JPH05328334A - 動きベクトル推定装置 - Google Patents

動きベクトル推定装置

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JPH05328334A
JPH05328334A JP13271892A JP13271892A JPH05328334A JP H05328334 A JPH05328334 A JP H05328334A JP 13271892 A JP13271892 A JP 13271892A JP 13271892 A JP13271892 A JP 13271892A JP H05328334 A JPH05328334 A JP H05328334A
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JP
Japan
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block
difference
motion
blocks
signal
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Application number
JP13271892A
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English (en)
Inventor
Hisanori Ono
尚紀 小野
Yutaka Watanabe
裕 渡辺
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Nippon Telegraph and Telephone Corp
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51Motion estimation or motion compensation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続するフレームの画像信号をブロックに分
割し、フレーム間でブロックの差分が最小となる方向か
ら動きベクトルを推定する動きベクトル推定装置におい
て、ブロック間で輝度変化がほとんどない場合や類似す
るパターンが検索範囲内に複数存在する場合でも実際の
動きを反映して動きベクトルを検出できるようにする。 【構成】 差分値が小さいブロックが複数ある場合、す
なわち動きの候補が複数ある場合に、ブロック分割の大
きさを拡大する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は動画像の高能率符号化に
利用する。特に、動き補償フレーム間予測を用いてディ
ジタル画像信号系列の時間的冗長度を抑圧する高能率符
号化方式における動きの推定に関する。
【0002】
【従来の技術】動画像符号化において高い符号化効率を
得る方法として、動き補償フレーム間予測方式が知られ
ている。この方式では、入力画像信号(現フレーム画像
信号)と前フレーム画像信号とから動きベクトルを算出
し、その動きベクトルから動き補償予測値を求め、その
予測値を現フレーム画像信号から差し引いて予測誤差を
求め、その予測誤差を離散コサイン変換その他の直交変
換を行った後に量子化し、それを符号化して出力する。
また、量子化されたデータについては逆量子化および逆
直交変換により画像信号に復元し、前フレーム画像信号
として用いる。
【0003】動きベクトルを算出するには、画像の輝度
信号をブロックに区切り、そのブロックに対して前の時
刻の画像のどのブロックが最も近いかを絶対的な総和な
どの差分評価基準を用いて算出し、最小の差分を与える
点をそのブロックの動きベクトルとするブロックマッチ
ング型の動きベクトル推定法が用いられている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の動きベクトル推
定方法では、ブロック間の差分を比較し、最小の差分を
与える点を動きベクトルとして選択している。このた
め、ブロック内の輝度変化がほとんど無い場合や類似す
るパターンが検索範囲内に複数存在する場合には、小ブ
ロックを用いたマッチングを行うと、わずかなノイズな
どの影響により、ブロック間の差分が最小であっても実
際の動きを反映しない動きベクトルが検出される場合が
あった。動きベクトルの符号化は隣接ベクトルとの差分
値を用いるため、誤って検出された不揃いなベクトルは
情報量の増大を招くことになる。
【0005】これを防ぐ方法として、ブロックサイズを
拡大することで、ブロック周囲の情報も取り込んでノイ
ズの影響を除去することが考えられる。しかし、単純に
すべてのブロックを拡大した場合には、演算量がかなり
増加するだけでなく、ブロックによっては逆に誤ったベ
クトルを算出する可能性が生じる。
【0006】本発明は、このような課題を解決し、入力
画像においてブロック内の輝度変化がほとんど無い場合
や、類似するパターンが検索範囲内に複数存在する場合
にも実際の動きを反映した動きベクトルを検出できる動
きベクトル推定装置を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明の動きベクトル推
定装置は、連続する二つのフレームの画像信号をそれぞ
れいったんメモリに蓄え、そのフレームを小さな二次元
ブロックに分割する小領域分割部と、その二つのフレー
ム間で互いのブロックの間の差分を求める差計算部と、
その差分が最小となる二つのブロックの間の方向を動き
ベクトルとして出力するベクトル判定部とを備えた動き
ベクトル推定装置において、複数のブロックについて差
計算部により求めた差分値があらかじめ定められた範囲
内にあるときブロック分割の大きさの拡大を指示するブ
