JP3646845B2 - ビデオ符号化装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明はビデオ符号化装置に関し、特に動き補償予測を高能率化したビデオ符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、動画像を符号化するビデオ符号化装置は広く知られている。図11は、従来のビデオ符号化装置の一例を示すブロック図である。図示されているように、該ビデオ符号化装置は、原画像データから予測画像データを引き算して予測誤差信号を生成する減算器51と、該減算器51から出力された予測誤差信号を直交変換、例えばDCT変換する直交変換部52と、直交変換されたデータを量子化する量子化部53と、該量子化されたデータを可変長符号化する可変長符号化部54を備えている。また、さらに、前記量子化部53で量子化されたデータを逆量子化する逆量子化部55と、逆直交変換部56と、加算器57と、再生画を一時的に記憶するフレームメモリ58と、前記原画像データと前記フレームメモリ58からの再生画データとで動き補償を行う動き補償予測部59と、前記各部の動作を制御する制御部60とを備えている。
【0003】
このビデオ符号化装置では、前記動き補償予測部59における最適動きベクトルの探索が、符号化効率に大きな影響を与える。従来は、この最適動きベクトルを探索する方法として、符号化対象のマクロブロックに対して、候補として上げられた動きベクトルの周辺を網羅的に探索する全探索方法が一般的に用いられている。この全探索方法は最適動きベクトルを取得する精度は高いが、多大な演算量を必要とし、これを実現するための回路規模が大きくなるという問題を有している。
【0004】
そこで、他の方法として、前記符号化対象のマクロブロックの直前に符号化されたマクロブロックにて選ばれた動きベクトルを初期値として、それに近いベクトルのみを探索候補として探索する方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記の従来方法では、符号化対象のマクロブロックとその直前に符号化されたマクロブロックとに空間的に断絶がある場合、例えば該二つのマクロブロックが別物体を表す画像部分である場合には、両マクロブロックの最適動きベクトルには相関性がないため、当該符号化対象のマクロブロックに対する最適動きベクトルの検出精度が大きく低下して、符号化効率に劣化が生じるという問題があった。また、この方法の探索範囲は、前記全探索方法に比べて大幅に狭められるが、探索領域形状は、該全探索方法と同様に一般的には正方形であり、最適動きベクトルの探索に無駄な演算が行われることになるという問題があった。
【0006】
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を除去し、少ない演算量で、精度良く最適の動きベクトルを取得できるビデオ符号化装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、本発明は、動き補償予測を用いて動画像を符号化するビデオ符号化装置において、
符号化の対象となっている部分の動きベクトルの候補を選択する動きベクトル候補選択手段と、
該候補の動きベクトルの中から、最適の予測動きベクトルを決定する最適予測動きベクトル決定手段と、
既に求められた前フレームの画像の全てのマクロブロックの動きベクトルを基に、該動きベクトルのX方向、Y方向のばらつき度合いを求めるばらつき度合い演算手段と、
該X方向、Y方向のばらつき度合いの差が予め定められた閾値以下であれば動きベクトルの探索形状を正方形またはそれに近似した形状とし、前記差が前記閾値より大きければ該動きベクトルの探索形状をばらつき度合いの大きい方向に長辺を有する矩形またはそれに近似した形状とする、動きベクトルの探索形状を求める手段と、
前記最適予測動きベクトル決定手段で決定された予測動きベクトルを探索の起点として、前記探索形状内の動きベクトルを探索し、該探索した動きベクトルの中の最適のものを動きベクトルと決定する手段とを具備した点に特徴がある。
【0008】
