JP3725232B2 - Motion vector determination method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像符号化システムに用いるための動き補償方法に関し、特に、復号化した映像信号に現れるブロッキング現象を除去し得る改善された動きベクトル決定方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
周知のように、ディジタル化したビデオ信号を伝送する場合には、アナログで伝送する場合よりも高精度を維持することができる。一連の映像「フレーム」から成る映像信号をディジタル形態で表現する場合、特に、高精細度テレビジョン(HDTV)システムの場合には相当量のデータが発生する。しかし、通常の伝送チャネルの有効周波数帯域幅は制限されているため、相当量のディジタルデータを伝送するためにはデータ量を圧縮または減らす必要がある。多様な圧縮技法のうち、統計的符号化技法と時間的及び空間的圧縮技法とを組合わせたハイブリッド符号化技法が最も効果的であることが知られている。
【0003】
大部分のハイブリッド符号化技法は、動き補償DPCM(差分パルス符号変調),2次元DCT(離散コサイン変換),DCT係数の量子化及びVLC(可変調符号化)を用いる。動き補償されたDPCMは現フレームと前フレームとの間の物体の動きを推定し、物体の動きによって現フレームを予測して、現フレームと予測値との間の差を表す差分信号を生成する。
【0004】
動き補償されたDPCMデータのように映像データ間の空間的冗長性を減らすか除去する2次元DCTは、ディジタル映像データのブロック、例えば、8x8画素のブロックを一組の変換係数データに変換する。
【0005】
詳述すれば、動き補償DPCMにおいては、現フレームと前フレームとの間にて推定した物体の動きによって、現フレームを前フレームから予測する。推定した動きは前フレームと現フレームとの間の画素の変位を表す2次元の動きベクトルで表すことができる。
【0006】
物体の変位を推定する方法は幾つか提案されており、一般にこれらの方法は2つに類別することができる。その1つは画素逐次方式であり、もう1つはブロックマッチング方式である。本発明はブロックマッチング方式に関連するものである。
【0007】
ブロックマッチング方式においては、現フレームを複数の探索ブロックに分割する。探索ブロックの大きさは8x8から32x32の範囲まで多様である。現フレーム内の探索ブロックの動きベクトルを決定するためには、現フレームの探索ブロックと前フレーム内でより大きい探索領域に含まれている複数の同一の大きさの候補ブロックの各々との類似性計算を行う。平均絶対誤差(MAE)または平均2乗誤差(MSE)のような誤差関数は、現フレームの探索ブロックと探索領域内の各候補ブロックとの間の類似性計算を行なうのに用いられる。動きベクトルは、最小誤差関数を生成する探索ブロックと候補ブロックとの間の変位を表す。
【0008】
符号化映像データは通常の伝送チャネルを経て、映像信号復号化システムに含まれている映像信号復号化器へ伝送され、この映像信号復号化器は符号化処理とは逆の処理を行って、元の映像データを再構成する。しかし、この再構成した映像データでは、受信段にてブロックの境界線が目立つようになるブロッキング現象が起こる。このようなブロッキング現象はフレームをブロック単位で符号化するために発生する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、映像信号のブロック境界で発生するブロッキング現象を除去して、システムにより処理される映像の画質を改善し得る、映像符号化システムで用いるための動き補償用の動きベクトル決定方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、ビデオ信号の現フレームと前フレームとの間で最適の動きベクトルを決定し、現フレームは複数の同一の大きさの探索ブロックに分割され、前フレームは対応する個数の探索領域を含み、前記各探索領域は複数の同一の大きさの候補ブロックを有する最適動きベクトル決定方法において、当該方法が、ブロックマッチング方式により現フレーム内の各探索ブロックの動きベクトルを検出する第1過程と、探索ブロックを探索ブロックの中心に位置する中心領域と中心領域の外面に位置する境界領域に分割する第2過程と、探索ブロックの動きベクトルをその中心領域の最適動きベクトルとして決定する第3過程と、探索ブロックとこれに隣接した1つ以上の探索ブロックの動きベクトルを用いて、探索ブロックの境界領域の複数の最適動きベクトルを決定する第4過程とを含むことを特徴とする動きベクトル決定方法にある。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は、本発明による動き補償装置150を含むディジタルビデオ信号圧縮用の符号化装置10のブロック図を示す。ここで、ディジタルビデオ信号はビデオ信号の複数フレームを含むものとする。
