を極めて小さく抑えなが
ら動きベクトル探索に要する時間が短縮されるので、回
路の動作周波数を従来より下げることが可能となる。こ
の結果、回路設計が容易になるという効果が得られる。

【００９０】さらに、動きベクトル探索に要する時間が
短縮されることから、動きベクトル探索のための演算量
を減らし不要な消費電力を極力抑えることができる。

【００９１】また、請求項３の動きベクトル検出回路に
よれば、検索する必要のない斜め方向の成分を探索範囲
から減らすと共に、良い評価値が得られる可能性のある
範囲から検索を開始し、所定の閾値より小さい評価値が
得られた時点で探索を停止することにより、上述した効
果に加えて、現ブロックの多くをさらに短時間で探索す
ることが可能となるため、その分だけ演算量すなわち消
費電力をより大きく減らすことができるという効果が得
られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施の形態による動きベクト
ル検出回路の構成を示すブロック図である。

【図２】 第１の実施の形態による動きベクトル検出回
路の動きベクトル探索範囲を示す図である。

【図３】 第１の実施の形態による動きベクトル検出回
路の動作タイミングチャートである。

【図４】 菱形の動きベクトル探索範囲を示す図であ
る。

【図５】 本発明の第２の実施の形態による動きベクト
ル検出回路の構成を示すブロック図である。

【図６】 第２の実施の形態による動きベクトル検出回
路の動きベクトル探索範囲を示す図である。

【図７】 第２の実施の形態による動きベクトル検出回
路の動作タイミングチャートである。

【図８】 従来の動きベクトル検出回路の構成を示すブ
ロック図である。

【図９】 従来の動きベクトル検出回路で用いられるプ
ロセッサエレメントの構成を示すブロック図である。

【図１０】 従来の動きベクトル検出回路の探索範囲を
示す図である。

【図１１】 従来の動きベクトル検出回路の動作を説明
する動作タイミングチャートである。

【図１２】 従来の動きベクトル検出回路の動きベクト
ル探索全体の動作を説明するタイミングチャートであ
る。

【図１３】 動きベクトルを説明するための図である。

【符号の説明】

１１，５１ ブロックマッチングプロセッサ １２，５２ 現ブロックメモリ １３，５３ 参照領域メモリ １４，１５，５４，５５ アドレス発生器 １６，５６ 部分参照領域開始アドレステーブル １９，５９ 制御回路 １７、５７ 最小値検出回路 ５８ 閾値レジスタ Ｓ１〜Ｓ１２ 部分探索範囲 ９１〜９４ プロセッサエレメント

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向ＭＸ×垂直方向ＭＹ画素の現ブ
   ロックの動きベクトルを水平方向ＮＸ×垂直方向ＮＹ画
   素の参照領域内で検出する動きベクトル検出回路におい
   て、 前記現ブロックの画素を格納する第１のメモリと、 前記第１のメモリからの読み出しアドレスを発生する第
   １のアドレス発生手段と、 前記参照領域の画素を格納する第２のメモリと、 前記第２のメモリに格納された複数の水平方向（ＭＸ＋
   ＫＸ−１）×垂直方向（ＭＹ＋ＫＹ−１）画素からなる
   部分参照領域の位置を指示するテーブルと、 前記テーブルの出力が指示する前記部分参照領域の読み
   出しアドレスを発生する第２のアドレス発生手段と、 前記第１のメモリから出力する前記現ブロックと前記第
   ２のメモリから出力する前記部分参照領域内の各参照ブ
   ロック候補の評価値を求める評価手段と、 前記評価値の最小値を検出する最小値検出手段を備え、 前記各部分参照領域が、水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×
   垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）画素からなる動きベクトル
   探索範囲に内接する水平方向ＫＸ×垂直方向ＫＹ画素の
   部分探索範囲の集合であって、前記動きベクトル探索範
   囲の四隅を含まない前記各部分探索範囲の集合の探索に
   必要な前記参照領域内の画素からなることを特徴とする
   動きベクトル検出回路。
2. 【請求項２】 前記水平方向の画素数ＫＸが、ＫＸ≧Ｍ
   Ｘを満たし、かつ（ＮＸ−ＭＸ＋１）の約数となるよう
   に設定し、前記垂直方向の画素数ＫＹが、（ＮＹ−ＭＹ
   ＋１）の約数となるように設定したことを特徴とする請
   求項１に記載の動きベクトル検出回路。
3. 【請求項３】 水平方向ＭＸ画素×垂直方向ＭＹ画素の
   現ブロックの動きベクトルを水平方向ＮＸ画素×垂直方
   向ＮＹ画素の参照領域内で検出する動きベクトル検出回
   路において、 前記現ブロックの画素を格納する第１のメモリと、 前記第１のメモリからの読み出しアドレスを発生する第
   １のアドレス発生手段と、 前記参照領域の画素を格納する第２のメモリと、 前記第２のメモリに格納された複数の水平方向（ＭＸ＋
   ＫＸ−１）×垂直方向（ＭＹ＋ＫＹ−１）画素からなる
   部分参照領域の位置を指示するテーブルと、 前記テーブルの出力が指示する前記部分参照領域の読み
   出しアドレスを発生する第２のアドレス発生手段と、 前記第１のメモリから出力する前記現ブロックと前記第
   ２のメモリから出力する前記部分参照領域内の各参照ブ
   ロック候補の評価値を求める評価手段と、 前記評価値の所定の閾値を格納する閾値格納手段と、 前記評価手段からの前記評価値を前記閾値格納手段の前
   記閾値と比較することにより、前記評価値の最小値を検
   出する最小値検出手段とを備え、 前記各部分参照領域が、水平方向（ＮＸ−ＭＸ＋１）×
   垂直方向（ＮＹ−ＭＹ＋１）の画素からなる動きベクト
   ル探索範囲に内接する水平方向ＫＸ×垂直方向ＫＹ画素
   からなる部分探索範囲の集合であって、前記動きベクト
   ル探索範囲の四隅を含まない前記各部分探索範囲の集合
   の探索に必要な前記参照領域内の画素からなり、 前記テーブルは、前記部分参照領域における前記部分探
   索範囲の読み出し順を設定し、 前記第２のメモリから読み出した前記部分参照領域内の
   前記参照ブロック候補の前記評価値が前記閾値より小さ
   い場合に、前記読み出し順においてそれ以降の前記部分
   参照領域の前記各参照ブロック候補の探索を停止するこ
   とを特徴とする動きベクトル検出回路。
4. 【請求項４】 前記水平方向の画素数ＫＸが、ＫＸ≧Ｍ
   Ｘを満たし、かつ（ＮＸ−ＭＸ＋１）の約数となるよう
   に設定し、前記垂直方向の画素数ＫＹが、（ＮＹ−ＭＹ
   ＋１）の約数となるように設定したことを特徴とする請
   求項３に記載の動きベクトル検出回路。
5. 【請求項５】 前記テーブルに、前記動きベクトル探索
   の中心を含む前記部分探索範囲から順に周囲の前記部分
   探索範囲に向かって渦巻き状に探索する順に、前記部分
   参照領域における前記部分探索範囲の読み出し順を設定
   したことを特徴とする請求項３に記載の動きベクトル検
   出回路。