JP3036392B2 - サブバンド信号上の動き補正装置 - Google Patents

サブバンド信号上の動き補正装置

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JP3036392B2 JP3952895A JP3952895A JP3036392B2 JP 3036392 B2 JP3036392 B2 JP 3036392B2 JP 3952895 A JP3952895 A JP 3952895A JP 3952895 A JP3952895 A JP 3952895A JP 3036392 B2 JP3036392 B2 JP 3036392B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、サブバンド信号上の動
き補正装置に関し、特に、音声信号や画像信号の動き補
正技術におけるサブバンド信号上の動き補正装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】従来、サブバンド信号上の動き補正装置
における画像や音声のサブバンド表現は、効率的な圧縮
符号化を可能にし、可変解像度表現等、種々のアプリケ
ーションを可能にする装置である。画像信号では2次元
の信号であるが、以下では説明を単純化するために1次
元信号を例にとる。但し、これらを2次元信号に拡張す
るのは極めて容易である。
【0003】サブバンド表現とは、入力信号をN個の帯
域に帯域分割し表現する装置である。一般的には図5に
示すように、帯域幅を1/Nに制限する帯域通過フィル
タ510とサンプルレートを、やはり1/Nに間引くダ
ウンサンプラー520とによってサブバンド変換器が構
成される。サブバンド表現から元の信号に戻すのには、
サンプルレートをN倍にするアップサンプラー530と
帯域幅を1/Nに制限する帯域通過フィルタ540と加
算器550とが用いられる。単純化のために2分割サブ
バンド表現を考えると、入力信号x(i)は、低域通過
フィルタh(i)と高域通過フィルタg(i)とによっ
て、サブバンド信号xL(i)、xH(i)に変換され
る。これらの関係を下記の式1および式2に示す。
【0004】
【数1】
【0005】
【数2】
【0006】これらのサブバンド信号は、また合成用の
低域通過フィルタh’(i)と高域通過フィルタg’
(i)とで、もとの信号に合成される。この関係を下記
の式3に示す。
【0007】
【数3】
【0008】このサブバンド表現を利用したものとし
て、例えば、テレビ信号をサブバンド表現して、それぞ
れのサブバンド信号毎に動き補償フレーム間予測符号化
を行う装置が知られている。サブバンド分割には圧縮符
号化のためと、可変解像度表現を可能にするという利点
がある。図6にその構成を示す。各サブバンド分割され
た信号に対して、動き補償フレーム間予測符号化が行わ
れている。図中にMCと略記されているのは動き補償フ
レーム間予測のことである。この図ではサブバンド分割
(610)される前の信号から、動きベクトルが検出
(620)され、それが各サブバンドの符号器630に
分配されている。
【0009】動き補償フレーム間予測符号化装置は、基
本的にはフレーム間の差分信号を符号化する装置である
が、画面をいくつかのブロックに分割して画像の動きを
求め、動きを補正した上で差分を計算する装置である。
図7に、動きに応じてブロック毎に動きを補正して画像
を再構成する様子を概念的に描いた。参照画面から動き
ベクトルに応じたブロックを切り出して動き補正画像を
構成する。もし、動きベクトルが整数画素精度のベクト
ルなら、これは単なる画素シフト操作であり、図6で示
したMCの回路は1フレーム遅延を基準とする可変遅延
回路で実現できる。もし、動きベクトルが小数画素精度
のベクトルなら、可変遅延に加えて画素間内挿回路が必
要となる。
【0010】更にオーバーラップMCではこのブロック
が拡大され、動き補正画像上で互いにオーバーラップす
るようになる。参照画像から切り出されたブロックには
端で減衰する窓関数を乗じ、加え合せることで動き補正
画像が構成される。図8は、上記の手順を概念的に示し
ている。
【0011】以上を数式で表現する。参照画像信号をx
(i)、ブロックサイズをN、0番目のブロック(0≦
i≦N−1)の動きベクトルをv0とおくと、0番目の
ブロックの動き補償は下記の式4で表現できる。これを
すベてのブロックに対して行ない加え合せればMCは完
了する。
【0012】
【数4】
【0013】最も簡単なブロックMCは、ブロック単位
のシフト操作であり式5の関係となる。
【0014】
【数5】
【0015】オーバーラップMCの場合は、ブロックか