【0012】
符号化装置10は第1フレームメモリ100、減算器102、映像信号符号器105、エントロピー符号器107、映像信号復号器113、加算器115、第2フレームメモリ124及び動き補償装置150を備えている。
【0013】
入力ビデオ信号中に含まれる現フレームは、ラインL9を経て減算器102及びラインL10を経て動き補償器150に連結されている第1フレームメモリ100に格納される。格納された現フレームはブロック単位で読み出されるが、ここで、ブロックの大きさは8x8乃至32x32画素の範囲まで多様である。
【0014】
本発明による動き補償装置150は、まず、通常のブロックマッチング方式を用いて現フレームの各探索ブロックに対する動きベクトルを検出し、この動きベクトルは現フレームに含まれる各探索ブロックと第2フレームメモリ124から供給される前フレーム内の対応する探索領域に含まれる最も類似している候補ブロックとの間の空間的変位を表す。また、動き補償装置150は探索ブロックとこれに隣接する探索ブロックの動きベクトルを用いて、各探索ブロックに含まれている画素の最適動きベクトルを決定する。その後、動き補償装置150は決定した最適の動きベクトルを用いて、第2フレームメモリ124から前フレームの対応する画素値を読出して、予測した現フレームを供給する。探索ブロックの動きベクトルはラインL20を経てエントロピー符号器107へ、また予測した現フレーム信号はラインL30を経て減算器102及び加算器115へ供給される。動き補償装置150の詳細な動作は、図2及び図3を参照して後に詳述する。
【0015】
動き補償装置150から供給される予測された現フレーム信号は、減算器102においては、ラインL9を経て供給される現フレーム信号から差引かれ、結果データ、即ち、現フレームの画素値と予測した現フレームの画素値との間の差を表す誤差信号が、映像信号符号器105へ供給され、ここで、誤差信号は例えば、DCT及び公知の量子化方法を用いて量子化変換係数に符号化される。
【0016】
その後、量子化変換係数はエントロピー符号器107及び映像信号復号器113へ伝送される。映像信号復号器113は逆量子化及び逆離散コサイン変換を用いて、映像信号符号器105から供給される量子化変換係数を再構成誤差信号に変換する。加算器115においては、映像信号復号器113から供給される再構成誤差信号と動き補償装置150から供給される予測した現フレーム信号とが合成され、これから得られる再構成された現フレーム信号が第2フレームメモリ124に前フレーム信号として格納される。
【0017】
エントロピー符号器107においては、映像信号符号器105から供給される量子化変換係数と動き補償器150からラインL20を経て供給される動きベクトルとが可変長符号化により共に符号化される。符号化された信号は送信機( 図示せず) を経て伝送される。
【0018】
図2には、図1に示した動き補償装置150を詳細に示してある。動き補償装置150は動き推定器209、メモリ210、領域形成ブロック213、最適動きベクトル決定ブロック216及び動き補償器219を備えている。
【0019】
まず、動き推定器209は、第1フレームメモリ100からの現フレーム信号及び第2フレームメモリ124からの前フレーム信号を検索し、通常のブロックマッチング技法を用いて、現フレームの各探索ブロックと前フレームにおける最も類似しているブロックとの間の空間的変位を表す動きベクトルを検出する。動き推定器209からの各探索領域の動きベクトルは図1に示したエントロピー符号器107及びメモリ210へ供給され、メモリ210には現フレームの探索ブロックの動きベクトルが格納される。
【0020】
この時、現フレーム信号は領域形成ブロック213へも供給され、ここで、各探索ブロックは境界領域と中心領域とに分割される。図3には、本発明の好適実施例によって領域形成ブロック213にて行なう領域形成法を示してある。図3に示すように、各探索ブロック、例えば、16x16画素の探索ブロックSB5は、この探索ブロックSB5の中心に位置する例えば12x12画素の中心領域CR5と、この中心領域CR5の外面に沿って位置する画素からなる境界領域とに分割され、境界領域は4つのエッジ領域ER5ー1乃至ER5ー4及び4つのコーナ領域CR5ー1乃至CR5ー4を含み、各エッジ領域は12x2画素から構成され、各コーナ領域は2x2画素から構成される。現フレームにおける中心、エッジ及びコーナ領域の位置を表す領域情報は最適動きベクトル決定ブロック316へ供給される。
