JP3036937B2 - 相関装置 - Google Patents

相関装置

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JP3036937B2
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    • G—PHYSICS
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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、規則正しい配列に従っ
てブロックに分割されたシンボルで表される入力信号に
作用する相関装置であって、現ブロックのシンボルと、
前記ブロック配列からの処理すべき一連のブロック内の
同一位置を有するシンボルとの相関を決定する相関器
と、前記現ブロックのシンボルから、相関処理を実行す
べき限られた数の参照シンボルを選択する選択手段とを
具えた相関装置に関するものである。
【０００２】入力信号の規則正しいブロック配列は一次
元又は二次元配列とすることができる。例えば一次元配
列では相関処理を音声処理のために音源からの入力信号
ブロックに実行することができる。この場合ブロック配
列のシンボルは２進符号信号である。二次元ブロック配
列では、相関処理を画像、例えばアニメーション画像に
実行し、一連の連続するアニメーション画像間の動きベ
クトルを決定するのに用いるのが好ましい。この場合に
はこのブロック配列のシンボルは画素である。ブロック
相関はデータフローを減少させるためにしばしば用いら
れており、例えばテレビジョンの分野（高データフロー
レート）又はビデオ電話及びビデオ会議の分野（低デー
タフローレート）に見られる。
【０００３】上述の相関技術をテレビジョンのアニメー
ション画像の動き推定に使用する場合、多量の計算を高
速に処理する必要があるために極めて厳しい制限を受け
ることが明らかになっている。本発明をこの応用例につ
いて説明するが、本発明はこれに限定されるものでな
い。
【０００４】
【従来の技術】アニメーション画像の動き推定におい
て、最も興味ある技術は画像を画素ブロックに分割する
“ブロックマッチング”技術と思われる。画像の所定の
ブロックに対し、前画像内のこのブロックに最も近いブ
ロックを決定して画像内の一連の動きを決定する。この
動き情報を各ブロックごとに伝送チャネルの終端に位置
する受信部材に伝送する。
【０００５】この処理原理は連続する画像の画像内容の
展開を追跡することにある。この技術は、データ内容は
画像から画像へ極く僅か変化するだけである事実を利用
するものである。ブロック内に含まれる情報の移動は一
般に隣接する数ブロックに制限される。この追跡は所定
の部分をマークして行い、この所定部分は最も重要な部
分または意図的に選択した部分とすることができる。こ
れは画像の全ブロックに関連させることができる。
【０００６】現参照ブロック（以後簡単のために“現ブ
ロック”と略記する）はその前または次の画像内で異な
る位置に位置し得る。この移動が決定すべきものであ
る。しかし、この移動は限られた大きさであるため、そ
の中に現ブロックを含むウィンドウを定める。
【０００７】推定される動きは、現ブロックの現画像内
の位置と、最も強い相関を示す前／後画像内のブロック
の位置との間の平行移動である。これにより現ブロック
に対する移動ベクトルを決定することができる。これが
ため、対応するウィンドウ内で現ブロックが取り得る全
ての位置において同一の位置の画素について相関を決定
する。同一の処理を他の選択された全ての現ブロックに
ついて繰り返す。相関は、一般に、画素と画素及びブロ
ックとブロックの特徴の差の絶対値をブロック全体につ
いて加算することにより評価される。画素の特徴は一般
にその輝度である。
【０００８】実際の動き推定器は２つの重要な条件、即
ちリアルタイム動作能力及び低いハードウェア複雑度を
満足する必要がある。異なる解決策が開発されている
が、少数の演算を用いる所定のアルゴリズムは信頼度が
低く、従って実施が困難であることが確かめられてい
る。計算フェーズの信頼度は特に専用集積回路の具体化
に対し考慮すべき条件である。従って、この解決策の実
施に当たってはウィンドウの全ブロックの全画素を完全
にサーチするようにするのが普通である。ウィンドウ内
の現ブロックの各画素の分析を連続的に実行する走査技
術によりこの具体化のハードウェア複雑度を低減するこ
とができる。
【０００９】これがため、動き推定処理をリアルタイム
動作能力に悪影響を与えることなく簡単に実行し得る方
法の開発に努力がなされている。この研究に基づき、
「National Telecomunications Conference 」、1981年
11月29−12月３日、ルイジアナ州 ニューオリンズ、に
おいてT.KOGAにより論文「Motion-Compensatedinterfra
me coding for video conferencing 」が発表されてい
る。この論文では、数個の処理、特にサブサンプリング
処理を導入し、各現ブロックの限られた数の画素のみに
ついて、即ち第１の場合には１ラインの各２画素のうち
の１画素のみについて、第２の場合には各２ラインのう
ち１ラインのみについて動き推定を行っている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】この方法によればハー
ドウェア複雑度の低減が得られるが動き推定精度が悪影
響を受ける。動き推定の好適な応用例である差分フレー
ム間符号化は予測誤差を伝送するものであり、予測誤差
はこの場合にはウィンドウ内の選択した前ブロックであ
る。動き推定が正しく実行されると、予測誤差は小さく
なり、従って伝送チャネルを経て伝送される符号の長さ
が減少する。従って、動き推定の精度の劣化は符号化効
率に影響を与える。上記の従来技術では誤り率が1.5Mビ
ット/sの伝送速度に対し50％に増大し得る。このため許
容し得る画質を達成するためにはフローレートを増大す
