JP2869142B2 - Image motion detection method - Google Patents

Image motion detection method

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JP2869142B2
JP2869142B2 JP12661390A JP12661390A JP2869142B2 JP 2869142 B2 JP2869142 B2 JP 2869142B2 JP 12661390 A JP12661390 A JP 12661390A JP 12661390 A JP12661390 A JP 12661390A JP 2869142 B2 JP2869142 B2 JP 2869142B2
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【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は動画像の信号処理、特にフレーム間予測に
おける動き補償のための画像の動き検出方法に関するも
のである。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to signal processing of a moving image, and more particularly to a method of detecting a motion of an image for motion compensation in inter-frame prediction.

(従来の技術) 従来、動画像の高能率符号化においては符号化効率の
改善のためにフレーム間予測を用いることがある。単純
なフレーム間予測による動画像の符号化伝送は前画面と
の差異、つまり画像の変化した部分を符号化伝送する方
式である。従って、フレーム間予測符号化は静止画像に
対する符号化効率は非常に高いが、動きの大きい画像に
対する符号化効率は大幅に低下する。これを克服するた
めに、動きの速さおよび方向に適応した予測すなわち動
き補償フレーム間予測が必要となる。
2. Description of the Related Art Conventionally, in high-efficiency coding of a moving image, inter-frame prediction is sometimes used to improve coding efficiency. The encoding and transmission of a moving image by simple inter-frame prediction is a method of encoding and transmitting a difference from a previous screen, that is, a changed part of an image. Therefore, the coding efficiency of the inter-frame predictive coding for a still image is very high, but the coding efficiency for an image with a large motion is greatly reduced. In order to overcome this, prediction adapted to the speed and direction of motion, that is, motion compensated inter-frame prediction is required.

動き補償フレーム間予測を行うためには、入力画像の
動き、すなわち画面内の被写体がどちらの方向にどれだ
け動いたかを検出、つまり動きベクトルを検出する必要
がある。例えば、「画像伝送における高能率符号化技
術」(株式会社トリケップス(昭和62−3−31P.217−2
21)に、ブロック単位で動きベクトルを検出する“ブロ
ックマッチング方式”およびその演算量の削減を目的と
した“多段階動ベクトル検出の原理”について説明され
ている。
In order to perform motion-compensated inter-frame prediction, it is necessary to detect the motion of the input image, that is, how much the subject in the screen has moved in which direction, that is, to detect a motion vector. For example, "High Efficiency Coding Technology in Image Transmission" (Trickeps Co., Ltd. (Showa 62-3-31 P.217-2)
21) describes the “block matching method” for detecting a motion vector in block units and the “principle of multi-step motion vector detection” for the purpose of reducing the amount of calculation.

ブロックマッチング方式による動きベクトルの検出と
は、第2図に示すようにこれから符号化しようとするフ
レーム内のブロックAと符号化済みの前フレーム内に存
在する最も一致するブロックBを求めることである。こ
こでブロックサイズをmライン×n画素、動きベクトル
探索範囲を±Jライン/フレーム・±K画素/フレーム
とすると、総数(2J+1)・(2K+1)通りの試行ベク
トルに対して、ブロック内の全画素のフレーム間差分の
絶対値または2乗値を求め、それらの総和に大小より評
価する。すなわち各試行ベクトルについて、ブロック内
総画素のフレーム間差分の絶対値または2乗値の総和を
比較して、最少であった試行ベクトルのブロックが“最
も一致するブロック”と判定されるのである。
The detection of a motion vector by the block matching method is to find a block A in a frame to be coded and a block B that is the same as a block B in a coded previous frame, as shown in FIG. . Here, assuming that the block size is m lines × n pixels and the motion vector search range is ± J lines / frame · ± K pixels / frame, the total number of (2J + 1) · (2K + 1) trial vectors is The absolute value or the square value of the inter-frame difference of the pixel is obtained, and the sum thereof is evaluated from the magnitude. That is, for each trial vector, the absolute value or the sum of the square values of the inter-frame differences of the total pixels in the block are compared, and the block of the trial vector that is the smallest is determined to be the “best matching block”.

このように、ブロックマッチング方式により1ブロッ
ク当りの動きベクトルを求めるための演算総数は、差分
演算・差分結果の絶対値演算および累積演算が必要であ
り (2J+1)×(2K+1)×(m×n)×3回 となるのである。
As described above, the total number of operations for obtaining a motion vector per block by the block matching method requires the difference operation, the absolute value operation of the difference result, and the accumulation operation, and requires (2J + 1) × (2K + 1) × (m × n ) × 3 times.