ら2倍に拡大してウィンドウ関数w(i)をかけてシフ
トさせるとすると、式6の関係となる。
【0016】
【数6】
【0017】小数点精度MCについては、内挿フィルタ
fv0(i)を用いて式7で表すことができる。
【0018】
【数7】
【0019】これを全てのブロックについて加え合せ
る。n番目のブロック(nN≦i≦nN+(N−1))
の動きベクトルをvn、そのベクトルの集合を下記の関
係とする。
【0020】
【数8】
【0021】x(i)という入力信号に対して動き補償
MCは、式8となる。
【0022】
【数9】
【0023】こうした動き補償予測符号化技術は高能率
な符号化を提供する。しかし、サブバンド表現上での動
き補償フレーム間予測符号化装置は、フルバンドでの動
き補償フレーム間予測符号化よりも効率が落ちることが
知られている。
【0024】そこでサブバンド上で動き補正を行う手段
として、特願平4−8010号公報「シフト計算回路お
よび動画符号化装置」が既に提案されている。この動画
符号化装置は、フルバンド領域からサブバンド領域への
変換をT、その逆変換をT-1、フルバンドでの動き補正
をSとすれば、T S T-1でサブバンド上の動き補正を
計算すればよい、というものである。この関係をダイヤ
フラムで書くと、図9の関係となる。
【0025】これを実際のフィルタバンクで書き表せば
図9のようになる。ここでアップサンプラー810と合
成用低域通過フィルタh’820を合せた線形作用素を
L、アップサンプラー810と合成用高域通過フィル
タg’830を合せた線形作用素をAH、ダウンサンプ
ラー880と分析用低域通過フィルタh860を合せた
線形作用素をAL、ダウンサンプラー880と分析用高
域通過フィルタg870を合せた線形作用素をAHとお
く。そして、図9の加算器840の位置を移動させて同
等な回路を4つの線形作用素、式9を用いて図10の様
に書き直すことができる。
【0026】
【数10】
【0027】前述の公報で述べられているのは、フルバ
ンド上の動き補償作用素Sが画素シフト作用素なら、上
記4つの線形作用素はF1Rフィルタになる。従って、
サブバンド内フィルタAL L、AH Hとサブバンド間のクロ
スタームフィルタAL H、AH Lを用いれば、サブバンド上
でもフルバンドと同等の動き補正が可能となる。
【0028】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例では、画面全体が1つの動きベクトルで画素シフト
させることしか考慮されておらず、上記の説明にあるよ
うなブロックMCやそれを発展させたオーバーラップM
C、小数点精度MCへ適用はできない。
【0029】本発明は、ブロックMC等へも対応できる
フルバンド上の動き補正と同等のサブバンド信号上の動
き補正装置を提供することを目的とする。
【0030】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明のサブバンド信号上の動き補正装置は、複数
の領域について動きベクトルが与えられている1次元ま
たは多次元のディジタル信号に対して複数のサブバンド
信号に分割する手段と、動きベクトルとこの動きベクト
ルが動きを表現する領域の形状とに基づいて各動きベク
トル毎に変換係数を決定する線形変換係数決定手段と、
変換係数を用いてディジタル信号を線形変換する線形変
換手段と、この線形変換手段による変換結果を各動きベ
クトル毎に累積する累算手段とを有し、線形変換をオー
バーラップ化して行うことを特徴としている。
【0031】他の発明のサブバンド信号上の動き補正装
置は、複数の領域について動きベクトルが与えられ、か
つ、N個(Nは2以上の自然数)のサブバンドに分割さ
れた1次元または多次元のディジタル信号に対して、動
きベクトルとこの動きベクトルが動きを表現する領域の
形状とに基づいて、各動きベクトルと各サブバンド信号
毎にサブバンド内の変換係数を決定する第1の線形変換
係数決定手段と、動きベクトルとサブバンド信号のそれ
ぞれに、動きベクトルとこの動きベクトルが動きを表現
する領域の形状とに基づき、サブバンド信号と異なるN
−1個のサブバンド信号へサブバンド間の変換係数を決
定する第2の線形変換係数決定手段と、動きベクトル毎
にN個のサブバンド信号のそれぞれに対してサブバンド
内変換係数でサブバンド内線形変換を行う第1の線形変
換手段と、動きベクトル毎にN個のサブバンド信号のそ
れぞれに対してN−1個のサブバンド間変換で、サブバ
ンド間線形変換を行う第2の線形変換手段と、第1の線
形変換手段のサブバンド内線形変換結果および第2の線
形変換手段のサブバンド間線形変換結果の累算を行う累
積手段とを有することを特徴としている。
【0032】また、上記第2の線形変換手段のサブバン