る必要がある。
【００１１】従って、解決すべき問題は、簡単なハード
ウェア具体化（通常の具体化と比較して）が可能である
と共に、テレビジョン画像処理に対しても低い予測誤差
率でリアルタイム動作し得る相関装置を設計することに
ある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この目的のために、本発
明は頭書に記載したタイプの相関装置において、前記選
択手段は前記現ブロック内のシンボルから限られた数の
参照シンボルを、 − 前記現ブロックのデータ内容の関数として、又は − ランダム選択に従って、又は − 第１部分に対してはデータ内容の関数として、及び
第２部分に対してはランダム選択に従って、 それらの位置を選択することにより選択するようにした
ことを特徴とする。
【００１３】このように２つの相補的選択方法を採用
し、組み合わせることができる。例えば画像の場合に
は、第１の選択方法によれば現ブロック内の“歪み”情
報を含む画素のみを相関計算のために有利に選択するこ
とができる。第２の選択方法によれば、現ブロックのデ
ータ内容を無視して選択参照画素を現ブロック内にラン
ダムに分布させることができる。
【００１４】これら２つの選択方法は、２画素ごとに１
画素を除去する場合及び２ラインごとに１ラインを除去
する場合に実行される選択の規則性を打破することがで
きる。この選択の規則性は実際上情報スペクトルの高周
波部分を抑圧し、高フローレートにおいて許容し得ない
誤り率を生起する欠点を有する（前記論文参照）。これ
に対し、本発明によれば、情報スペクトルの高周波部分
が抑圧されず、また高周波部分の重要性を各ブロックの
数の選択シンボルの限定数を制御することにより制御す
ることさえできる。データ内容選択方法とランダム選択
方法とを組み合わせることにより、現ブロック内のシン
ボルの位置の不規則性が保たれ、情報の内容を極めて綿
密に追跡することにより誤り率が一層減少する。この後
者の場合には、参照シンボルをデータ内容に従って選択
し、参照シンボルの数を所定の限定数になるまでランダ
ム選択により補充するのが好ましい。
【００１５】ブロックが画素（又は２進符号値）から成
る場合、選択は現ブロック内の所定の位置を有する画素
（又は２進符号値）を参照画素（又は２進符号値）とし
て取ることにある。分析すべきウィンドウの種々のブロ
ック内の同一の位置を有する他の画素を現ブロック内の
所定の位置を有する画素に対応させる。２つのブロック
間で計算される相関は実際上両ブロックの同一位置を有
する画素間で実行する。この処理をウィンドウ内で現ブ
ロックが取り得る全ての位置について続ける。斯かる後
にこの処理を他のサーチウィンドウと関連する他のブロ
ックについて続ける。複数の現ブロックに対し同一のラ
ンダム選択を用いてランダム選択参照シンボルの位置を
選択することができる。
【００１６】選択を現ブロックのデータ内容を考慮して
行う場合には、現ブロック内の参照シンボルの位置は現
ブロックの各シンボルについてその周囲のシンボルに対
し計算した歪み関数に基づいて決定し、選択参照シンボ
ルを周囲のシンボルの歪み関数値から最も相違する歪み
関数値を有するシンボルとする。
【００１７】この歪み関数は、例えば同一現ブロックの
隣接画素間の輝度その他の特徴の如き特徴の変化を考慮
することができる。現ブロックの最も代表的な画素を決
定するには歪み関数を入力信号に対し選択した特性に関
するラプラス演算子を計算することにより決定すること
ができる。一般的には所定の画素の周囲の等方性の隣接
画素を考慮することができる。しかし、現ブロック内に
おいて参照画素が現ブロックの一部分に局部的に集中し
すぎないようにするために、現ブロックを数個のゾーン
に、例えば規則格子又は不規則格子状又は任意の他のメ
ッシュ状に分割することにより参照画素の分布に制約を
課すことができる。この場合には、全てのゾーン又は少
なくともその一部を少なくとも１つの画素で代表させ
る。各ゾーン内のこの画素は現ブロックに対し、上述の
同一の選択方法を用いて選択することができる。このよ
うに、現ブロックを数個のゾーンに分割する場合には、
選択手段が各ゾーンに個別に作用し、相関処理が常に現
ブロックの全参照画素に作用するようにする。現ブロッ
クの各ゾーンは同数の参照画素を有するようにするのが
好ましい。ゾーンの参照画素を歪み関数の決定に基づい
て選択する場合には参照画素を各ゾーンごとに選択して
これらを表わす歪み関数の値を順次のゾーンに対し交互
にそれらの最大値又は最小値にするのが好ましい。
【００１８】本発明では、限定数の参照シンボルのみを
各ブロック内で選択して相関計算を実行する。この限定
数はいくつかの方法で選択することができる。この限定
数は、予備トライアルにより許容誤り率の相関計算が達
成されるように先験的に決めることができる。これは現
ブロックが少数の画素、例えば４×４画素を含むときに
実現し得る。
【００１９】データ内容を考慮する歪み関数選択方法を
用いるときは、この限定数は歪み関数値に課すしきい値
により選択することができる。一般に、現ブロックのサ
イズを大きくするときは、現ブロックのデータ内容だけ
でなく画像全体のデータ内容を考慮に入れて参照シンボ
ルの限定数を決定することができる。この目的のため
に、画像を構成する全入力信号の相関行列を構成するい
わゆる“主成分分析”方法によりこの相関行列の固有値
を計算し、対応する分散値を決定し、これら分散値から
画像全体を良好に表わすのに必要な最高分散値の数を決
定する。次いでこの数を参照シンボルの限定数として用
いる。
【００２０】本発明では、この場合には参照シンボルの
限定数が画像内容に依存する。多くの場合、この限定数
は画像の種類に関連し、即ち用途に関連する。それにも
かかわらず、前記画像内容に基づく限定数を一群の画像
について定期的に適宜決定することにより前記限定数の
一層精密な制御を得ることもできる。これは、いわゆる
“主成分分析”を実行し複数の最高分散値を選択するニ
ューラルネットワークを有する相関装置を用いて実行す
ることができる。この分散値の数を選択手段に前記限定