ここで、このブロックマッチング方式の動き検出回路
の構成例を第3図に示して説明を追加する。1は現フレ
ームの輝度信号を記憶するメモリ回路(以下現フレーム
メモリという)、2は1フレーム時間前の前フレーム輝
度信号を記憶する別のメモリ回路(以下前フレームメモ
リという)、3は現フレームメモリ1および前フレーム
メモリ2より読み出された輝度信号P,Qの差分を画素毎
に求める差分演算回路、4はその差分Rの絶対値を求め
る絶対値回路、5はその絶対値Sの1ブロック分の和を
累計する累計回路である。6は累計結果Tを格納するレ
ジスタであるが、各試行ベクトル毎に前回の結果と大小
比較回路7により判定し、前回より小さい場合のみその
値を格納すべく、クロック発生回路8が書き込みクロッ
クを発生しレジスタ6の内容が最小値に更新されていく
のである。
Here, an example of the configuration of the motion detection circuit using the block matching method is shown in FIG. 1 is a memory circuit for storing a luminance signal of the current frame (hereinafter referred to as a current frame memory), 2 is another memory circuit for storing a previous frame luminance signal one frame time earlier (hereinafter referred to as a previous frame memory), and 3 is a current frame memory. A difference calculation circuit for obtaining the difference between the luminance signals P and Q read from the memory 1 and the previous frame memory 2 for each pixel, 4 is an absolute value circuit for obtaining the absolute value of the difference R, and 5 is 1 of the absolute value S. This is an accumulation circuit for accumulating the sum of blocks. Reference numeral 6 denotes a register for storing the cumulative result T. The clock generation circuit 8 determines the previous result and the magnitude comparison circuit 7 for each trial vector. Then, the contents of the register 6 are updated to the minimum value.

9はアドレス発生回路であり、動きベクトルを検出し
ようとするブロック内の全画素のデータを読み出すべく
アドレスを発生し現フレームメモリ1に供給すると同時
に、前フレームメモリ2へは試行ベクトル発生器10が発
生する試行ベクトル分だけ、アドレス移動回路11により
平行移動したアドレスが供給される。
Reference numeral 9 denotes an address generation circuit which generates an address for reading data of all pixels in a block from which a motion vector is to be detected and supplies the address to the current frame memory 1 and a trial vector generator 10 to the previous frame memory 2. The address shifted by the address shift circuit 11 is supplied by the amount of the generated trial vector.

0(ゼロ)ベクトルを含む何通りかの試行ベクトルに対
してフレーム間差分の絶対値の累計を求めると、その累
計値が前述のごとく前回までの試行ベクトルに対する場
合よりも小さい場合のみ、クロック発生回路8が書き込
みクロックを発生するため、最後には、最も一致したベ
クトルが最適ベクトル記憶レジスタ12に格納され、端子
13より動きベクトルを出力する。
When the sum of the absolute values of the inter-frame differences is calculated for several trial vectors including the 0 (zero) vector, clock generation is performed only when the cumulative value is smaller than that for the previous trial vector as described above. Since the circuit 8 generates the write clock, finally, the best matching vector is stored in the optimum vector storage register 12, and
13 outputs a motion vector.

こうして、ブロックマッチング方式により、動き検出
を行うことができるのであるが、探索範囲内のとりうる
すべての試行ベクトルに対して、やみくもに探索を実行
すると、動きベクトル探索範囲が±Jライン/フレーム
・±K画素/フレームの場合、総数(2J+1)・(2K+
1)通りの試行ベクトルが存在し、探索範囲を、±7ラ
イン/フレーム・±7画素/フレームに限定しても試行
回数は225回にもなる。
In this way, motion detection can be performed by the block matching method. However, if the search is blindly performed for all possible trial vectors within the search range, the motion vector search range becomes ± J lines / frame. In the case of ± K pixels / frame, the total number (2J + 1) · (2K +
Even if 1) different trial vectors are present and the search range is limited to ± 7 lines / frame · ± 7 pixels / frame, the number of trials becomes 225.

多段階ベクトル検出法は、この試行回数を削減する一
方法であり、第4図に多段階ベクトル検出の原理を3段
階検出を例に示す。
The multi-step vector detection method is one method for reducing the number of trials, and FIG. 4 shows the principle of multi-step vector detection using three-step detection as an example.

まず、第1段階では、例えば動き補償無しと等価な0
(ゼロ)ベクトルを中心に図示のように配置された8つ
の代表試行ベクトルを定め、この試行ベクトルに対し
て、前述のブロックマッチングにより、最も類似度の高
いベクトルを検出し、これを仮の動きベクトル(▲
▼)とする。第2段階では、求めるべき真の動きベクト
ルはこの仮の動きベクトル周辺に存在するはずであると
判断して、この仮の動きベクトルを中心にして更に空間
的に密な8つの代表試行ベクトルを定め、ブロックマッ
チングにより最も類似度が高いベクトルを検出し、これ
を第2の仮の動きベクトル(▲▼)とする。第3段
階は第2段階と同様な手順により第3のベクトル(▲
▼)を検出し、求めるべき真の動きベクトル()を
得ることができる。
First, in the first stage, for example, 0 is equivalent to no motion compensation.
Eight representative trial vectors arranged as shown in the figure around the (zero) vector are determined, and a vector having the highest similarity is detected from the trial vectors by the above-described block matching, and this is determined as a tentative motion. Vector (▲
▼). In the second stage, it is determined that the true motion vector to be obtained should exist around this temporary motion vector, and eight more spatially dense representative trial vectors are centered on the temporary motion vector. Then, a vector having the highest similarity is detected by block matching, and this is set as a second temporary motion vector (▲). In the third stage, the third vector (▲
▼) can be detected to obtain a true motion vector () to be obtained.