ド間線形変換結果の所定のものの累算を省略するとよ
い。
【0033】
【作用】したがって、本発明のサブバンド信号上の動き
補正装置によれば、複数の領域について動きベクトルが
与えられている1次元または多次元のディジタル信号に
対して複数のサブバンド信号に分割し、動きベクトルと
この動きベクトルが動きを表現する領域の形状とに基づ
いて各動きベクトル毎に変換係数を決定し、この変換係
数を用いてディジタル信号を線形変換し、線形変換され
た変換結果を各動きベクトル毎に累積する。よって、フ
ルバンド上の動き補正と同等のサブバンド信号上の動き
補正が可能となる。
【0034】他の発明のサブバンド信号上の動き補正装
置では、複数の領域について動きベクトルが与えられ、
かつ、N個のサブバンドに分割された1次元または多次
元のディジタル信号に対して、動きベクトルとこの動き
ベクトルが動きを表現する領域の形状とに基づいて、各
動きベクトルと各サブバンド信号毎にサブバンド内の変
換係数を決定し、動きベクトルとサブバンド信号のそれ
ぞれに、動きベクトルとこの動きベクトルが動きを表現
する領域の形状とに基づき、サブバンド信号と異なるN
−1個のサブバンド信号へサブバンド間の変換係数を決
定する。また、動きベクトル毎にN個のサブバンド信号
のそれぞれに対してサブバンド内変換係数でサブバンド
内線形変換を行い、動きベクトル毎にN個のサブバンド
信号のそれぞれに対してN−1個のサブバンド間変換
で、サブバンド間線形変換を行い、サブバンド内線形変
換結果およびサブバンド間線形変換結果の累算を行う。
よって、フルバンド上の動き補正と同等の更に緻密なサ
ブバンド信号上の動き補正が可能となる。
【0035】
【実施例】次に添付図面を参照して本発明によるサブバ
ンド信号上の動き補正装置の実施例を詳細に説明する。
図1〜図4を参照すると本発明のサブバンド信号上の動
き補正装置の実施例が示されている。
【0036】図1に第1の実施例のブロック構成を示
す。本実施例のサブバンド動き補正装置は、入力信号を
線形変換する線形変換器100、線形変換された信号を
加算累積する累算器300、入力信号の動きベクトル信
号および領域の位置形状信号とから線形変換器100の
変換係数を決定し出力する線形変換係数決定器400と
により構成される。
【0037】上記の構成に成るサブバンド動き補正装置
へ入力される入力信号は、線形変換器100で線形変換
される。この変換において、線形変換器100へは注目
しているブロック近辺のみを変換するような変換係数が
線形変換係数決定器400から入力される。
【0038】累積器300は加算および累積器により構
成されている。線形変換された入力信号は、累積器30
0において何回かに渡って加算され加算結果から動き補
正信号が構成される。累算器300は、線形変換された
入力信号をオーバーラップさせながら加え合せる。
【0039】線形変換係数決定器400は、線形変換器
100で用いられるブロック毎の動き補償の変換係数を
決定する。このブロック毎の動き補償の変換係数を決定
するにおいて、従来技術での線形作用素AL L、AH H、A
L H、AH Lは、式10〜13で線形作用素mL L、mH H、m
L H、mH Lに置き変えられる。
【0040】
【数11】
【0041】
【数12】
【0042】
【数13】
【0043】
【数14】
【0044】これらを用いて、下記のx’L(i)およ
びx’H(i)がサブバンド上での動き補償となる。
【0045】
【数15】
【0046】
【数16】
【0047】つまり、低域側サブバンドをL、高域側サ
ブバンドをHと表現したとき、L→L、L→H、H→
L、H→H、の4つの経路で定義される線形変換の重ね
合せとしてMCが表現される。これ自体は先にも挙げた
従来技術と同様である。しかし、従来技術での線形変換
がFIRフィルタであったのに対して、ここでは従来の
ブロック動き補償(MC)にも、オーバーラップMCに
も、小数点精度MCにも、それらの組合わせにも還元で
きない線形変換に置き代っている。図2にも描いた通
り、それはオーバーラップ化された線形変換の重ね合せ
である。
【0048】本実施例の構成は、これら従来のブロック
動き補償(MC)にも、オーバーラップMCにも、小数
点MCにも、それらの組合わせにも還元できない、線形
変換をオーバーラップ化して重ね合せる操作に関する。
それを以降“一般化動き補償”と称する。よって、上記
実施例の一般化された動き補正装置へは、入力信号をブ
ロックに分割し、その各ブロックに動きベクトルが割り
当てられている。動き補正は、オーバーラップ化された
線形変換の重ね合せとして計算する線形変換手段(10
0)と、その変換係数をブロック毎の動きベクトルに応