この特徴によれば、符号化の対象となっている部分の動きベクトルの候補の中から最適の予測動きベクトルを決定し、さらに該予測動きベクトルを探索の起点として、既に求められた動きベクトルのばらつき度合いに応じて決められた探索形状内を探索することにより、最適動きベクトルを決定するようにしているので、符号化の対象となっている部分の左隣りの動きベクトルを最適動きベクトルとする従来方式に比べて、大した演算量を増すことなく、大幅に信頼性を高めることができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図2は、本発明の要部の概略を示すブロック図であり、図11の動き補償予測部59中の最適動きベクトル探索部と制御部60に相当する構成を示している。最適動きベクトル探索部1は、本発明および従来の最適動きベクトル探索部2、3と、制御部5からの指令により該本発明および従来の最適動きベクトル探索部2、3の一方を選択する選択部4から構成されている。ここに、該従来の最適動きベクトル探索部3は、例えば前記全探索で最適動きベクトルを求める方式であるとする。前記選択部4は制御部5からの指令が1対1であれば、1個のマクロブロック毎に交互に切り替えられる。また、n対1(nは正の整数)であれば、n個のマクロブロックに対して本発明の最適動きベクトル探索部2が選択され、1個のマクロブロックに対して従来の最適動きベクトル探索部3が選択される。
【0010】
図1は前記本発明の最適動きベクトル探索部2の一実施形態の構成を示すブロック図である。図において、21は制御部5からのパラメータ値Prmに基づいて動きベクトル候補を選択する動ベクトル候補選択部、22は該動ベクトル候補選択部21で選ばれた動ベクトル候補の中から最適予測動ベクトルを決定する予測動ベクトル決定部、23は統計量測定部24からの動きベクトルの分散値VarX,VarYを基に探索形状を決定し、探索範囲決定部25からの探索範囲を基に該探索形状の広さを決定し、該探索形状と広さを有する探索範囲内の全ての動きベクトルを、前記予測動ベクトル決定部22から取得した最適予測動ベクトルを探索の起点として調査することにより、最適動きベクトルを求める予測動ベクトル周辺探索部である。
【0011】
次に、前記動ベクトル候補選択部21、予測動ベクトル決定部22、統計量測定部24、探索範囲決定部25、および予測動ベクトル周辺探索部23の動作を、図3〜図8を参照して、順次説明する。
【0012】
まず、動ベクトル候補選択部21の動作を、図3および図4を参照して説明する。図3はフローチャート、図4は符号化対象のマクロブロックMB(以下、当該MBと略す)とその周辺のマクロブロックの説明図である。
【0013】
制御部5から許容演算量パラメ−タ値Prmが動ベクトル候補選択部21に出力される。ステップS1では、該許容演算量パラメ−タ値Prm=1であるか否かの判断がなされ、この判断が肯定の時にはステップS2に進んで、参照動きベクトルMV(以下、参照MVと略す)として、前記当該MBの左隣りのマクロブロックMBの動きベクトルMV(=MVA )が1つだけ選択される。ステップS3で許容演算量パラメ−タ値Prm=2と判断された時には、ステップS4に進んで、参照MVとして、当該MBの左隣りと上にあるマクロブロックMBの動きベクトルMVA 、MVc 、および(MVA +MVc )/2が選択される。また、ステップS5で許容演算量パラメ−タ値Prm=3と判断された時には、ステップS6に進んで、参照MVとして、当該MBの左隣り、上、および右上(または左上)のマクロブロックMBの動きベクトルMVA 、MVc 、MVD (またはMVB )および(MVA +MVc +MVD またはMVB )/3が選択される。また、ステップS7で許容演算量パラメ−タ値Prm=4と判断された時には、ステップS8に進んで、参照MVとして、図4に示されているマクロブロックの動きベクトルMVA 、MVc 、MVF 、MVH および(MVA +MVc +MVF +MVH )/4が選択される。さらに、ステップS9で許容演算量パラメ−タ値Prm=5と判断された時には、ステップS10に進んで、参照MVとして、図4に示されているマクロブロックの動きベクトルMVA 、MVB 、MVc 、MVD 、MVF 、MVG 、MVH 、MVI 、およびこれらの平均ベクトルが選択される。