数として周期的に導入して上述した選択処理を実行させ
る。
【００２１】ニューラルネットワークは既知の信号処理
装置であって、プログラミング又は学習フェーズ後に、
所定の処理動作、例えば、入力信号分布の“主成分分
析”を実行することができる。このようなニューラルネ
ットワークは、例えば「T.D.SANGER Neural Networks V
ol.2」1989, PP459-473 の論文「Optimal unsupervised
Learning in single-layer linear Feedforward Neural
networks」に開示されている。
【００２２】前述したように、相関計算を現ブロック内
の所定の位置を有する所定の参照シンボルについてのみ
実行することは誤り率を制御可能な低い値に維持したま
まハードウェア具体化の簡単化及び処理速度の増大を可
能にする。更に、上述した参照シンボル選択機構によ
り、場合によりハードウェア具体化の複雑度の追加の簡
単化を得ることができる。特に現ブロックをゾーンに分
割する場合には、これにより一層大きな処理速度の増大
又はハードウェア複雑度の簡単化を達成することができ
る。これは、相関装置がＰ個のゾーンに分割された現デ
ータブロックを用い、１ゾーン当りｎ／Ｐ個の選択参照
シボルについて相関計算を実行する場合であり、この場
合にはこの相関装置は、ウィンドウ画素データを１つの
レジスタから他のレジスタへ転送するシストリックネッ
トワークと、各々少なくとも１つの動きベクトル相関計
算を実行する複数個のプロセッサとを具え、この相関装
置は第１計算ステップを実行し、この計算ステップ中に
(a) 各プロセッサが第１ゾーンの順次のｎ／Ｐ個の選択
基準シンボルについて相関計算を実行して全ての動きベ
クトルを順次計算し、(b) この計算の終了時にこれらプ
ロセッサにより供給される中間結果を記憶手段に記憶
し、(c) １つのゾーンに作用するレジスタの内容を次の
ゾーンに作用する次のレジスタに転送手段により転送
し、斯かる後に前記第１計算ステップを後続のＰ‐１個
のゾーンについて反復し、処理すべき各ブロックに関す
る中間結果の和を加算手段により決定して一連のブロッ
クの相関値を出力するように構成する。
【００２３】これは、画像の処理において前記ゾーンが
数個の画素を含み、そのうちの１つのみを相関計算に選
択する場合に特に重要である。この場合には相関器に対
し処理速度を促進するアーキテクチャを選択するか、ハ
ードウェアの簡単化を促進するアーキテクチャ（集積化
において面積の減少が得られる）を選択することができ
る利点が得られる。
【００２４】処理速度促進アーキテクチャに対しては、
相関器にウィンドウ内の可能な動きの数とほぼ同数のプ
ロセッサを含ませ、この相関器を少数の参照画素に作用
させて現ブロックの全画素を用いる場合に比較してその
処理速度を増大させる。特に興味のある場合は、各ゾー
ンが４個の画素を含み、各ゾーンにつき１つの参照画素
を選択する場合である。
【００２５】この場合には相関器は相関器は、各４画素
のゾーンに分割され各ゾーンに１つの参照画素が選択さ
れる現ブロックを有する二次元画素ウィンドウに作用
し、二次元のレジスタ行列を具え、このマトリクスは所
定の瞬時に同一のレイアウトに従って前記ウィンドウの
画素を記憶し、４つのレジスタが１つのゾーンの処理に
割当てられ、前記レジスタの行がウィンドウの偶数番の
画素のデータを行列の２方向に交換し、他のレジスタ行
がウィンドウの奇数番の画素のデータを一方向に沿って
単方向に、他方向に沿って双方向に交換し、１つのプロ
セッサがウィンドウの偶数及び奇数画素を含む４つのレ
ジスタと共働して各動きベクトルを計算し、前記連続番
号の画素が２つづつ各方向に連続し、共通選択信号が前
記プロセッサを現ブロック内の選択参照画素に対応する
レジスタデータに対し動作せしめるように構成する。
【００２６】ハードウェアの簡単化を促進するアーキテ
クチャを用いる場合には、相関器はＫ個の画素を含む矩
形ゾーンに分割され各ゾーンに１つの参照画素が選択さ
れる現ブロックを有する二次元画素ウィンドウに作用
し、レジスタの二次元行列を具え、このレジスタ行列は
所定の瞬時に同一のレイアウトに従ったウィンドウの画
素を記憶し、Ｋ個のレジスタが１つのゾーンの処理に割
当てられ、前記レジスタの行がウィンドウの画素データ
を行列の２方向に双方向に交換し、１つのプロセッサが
同一のゾーンに属する画素を含むＫ個のレジスタと共働
してＫ個の動きベクトルを連続的に計算し、連続番号の
前記画素が２方向に連続し、選択信号が各プロセッサを
各動きごとに現ゾーン内の選択参照画素に対応するレジ
スタのデータに対し動作せしめるように構成する。
【００２７】本発明は二次元配列のシンボルを用いる場
合に限定されない。シンボルは音響信号の一次元配列を
表わす２進符号値とすることができる。この場合は相関
装置は前記２進符号値の数個を含む現ブロックから選択
された限られた数及び位置の参照値について相関計算を
実行する。
【００２８】図面につき本発明を説明する。図1Aは画像
10を示し、図1Bは画像20を示し、この画像20は画像10の
前の画像にし得るが、画像10の次の画像にするのが好ま
しく、この画像に相関計算が実行される。画像20は画素
から成り、これら画素は現ブロック、例えばブロック21
1, 212,213 の形態で分析される。画像20において、任
意の現ブロック、例えば現ブロック22に対する処理動作
はこのブロックが前画像10のどのブロックと相関するか
を決定することにある。この目的のために、画像20内の
現ブロック22の座標と同一の座標を有する画像10内のブ
ロック12の周囲にウィンドウ13を定める。このウィンド
ウはブロック12を取り囲み、サーチするブロックの数と
位置を相関ブロックが存在する最も可能性の高いものに
制限する。このウィンドウのサイズ及び形状は実行した
いサーチの程度及び従ってこれに与え得る処理時間と、
ハードウェア具体化に許される複雑度とにより決まる。
斯くして、現ブロック（画像20) を、ブロック12を少な
くとも１画素づつ連続的に移動させて得られる画像10の