この例では、25回の試行回数で±7ライン/フレーム
・±7画素/フレームの探索範囲の動きベクトルの検出
が可能であり、前述のように、やみくもに試行した場合
と比較すると、試行回数を1/9に削減することができた
わけである。
In this example, it is possible to detect a motion vector within a search range of ± 7 lines / frame and ± 7 pixels / frame with 25 trials, and as described above, the number of trials is smaller than that of blind trial. Was reduced to 1/9.

(発明が解決しようとする課題) しかし、以上述べたように、ブロックマッチングによ
る動きベクトルの検出方法においては、膨大な演算量が
必要であり、メモリからの読みだしに要する時間から
も、実時間で探索できる範囲または試行ベクトル数が制
限される欠点があった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, as described above, the method of detecting a motion vector by block matching requires an enormous amount of computation, and the time required for reading from the memory is reduced to the real time. However, there is a disadvantage that the search range or the number of trial vectors is limited.

また、以上述べた演算量削減のための多段階ベクトル
検出法においては、第1段階において検出した最適ベク
トルが、第1段階における候補の他の8ベクトルよりも
真のベクトルに近い保証はなく、第1段階において検出
したベクトルの周辺に真のベクトルが存在しない場合が
ある。たとえば、1画素毎または1ライン毎に白黒白黒
と繰返すような空間周波数帯域が広い画質の場合等は、
第1段階のある試行ベクトルが真のベクトルに最も近く
ても、たまたま、真のベクトルと1画素または1ライン
ずれていたために、大きなフレーム間差分が検出され、
その試行ベクトルは類似度が低いと判定されてしまい、
別の試行ベクトルが選ばれる。その場合は、第2段階お
よび第3段階の探索の甲斐なく、真の動きベクトルの検
出ができないという欠点があった。
Also, in the multi-stage vector detection method for reducing the amount of computation described above, there is no guarantee that the optimal vector detected in the first stage is closer to the true vector than the other eight vectors in the first stage. There may be no true vector around the vector detected in the first stage. For example, in the case of an image quality having a wide spatial frequency band where black and white and black and white are repeated for each pixel or line,
Even if the trial vector in the first stage is closest to the true vector, a large inter-frame difference is detected because it happened to be off by one pixel or line from the true vector,
The trial vector is determined to have low similarity,
Another trial vector is chosen. In that case, there is a drawback that the true motion vector cannot be detected without the search in the second and third stages.

この発明は以上述べた「ブロックマッチングによる動
きベクトルの検出方法においては、膨大な演算量が必要
であり、メモリからの読みだしに要する時間からも、実
時間で探索できる範囲または試行ベクトル数が制限され
る欠点」と、「演算量削減のための多段階ベクトル検出
法においては、例えば3段階検出の場合、第1段階およ
び第2段階における誤判定により真のベクトル検出がで
きなく問題点」を同時に解決し、高速ながら正確な動き
ベクトルの検出を可能にする画像の動き検出方法を提供
することを目的とする。
The present invention provides a method for detecting a motion vector by block matching as described above, which requires an enormous amount of computation, and the range that can be searched in real time or the number of trial vectors is limited due to the time required for reading from memory. And the "multi-step vector detection method for reducing the amount of computation, for example, in the case of three-step detection, a problem that a true vector cannot be detected due to erroneous determination in the first and second steps" It is an object of the present invention to provide a method for detecting a motion of an image which solves the problem at the same time and enables accurate detection of a motion vector at high speed.

(課題を解決するための手段) この発明は上記目的を達成するため、第1段階として
空間的に疎に配置された試行ベクトル中より類似度の高
い仮のベクトルをブロックマッチングで検出し、第2段
階で第1段階で検出された仮のベクトル周辺に第1段階
の場合より密に配置された試行ベクトル中より更に真の
ベクトルに近い仮のベクトルをブロックマッチングで検
出し、以下同様にして第N段階で真のベクトルを検出す
る多段階検出法による画像の動き検出方法において、入
力画像データの空間的な周波数帯域を対応する段階の試
行ベクトルの空間的な配置が疎になるほど制限するフィ
ルタと、前記フィルタからの画像データを対応する段階
の試行ベクトルの空間的な配置が疎になるほどサブサン
プル数を減じてサブサンプリングするサブサンプリング
手段と、前記サブサンプリングされた画像データをブロ
ックマッチングのための画像データとして記憶するメモ
リとを第N段階を除く各段階に対応してそれぞれ設け、
前記入力画像データをブロックマッチングのための画像
データとして記憶するメモリを第N段階に対応して設
け、前記各フィルタによる周波数帯域の制限、各サブサ
ンプリング手段によるサブサンプリング、各メモリへの
画像データの書き込みと読み出しを各段階ごとに並行し
て実行し、ブロックマッチングを行うものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, according to the present invention, as a first step, a temporary vector having a higher similarity than a spatially sparsely arranged trial vector is detected by block matching. In the two steps, a temporary vector closer to the true vector is detected by block matching around the temporary vector detected in the first step than in the trial vectors arranged more densely in the first step, and so on. In an image motion detection method using a multi-stage detection method for detecting a true vector in an N-th stage, a filter for limiting the spatial frequency band of input image data as the spatial arrangement of trial vectors in the corresponding stage becomes sparser And sub-sampling by reducing the number of sub-samples as the spatial arrangement of the trial vectors at the corresponding stage of the image data from the filter becomes sparser. Sampling means and a memory for storing the sub-sampled image data as image data for block matching are provided for each stage except the N-th stage,
A memory for storing the input image data as image data for block matching is provided corresponding to the Nth stage, and the frequency band is limited by each of the filters, the subsampling is performed by each subsampling unit, and the image data is stored in each memory. Writing and reading are performed in parallel at each stage, and block matching is performed.