【0014】
次に、前記予測動ベクトル決定部22の動作を図5のフローチャートを参照して説明する。ステップS11では、ある置数iを0とし、予測誤差閾値Err-th を設定する。該予測誤差閾値Err-th としては、十分に大きな予測誤差値とするのが良い。ステップS12では該置数iが1だけインクリメントされ、ステップS13に進む。ステップS13では、該置数i≦imax の条件が成立するか否かの判断がなされる。ここに、imax は前記動ベクトル候補選択部21で求めた参照MVの数である。
【0015】
ステップS13の判断が肯定になると、ステップS14に進んで、1個目の動きベクトルMV(1)を使用した時の予測誤差Err(1)が計測される。次いでステップS15に進み、該予測誤差Err(1)<Err-th が成立するか否かの判断がなされる。一般的には、この判断は肯定になってステップS16に進む。このステップS16では、最適MV=MV(1)と置かれ、また前記予測誤差閾値Err-th は前記予測誤差Err(1)に更新される。そして、前記ステップS12に戻って、前記iは1インクリメントされて、i=2となる。そして、ステップS13では、iが前記参照MVの数以上になったか否かが判断される。この判断が否定の時にはステップS14に進んで、前記と同じ動作が繰り返される。なお、ステップS15の判断が否定になった時には、ステップS12に戻る。
【0016】
以上の動作が、ステップS13の判断が否定になるまで繰り返され、該判断が肯定になると、ステップS17に進んで、最適予測動きベクトルMVが決定される。ここに、該最適予測動きベクトルMVとしては、ステップS16で求められたMV(i) が使用されることになる。該最適予測動きベクトルMVは、前記予測動ベクトル周辺探索部23に送られる。
【0017】
次に、前記統計量測定部24の動作を、図6のフローチャートを参照して説明する。ステップS21では、画像フレームのマクロブロックの番号を表すiを0と置き、X、Y方向の動きベクトルMVX 、MVY が0と置かれる。また、後述する値であるMVVXとMVVYが共に0と置かれる。次に、ステップS22に進んで、iが1だけインクリメントされる。ステップS23では、i≦imax が成立するか否かの判断がなされる。ここに、imax は画像1フレーム中のマクロブロックMBの総数である。この判断が肯定の時にはステップS24に進んで、第i番目のマクロブロックのX、Y方向の動きベクトルMVX 、MVY が累算される。また、MVVXとMVVYが、それぞれ、式MVVX+MVx(i)2 と式MVVY+MVY(i)2 により求められる。前記の処理が繰り返し行われ、ステップS23の判断が否定になるとステップS25に進んで、X方向の平均動きベクトルAveX、Y方向の平均動きベクトルAveY、X方向の動きベクトルの分散VarX、およびY方向の動きベクトルの分散VarYが図示の式により求められる。
【0018】
これらのX、Y方向の動きベクトルの分散VarX、VarYは、前記予測動ベクトル周辺探索部23に送られる。
【0019】
次に、前記探索範囲決定部25の動作を、図7のフローチャートを参照して説明する。該探索範囲決定部25には、制御部5から許容演算量パラメ−タ値Prmが出力される。そうすると、探索範囲決定部25では、ステップS31において、該許容演算量パラメ−タ値Prm=1であるか否かの判断がなされる。この判断が肯定の時にはステップS32に進んで、探索範囲となる画素数PN =0とされる。ステップS33で許容演算量パラメ−タ値Prm=2であると判断された時には、探索範囲となる画素数PN =1〜10とされる。以下同様に、許容演算量パラメ−タ値Prm=3、4、5であれば、該探索範囲となる画素数PN =11〜30、31〜70、71以上とされる。これらの探索範囲となる画素数PN は前記予測動ベクトル周辺探索部23に送られる。
【0020】
