JP3230263B2 - 動きベクトル検出回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオ信号処理系な
どに適用されるフレーム間予測符号化回路などに適用し
て好適な動きベクトル検出回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ信号などを圧縮して伝送する技術
に予測符号化方式を用いた技術が知られている。予測符
号化方式はフレーム間の相関を利用したデータ圧縮方式
であって、この予測符号化方式のうちで未来ないし過去
フレームの画素データから現フレームにおける画素デー
タを予測するいわゆるフレーム間予測符号化回路などで
は、ブロックマッチング法によりフレーム間での動きベ
クトルを検出し、その出力に基づいて予測ビデオ信号を
生成するように構成されている場合がある。図５はその
ような予測ビデオ信号生成手段を採用したフレーム間予
測符号化回路１０の従来例を示す構成図である。

【０００３】図５において、端子１〜３には伝送すべき
ビデオ信号を構成する輝度信号Ｙと一対の色差信号ＣB
（＝Ｂ−Ｙ），ＣR（＝Ｒ−Ｙ）が供給され、これらが
Ａ／Ｄ変換器４，５，６でディジタル信号に変換された
のちバッファ回路７に供給されて、１フレーム期間中に
例えば輝度信号Ｙ、色差信号ＣB、色差信号ＣRの順で出
力されるように順次信号に変換される。

【０００４】順次化されたこのビデオ信号ａは減算器１
３で予測ビデオ信号ｂとの差が取られ、この差のビデオ
信号が予測誤差信号ｃとして使用される。ビデオ信号ａ
には未来または過去のフレームと相関があるため、これ
ら参照フレームの周囲の画素から予測した信号ｂと予測
される信号ａとの差であるこの予測誤差信号ｃは小さな
値となる。

【０００５】予測誤差信号ｃは直交変換回路１４に供給
される。直交変換として図の例では離散コサイン変換
（ＤＣＴ）が使用されているが、アダマール変換などを
用いて直交変換してもよい。直交変換された予測誤差信
号（出力変換係数）ｄは量子化回路１５で量子化され
る。

【０００６】量子化された予測誤差信号ｅは符号化回路
１６で可変長符号化される。符号化信号ｆは多重化回路
１７で動きベクトルデータと多重化され、バッファ回路
１８を介して出力端子１９に導出される。したがって、
出力端子１９に得られるこの符号化信号ｆ（ビットスト
リームデータ）が伝送される。

【０００７】予測誤差信号ｃを形成するための予測ビデ
オ信号ｂは次のようにして生成される。

【０００８】量子化された予測誤差信号ｅはまず逆量子
化回路２１において量子化する前の予測誤差信号ｄ′に
逆変換され、これがさらに逆・離散コサイン変換回路
（ＩＤＣＴ）２２に供給されて減算器１３の出力と同様
な信号形式となるように逆変換される。逆変換された予
測誤差信号ｃ′は加算器２３において予測ビデオ信号ｂ
と加算されたのちフレームメモリ２４に供給される。

【０００９】参照フレームのビデオ信号ｇは動き補償回
路２５に供給されて例えばブロックマッチング法によっ
て得た動きベクトルによる予測処理が行なわれ、ブロッ
ク単位で予測ビデオ信号ｂが生成される。

【００１０】ブロックマッチング法とは、周知のように
例えば現フレームの検索ブロック（例えば、８画素×８
ラインの大きさ）と、参照フレームの検索ブロック近傍
のブロックとのマッチング度合（一致度）を検出し、一
致度が最大となる位置を示すベクトルを動きベクトルと
する方法である。

【００１１】このブロックマッチング法による動きベク
トル算出を行なうため、動きベクトル検出回路２６が設
けられ、フレームメモリ２４から出力される参照フレー
ムとＡ／Ｄ変換器４から出力される当該フレームとの間
でブロックごとの動きベクトルが検出される。

【００１２】動き補償回路２５からは予測ビデオ信号ｂ
の他に、予測ビデオ信号ｂを作成したときに使用された
動きベクトルデータも符号化されて出力され、多重化回
路１７に送られる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、このように
ブロックマッチング法を用いた動きベクトル検出手段に
よって構成されたフレーム間予測符号化回路１０では、
輝度信号Ｙから動きベクトルを算出しているので、画面
内が同じ輝度レベルをもつ動画（被写体）で構成されて
いるときには、動きベクトルを検出できない。