ウィンドウ13内の全ブロックと比較する。
【００２９】この処理動作の終了時に、別の現ブロック
を画像20内に選択し、このブロックに対し画像10内に別
のウィンドウを対応させ、同一の処理を実行する。画像
20内の選択現ブロックは限られた個数にし得るが、全ブ
ロックに同一の処理動作を実行するのが好ましい。各時
間における現ブロックの動きベクトルは画像20内の現ブ
ロックの位置と画像10内の相関ブロックの位置の関数と
して取り出される。この動きベクトル及び画素の特徴
（例えば輝度）の差を符号化し、伝送チャネルを経て伝
送してデータ圧縮を行うことができる。
【００３０】この処理を実施する相関装置を図２に示
す。この相関装置は相関器25と、現ブロック22のどの画
素に相関処理を実行すべきかを決定する選択ユニット26
と、ブロック12及び広い意味ではウィンドウの画素を分
析すべき順序を決定する走査ユニット27とを具える。決
定ユニット28は相関器25の出力側において、相関が最大
であるウィンドウ13内のブロックを決定する。処理すべ
き現ブロックBLは選択ユニット26内及び相関器25内に入
れられる。相関器25はウィンドウの全画素FEN も受信
し、このウィンドウ画素は応用例に必要な実行速度で制
御することができる。
【００３１】相関は２つのブロックを、各ブロック内の
同一位置の画素を比較することにより順次比較すること
にある。ブロックの全画素について処理するのが一般的
であるが、前述した論文に記載されているように現ブロ
ックにつき限られた数の画素のみを考慮することにより
処理量を減少させることができる。
【００３２】図3A及び3Bは前記論文に開示されている２
つの可能な実施例を示す。これら図には８×８画素の現
ブロックを示し、これらブロック内で相関計算の実行の
ために選択される参照画素をハッチングして示してあ
る。図3Aでは２画素ごとに１つの画素が選択され、処理
動作が半分になる。図3Bでは２画素ラインごとに１つの
画素ライン全体が無視され、処理動作が更に半分にあ
る。このように参照画素の数を制限することは、例えば
走査クロック周期を制御することにより容易に実行する
ことができる。しかし、これらの制限モードから生ずる
高度の規則性によってデータブロックのスペクトルの高
周波数部分が切り取られ、かなり大きな誤り率を生ず
る。
【００３３】この欠点を除去するために、本発明では、
現ブロック内の参照画素の規則的選択を規則正しく行わ
ないようにする。図3Cに例示する第１の方法は所定の限
定数の参照画素をランダムに選択することにある。図3C
には現ブロック内のランダムに選択される16個の参照画
素をハッチングして示してある。
【００３４】図3Eに例示する第２の方法は現ブロックに
含まれるデータ内容を考慮する。仮想曲線31が現ブロッ
ク内で２つの異なる輝度を有する部分を限界しているも
のとする。本発明では、相関計算を実行すべき選択参照
画素をデータ内容を考慮して歪み関数を決定することに
より決定する。簡単に言うと、隣接部分に対し変化を受
けた特徴（この場合には輝度）部分を選択する。現ブロ
ックの全画素についてこの検査を行う。選択ユニット26
（図２）はこの決定を行う。図4A, 4B, 4C, 4Dは等方向
分布のデータ内容を検査するいくつかの可能な例を示
す。
【００３５】図4Aは、所定の画素（ハッチングしてあ
る）の輝度をそれぞれ±１づつ離れた座標位置を有する
隣接画素の輝度と比較する好適例を示す。これは次のよ
うなラ
【数１】プラルアンΔ： Δ＝4I(x,y)-(I(x+1,y)+I(x,y+1)+I(x-1,y)+I(x,y-1)) を計算することに相当する。図4Bに対しては歪み関数は
【数２】 Γ＝4I(x,y)-(I(x+1,y+1)+I(x+1,y-1)+I(x-1,y+1)+I(x-
1,y-1)） である。図4Cに対しては歪み関数は
【数３】 Λ＝4I(x,y)-I(x+2,y)+I(x-2,y)+I(x,Y+2)+I(x,y-2)) である。図4Eに対しては歪み関数は
【数４】 Ψ＝8I(x,y)-(I(x+1,y+2)+I(x+1,y-2)+I(x-1,y+2)+I(x-1,y-2)+I(x+2,y+1) +I(x-2,y+1)+I(x+2,y-1)+I(x-2,y-1)) である。
【００３６】他の隣接画素分布も可能であり、等方向分
布でなくてもよい。現ブロックの全画素についてこのよ
うな歪み関数が計算されると、選択ユニットが極値を有
する画素を決定してこれら画素をこの現ブロックを表わ
すものとして選択する。上述した２つの方法では、現ブ
ロックの所定の部分が選択されないことが起こり得る。
相関計算において誤りを制限するために、これらの部分
を少なくとも部分的に選択するのが望ましい。この目的
のために、現ブロックをゾーンに分割する。これらゾー
ンは規則正しいゾーン又は規則正しくないゾーンにする
ことができる。現ブロックを同数の画素を有する同一の
ゾーンに分割するのが好ましい。これによりランダムに
選択を現ブロックのレベルでなくゾーンのレベルで実行
することが可能になり、参照画素をゾーンごとにランダ
ムに選択する。これを図3Dに示し、16個のランダムに選
択した参照画素をハッチングを付して示してある。この
タイプの同一のランダム選択を数個の現ブロックに対し
用いて相関計算を実行することができる。ランダム選択
はゾーンのレベルで実行するが、相関計算は現ブロック
のレベルのままとする。
【００３７】図3Fは２つの方法を併用した場合を示す。
この場合には参照画素の第１部分をデータ内容の関数と
して選択し、第２部分をゾーンごとのランダム選択によ
り選択するのが好ましい。第２部分は選択参照画素の総
数が所定の限定数に達する瞬時までに制限する。
【００３８】図５の回路図は、現ブロック内の参照画素
の位置を計算部材50内で実行される歪み関数（前記の関
数Δ，Γ，Λ，Ψ）の計算から決定する選択ユニット26
を示す。得られた計算結果を選別部材51において各現ブ
ロック内の参照シンボルの数を制限するために選別アル
ゴリズムに従って選別する。選別した参照シンボルのア
