JPH06205389A - 動きベクトル検出装置及び動きベクトル検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動きベクトル検出の計算量を減らすと同時に
ベクトルのばらつきを減少させる。 【構成】 動きベクトル検出装置は、マクロブロックを
カウントするマクロブロックカウンタ１と、サーチオフ
セット及びサーチレンジを切り換えＭＣベクトルを検出
するＭＣ検出器２と、大きいサーチ誤差が発生したとき
等にリセット信号を出力するリセット判断回路３と、Ｍ
Ｃ検出器２により検出された出力ベクトルを、次のマク
ロブロックカウンタ１のカウント出力時まで一時的に記
憶しておく遅延回路４と、ＭＣ検出器２からのサーチ誤
差によりサーチレンジを切り換える切換信号を出力する
遅延回路５とを設け、ＭＣ検出器２によりサーチオフセ
ット及びサーチレンジを切り換えてＭＣベクトルを検出
するとともに、符号化ブロックスキャン順に１つ前のベ
クトルを記憶しておき、その位置を中心にＭＣ検出を行
なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像圧縮における動
き補償のベクトルを簡易に求めることが可能な動きベク
トル検出装置及び動きベクトル検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像圧縮の国際標準としてＪＰＥＧ（Jo
int Photograghic Expert Group）やＭＰＥＧ（Moving
Picture Expert Group）がある。

【０００３】ＭＰＥＧは、ＭＰＥＧI，ＭＰＥＧII，Ｍ
ＰＥＧIIIの３レベルの規格案が検討されている。ＭＰ
ＥＧIでは、１．５Ｍｂｐｓの通信回線で伝送できる動
画像圧縮を目的としており、おもにテレビ電話やテレビ
会議などで使用することが考えられている。ＭＰＥＧI
では、現行のＮＴＳＣ方式のビデオ画像を３２０×２４
０ピクセルの解像度として扱い、１フレームを構成する
２フィールドのうち１フィールドのみのデータを用い
る。ＭＰＥＧIIでは、１０Ｍｂｐｓの通信回線で伝送で
きる圧縮が目標で、ＩＳＤＮなどによる動画像伝送やデ
ィジタル・ビデオがターゲットとされている。そして、
ＭＰＥＧIIIは、ハイビジョンなどによる次世代テレビ
が対象となっている。

【０００４】ＭＰＥＧの特徴は、ＤＣＴ（Discrete Cos
ine Transform：離散コサイン変換）による静止画像圧
縮に加えて、時間軸方向の圧縮のためのフレーム間予測
処理を行なうことであるが、動画像圧縮の前提条件とし
てフレームのランダム・アクセスができること、早送り
による再生や巻戻し再生（逆方向）ができることがあげ
られている。従って、ＭＰＥＧにおけるフレーム間予測
は、前向きと後向きの両方向を採用している。ＭＰＥＧ
にあっても、基本的にはＭＣ（動き補償）＋ＤＣＴを用
いる。動き補償を行なうブロックサイズは１６×１６
（但し８×８のモードもある）、ＤＣＴは８×８ブロッ
クに対して行なう。また、この動き補償は１／２画素精
度で行なう。１／２画素精度の動き補償は、予測に用い
る参照フレーム上において画素単位でずらした位置を調
べるのみならず、画素と画素の間の位置を補間によって
生成し、マッチングをとることによって行なう。時間方
向の予測を伴う動画像圧縮装置では、カメラのＰＡＮや
被写体の移動による予測効率の低下を軽減させるため
に、動きを補償による予測を行なっている。この動き補
償は、着目フレームと参照フレーム間で対象領域の動き
ベクトルを検出し、参照フレームにおいて動きベクトル
分だけずらした位置を参照画素とし、これを予測値とし
て着目画素との差分（予測誤差）を伝送する方法であ
る。例えば、動き補償予測を図６に示すように予測元画
像の動きベクトルを基に移動体の動きを予測し、原画像
においてその動きを補償している。動き補償は１６×１
６画素のブロック単位で前画像のそのブロックの位置の
近傍で一番差分が少ないところを探索し、それとの差分
をとることによりさらに送らなければならないデータを
削減するという手法であり、動きベクトルを検出する手
段として図７に示すように一般に動き補償の対象となる
部分画像の元の場所から一定の範囲内をサーチし、最も
誤差の少ない場所を選ぶという方法をとっている。

【０００５】また、時間方向の予測を伴う通常の動画像
圧縮装置（ＣＣＩＴＴ Ｈ．２６１やＭＰＥＧ．Ｖｉｄ
ｅｏ等）では、生成された動きベクトルを符号化する場
合、その付近の部分画像（通常は、１つ前に処理された
部分画像）の持つ動きベクトルとの差分をとり、その差
分のみを符号化している。