(作用) 入力画像データは各段階のフィルタにより対応する段
階の試行ベクトルの空間的間隔に応じて空間的な周波数
帯域を制限されブロックマッチングの対象とされる。こ
れにより、誤ったベクトルを選択する危険性が減り、真
のベクトルを検出する精度が向上する。
(Operation) The input image data is subjected to block matching by limiting the spatial frequency band according to the spatial interval of the trial vector at the corresponding stage by the filter at each stage. This reduces the risk of selecting the wrong vector and improves the accuracy of detecting the true vector.

また、各段階のフィルタにより空間的な周波数帯域を
制限された画像データは各サブサンプリング手段により
サブサンプリングをされ、ブロックマッチングの対象と
される。このとき、サブサンプル数を対応する段階の試
行ベクトルの空間的間隔に応じて減らしているので、サ
ブサンプリングをされた画像データを記憶するメモリ容
量を小さくすることができるとともに各段階におけるベ
クトルの探索に要する時間を大幅に削減することができ
る。
The image data whose spatial frequency band is limited by the filters at each stage is subjected to sub-sampling by each sub-sampling unit, and is subjected to block matching. At this time, since the number of subsamples is reduced according to the spatial interval of the trial vector at the corresponding stage, the memory capacity for storing the subsampled image data can be reduced, and the vector search at each stage is performed. Can be greatly reduced.

また、上記各メモリは各段階ごとに独立して設けてい
るので、各段階でのベクトル探索を並行して実行できる
のでベクトル検出の高速化またはベクトル探索範囲の拡
張が可能となる。
Further, since each memory is provided independently for each stage, vector search at each stage can be executed in parallel, so that vector detection can be speeded up or the vector search range can be expanded.

(実施例) 第1図はこの発明の実施例を示す系統図であって、
「ビデオ信号入力端子」100からのビデオ信号入力は
「空間フィルタ(1)」101を介して第1段階用「現フ
レームメモリ(1)」102に、「空間フィルタ(2)」2
01を介して第2段階用「現フレームメモリ(2)」202
に、またそのまま第3段階用「現フレームメモリ
(3)」302に書き込まれる。書き込まれる前の「現フ
レームメモリ(1)」102、「現フレームメモリ
(2)」202および「現フレームメモリ(3)」302のデ
ータは同時に各々「前フレームメモリ(1)」103、
「前フレームメモリ(2)」203および「前フレームメ
モリ(3)」303にシフトさせるようにデータパスが設
けられている。
(Embodiment) FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention,
The video signal input from the “video signal input terminal” 100 is sent to the “current frame memory (1)” 102 for the first stage via the “spatial filter (1)” 101 and the “spatial filter (2)” 2
"Current frame memory (2)" 202 for the second stage via 01
Is written to the “current frame memory (3)” 302 for the third stage. The data of the “current frame memory (1)” 102, the “current frame memory (2)” 202 and the “current frame memory (3)” 302 before being written are simultaneously “previous frame memory (1)” 103,
A data path is provided to shift to “previous frame memory (2)” 203 and “previous frame memory (3)” 303.

「ブロックマッチング回路(1)」104、「ブロック
マッチング回路(2)」204、および「ブロックマッチ
ング回路(3)」304が各段階用の「現フレームメモ
リ」から読み出されたデータと「前フレームメモリ」か
ら読み出されたデータを受け、ブロックマッチングのた
めの類似度評価のためにフレーム間差分の絶対値のブロ
ック分の累計値演算を行う。
The “block matching circuit (1)” 104, the “block matching circuit (2)” 204, and the “block matching circuit (3)” 304 determine the data read from the “current frame memory” for each stage and the “previous frame”. In response to the data read from the "memory", a cumulative total operation for blocks of absolute values of inter-frame differences is performed for similarity evaluation for block matching.