ロック拡大判定部を備え、小領域分割部は、このブロッ
ク拡大判定部からの指示により、すでに分割したフレー
ムについてブロック分割の大きさを拡大して再度二次元
ブロックに分割する手段を含み、差計算部は、ブロック
拡大判定部からの指示により、拡大されたブロックにつ
いての差分を求める手段を含むことを特徴とする。
【0008】
【作用】入力画像の輝度信号を従来からの方法と同様に
ブロックに区切ってブロックマッチングを行い、算出さ
れた差分からブロック拡大を行うかどうかを判定し、拡
大を要すると判定されたブロックに対しては、そのブロ
ックを中心として縦およびまたは横方向に拡大したブロ
ックによりブロックマッチングを行う。
【0009】すなわち、画像内で輝度変化がほとんど無
い部分や、類似するパターンが複数存在する部分につい
て、ノイズその他の影響による誤ったベクトル算出を防
ぐため、拡大したブロックでマッチングを行う。拡大を
行うか否かの判定は、まず、通常のブロックサイズで差
分を算出し、差分値の小さいものから複数の候補ブロッ
クを選択する。拡大の対象となるのは、輝度変化がほと
んど無い部分、あるいは類似するパターンが存在する部
分であり、候補ブロック間における差分値の少ない部分
である。これを判断するためにしきい値を設け、差分値
の差がしきい値以下であるブロックを拡大の対象として
選択することで、ブロック拡大による演算量の増加を抑
える。例えば、候補ブロック数を10、第一候補すなわ
ち差分値が最も小さいものの差分値をE1 、第十候補す
なわち十番めに差分値が小さいものの差分値をE10、し
きい値をSとすると、 E10−E1 <S が満足される場合に拡大が必要であると判定する。ここ
で、差分値、しきい値としては、絶対値総和、絶対値平
均、自乗総和、自乗平均など、任意の値を用いることが
できる。拡大の対象として選択されたブロックは、その
ブロックを中心として縦およびまたは横方向に拡大した
ブロックによりマッチングを行うことで、ノイズの影響
を除去でき、誤って算出される不揃いな動きベクトルを
無くすことができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。
【0011】図1は本発明実施例の動きベクトル推定装
置を示すブロック構成図である。
【0012】この装置は、連続する二つのフレームの画
像信号をそれぞれいったんフレームメモリに蓄えそのフ
レームを小さな二次元ブロックに分割する小領域分割部
1、2と、その二つのフレーム間で互いのブロックの間
の差分を求める差計算部3と、その差分が最小となる二
つのブロックの間の方向を動きベクトルとして出力する
ベクトル判定部5とを備える。ここで本実施例の特徴と
するところは、複数のブロックについて差計算部3によ
り求めた差分値があらかじめ定められた範囲内にあると
きブロック分割の大きさの拡大を指示するブロック拡大
判定部4を備え、小領域分割部1、2は、このブロック
拡大判定部4からの指示により、すでに分割したフレー
ムについてブロック分割の大きさを拡大して再度分割す
るように構成され、差計算部3は、ブロック拡大判定部
4からの指示により、拡大されたブロックについての差
分を求めるように構成されたことになる。
【0013】小領域分割部1、2には入力画像信号がフ
レーム毎に交互に入力される。小領域分割部1、2はフ
レームメモリを内蔵し、入力された画像をメモリに蓄積
する。小領域分割部1、2はまた、フレームメモリに蓄
積された画像を通常サイズあるいは拡大サイズのブロッ
クに分割する。ここで、小領域分割部1には前フレーム
の画像、小領域分割部2には現フレームの画像が入力さ
れたとする。このとき小領域分割部1、2は、互いに同
じブロックの大きさに画像を分割し、それぞれ前フレー
ムブロック信号、現フレームブロック信号を出力する。
【0014】差計算部3は、小領域分割部1、2から出
力された前フレームブロック信号と現フレームブロック
信号とから検索範囲内の各ブロックの差分値を計算し、
連続的に出力する。
【0015】ブロック拡大判定部4は、差分値の小さい
ものから複数の候補を選択し、候補点中における最大差
分En と最小差分E1 との差を求め、それをあらかじめ
設定されたしきい値Sと比較する。しきい値S以下であ
った場合には、ブロック拡大が必要であることを小領域
分割部1、2および差計算部3に指示する。ブロック拡
大判定部4はまた、拡大判定を行ったことをフラグとし
て記憶する。
【0016】図2は分割されるブロックの大きさを説明
する図である。
【0017】小領域分割部1、2では、ブロック拡大判
定部4からの指示により拡大ブロックによる分割を行う
場合、フレームメモリからの読出アドレスのオフセット
値、読み出す水平画素数およびライン数を変更する。例
えば、図2に点線で示したM×Nの四角形が通常サイズ
のブロック、実線で示したK×Lのブロックが拡大サイ
ズのブロックである場合、読出開始アドレスを、通常サ
イズのブロックの左上の画素アドレスaから、拡大サイ
ズのブロックの左上の画素アドレスbに変更する。アド
レスaとアドレスbとの差はブロックのサイズにより一
意に決定されるので、変更は容易である。さらに、読み
出すべき水平画素数をMからKへ、ライン数をNからL
に変更する。
【0018】小領域判定部1、2は同じ二つのフレーム
に対して再度フレームブロック信号を出力するが、この
ようにブロックが変更された場合、出力されるデータ数
は1ブロックにつきM×NからK×Lに増加する。その
ため、差計算部3においてブロック間の差を計算するル
ープの回数も、ブロック拡大判定部4からの指示により
M×N回からK×L回に変更される。差計算部3では、
拡大された各ブロックによる差分値を計算し、再びブロ
ック拡大判定部4に出力する。しきい値以上であった場