ドレスをアドレスレジスタ52内に記憶して相関器が使用
し得るようにする。選択ユニット26は走査ユニット27の
制御の下で動作する。
【００３９】計算部材50及び選別部材51の詳細回路図
を、歪み関数が前記のラプラシアンΔである場合につい
て図６に示す。この歪み関数は図4Aに示すものに相当
し、図4Aにおいて記号Ｎ，Ｓ，Ｅ，Ｗは北、南、東、西
の基本方位を示す。これらの記号を図６の回路図内にも
記してあり、記号Ｃは中心画素を表わす。本例は現ブロ
ックの全画素をライン順次走査に従って走査するものに
関連する。図６には − データをそれぞれ１ライン期間−１画素期間だけ遅
延する第１遅延線60及び第２遅延線63と、 − データをそれぞれ１画素期間だけ遅延する第１及び
第２レジスタ61及び62とを具える遅延チェーンが示され
ている。 従って、３走査ライン後に、画素Ｎ，Ｓ，Ｅ，Ｗのデー
タが図６に示すように分布し、データＮが遅延線63の出
力端子に、データＳが遅延線60の入力端子に位置する。
【００４０】加算器64及び加算器65がそれぞれＳ＋Ｅ及
びＷ＋Ｎの加算処理を実行する。両加算結果が加算器66
において加算され、この加算結果を中心画素Ｃのデータ
の４倍の値から減算する必要がある。データＣの４倍処
理に対しては加算器66の出力を受信する減算器67の入力
端子を２ビットだけずらせれば十分である。減算器67の
出力は各現ブロックの全ての画素について計算された歪
み関数Δを供給する。選別部材51によりこれらの全ての
画素のなかから限られた数の画素を選択して参照画素と
する。好適実施例では、現ブロックの全画素について歪
み関数Δが最大又は最小である画素を選別すると共にこ
の選別処理をブロックがゾーンに分割されている場合に
適用し、この際２つの連続するゾーンの関数Δを交互に
正及び負にせしめる。
【００４１】この目的のために、選別部材は走査ユニッ
ト27により制御される符号選択器70と、各ゾーンに対す
る最大値／最小値を記憶する一組のレジスタ71と、各ゾ
ーンごとに、所要の符号に従って、保存すべき最大値又
は最小値を決定する比較器72とを具える。選択された参
照画素のアドレスを、走査ユニットから画素アドレスAD
P 及びゾーンアドレスADZを受信するアドレスレジスタ5
2に記憶する。
【００４２】走査ユニットは各ゾーンに交互に割当てら
れる＋及び−符号を供給する。正符号が１つのゾーンに
割当てられると、計算部材50により供給される結果はも
との符号を維持し、斯かる後にレジスタセット71内の同
一のゾーンに記憶されている前値と比較される。この新
しい値が最高である場合にこの値がレジスタセット71内
の古い値と入れ替えられる。同時に、対応する画素のア
ドレスADP がアドレスレジスタ52に記憶される。
【００４３】負の符号が他のゾーンに割当てられると、
計算部材50により供給される結果はその符号が反転さ
れ、レジスタセット71内の同一のゾーンに記憶されてい
る前値と比較される。符号反転のために同一の比較器が
２つの場合に対し同様に動作して最大値を決定する。走
査の終了時に、アドレスレジスタ52は選別処理の結果、
即ち各ゾーンにおける最大又は最小歪み関数を有する選
択画素のアドレスを含んでいる。
【００４４】図６の回路図は図4Aに対する歪み関数の計
算に対応する。当業者であれば、同一の方法を適用する
ことにより図4B, 4C及び4Dの歪み関数の計算を実行する
計算部材の回路を困難なく設計することができる。本発
明のこの特徴に従ってコンパクトで規則的な具体化を実
現するには、相関装置をN.N 画素（Ｎ＝16) のブロック
に作用させ、この各ブロックからｎ個の参照画素（ｎ＝
８) を選択するようにするのが有利である。
【００４５】これまで、現ブロック内の参照シンボルの
数を所定の限定数として、選択を現ブロック内の選択画
素の位置について行った。この参照シンボル数はいくつ
かの方法で決めることができる。現ブロック内の画素の
数が少し多いときは、処理すべき画像の種類（従って構
成）の関数として予備トライアルを行うことができる。
各トライアルごとに選択参照画素数を減らし、出発画像
と再現画像との間の誤り関数を計算し、参照画素の数を
許容誤りレベルに従って決定することができる。いくつ
かの種類の画像に対し参照画素の数を同数にすることが
できる。
【００４６】１現ブロック当りの参照画素数が多い場合
にはこの予備トライアル法は時間がかかる。この場合に
は画像を画素分布を表わす特徴に基づいて分析するのが
好ましい。この場合には本発明では前記分布（数学的意
味であるものと理解されたい）の“主成分分析”を用い
ることを勧める。相関行列の固有値をこの分布及び対応
する分散値に関し計算し、これら分散値から画像の正し
い表現に十分な数の最高分散値を決定する。この分散値
の数を参照画素の限定数として選択する。しかし、この
限定数の選択は相関装置に供給される画像に適宜実行す
ることもできる。従って、参照画素の限定数の選択を処
理すべき画像にダイナミックに適応させて一層精密な処
理を達成することができる。この計算は“主成分分析”
技術を実行するニューラルネットワークにより処理すべ
き画像に応じた速度で実行することができる。これを図
７に示す。図７には図２の素子に加えて、処理すべき画
像ブロックを受信し選択すべき参照画素の限定数を選択
ユニット26に供給するニューラルネット29が付加されて
いる。
【００４７】図８は慣例の相関器構造の回路図を示す。
この相関器はａ×ｂセルのシストリック（心臓収縮形）
ネットワークから成り、ここでａ及びｂはサーチウィン
ドウの寸法である。各セルはサンプルの値を記憶するレ
ジスタＲと、これに接続され相関関数を計算する単位プ
ロセッサＰとを具える。この相関器はウィンドウ内の分
析すべき画素と同数のセルを含む。各セルはウィンドウ
に対し所定の位置を有し、従って所定の動きベクトルを
有する。
【００４８】図８は９セル相関器を示す。第１の行はセ
ルR11/P11 〜R13/P13 を含み、第２の行はセルR21/P21
〜R23/P23 を含み、第３の行はセルR31/P31 〜R33/P33
を含む。各レジスタは３つの受信リンク及び３つの送信