【0021】
最適動きベクトル決定ブロック216は、メモリ210から現フレームの探索ブロックの動きベクトルを受け取って、領域形成ブロック213から供給された領域情報に応じて、各探索ブロックとこれに隣接する探索ブロックの動きベクトルを用いて各探索ブロックの領域の最適動きベクトルを決定する。詳述すれば、2つの探索ブロック(例えば、SB5とSB2)の間の境界に沿って位置するエッジ領域(例えば、ER5ー1)の最適動きベクトルは2つの探索ブロック、即ち、SB5とSB2の動きベクトルの平均をとることによって得られる。同様に、エッジ領域ER5ー2乃至ER5ー4の最適動きベクトルは、2つの探索ブロックSB5とSB4、SB5とSB6及びSB5とSB8の動きベクトルのそれぞれ平均をとることによって決定される。一方、コーナ領域の最適動きベクトルはコーナ領域を含んでいる探索ブロックの動きベクトルとコーナ領域で探索ブロックに隣接している探索ブロックの動きベクトルの平均をとることによって得られる。例えば、コーナ領域CR5ー1の最適動きベクトルは探索ブロックSB1、SB2、SB4及びSB5の動きベクトルの平均をとることによって得られる。また、コーナ領域CR5ー2乃至CR5ー4の最適動きベクトルは探索ブロックSB2乃至SB9の動きベクトルに基いて決定される。中心領域(例えば、CR5)の最適動きベクトルと同様に、中心領域CR5を含んでいる探索ブロック(例えば、SB5)の動きベクトルはその最適動きベクトルとして割り当てられる。
【0022】
本発明の前述した方法において、互いに隣接するコーナ領域(例えば、CR1ー1、CR2ー1、CR4ー1及びCR5ー1)はこれらのコーナ領域を含む探索ブロック(例えば、SB1、SB2、SB4及びSB5)の動きベクトルの平均をとることによって決定された同一の最適動きベクトルを有し、互いに隣接するエッジ領域(例えば、ER2ー1及びER5ー1)は、これらのエッジ領域を含む探索ブロック(例えば、SB2及びSB5)の動きベクトルの平均をとることによって計算した最適動きベクトルを共有する。
【0023】
現フレームの各探索ブロックの最適動きベクトルは、動き補償器219へ供給される。
動き補償器219は最適動きベクトル決定ブロック216から供給される最適動きベクトルを用いて、図1に示された第2フレームメモリ124から前フレームの対応する各画素値を読出して、予測した現フレーム信号をラインL30を経て図1に示した減算器102及び加算器115へ供給する。
【0024】
本発明による符号化装置10に対応するディジタルビデオ信号復号化装置においては、符号化装置10から伝送された動きベクトルに基いて、領域形成ブロック213及び最適動きベクトル決定ブロックに関連して説明したことと同様な方法で最適動きベクトルを再構成することによって、誤差信号及び動きベクトルを表す伝送符号化信号に基づく現フレーム信号の再構成を可能とする。
【0025】
上記において、本発明の特定の実施例について説明したが、本発明に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【0026】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、映像信号のブロック境界で発生するブロッキング現象を除去して、システムにより処理される映像の画質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動き補償装置を用いた映像信号符号化システムのブロック図である。
【図2】図1に示された動き補償装置の詳細ブロック図である。
【図3】本発明の動き補償装置で行われる境界領域形成を説明するための図である。
【符号の説明】
100 第1フレームメモリ
102 差分器
105 映像信号符号器
107 エントロピー符号器
113 映像信号復号器
115 加算器
124 第2フレームメモリ
150 動き補償装置
209 動き推定器
210 メモリ
213 領域形成ブロック
216 最適動きベクトル決定ブロック
219 動き補償器[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a motion compensation method for use in a video encoding system, and more particularly to an improved motion vector determination method capable of removing a blocking phenomenon appearing in a decoded video signal.