次に、該予測動ベクトル周辺探索部23の動作を図8を参照して説明する。ステップS51では、前記1フレームのX、Y方向の動きベクトルの分散VarX、VarYの差の絶対値がある定められた閾値Th 以下であるか否かが判断される。この判断が肯定の時には、X、Y方向の動きベクトルのばらつきがX、Y方向にほぼ同じと判断されるので、ステップS52に進んで、周辺探索形状は正方形と決定される。なお、正方形に限定されず菱形、多角形、円形等の形状であっても良い。
【0021】
また、ステップS51の判断が否定となると、ステップS53に進む。該ステップS53では、X方向の動きベクトルの分散VarXとY方向の動きベクトルの分散VarYとの差が閾値Th より大きいか否かの判断がなされ、この判断が肯定であるとステップS54に進んで周辺探索形状は横長の矩形と決定される。これは、動きベクトルの横方向のばらつきが大きいと考えられるからである。一方、前記ステップS53の判断が否定となると、ステップS55に進んで、周辺探索形状は縦長の矩形と決定される。これは、動きベクトルの縦方向のばらつきが大きいと考えられるからである。なお、矩形に限定されず、横長、あるいは縦長の楕円形であってもよい。
【0022】
ステップS56では、前記予測動ベクトル決定部22から得られた最適予測MVを起点として、前記探索範囲決定部25からの画素数PN により、探索の広さを決定する。例えば、周辺探索形状が横長の矩形の場合に該画素数PN が大きいと該矩形の面積が大きくなる。他の周辺探索形状においても同様である。
【0023】
ステップS57では、該周辺探索形状内の全ての動きベクトルMVを調査する。そして、ステップS58では、この全ての動きベクトルMVの中から、最適MVを一つ求めて出力する。
【0024】
以上のように、本実施形態によれば、符号化対象となっている当該マクロブロックの左隣りのマクロブロックの動きベクトルだけでなく、その周辺のマクロブロックの動きベクトル、および該動きベクトルの平均ベクトルを参照MVとし、それらの中から予測誤差の最小のものを最適予測MVとして選び、また動きベクトルの分散から探索形状を決定し、許容演算量パラメ−タ値の大きさに従って探索面積を決定するようにしているので、少ない演算量にもかかわらず、精度の良い動きベクトルを検出することができるようになる。
【0025】
次に、本発明の第2実施形態について、図9のブロック図を参照して説明する。この実施形態は、前記の実施形態に比べて、図1に動ベクトル評価部26を付加した点に特徴がある。該動ベクトル評価部26は、前記予測動ベクトル周辺探索部23で求められた最適MVを用いて、フレームまたはフィールド間差分信号の2乗和を計算により求め、これが所定の基準値より大きいか小さいかの判断をする。そして、該フレームまたはフィールド間差分信号の2乗和が所定の基準値より大きい場合、すなわち前記最適MVの精度が悪い場合には、制御部5は前記選択部4を従来装置側に切り替え、再度従来方式で最適MVを求めるようにする。一方、該フレームまたはフィールド間差分信号の2乗和が所定の基準値以下の場合には、前記最適MVをそのまま出力する。
【0026】
したがって、本実施形態によれば、精度の悪い動きベクトルは排除されることになり、信頼性を向上することができる。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、符号化対象となる部分の候補動きベクトルの中から最適の予測動きベクトルを求め、次いで動きベクトルの探索範囲を既に求められた動きベクトルのばらつきを基に求め、該最適予測動きベクトルを起点として該探索範囲を探索して最適の動きベクトルを求めるようにしているから、少い演算量で、最適の動きベクトルを精度良く取得できるようになる。
【0028】
ここに、本発明者が、図2の選択部4の切替え頻度を1対1にして最適の動きベクトルを求めた実験結果を、図10(a) および(b) に示す。これらの図の横軸は探索した画素数を示し、縦軸は最適の動きベクトルの取得率(%)を示す。また、(a) 図は画像として、Mobile & Calendar を用い、(b) 図は、Flower Garden を用いた。また、これらの図中のA〜Eは、(c) 図の当該マクロブロックの近隣のマクロブロックの動きベクトルを示している。また、図中のRectangle Frame は探索形状を矩形とした場合、Square Frameは探索形状を正方形とした場合を示している。