【００１４】そのため、正確な予測ビデオ信号ｂを生成
できず、予測誤差信号ｃが小さくならず、その結果、画
像データの冗長度の増加を招く欠点があった。

【００１５】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、同じ輝度レベルの被写体の間
に動きがある場合でも、正確に動きベクトルを検出でき
るようにして最適な動き補正による効率的な画像データ
の圧縮を可能にした動きベクトル検出回路を提案するも
のである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、入力画像信号の１画面サイズ
より小さな、画素の二次元配列であるブロックを単位と
して、対応する位置の一致度を検出するブロックマッチ
ングによってこのブロックの動きベクトルを検出するよ
うにした動画像の動きベクトル検出回路において、上記
ブロックの輝度信号、一の色差信号及び他の色差信号が
平坦か否かの判定を行なう手段と、上記ブロックごとの
輝度信号、一の色差信号及び他の色差信号における動き
ベクトルを検出する手段と、上記ブロックごとに、輝度
信号が平坦でないときには輝度信号の動きベクトルを選
択し、輝度信号が平坦であるが一の色差信号が平坦でな
いときには一の色差信号の動きベクトルを選択し、輝度
信号及び一の色差信号が平坦であるときには他の色差信
号の動きベクトルを選択し、選択された動きベクトルに
より予測ビデオ信号を生成する手段とを有することを特
徴とするものである。

【００１７】予測符号化は直交変換を使用してもよけれ
ば、差分ＰＣＭ（ＤＰＣＭ）を使用してもよい。

【００１８】

【作用】図１において、動きベクトル検出器３０を構成
する複数の動きベクトル検出器３１，３２，３３でブロ
ックごとの輝度信号および色差信号における動きベクト
ル（ＶYi，ＶYj），（ＶCBi，ＶCBj），（ＶCRi，ＶCR
j）が検出される。

【００１９】動き補償回路２５では、ブロックの画素が
平坦か否かの判定を行ない、その判断結果に基づき輝度
信号の動きベクトルまたは色差信号の動きベクトルの何
れかを選択し、選択されたこの動きベクトルにより予測
ビデオ信号ｂを生成する一連の処理がマイクロコンピュ
ータの制御の下で行なわれる。

【００２０】輝度信号が同じレベルで平坦であっても色
差信号が平坦であるとは限らないから、図２のように色
差信号のブロックでの平坦性を検索し、もし平坦でなけ
ればこれを異なる被写体とみなし、そのときの動きベク
トル（ＶCBi，ＶCBj）若しくは（ＶCRi，ＶCRj）を用い
て動き補償処理が行なわれる。

【００２１】

【実施例】続いて、この発明に係る動きベクトル検出回
路を上述したフレーム間予測符号化回路に適用した場合
につき、図１以下を参照して詳細に説明する。

【００２２】この発明に係るフレーム間予測符号化回路
は直交変換を用いた予測符号化でも、差分ＰＣＭ（ＤＰ
ＣＭ）を用いた予測符号化でも共に適用できる。本例で
は直交変換を用いたフレーム間予測符号化回路に適用し
た場合について説明する。

【００２３】その基本的な構成は図５と同様であるか
ら、その詳細な説明は省略するとして、この実施例では
図１に示すように動きベクトル検出器３０として輝度信
号Ｙの動きベクトル検出のみならず、一対の色差信号Ｃ
B，ＣRについてもその動きベクトルが検出される。

【００２４】そのため、同図のように輝度信号用動きベ
クトル検出器３１と共に、色差信号用動きベクトル検出
器３２，３２とが設けられ、それらには輝度信号Ｙと一
対の色差信号ＣB，ＣRが供給されると共に、フレームメ
モリ２４から参照フレームの輝度信号と色差信号が供給
される。そして、これらから得られた動きベクトル（Ｖ
Yi，ＶYj），（ＶCBi，ＶCBj），（ＶCRi，ＶCRj）が動
き補償回路２５に供給される。

【００２５】動き補償回路２５は、マイクロコンピュー
タ（図示しない）によってその補償処理動作が制御され
ており、上述したブロック内の画素が平坦か否かがフレ
ーム間の画素を用いて判定され、その判断結果に基づき
輝度信号の動きベクトルまたは色差信号の動きベクトル
の何れかが選択され、選択されたこの動きベクトルによ
り予測ビデオ信号ｂを形成するような一連の処理がこの
マイクロコンピュータの制御の下で行なわれる。

【００２６】検出された３組の動きベクトルから最終的
な動きベクトルを決定するまでの処理例を図２を参照し
て説明する。

【００２７】図２はその処理動作の一例を示すもので、
先ず輝度信号Ｙのブロックにおいて平坦性が検出され
（ステップ５１）、平坦でないとき例えばなんらかのエ
ッジが存在するときには従来通り輝度信号用の動きベク
トル検出器３１で検出された動きベクトル（ＶYi，ＶY
j）がそのブロックにおける動きベクトル（ＭVi，ＭV
j）として用いる（ステップ５２）。