[0002]
[Prior art]
As is well known, when transmitting a digitized video signal, higher accuracy can be maintained than when transmitting it in analog. When a video signal composed of a series of video “frames” is expressed in digital form, a considerable amount of data is generated, particularly in the case of a high definition television (HDTV) system. However, since the effective frequency bandwidth of a normal transmission channel is limited, it is necessary to compress or reduce the amount of data in order to transmit a considerable amount of digital data. Of the various compression techniques, a hybrid coding technique combining a statistical coding technique with temporal and spatial compression techniques is known to be most effective.
[0003]
Most hybrid coding techniques use motion compensated DPCM (Differential Pulse Code Modulation), two-dimensional DCT (Discrete Cosine Transform), DCT coefficient quantization and VLC (Modulatable Coding). Motion compensated DPCM estimates the motion of the object between the current frame and the previous frame, predicts the current frame according to the motion of the object, and generates a difference signal that represents the difference between the current frame and the predicted value .
[0004]
A two-dimensional DCT that reduces or eliminates spatial redundancy between video data, such as motion compensated DPCM data, converts a block of digital video data, eg, an 8 × 8 pixel block, into a set of transform coefficient data.
[0005]
More specifically, in motion compensated DPCM, the current frame is predicted from the previous frame based on the motion of the object estimated between the current frame and the previous frame. The estimated motion can be represented by a two-dimensional motion vector representing the displacement of the pixel between the previous frame and the current frame.
[0006]
Several methods for estimating the displacement of an object have been proposed. Generally, these methods can be classified into two methods. One is a pixel sequential method, and the other is a block matching method. The present invention relates to the block matching method.
[0007]
In the block matching method, the current frame is divided into a plurality of search blocks. Search block sizes vary from 8x8 to 32x32. In order to determine the motion vector of the search block in the current frame, the similarity between the search block in the current frame and each of a plurality of candidate blocks of the same size included in a larger search area in the previous frame Perform the calculation. An error function such as mean absolute error (MAE) or mean square error (MSE) is used to perform similarity calculations between the search block of the current frame and each candidate block in the search area. The motion vector represents the displacement between the search block that generates the minimum error function and the candidate block.
[0008]
The encoded video data is transmitted through a normal transmission channel to a video signal decoder included in the video signal decoding system, and this video signal decoder performs a process reverse to the encoding process, Reconstruct the original video data. However, in this reconstructed video data, a blocking phenomenon occurs in which a block boundary line becomes noticeable at the reception stage. Such a blocking phenomenon occurs because a frame is encoded in units of blocks.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Therefore, the main object of the present invention is to eliminate motion blocking at the video signal block boundary and improve the image quality of the video processed by the system for motion compensation for use in a video coding system. It is to provide a motion vector determination method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the present invention determines an optimal motion vector between a current frame and a previous frame of a video signal, and the current frame is divided into a plurality of search blocks of the same size. A frame includes a corresponding number of search regions, and each search region has a plurality of candidate blocks of the same size. In the optimal motion vector determination method, the method uses a block matching method for each search block in the current frame. A first step of detecting a motion vector, a second step of dividing a search block into a central region located in the center of the search block and a boundary region located on the outer surface of the central region, and a motion vector of the search block in the central region Using the third process of determining the optimum motion vector and the motion vector of the search block and one or more search blocks adjacent thereto, the search is performed. In motion vector determination method which is characterized in that it comprises a fourth step of determining a plurality of optimal motion vectors of the block in the border region.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a block diagram of a
[0012]
The
[0013]
The current frame included in the input video signal is stored in the
[0014]
The
[0015]
The predicted current frame signal supplied from the
[0016]
Thereafter, the quantized transform coefficients are transmitted to the
[0017]
In the
[0018]
FIG. 2 shows the
[0019]
First, the
[0020]
At this time, the current frame signal is also supplied to the
[0021]
The optimum motion
[0022]
In the above-described method of the present invention, adjacent corner regions (eg, CR1-1, CR2-1, CR4-1, and CR5-1) are searched blocks including these corner regions (eg, SB1, SB2, SB4, and Edge regions (e.g., ER2-1 and ER5-1) that have the same optimal motion vector determined by taking the average of the motion vectors of SB5), and that are adjacent to each other (for example, ER2-1 and ER5-1) For example, the optimal motion vector calculated by averaging the motion vectors of SB2 and SB5) is shared.