300は「動きベクトル検出のための制御回路」であ
り、各段階用に各ブロックのデータを「現フレームメモ
リ」および「前フレームメモリ」から読み出すべく、そ
れらのメモリ回路に読み出しアドレスを与える。すなわ
ち「動きベクトル検出のための制御回路」300のA1,A2お
よびA3より各段階用の現フレーム読み出しアドレスが出
力され、B1,B2およびB3より各段階用の前フレーム読み
出しアドレスが出力される。
Reference numeral 300 denotes a "control circuit for detecting a motion vector", which provides a read address to each memory circuit for reading data of each block from the "current frame memory" and the "previous frame memory" for each stage. That is, the current frame read address for each stage is output from A1, A2, and A3 of the "control circuit for motion vector detection" 300, and the previous frame read address for each stage is output from B1, B2, and B3.

前フレームの読み出しアドレス(B1),(B2),(B
3)は各ブロックの各段階における動きベクトルの探索
毎に、その試行ベクトルに対して試行ベクトル分だけア
ドレスをシフトして出力され、「ブロックマッチング回
路(1)」104,「ブロックマッチング回路(2)」20
4、および「ブロックマッチング回路(3)」304は試行
毎のフレーム間差分の絶対値のブロック分の累計値を
「動きベクトル検出のための制御回路」300のC1,C2,C3
に入力する。「動きベクトル検出のための制御回路」30
0は試行毎にその累計値を比較し、類計値の最も小さい
試行ベクトルを検出し、最も類似度の高いベクトルを決
定する、いわゆるブロックマッチングを実行する。
Read address (B1), (B2), (B
3) is output by shifting the address of the trial vector by the trial vector for each search of the motion vector at each stage of each block, and outputs the “block matching circuit (1)” 104 and the “block matching circuit (2). ) "20
4, and the “block matching circuit (3)” 304 calculates the cumulative value of the block of the absolute value of the inter-frame difference for each trial in C1, C2, C3 of the “control circuit for motion vector detection” 300
To enter. "Control circuit for motion vector detection" 30
A value of 0 performs a so-called block matching in which the total value is compared for each trial, a trial vector having the smallest analog value is detected, and a vector having the highest similarity is determined.

この実施例では、3段階ベクトル検出により動きベク
トルを検出するが、第1段階においては、空間的に最も
疎に配置された仮の試行ベクトルについて、ブロックマ
ッチングによる動きベクトル検出を行う。
In this embodiment, a motion vector is detected by three-stage vector detection. In the first stage, a motion vector is detected by block matching for a tentative trial vector that is spatially sparsely arranged.

試行ベクトルの配置を第5図の説明図に示す。第1段
階の試行ベクトルは第5図のように、0(ゼロ)を中心
として、4画素・4ライン間隔で49点配置されている。
The arrangement of trial vectors is shown in the explanatory diagram of FIG. As shown in FIG. 5, 49 trial vectors of the first stage are arranged at 0 pixels (zero) at intervals of 4 pixels and 4 lines.

第2段階では、第1段階で最も類似度が高いと判断し
た仮のベクトルを中心に、2画素・2ライン間隔に配
置された、中心を含む9点の試行ベクトルについて、ブ
ロックマッチングにより更に類似度が高いと判断できる
仮のベクトルを検出し、真のベクトルはQの周辺に存
在する筈であると判断する。
In the second stage, nine trial vectors including the center, which are arranged at 2-pixel / 2-line intervals and centered on the temporary vector determined to have the highest similarity in the first stage, are further similarized by block matching. A temporary vector that can be determined to be high is detected, and it is determined that a true vector should exist around Q.

第3段階では、Qを中心に中心を含んで1画素・1ラ
イン精度で9点のベクトルを評価し、例えば、Rの場合
に類似度が最高と判定され、真のベクトルが決定す
る。
In the third stage, nine vectors are evaluated with one-pixel / one-line accuracy including the center with respect to Q. For example, in the case of R, the similarity is determined to be the highest, and a true vector is determined.

この実施例においては、第1段階または第2段階で誤
った判定を行う可能性があるという従来の欠点を改良す
るために、第1段階用および第2段階用のフレーム間差
分を求める画素データの空間周波数帯域を制限すべく、
「ビデオ信号入力端子」100と「現フレームメモリ」の
間に各々「空間フィルタ(1)」101および「空間フィ
ルタ(2)」201が挿入されており、試行ベクトルが空
間的に疎に配置されるほど帯域を制限すると同時に試行
ベクトルの空間的距離に対応させて画素データのサンプ
ル数も減らすようにしている。
In this embodiment, in order to improve the conventional disadvantage that an erroneous determination may be made in the first stage or the second stage, the pixel data for calculating the inter-frame difference for the first stage and the second stage is improved. To limit the spatial frequency band of
A “spatial filter (1)” 101 and a “spatial filter (2)” 201 are inserted between the “video signal input terminal” 100 and the “current frame memory”, respectively, and the trial vectors are spatially sparsely arranged. The number of samples of the pixel data is reduced in accordance with the spatial distance of the trial vector while limiting the band as much as possible.