じて計算する線形変換係数決定手段(400)により補
正係数が算出され構成される。
【0049】この“一般化された動き補償”を用いてサ
ブバンド上の動き補償を実現する第2の実施例が図3に
示されている。ここでは3分割サブバンド表現が例とし
て用いられている。入力信号は3つのサブバンド#1、
#2、#3として入力される。本実施例のサブバンド信
号上の動き補正装置は、それぞれのサブバンド#1、#
2、#3入力信号毎に3個の線形変換器111〜11
3、121〜123、131〜133と、3個の加算器
210、220、230と、3個の累算器310、32
0、330と、1個の線形変換係数決定器410とによ
り構成される。この第1のサブバンド#Nに対する第2
のサブバンド#N’(但し、N≠N’)の数は、N−1
個の構成となる。よって、本実施例では(第1の)サブ
バンド数Nが「3」であり、各第1のサブバンドN毎の
第2のサブバンドN’の数はN−1の「2」であり、第
2のサブバンドN’の総数は「6」となる。
【0050】上記構成のサブバンド信号上の動き補正装
置は、第1のサブバンド#N−Nの線形変換器111、
122、133がサブバンド内用のもので、その他の#
N−N’の線形変換器112、113、122、12
3、132、133が、第1のサブバンド間の第2のサ
ブバンドであるクロスターム用のものである。サブバン
ド信号#1は線形変換器111、112、113で線形
変換され、サブバンド信号#2は線形変換器121、1
22、123で線形変換され、サブバンド信号#3は線
形変換器131、132、133で線形変換される。こ
れら線形変換された入力信号は、1個の第1のサブバン
ド#NとN−1個の第2のサブバンドN’とがそれぞれ
加算される。つまり、線形変換器111、121、13
1の変換結果は加算器210で、線形変換器112、1
22、132の変換結果は加算器220で、線形変換器
113、123、133の変換結果は加算器230で、
それぞれ加算される。
【0051】線形変換係数決定器410は、線形変換器
111〜133で用いられるブロック毎の動き補償の変
換係数を決定する係数演算器である。この線形変換係数
決定器410は、第1の線形変換係数決定器410aお
よび第2の線形変換係数決定器410bとにより構成さ
れる。第1の線形変換係数決定器410aは、上記の線
形作用素AL L、AH H、AL H、AH Lを算出し、第2の線形
変換係数決定器410bは上記の線形作用素mL L
H H、mL H、mH Lを算出する。第1の線形変換係数決定
器410aは、第1のサブバンド#Nの入力信号の線形
変換を実行するために、線形変換器111、121、1
31へそれぞれに該当する線形変換係数を出力する。ま
た、第2の線形変換係数決定器410bは、第2のサブ
バンド#N’の入力信号の線形変換を実行するために、
線形変換器112、113、122、123、132、
133へ、それぞれに該当する線形変換係数を出力す
る。
【0052】3系統でそれぞれに線形変換された入力信
号をオーバーラップさせて加え合せるために、累算器3
10、320、330が用意されている。累算器31
0、320、330は、線形変換された1つの第1のサ
ブバンド#Nの信号と2つの第2のサブバンド#N’の
信号とを加算する。累算器310、320、330の累
算結果は、各サブバンド毎の動き補正信号#1、#2、
#3とされる。
【0053】第3の実施例を図4に示す。隣接しないサ
ブバンド間のクロスターム動き補正は極く弱いものと考
えられており、この例では線形変換113、131が第
2の実施例に比べて省略されている。その他の構成は第
2の実施例と同様である。
【0054】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるが本発明はこれに限定されるものではなく
本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可
能である。
【0055】
【発明の効果】以上の説明より明かなように、本発明の
サブバンド信号上の動き補正装置は、複数の領域につい
て動きベクトルが与えられている1次元または多次元の
ディジタル信号に対して複数のサブバンド信号に分割
し、動きベクトルとこの動きベクトルが動きを表現する
領域の形状とに基づいて各動きベクトル毎に変換係数を
決定し、この変換係数を用いてディジタル信号を線形変
換し、線形変換された変換結果を各動きベクトル毎に累
積する。よって、フルバンド上の動き補正と同等のサブ
バンド信号上の動き補正が可能となり、ブロックMC等
への対応ができる。
【0056】他の発明のサブバンド信号上の動き補正装
置では、複数の領域について動きベクトルが与えられ、