[0023]
The optimal motion vector of each search block in the current frame is supplied to the
The
[0024]
In the digital video signal decoding apparatus corresponding to the
[0025]
While specific embodiments of the invention have been described above, it will be appreciated by those skilled in the art that various modifications may be made without departing from the scope of the claims set forth in the invention.
[0026]
【The invention's effect】
Therefore, according to the present invention, it is possible to remove the blocking phenomenon that occurs at the block boundary of the video signal and improve the image quality of the video processed by the system.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a video signal encoding system using a motion compensation apparatus of the present invention.
FIG. 2 is a detailed block diagram of the motion compensation device shown in FIG.
FIG. 3 is a diagram for explaining boundary region formation performed in the motion compensation apparatus of the present invention.
[Explanation of symbols]
100
Claims (1)
ブロックマッチング方式により現フレーム内の各探索ブロックの動きベクトルを検出する第1過程と;
探索ブロックを探索ブロックの中心に位置する中心領域と中心領域の外面に位置する境界領域に分割する第2過程と;
探索ブロックの動きベクトルをその中心領域の最適動きベクトルとして決定する第3過程と;
探索ブロックとこれに隣接した1つ以上の探索ブロックの動きベクトルを用いて、探索ブロックの境界領域の最適動きベクトルを決定する第4過程と;
を含む動きベクトル決定方法であって、
前記探索ブロックの境界領域が4つのエッジ領域と4つのコーナ領域とを含み、各コーナ領域は探索ブロックのコーナに位置し、各エッジ領域は2つのコーナ領域の間の探索ブロックのエッジに沿って位置し、前記各コーナ領域は3つの隣接探索ブロックを有し、前記各エッジ領域は1つの隣接探索ブロックを有し、
前記各コーナ領域の最適動きベクトルは、探索領域とこれに隣接した3つの探索ブロックの4つの動きベクトルの平均をとることによって決定し、前記各エッジ領域の最適動きベクトルは探索ブロックとこれに隣接した1つの探索ブロックの2つの動きベクトルの平均をとることによって決定することを特徴とする動きベクトル決定方法。An optimal motion vector is determined between the current frame and the previous frame of the video signal, the current frame is divided into a plurality of search blocks of the same size, and the previous frame includes a corresponding number of search areas, In the optimal motion vector determination method, the search region has a plurality of candidate blocks of the same size, the method:
A first step of detecting a motion vector of each search block in the current frame by a block matching method;
A second process of dividing the search block into a central area located at the center of the search block and a boundary area located on the outer surface of the central area;
A third step of determining the motion vector of the search block as the optimal motion vector of its central region;
Using the motion vector of the search block and one or more search blocks adjacent thereto, a fourth step of determining the optimum motion vector in the boundary area of the search block;
The A including motion vector determination method,
The boundary area of the search block includes four edge areas and four corner areas, each corner area is located at a corner of the search block, and each edge area is along an edge of the search block between the two corner areas. Each corner region has three neighboring search blocks, and each edge region has one neighboring search block,
The optimum motion vector of each corner area is determined by taking the average of four motion vectors of the search area and the three search blocks adjacent thereto, and the optimum motion vector of each edge area is adjacent to the search block. And determining a motion vector by averaging the two motion vectors of one search block .
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