リンクを介して隣接する４つのセルに接続される。従っ
て、例えばレジスタR22 はレジスタR12, R21, R32 から
データを受信する。このレジスタR22 はレジスタR12, R
21, R32 にデータを供給する。各レジスタは分析すべき
ブロックの全ての画素に関連するデータを順次に含む。
各レジスタに割当てられた全てのプロセッサは各時間に
おけるこのデータと、全てのプロセッサに分配される現
サンプルの値ECH との相関関数を計算する。ｃおよびｄ
が分析すべきブロックの寸法である場合、分析すべきブ
ロックに対する全歪み関数を累算するのにｃ×ｄサイク
ルが必要とされる。各サイクルにおいて、現ブロックの
サンプルの値ECH が一群のプロセッサに転送されると共
にレジスタＲの全内容が１ステップだけシフトされるた
め、全てのプロセッサに対するレジスタＲのデータと送
出データとの間に常に同一の移動量Ｄが存在する。補助
部材（図示せず）により最良の相関を出力するプロセッ
サを決定し、ネットワーク内のこのプロセッサの位置に
基づいて動きベクトルを取り出すことができる。従っ
て、ａ×ｂセルをｃ×ｄサイクルで動作させる必要があ
る。
【００４９】図８に示す構造では、現ブロックの全ての
画素を処理するために、個々のレジスタに１つのプロセ
ッサを割当てている。本発明では処理すべき画素数を制
限するため、ほぼ同一のハードウェアバルクの割合が高
く、またハードウェアバルクがほぼ一定割合となるレイ
アウトが可能になる。現ブロックを複数のゾーンに分割
するとき重要な利点が得られる。図9A, 9Bは実行する処
理動作を図式的に表したものである。図9Bは６個のゾー
ン、例えばゾーン221 に分割した現ブロック22を示し、
各ゾーンは複数画素からなる。本例では各ゾーンは９個
の画素を含み、これら画素から参照画素を選択する。
【００５０】更に、処理すべきウィンドウ13を画像10内
に示す。画像全体の処理はこのような一連のウィンドウ
について一連の処理動作を実行することにある。前述し
たところによれば、相関計算は現ブロック22とウィンド
ウを構成する処理すべき各ブロック、例えばブロック12
との画素ごとの相関を求めることにある。ウィンドウ内
の処理すべき全てのブロックはブロック12を２方向に１
画素ステップづつ順次シフトさせることにより得られ
る。これによりブロック12はブロック121 （点線で示
す）に、次いでブロック122 （十字記号で示す）に順次
１画素づつシフトする。これらブロック121, 122は図示
のために僅かに垂直方向にずらせて示してある。現ブロ
ックをゾーンに分割する場合には、処理すべきブロック
との相関計算を２つのレベルで実行する。
【００５１】最初に、所定のゾーンの参照画素、例えば
現ブロックのゾーン221 （左上）の画素を考察する。相
関を、（ウィンドウ内の）処理すべき各ブロック内の同
一の相対位置を有するゾーン、即ち左上ゾーンについて
計算する。こうして特定のゾーンに関する中間結果を全
ブロックについて得る。斯かる後に次のゾーンについて
同一の手順で計算を実行する。
【００５２】この処理は図式的に次のように示すことが
できる。 −第１ゾーン： −第１ブロック −第２ブロック −・・・・・・ −第２ゾーン： −第１ブロック −第２ブロック −・・・・・・ −以下同様に次のゾーン −次のウィンドウ この一連の計算の実行はレジスタ間のデータの交換を低
減し、アーキテクチャが簡単になり、計算時間が短くな
る利点をもたらす。
【００５３】図10はこの相関計算を実行するのに必要な
基本部材を示す。この回路図には１つのプロセッサと１
つのレジスタのみを示すが、他のプロセッサ及び他のレ
ジスタも構成は同じである。ランダムに選択したレジス
タ40は例えば４つの方向Ｎ，Ｓ，Ｅ，Ｗに隣接する他の
レジスタに、使用するアーキテクチャに応じて双方向バ
ス又は単方向バスを経て接続される。これらレジスタ間
のデータ転送は全てのレジスタに共通に使用される制御
手段71により制御される。プロセッサ72はこれらレジス
タの数個にラインI1, I2, I3・・・を経て接続され、こ
れらレジスタからのデータを受信する。
【００５４】この接続の数も使用するアーキテクチャに
より決まる。相関計算を順次のステップで実行するプロ
セッサはゾーンに対する中間結果を一次的に記憶する必
要があり、従ってプロセッサ自体もゾーンに従って分割
されている。これら中間結果は記憶手段73に記憶され
る。全ての中間結果が得られたとき、これら中間結果は
加算手段74において加算され、各ブロックの全ゾーンに
関する中間結果の総和が得られる。こうして種々のブロ
ックに関する一連の相関値が得られ、これら相関値か
ら、最良の相関を有し画像内の現ブロックの新しい位置
に一致するブロックを構成するブロックを選択する。
【００５５】図11は本発明相関器の一部分の回路図を示
し、これによればセル数の低減が得られる。この相関器
では１つのプロセッサＰが単一の動きベクトルと関連す
るのではなく、複数の動きベクトル、例えばｆ個の動き
ベクトル（ｆ個のレジスタ）と関連する。この場合には
ａ×ｂ個のレジスタＲとａ×ｂ／ｆ個のプロセッサが存
在するだけとなる。この値ｆが１ゾーン当りの画素数、
即ちｆ＝ｃ・ｄ／ｎに等しい場合にはいくつかの既存の
レイアウトを有利に用いることができる。この場合には
各レジスタを直ぐ隣りのレジスタに接続すると共に、１
つ又は他のプロセッサ（例えばP81)がこれを取り囲むレ
ジスタ(R81, R82, R91, R92)に記憶されているデータを
受信するようにする。例えば４画素ゾーンを用い、この
ゾーンから１つの参照画素を選択する場合には、４×４
画素のウィンドウを処理するのに16個のレジスタと４個
のプロセッサが必要とされる（図11)。全てのプロセッ
サはゾーン内の選択参照画素を示す選択信号SEL を受信
する。このアーキテクチャはＫ個の画素を有する各ゾー
ンから１つの参照画素を選択する一般的な場合に容易に
適用し得る。各プロセッサはその計算結果を適当な出力
端子（例えばプロセッサP81 ではS81)から出力する。一