【0029】
図10(a) 図からは、探索形状が矩形の時には、探索画素数が25画素程度で90%以上の確率で最適動きベクトルを取得でき、(b) 図からは50画素程度で85%以上の確率で最適動きベクトルを取得できることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の一実施形態のブロック図である。
【図2】 本発明装置と従来装置とを切替えて使用する場合の装置のブロック図である。
【図3】 図1の動ベクトル候補選択部の動作を説明するフローチャートである。
【図4】 当該MBと、図3中のMVのMBとの関係を示す図である。
【図5】 図1の予測動ベクトル決定部の動作を説明するフローチャートである。
【図6】 図1の統計量測定部の動作を説明するフローチャートである。
【図7】 図1の探索範囲決定部の動作を説明するフローチャートである。
【図8】 図1の予測動ベクトル周辺探索部の動作を説明するフローチャートである。
【図9】 本発明の第2実施形態のブロック図である。
【図10】 本発明の実験結果を示すグラフである。
【図11】 従来の符号化装置の構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1…最適動きベクトル探索部、2…本発明の最適動きベクトル探索部、3…従来の最適動きベクトル探索部、4…選択部、5…制御部、21…動ベクトル候補選択部、22…予測動ベクトル決定部、23…予測動ベクトル周辺探索部、24…統計量測定部、25…探索範囲決定部、26…動ベクトル評価部。
Claims (6)
- 動き補償予測を用いて動画像を符号化するビデオ符号化装置において、
符号化の対象となっている部分の動きベクトルの候補を選択する動きベクトル候補選択手段と、
該候補の動きベクトルの中から、最適の予測動きベクトルを決定する最適予測動きベクトル決定手段と、
既に求められた前フレームの画像の全てのマクロブロックの動きベクトルを基に、該動きベクトルのX方向、Y方向のばらつき度合いを求めるばらつき度合い演算手段と、
該X方向、Y方向のばらつき度合いの差が予め定められた閾値以下であれば動きベクトルの探索形状を正方形またはそれに近似した形状とし、前記差が前記閾値より大きければ該動きベクトルの探索形状をばらつき度合いの大きい方向に長辺を有する矩形またはそれに近似した形状とする、動きベクトルの探索形状を求める手段と、
前記最適予測動きベクトル決定手段で決定された予測動きベクトルを探索の起点として、前記探索形状内の動きベクトルを探索し、該探索した動きベクトルの中の最適のものを動きベクトルと決定する手段とを具備したことを特徴とするビデオ符号化装置。 - 請求項1の各手段により最適の動きベクトルを決定する第1の手段と、他の最適の動きベクトルを決定する第2の手段とを具備し、該第1および第2の手段を併用するようにしたことを特徴とするビデオ符号化装置。
- 請求項2に記載のビデオ符号化装置において、
前記第1の手段は、さらに、前記最適の動ベクトルを評価する動ベクトル評価手段を具備し、
該動ベクトル評価手段により一定の評価を得られない時には、前記第2の手段で最適の動ベクトルを求めるようにしたことを特徴とするビデオ符号化装置。 - 請求項1ないし3のいずれかに記載のビデオ符号化装置において、
前記動きベクトル候補選択手段は、指示された許容演算量に基づいて、符号化の対象となっている部分の近隣部分の動きベクトルの中から、動きベクトルの候補を決定することを特徴とするビデオ符号化装置。 - 請求項1ないし4のいずれかに記載のビデオ符号化装置において、
前記最適予測動きベクトル決定手段は、前記した各候補の動きベクトルを使用した時の予測誤差の最小となる動きベクトルを最適予測動きベクトルと決定するようにしたことを特徴とするビデオ符号化装置。 - 請求項1ないし5のいずれかに記載のビデオ符号化装置において、
前記動きベクトルの探索形状の面積を、指示された許容演算量に基づいて決定するようにしたことを特徴とするビデオ符号化装置。
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