第1段階用、第2段階用および第3段階用の「現フレ
ームメモリ」または「前フレームメモリ」に書き込まれ
るビデオデータの空間的なサンプル点の配置を第6図の
説明図に示す。
FIG. 6 is an explanatory diagram of the spatial arrangement of sample points of video data written in the "current frame memory" or the "previous frame memory" for the first stage, the second stage, and the third stage.

先ず第1段階用のデータとして、周囲16の×印で示さ
れる原信号のサンプル点に対して、1つの□印のサンプ
ルデータで代表する。すなわち、標本化定理を満たすべ
く空間周波数帯域を制限した後、水平方向には原信号4
画素、垂直方法には原信号4ライからなる16点に対し、
1点の割合でサブサンプルする。
First, as the data for the first stage, one sample data of the square mark is representative of the sample points of the original signal indicated by the crosses 16 around 16. That is, after limiting the spatial frequency band to satisfy the sampling theorem, the original signal 4
For the pixel, 16 points consisting of 4 lines of the original signal in the vertical method,
Subsample at a rate of one point.

同様に、第2段階用のデータとして、周囲4の×印で
示される原信号のサンプル点に対し、1つの○印のサン
プルデータで代表する。すなわち、同様に標本化定理を
満たすべく空間周波数帯域を制限した後、水平方向には
原信号2画素、垂直方向には原信号2ラインからなる4
点に対し、1点の割合でサブサンプルする。
Similarly, as the data for the second stage, one sample data of a circle is represented by a sample point of the original signal indicated by a cross in the vicinity 4. That is, similarly, after limiting the spatial frequency band to satisfy the sampling theorem, the original signal is composed of two pixels of the original signal in the horizontal direction and two lines of the original signal in the vertical direction.
Subsample one point at a time.

第3段階用には、×印で示した原信号を用いる。 For the third stage, the original signal indicated by the symbol x is used.

第1段階や2段階の空間的に疎に配置された試行ベク
トルのブロックマッチングのためには、ベクトルの配置
の精度に応じてデータの空間周波数帯域が制限されてい
るため、ベクトル検出の精度とデータの空間周波数帯域
の不釣合のために生じるベクトル誤検出が減少する筈で
ある。前述の1画素毎の白黒画像は、空間周波数帯域が
制限された結果灰色データの意味をもつため、真のベク
トルから1画素ずれていても大きなフレーム間差分が検
出されることはない。
For block matching of spatially sparsely arranged trial vectors in the first and second stages, the spatial frequency band of the data is limited according to the accuracy of the vector arrangement. Vector false positives due to unbalanced spatial frequency bands of the data should be reduced. The black-and-white image for each pixel described above has the meaning of gray data as a result of the limited spatial frequency band, so that no large inter-frame difference is detected even if the pixel is shifted by one pixel from the true vector.

また、第1段階および第2段階の1ブロックあたりの
サンプル数が減ったおかげで、第1段階および第2段階
用のフレームメモリは容量が小さくてもよく、各々独立
したメモリ回路を設けることの代価は多くはなく、この
実施例では、各段階用に独立したフレームメモリを設
け、その結果各段階の探索を並列処理することが可能で
ある。
Also, thanks to the reduced number of samples per block in the first stage and the second stage, the frame memories for the first stage and the second stage may have a small capacity, and it is necessary to provide independent memory circuits. There is not much price, and in this embodiment, an independent frame memory is provided for each stage, and as a result, the search of each stage can be performed in parallel.

ブロックあたりのサンプル数の削減は、同時に、ブロ
ックマッチングの評価のためのフレームメモリからの、
1試行ベクトルあたりに必要な読み出し回数を削減する
ことになる。
The reduction in the number of samples per block, at the same time, from the frame memory for evaluation of block matching,
The number of times of reading required per trial vector is reduced.

そのため、この実施例では第1段階の1試行ベクトル
あたりの読みだし時間が従来の1/16になることを利用し
て探索範囲を大幅に拡張し、試行ベクトル数を49点に増
やしても、探索時間は従来よりも短くなる。第7図
(A)はこの実施例におけるベクトル検出に要する時間
を図示したものであり、w1、w2、…はビデオデータをフ
レームメモリに書き込む時間、a1、a2、…は第1段階に
おけるブロックマッチングのために、フレームメモリよ
りデータを読み出す時間、同様にb1、b2、…およびc1、
c2、…は第2段階および第3段階におけるブロックマッ
チングのためにフレームメモリよるデータを読み出す時
間であり、ブロックマッチングのブロックの大きさが16
画素×16ラインの場合、a1は、16×49クロックで、b1は
64×9クロックで、c1は256×9クロック分である。
Therefore, in this embodiment, the search range is greatly extended by using the fact that the reading time per trial vector in the first stage is 1/16 of the conventional one, and even if the number of trial vectors is increased to 49 points, The search time is shorter than before. FIG. 7A shows the time required for vector detection in this embodiment, where w1, w2,... Are the times for writing video data to the frame memory, and a1, a2,. For reading data from the frame memory, as well as b1, b2, ... and c1,
.., c2,... are time periods for reading data from the frame memory for block matching in the second and third stages.
In the case of a pixel x 16 lines, a1 is 16 x 49 clocks and b1 is
With 64 × 9 clocks, c1 is for 256 × 9 clocks.