【００２８】これに対して、輝度ブロックが平坦である
ときには、同じブロック内でも今度は色差信号ＣB，ＣR
のブロックについて画素の平坦性が検出される（ステッ
プ５３、５５）。そして、その何れかのブロックにおい
て画素の非平坦性が検出されたときには、その被写体に
なんらかのエッジが存在することであり、この場合には
対応する動きベクトル検出器３２若しくは３３で検出さ
れた動きベクトル（ＶCBi，ＶCBj）若しくは（ＶCRi，
ＶCRj）がそのブロックにおける動きベクトル（ＭVi，
ＭVj）として用いられる（ステップ５４，５６）。本例
では、ＣBの色差ブロックの検出が、ＣRの色差ブロック
の検出よりも優先されているが、この逆でもよい。

【００２９】輝度ブロックも色差ブロックも画素が共に
平坦であるときには、つまり、本当にエッジが存在しな
いときには、輝度ブロックで検出された動きベクトルが
そのブロックにおける動きベクトルとして用いられる
（ステップ５１，５３，５５，５２）。

【００３０】決定された動きベクトルによって予測ビデ
オ信号ｂが形成されると共に、動きベクトルデータが符
号化され多重化回路１７に供給される。

【００３１】以上を図により説明する。例えば図３のよ
うに円形の被写体とその背景が同じ輝度レベルであると
きには、図４に示すように輝度ブロックでの輝度信号に
関しては何のエッジも検出されない。

【００３２】しかし、同じブロック内でもＣBブロック
あるいはＣRブロックでは図４のようにエッジが検出さ
れるから、これによってＣBブロックあるいはＣRブロッ
クから動きベクトルを求めることができ、そのときはこ
れらの動きベクトルを採用することになる。

【００３３】ここで、ブロックが平坦か否かの判定は、
例えばブロック内の各画素の値の最大値と最小値を求
め、両者の差が予め設定されたしきい値よりも小さいと
き、そのブロックを平坦であると、判定するようにして
いる。

【００３４】上述した実施例では、動きベクトル演算に
使用される信号として、Ｙ，ＣB，ＣRを使用したが、
Ｒ，Ｇ，Ｂなどの原色信号や、Ｙ，Ｉ，Ｑ信号などのカ
ラー画像信号を用いてもよい。

【００３５】ブロック内の平坦性を検出する手法として
は、次のような手法も考えられる。 （１）ブロック内の各画素値の分散若しくは標準偏差を
算出し、これらがあるしきい値以下であるとき、そのブ
ロックを平坦とする。 （２）ブロック内の各画素値の平均値と最大値あるいは
最小値との差分が、所定のしきい値以下であるとき、そ
のブロックを平坦とする。

【００３６】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る動きベク
トル検出回路では、輝度信号の動きのみならず色差信号
などの動きも検出するようにようにして動きベクトルを
検出するようにしたものである。

【００３７】これによれば、同じ輝度レベルを持つ被写
体であってもエッジがあるときには、これを確実に検出
できるようになるので正しい予測ビデオ信号を形成で
き、予測誤差を小さくできるので、ビットストリームの
冗長度を改善できる特徴を有する。

【００３８】したがって、この発明はフレーム間予測符
号化回路などに適用して極めて好適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る動きベクトル検出回路をフレー
ム間予測符号化回路に適用したときの一例を示す系統図
である。

【図２】動きベクトル決定のための処理例を示すフロー
チャートである。

【図３】被写体の説明図である。

【図４】輝度ブロックと色差ブロックを使用した動きベ
クトル決定の説明図である。

【図５】従来のフレーム間予測符号化回路の一例を示す
系統図である。

【符号の説明】

１０ フレーム間予測符号化回路 １４ 直交変換回路（離散コサイン変換回路） １５ 量子化回路 １６ 符号化回路 １７ 多重化回路 ２１ 逆量子化回路 ２２ 逆直交変換回路 ２４ フレーム遅延回路 ２５ 動き補償回路 ３０ 動きベクトル検出器 ３１，３２，３３ 動きベクトル検出器

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像信号の１画面サイズより小さ
   な、画素の二次元配列であるブロックを単位として、対
   応する位置の一致度を検出するブロックマッチングによ
   ってこのブロックの動きベクトルを検出するようにした
   動画像の動きベクトル検出回路において、 上記ブロックの輝度信号、一の色差信号及び他の色差信
   号が平坦か否かの判定を行なう手段と、 上記ブロックごとの輝度信号、一の色差信号及び他の色
   差信号における動きベクトルを検出する手段と、上記ブロックごとに、輝度信号が平坦でないときには輝
   度信号の動きベクトルを選択し、輝度信号が平坦である
   が一の色差信号が平坦でないときには一の色差信号の動
   きベクトルを選択し、輝度信号及び一の色差信号が平坦
   であるときには他の色差信号の動きベクトルを選択し、
   選択された動きベクトルにより予測ビデオ信号を生成す
   る手段とを有することを特徴とする動きベクトル検出回
   路。