般に、ウィンドウの寸法がａ×ｂでり、現ブロックの寸
法がｃ×ｄであって各ゾーンにｎ個の参照画素を有する
場合には、相関器はａ×ｂ個のレジスタとａ×ｂ／ｆ個
のプロセッサを有し、ｃ×ｄサイクルで動作する。
【００５６】図12は、現ブロックをゾーンに分割する場
合において処理速度を促進する本発明相関器の反複部分
の回路図を示す。この回路図は４画素ゾーンから１参照
画素を選択して相関計算を実行する場合に対応する。個
々のゾーンに対し実行すべき処理は破線の枠90内に位置
するブロックで実行される。この枠内には同一のプロセ
ッサP51 に接続された４つのレジスタR51, R52, R61, R
62が含まれる。各レジスタは図８のようにその前又は後
のレジスタに直接接続しないで、行及び列方向とも１つ
置きのレジスタに接続する。このレイアウトは、各ゾー
ンの４画素から１画素を選択する際に両方向に２画素ご
とに１画素をスキップする必要がある（図3D) ことに由
来する。
【００５７】選択信号SEL はプロセッサを、所定の瞬時
にゾーンの４画素の値を記憶する周囲の４つのレジスタ
の１つに作用させることができる。一般に、ブロックが
ｃ×ｄ画素を含み、このブロックからｎ個の参照画素を
選択する場合には、各レジスタと周囲のレジスタとの間
に必要とされる接続の数はｃ×ｄ／ｎになる。サンプル
の値ECH が相関計算のために全てのプロセッサに同時に
供給される。ａ×ｂブロックのウィンドウを用いるとき
はａ×ｂセルの相関器を必要とし、これをｎサイクルで
動作させる。各プロセッサは適切な出力端子、例えばプ
ロセッサP51 の出力端子S51 からその計算結果を出力す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図1Aは相関処理すべきブロックを含むウィンド
ウを有する前画像を示す図、図1Bは現ブロックを含む現
画像を示す図である。
【図２】相関装置のブロック回路図である。
【図３】図3A, 3Bは従来技術で選択される参照シンボル
の位置を示す８×８画素の現ブロックを示す図、図3C〜
3Fは本発明により選択される参照シンボルの位置を示す
８×８画素の現ブロックを示す図である。
【図４】図4A〜4Dは歪み関数を計算するための所定の画
素とその周囲の画素を示す図である。
【図５】図4Aに示す歪み関数の計算を実行し参照画素を
選択する選択ユニットの一部分の回路図である。
【図６】ラプラシアンを計算する部材と選別部材とを具
える選択回路の詳細回路図である。
【図７】参照シンボルの数を決定するニューラルネット
ワークを具える相関装置のブロック回路図である。
【図８】従来の相関器の回路図である。
【図９】図9A, 9Bはウィンドウ内の処理すべきブロック
と、ゾーンに分割された現ブロックとを示す図である。
【図１０】相関計算を実行するのに必要な基本部材の回
路配置を示す図である。
【図１１】現ブロックを４シンボルのゾーンに分割し、
且つゾーンから１つの参照画素を選択するようにしてハ
ードウェアの簡単化を向上させた回路図である。
【図１２】現ブロックを４シンボルのゾーンに分割し、
処理速度を向上させた相関器の回路図である。
【符号の説明】
10 前画像 12 ブロック 20 現画像 22 現ブロック 25 相関器 26 選択ユニット 27 走査ユニット 28 決定ユニット 29 ニューラルネットワーク 50 計算部材 51 選別部材 52 アドレスレジスタ 40 レジスト 72 プロセッサ 73 記憶手段 74 加算手段 R81,R82,R91,R92 レジスタ P81 プロセッサ R51,R52,R61,R62 レジスタ P51 レジスタ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 590000248 Ｇｒｏｅｎｅｗｏｕｄｓｅｗｅｇ １, 5621 ＢＡ Ｅｉｎｄｈｏｖｅｎ， Ｔ ｈｅ Ｎｅｔｈｅｒｌａｎｄｓ (72)発明者 ジャック アリエル シイラ フランス国 94450 リメイル−ブレバ ンヌ アヴニュ デュ プレジダン ウ ィルソン 17 (56)参考文献 特開 平２−274083（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−81589（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−224468（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−46684（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−274083（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G06T 7/00 H04N 7/32 ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ) ＷＰＩ（ＤＩＡＬＯＧ) ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (12)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 規則正しい配列に従ってブロックに分割
    されたシンボルで表される入力信号に作用する相関装置
    であって、現ブロックのシンボルと、前記ブロック配列
    からの処理すべき一連のブロック内の同一位置を有する
    シンボルとの相関を決定する相関器と、前記現ブロック
    のシンボルから、相関処理を実行すべき限られた数の参
    照シンボルを選択する選択手段とを具えた相関装置にお
    いて、前記選択手段は前記現ブロック内のシンボルから
    限られた数の参照シンボルを、 − 前記現ブロックのデータ内容の関数として、又は − ランダム選択に従って、又は − 第１部分に対してはデータ内容の関数として、及び
    第２部分に対してはランダム選択に従って、 それらの位置を選択することにより選択するようにした
    ことを特徴とする相関装置。