さらに、第7図(B)に示すように、第1段階、第2
段階、第3段階のブロックマッチングを時間的に並列処
理することができ、さらに高速に動きベクトルが検出可
能となる。
Further, as shown in FIG.
The block matching of the third and third stages can be temporally parallel-processed, and the motion vector can be detected at a higher speed.

この場合は当然、第8図の系統図に示すように、第
2、第3段階用にはフレームメモリに書込むデータを各
々、d1、d2遅延させるために、「遅延回路」205、305を
「ビデオ信号入力端子」100と「現フレームメモリ」の
間に挿入する。
In this case, as shown in the system diagram of FIG. 8, the "delay circuits" 205 and 305 are used to delay the data to be written into the frame memory for the second and third stages by d1 and d2, respectively. Insert between the “video signal input terminal” 100 and the “current frame memory”.

(発明の効果) 以上、詳細に説明したように、この発明によれば、 (1) ブロックマッチングによる動きベクトルの検出
において、多段階検出法を改良して空間的に疎に配置さ
れた試行ベクトルの類似度を評価する場合には、フレー
ム間差分を求めるためのビデオデータも空間的な周波数
帯域を制限してサブサンプリングするようにしたため、
第1段階および第2段階で誤ったベクトルを選択する危
険性が減り、真のベクトルを検出する精度が向上したの
で、この発明による動きベクトル検出方法により検出し
た動きベクトルを用いて、動画像高能率符号化における
動き補償フレーム間予測を行うと、フレーム間符号化の
効率が改善される(検出精度の向上)。
(Effects of the Invention) As described above in detail, according to the present invention, (1) in detecting a motion vector by block matching, a multi-stage detection method is improved and spatially sparsely arranged trial vectors In the case of evaluating the similarity of, video data for obtaining the difference between frames is also subjected to subsampling by limiting the spatial frequency band,
Since the risk of selecting an erroneous vector in the first stage and the second stage is reduced and the accuracy of detecting a true vector is improved, a moving image height is detected using the motion vector detected by the motion vector detecting method according to the present invention. Performing motion compensation inter-frame prediction in efficiency coding improves the efficiency of inter-frame coding (improves detection accuracy).

(2) また第1段階における、ブロックマッチングに
用いるビデオデータのサンプル数が1/16になったので、
従来の技術で説明した多段階検出法による場合と比較し
て第1段階で探索可能な試行ベクトル数を同一時間内で
16倍にすることが可能となった。あるいは同一ベクトル
数であれば、1/16の時間で探索できるようになった。こ
の例では、第1段階での試行ベクトルを49に設定したに
もかかわらず第1段階、第2段階、第3段階と順次処理
してもその合計処理時間であるメモリ読み出しサイクル
はa1+b1+c1であるので 16×49+64×9+256×9=3664(サイクル) となり、従来の方法で第1段階の試行ベクトル数9の場
合のメモリ読み出しサイクル 256×(9+8+8)=6400(サイクル)と比較す
ると、ベクトル探索範囲を面積的に4倍に広げることが
可能になった上、探索処理時間も約57%に短縮された事
になる(高速化)。
(2) Since the number of video data samples used for block matching in the first stage is 1/16,
The number of trial vectors that can be searched for in the first stage is compared with the case of the multi-stage detection method described in the related art in the same time.
It became possible to increase 16 times. Or, if the number of vectors is the same, search can be performed in 1/16 of the time. In this example, even if the trial vector in the first stage is set to 49, even if the first stage, the second stage, and the third stage are sequentially processed, the memory read cycle which is the total processing time is a1 + b1 + c1. Thus, 16 × 49 + 64 × 9 + 256 × 9 = 3664 (cycles). Compared with the memory read cycle of 256 × (9 + 8 + 8) = 6400 (cycles) in the case of the first-stage trial vector number of 9, the vector search range Can be expanded four times in area, and the search processing time has been reduced to about 57% (higher speed).

(3) ブロックマッチングのためのメモリを各段階毎
に独立して設けることにより、第7図(B)で説明した
ように、第3段階のベクトル探索と並列して、次のブロ
ックの第1段階、第2段階のベクトル探索をおこなうご
ときパイプライン処理が可能となり、更なるベクトル検
出の高速化またはベクトル探索範囲の拡張が実現可能で
ある。
(3) By providing a memory for block matching independently for each stage, as described in FIG. 7B, the first block of the next block is executed in parallel with the vector search in the third stage. Pipeline processing, such as performing a vector search in the first and second stages, can be performed, and further speedup of vector detection or expansion of a vector search range can be realized.

(4) 第1段階、第2段階のブロックマッチングのた
めのメモリの読みだしサイクル数を削減できたため、必
要とするメモリの小容量化・低速化に役立ち、コスト面
でも高集積化の面でも有益である。
(4) Since the number of read cycles of the memory for the first and second stages of block matching can be reduced, it is useful for reducing the required memory capacity and speed, and in terms of cost and high integration. It is informative.