合、およびブロック拡大判定部4に記憶されていた拡大
判定フラグがオンである場合には、最小の差分値をもつ
第一候補ブロックをベクトル判定部5に通知し、ベクト
ル判定部5ではそのブロックに対応した動きベクトルを
出力する。
【0019】図3はブロック拡大判定部4による制御の
流れを示す。
【0020】図4は本発明の利用例を示す図であり、図
1に示した動きベクトル推定装置を動き検出器として用
いたハイブリッド符号化装置を示すブロック構成図であ
る。
【0021】このハイブリッド符号化装置は、入力され
た現フレーム画像信号とすでに符号化された前フレーム
画像信号とから動きベクトルを算出する動き検出器18
と、算出された動きベクトルと前フレーム画像信号とか
ら動き補償予測信号を生成する動き補償器19と、この
動き補償予測信号を現フレーム画像信号から差し引いて
予測誤差信号を出力する減算器21と、この予測誤差信
号を符号化する符号化手段としての直交変換器11、量
子化器12およびエントロピー符号化器13とを備え、
さらに、前フレーム画像信号を得るための逆量子化器1
4、逆直交変換器15、加算器16およびフレームメモ
リ17を備え、動き補償器19と減算器21との間には
ループフィルタ20が設けられ、符号化すべき信号を選
択するためのブロック判定器22およびスイッチSW
1、SW2を備える。動き検出器18として上述した実
施例の動きベクトル推定装置が用いられる。
【0022】直交変換器11は画像信号または予測誤差
信号に離散コサイン変換その他の直交変換を施す。量子
化器12は直交変換器11の出力を量子化する。エント
ロピー符号化器13は量子化されたデータを符号化して
最終的な符号化データを出力する。逆量子化器14およ
び逆直交変換器15は、量子化されたデータを画像信号
に復元し、加算器16を経由してフレームメモリ7に蓄
積する。動き検出器18は、入力画像信号とフレームメ
モリ17に蓄積された前フレーム画像信号とから、動き
ベクトルを算出する。動き補償器19は、その動きベク
トルから動き補償予測信号を出力する。この出力信号は
ループフィルタ20を通過し、加算器16により復元さ
れた画像信号に加算されるとともに、減算器21により
入力画像信号から差し引かれて予測誤差信号となる。ブ
ロック判定器22は、入力画像信号と減算器21の出力
とでどちらのブロックを符号化したほうが効率がよいか
を判断してブロック選択情報を出力するとともに、その
ブロック選択情報によりスイッチSW1、SW2を制御
し、入力画像信号と減算器21の出力との一方を直交変
換器11に供給し、減算器21の出力を選択したときに
はループフィルタ20の出力を加算器16に接続する。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明により、動
き補償フレーム間予測符号化において、ブロック内の輝
度変化がほとんど無い場合や、類似するパターンが探索
範囲内に複数存在する場合でも、正確な動きベクトル推
定が可能となる。これにより、動き補償フレーム間予測
を効果的に行うことができ、符号化効率を改善すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の動きベクトル推定装置を示すブ
ロック構成図。
【図2】分割されるブロックの大きさを説明する図。
【図3】ブロック拡大判定部による制御の流れを示す
図。
【図4】本発明の利用例を示すブロック構成図。
【符号の説明】
1、2 小領域分割部 3 差計算部 4 ブロック拡大判定部 5 ベクトル判定部 11 直交変換器 12 量子化器 13 エントロピー符号化器 14 逆量子化器 15 逆直交変換器 16 加算器 17 フレームメモリ 18 動き検出器 19 動き補償器 20 ループフィルタ 21 減算器 22 ブロック判定部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 連続する二つのフレームの画像信号をそ
    れぞれいったんメモリに蓄え、そのフレームを小さな二
    次元ブロックに分割する小領域分割部と、 その二つのフレーム間で互いのブロックの間の差分を求
    める差計算部と、 その差分が最小となる二つのブロックの間の方向を動き
    ベクトルとして出力するベクトル判定部とを備えた動き
    ベクトル推定装置において、 複数のブロックについて前記差計算部により求めた差分
    値があらかじめ定められた範囲内にあるときブロック分
    割の大きさの拡大を指示するブロック拡大判定部を備
    え、 小領域分割部は、このブロック拡大判定部からの指示に
    より、すでに分割したフレームについてブロック分割の
    大きさを拡大して再度分割する手段を含み、 前記差計算部は、前記指示により、拡大されたブロック
    についての差分を求める手段を含むことを特徴とする動
    きベクトル推定装置。
  2. 【請求項2】 入力された現フレーム画像信号とすで
    に符号化された前フレーム画像信号とから動きベクトル
    を算出する動き検出器と、 算出された動きベクトルと前記前フレーム画像信号とか
    ら動き補償予測信号を生成する動き補償器と、 この動き補償予測信号を現フレーム画像信号から差し引
    いて予測誤差信号を出力する減算器と、 この予測誤差信号を符号化する符号化手段とを備えた動
    画像符号化装置において、 前記動き検出器が請求項1記載の動きベクトル推定装置
    により構成されたことを特徴とする動画像符号化装置。
JP13271892A 1992-05-25 1992-05-25 動きベクトル推定装置 Pending JPH05328334A (ja)

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