  2. 【請求項２】 複数の現ブロックに対し同一のランダム
    選択を用いてランダム選択参照シンボルの位置を選択す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  3. 【請求項３】 データ内容に従って選択される前記位置
    は現ブロックの各シンボルについて周囲のシンボルに対
    し計算される歪み関数に基づいて決定し、選択参照シン
    ボルは現ブロックのシンボルから、周囲のシンボルの歪
    み関数から最も相違する歪み関数を有するものを選択す
    ることを特徴とする請求項１記載の装置。
  4. 【請求項４】 前記歪み関数は入力信号の固有の特徴に
    関するラプラシアンを計算することにより決定すること
    を特徴とする請求項３記載の装置。
  5. 【請求項５】 現ブロックを数個のゾーンに分割し、前
    記選択手段を各ゾーンに別々に作用させ、相関処理を現
    ブロックの選択参照シンボルの全てに実行することを特
    徴とする請求項１〜４の何れかに記載の装置。
  6. 【請求項６】 各ゾーンの参照シンボルは、その歪み関
    数が連続するゾーンに対し交互に最大値及び最少値を示
    すように選択することを特徴とする請求項５記載の装
    置。
  7. 【請求項７】 相関行列の固有値及び分散値を計算して
    データ内容の関数としての参照シンボルの数を適宜決定
    するニューラルネットワークを具え、前記参照シンボル
    の数を一群の入力信号を特徴づける最高分散値の数に等
    しくすることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載
    の装置。
  8. 【請求項８】 規則正しいブロック配列に分割されたシ
    ンボルは画像を構成する画素であり、当該相関装置は４
    ×４画素のブロックに作用し、各ブロックからｎ個の参
    照画素を選択し（ｎ＜N2) 、現ブロックと画像内に定め
    られたウィンドウ内のブロックとの間で相関処理を実行
    し、現ブロックを前又は後画像から得て画像ブロックの
    動きベクトルを決定することを特徴とする請求項１〜７
    の何れかに記載の装置。
  9. 【請求項９】 シンボルが音響信号の一次元ブロック配
    列に分割された２進符号値であり、相関装置が数個の前
    記符号値を含む現ブロックに作用し、これら符号値から
    限られたｎ個の参照値を選択することを特徴とする請求
    項１〜７の何れかに記載の装置。
  10. 【請求項１０】 ウィンドウ内に含まれる処理すべき一
    組のデータブロックに対する動きベクトルの計算を実行
    する請求項１〜９の何れかに記載の装置において、前記
    相関器はＰ個のゾーンに分割され各ゾーンにつきｎ／Ｐ
    個の参照画素が選択される現データブロックを用いて相
    関計算を実行し、この相関装置は、ウィンドウ画素デー
    タを１つのレジスタから他のレジスタへ転送するシスト
    リックネットワークと、各々少なくとも１つの動きベク
    トル相関計算を実行する複数個のプロセッサとを具え、
    この相関装置は第１計算ステップを実行し、この計算ス
    テップ中に(a) 各プロセッサが第１ゾーンの順次のｎ／
    Ｐ個の選択基準シンボルについて相関計算を実行して全
    ての動きベクトルを順次計算し、(b) この計算の終了時
    にこれらプロセッサにより供給される中間結果を記憶手
    段に記憶し、(c) １つのゾーンに作用するレジスタの内
    容を次のゾーンに作用する次のレジスタに転送手段によ
    り転送し、斯かる後に前記第１計算ステップを後続のＰ
    ‐１個のゾーンについて反復し、処理すべき各ブロック
    に関する中間結果の和を加算手段により決定して一連の
    ブロックの相関値を出力するように構成したことを特徴
    とする相関装置。
  11. 【請求項１１】 前記相関器はＫ個の画素を含む矩形ゾ
    ーンに分割され各ゾーンに１つの参照画素が選択される
    現ブロックを有する二次元画素ウィンドウに作用し、レ
    ジスタの二次元行列を具え、このレジスタ行列は所定の
    瞬時に同一のレイアウトに従ったウィンドウの画素を記
    憶し、Ｋ個のレジスタが１つのゾーンの処理に割当てら
    れ、前記レジスタの行がウィンドウの画素データを行列
    の２方向に双方向に交換し、１つのプロセッサが同一の
    ゾーンに属する画素を含むＫ個のレジスタと共働してＫ
    個の動きベクトルを連続的に計算し、連続番号の前記画
    素が２方向に連続し、選択信号が各プロセッサを各動き
    ごとに現ゾーン内の選択参照画素に対応するレジスタの
    データに対し動作せしめるように構成したことを特徴と
    する請求項10記載の装置。
  12. 【請求項１２】 前記相関器は、各４画素のゾーンに分
    割され各ゾーンに１つの参照画素が選択される現ブロッ
    クを有する二次元画素ウィンドウに作用し、二次元のレ
    ジスタ行列を具え、このマトリクスは所定の瞬時に同一
    のレイアウトに従って前記ウィンドウの画素を記憶し、
    ４つのレジスタが１つのゾーンの処理に割当てられ、前
    記レジスタの行がウィンドウの偶数番の画素のデータを
    行列の２方向に交換し、他のレジスタ行がウィンドウの
    奇数番の画素のデータを一方向に沿って単方向に、他方
    向に沿って双方向に交換し、１つのプロセッサがウィン
    ドウの偶数及び奇数画素を含む４つのレジスタと共働し
    て各動きベクトルを計算し、前記連続番号の画素が２つ
    づつ各方向に連続し、共通選択信号が前記プロセッサを
    現ブロック内の選択参照画素に対応するレジスタデータ
    に対し動作せしめるように構成したことを特徴とする請
    求項10記載の装置。
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