なお、以上は多段階のブロックマッチングに関して、
3段階の例について説明してきたが、2段階、4段階そ
の他任意の段階について実現しても、同様の効果が期待
されることは説明するまでもない。
Note that the above is for multi-stage block matching.
Although an example of three steps has been described, it is needless to say that the same effect can be expected even if the steps are realized in two steps, four steps, and any other steps.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図は本発明の実施例を示す系統図、第2図は動ベク
トル検出の説明図、第3図は従来の動き検出回路、第4
図は多段階動ベクトル検出の原理図、第5図は3段階ベ
クトル検出の説明図、第6図は各段階用画素データのサ
ンプル点の説明図、第7図はベクトル検出に要する時間
の説明図、第8図は発明の第2の実施例を示す系統図で
ある。 100……ビデオ信号入力端子、101,201……空間フィルタ
(1),(2)、102,202,302……現フレームメモリ
(1),(2),(3)、103,203,303……前フレーム
メモリ(1),(2),(3)、104,204,304……ブロ
ックマッチング回路(1),(2),(3)、300……
動きベクトル検出のための制御回路、205,305……遅延
回路。
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of motion vector detection, FIG. 3 is a conventional motion detection circuit, FIG.
FIG. 5 is a diagram illustrating the principle of multi-stage motion vector detection, FIG. 5 is a diagram illustrating three-stage vector detection, FIG. 6 is a diagram illustrating sample points of pixel data for each stage, and FIG. 7 is a diagram illustrating the time required for vector detection. FIG. 8 is a system diagram showing a second embodiment of the present invention. 100 video signal input terminal 101, 201 spatial filter (1), (2) 102, 202, 302 current frame memory (1), (2), (3), 103, 203, 303 previous frame memory (1), ( 2), (3), 104, 204, 304 ... block matching circuits (1), (2), (3), 300 ...
Control circuits for motion vector detection, 205, 305... Delay circuits.

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−224490(JP,A) IEEE ICC‘87 Intern ational Conference on Communication (1987)p.0151−0156(A 64KBI T/S MOTION COMPENS ATED TRANSFORMCODE R USING VECTOR QUA NTIZATION WITH SCE NE ADAPTIVE CODEBO OK) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H04N 7/24 - 7/68 Continuation of front page (56) References JP-A-2-224490 (JP, A) IEEE ICC'87 International Conference on Communication (1987) p. 0151-0156 (A 64KBI T / S MOTION COMPENS ATED TRANSFORMCODE R USING VECTOR QUA NTIZATION WITH SCE NE ADAPTIVE CODEBO OK) (58) investigated the field (Int.Cl. 6, DB name) H04N 7/24 - 7/68

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】第1段階として空間的に疎に配置された試
行ベクトル中より類似度の高い仮のベクトルをブロック
マッチングで検出し、第2段階で第1段階で検出された
仮のベクトル周辺に第1段階の場合よりも密に配置され
た試行ベクトル中より更に真のベクトルに近い仮のベク
トルをブロックマッチングで検出し、以下同様にして第
N段階で真のベクトルを検出する多段階検出法による画
像の動き検出方法において、 入力画像データの空間的な周波数帯域を対応する段階の
試行ベクトルの空間的な配置が疎になるほど制限するフ
ィルタと、 前記フィルタからの画像データを対応する段階の試行ベ
クトルの空間的な配置が疎になるほどサブサンプル数を
減じてサブサンプリングをするサブサンプリング手段
と、 前記サブサンプリングされた画像データをブロックマッ
チングのための画像データとして記憶するメモリとを第
N段階を除く各段階に対応してそれぞれ設け、 前記入力画像データをブロックマッチングのための画像
データとして記憶するメモリを第N段階に対応して設
け、 前記各フィルタによる周波数帯域の制限、各サブサンプ
リング手段によるサブサンプリング、各メモリへの画像
データの書き込みと読み出しを各段階ごとに並行して実
行し、ブロックマッチングを行うことを特等とする動き
検出方法。
In a first step, a temporary vector having a higher similarity is detected by block matching from trial vectors spatially sparsely arranged, and a second step is performed around the temporary vector detected in the first step. A multi-step detection of detecting a tentative vector closer to the true vector than in the trial vectors arranged more densely than in the first step by block matching, and detecting the true vector in the Nth step in the same manner. A filter for limiting the spatial arrangement of the trial vectors in the step corresponding to the spatial frequency band of the input image data, and a step of corresponding to the image data from the filter. A sub-sampling means for reducing the number of sub-samples to perform sub-sampling as the spatial arrangement of the trial vectors becomes sparser; A memory for storing image data as image data for block matching is provided for each stage except for the Nth stage, and a memory for storing the input image data as image data for block matching is provided in the Nth stage It is provided in correspondence with the above, performing the block matching by performing the frequency band limitation by each of the filters, the sub-sampling by each sub-sampling unit, and the writing and reading of the image data to and from each memory in parallel at each stage. A special motion detection method.
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