かつ、N個のサブバンドに分割されたディジタル信号に
対して、動きベクトルとこの動きベクトルが動きを表現
する領域の形状とに基づいて、各動きベクトルと各サブ
バンド信号毎にサブバンド内の変換係数を決定し、動き
ベクトルとサブバンド信号のそれぞれに、動きを表現す
る領域の形状とに基づきサブバンド信号と異なるN−1
個のサブバンド信号へサブバンド間の変換係数を決定す
る。また、動きベクトル毎にN個のサブバンド信号のそ
れぞれに対してサブバンド内変換係数でサブバンド内線
形変換を行い、動きベクトル毎にN個のサブバンド信号
のそれぞれに対してN−1個のサブバンド間変換でサブ
バンド間線形変換を行い、サブバンド内線形変換結果お
よびサブバンド間線形変換結果の累算を行う。よって、
フルバンド上の動き補正と同等の更に緻密なサブバンド
信号上の動き補正が可能となり、ブロックMC等への対
応ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のサブバンド信号上の動き補正装置の第
1の実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の動き補償の手順を説明するための概念図
である。
【図3】本発明のサブバンド信号上の動き補正装置の第
2の実施例を示すブロック図である。
【図4】本発明のサブバンド信号上の動き補正装置の第
3の実施例を示すブロック図である。
【図5】従来技術のサブバンド分割とサブバンド合成を
説明するための概念図である。
【図6】従来のサブバンド信号上の動き補正装置例を示
すブロック図である。
【図7】図6の動き補償の手順を説明するための概念図
である。
【図8】従来のオーバーラップ動き捕償予測技術を記明
する概念図である。
【図9】従来のサブバンド上の動き補償を機能的に説明
する第1の図である。
【図10】従来のサブバンド上の動き補償を技術的に説
明する第2の図である。
【符号の説明】
100 線形変換器 111、121、131 線形変換器 112、113、122、123、132、133 線
形変換器 210、220、230 加算器 300、310、320、330 累算器 400 線形変換係数決定器 410a 線形変換係数決定器 410b 線形変換係数決定器

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の領域について動きベクトルが与え
    られている1次元または多次元のディジタル信号に対し
    て複数のサブバンド信号に分割する手段と、 前記動きベクトルと該動きベクトルが動きを表現する領
    域の形状とに基づいて前記各動きベクトル毎に変換係数
    を決定する線形変換係数決定手段と、 前記変換係数を用いて前記ディジタル信号を線形変換す
    る線形変換手段と、 該線形変換手段による変換結果を前記各動きベクトル毎
    に累積する累算手段とを有し、 前記線形変換をオーバーラップ化して行うことを特徴と
    するサブバンド信号上の動き補正装置。
  2. 【請求項2】 複数の領域について動きベクトルが与え
    られ、かつ、N個(Nは2以上の自然数)のサブバンド
    に分割された1次元または多次元のディジタル信号に対
    して、前記動きベクトルと該動きベクトルが動きを表現
    する領域の形状とに基づいて、前記各動きベクトルと前
    記各サブバンド信号毎に前記サブバンド内の変換係数を
    決定する第1の線形変換係数決定手段と、 前記動きベクトルと前記サブバンド信号のそれぞれに、
    前記動きベクトルと該動きベクトルが動きを表現する領
    域の形状とに基づき、前記サブバンド信号と異なるN−
    1個のサブバンド信号へサブバンド間の変換係数を決定
    する第2の線形変換係数決定手段と、 前記動きベクトル毎に前記N個のサブバンド信号のそれ
    ぞれに対して前記サブバンド内変換数でサブバンド内線
    形変換を行う第1の線形変換手段と、 前記動きベクトル毎に前記N個のサブバンド信号のそれ
    ぞれに対して前記N−1個のサブバンド間変換で、サブ
    バンド間線形変換を行う第2の線形変換手段と、 前記第1の線形変換手段のサブバンド内線形変換結果お
    よび前記第2の線形変換手段のサブバンド間線形変換結
    果の累算を行う累積手段とを有することを特徴とするサ
    ブバンド信号上の動き補正装置。
  3. 【請求項3】 前記第2の線形変換手段のサブバンド間
    線形変換結果の所定のものの累算を省略したことを特徴
    とする請求項2記載のサブバンド信号上の動き補正装
    置。
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