【０００６】従来のこの種の動画像圧縮装置におけるＭ
Ｃ（動き補償）検出方法は、図８及び図９に示すように
「現在の処理画の位置に対応するreference picture
（参照画）のブロックの位置を中心に、定められたサー
チ範囲の中のすべての位置で現在の処理画のブロックと
reference pictureのブロックとの誤差を計算し、それ
が最小となるような位置をそのブロックのＭＣとする」
ような方法が採られている。すなわち、図９に示す現在
の処理画の位置に対応するreference picture（図８）
のブロックの位置を中心に、定められたサーチ範囲の中
のすべての位置で現在の処理画のブロックとreference
pictureのブロックとの誤差を計算し、それが最小とな
るような位置をそのブロックのＭＣとして検出する。な
お、図中矢印は求めたＭＣを符号化する順を表してい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の動きベクトル検出方法にあっては、動き補償
の対象となる部分画像の元の場所から一定の範囲内をサ
ーチし、最も誤差の少ない場所を選ぶという方法をとっ
ていたため、以下のような不具合があった。

【０００８】(1)サーチ範囲の２乗に比例する計算量が
必要なため、速いものの動きを求めるには多量の計算が
必要となる。

【０００９】(2)各ブロックでサーチを独立に行なって
いるため、最終的にベクトルを符号化する際にベクトル
のばらつきのため、効率が十分によくない。

【００１０】などの欠点があった。

【００１１】例えば、現在の処理画の位置に対応するre
ference pictureのブロックの位置を中心とするサーチ
範囲を図１０に、またこのサーチによって求めた図９に
示す現在の処理画の拡大図を図１１に示すものとする
と、図１０に示すようにサーチ範囲ｘ×サーチ範囲ｙ内
のすべての点に中心ＣをもってきてＭＣ計算を行なって
いる。このため、上述したようにサーチ範囲ｘ×ｙが増
えればその２乗に比例する計算量が必要になってしま
う。また、図９に示す現在の処理画の動きベクトルが図
示のように得られたとすると各ブロックでさーちを独立
に行なっているため、ブロックＢＫ１は開始位置である
から動きベクトル（１，１）を直接可変長符号化し、ブ
ロックＢＫ２はブロックＢＫ１から動きベクトル（１，
１）を引いた（０−１，３−１）を、ブロックＢＫ３は
ブロックＢＫ２から動きベクトル（０，３）を引いた
（−１−０，４−３）を符号化することになる。最終的
にベクトルを符号化する際にノイズ等によるベクトルの
ばらつきがあると、符号化効率が低下してしまう不具合
があった。

【００１２】そこで本発明は、動きベクトル検出の計算
量を減らすと同時にベクトルのばらつきを減少させるこ
とのできる動きベクトル検出装置及び動きベクトル検出
方法を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記目的達成のため、入力画面を所定のブロックに分割
し、符号化ブロックスキャン順に動きベクトルを検出す
る動きベクトル検出装置において、動きベクトルの符号
化ブロックスキャンの順で検出された１つ前の符号化ブ
ロックの動きベクトル値を記憶する記憶手段と、前記記
憶手段の出力に基づいて動きベクトルのサーチの中心を
変化させ、動きベクトルを検出する動きベクトル検出手
段とを備えている。

【００１４】を具備したことを特徴とする動きベクトル
検出装置。

【００１５】請求項２記載の発明は、入力画面を所定の
ブロックに分割し、符号化ブロックスキャン順に動きベ
クトルを検出する動きベクトル検出方法において、動き
ベクトルのサーチの中心が変化可能な動きベクトル検出
手段により符号化ブロックスキャンの順に動きベクトル
を検出するとともに、動きベクトルの符号化ブロックス
キャンの順で検出された１つ前の符号化ブロックの動き
ベクトル値を記憶し、次の符号化ブロックの動きベクト
ルを検出するとき、記憶された１つ前の符号化ブロック
の動きベクトル値に基づいて動きベクトルのサーチの中
心を変化させて動きベクトルを検出するようにしてい
る。

【００１６】

【作用】本発明の手段の作用は次の通りである。

【００１７】請求項１及び請求項２記載の発明では、先
ず、動きベクトルのサーチの中心が変化可能な動きベク
トル検出手段により符号化ブロックスキャンの順に動き
ベクトルが検出され動きベクトルとして出力されるとと
もに、検出された１つ前の符号化ブロックの動きベクト
ル値が記憶手段に記憶される。

【００１８】そして、次の符号化ブロックの動きベクト
ルを検出するとき、記憶手段に記憶された１つ前の符号
化ブロックの動きベクトル値に基づいて動きベクトル検
出手段が動きベクトルのサーチの中心を変化させて動き
ベクトルを検出する。

【００１９】従って、サーチの範囲を小さくしながら実
効あるサーチを行なうことができ、計算量を減少させる
とともに、隣とのサーチ範囲が小さいためベクトルのば
らつきも減少させることができる。

【００２０】

【実施例】以下、図１〜図５を参照して実施例を説明す
る。

【００２１】図１〜図５は動きベクトル検出装置及び動
きベクトル検出方法の一実施例を示す図である。

【００２２】先ず、動きベクトル検出方法の基本的な考
え方を説明する。図１〜図３は動きベクトル検出方法を
説明するためのブロックＢＫ中のサーチ点（×）を示す
図であり、図１は前記図１１に示すブロックＢＫ１のサ
ーチ点を、図２は前記ブロックＢＫ２のサーチ点を、図
３は前記図に示すブロックＢＫ３のサーチ点をそれぞれ
示す。

【００２３】図１のブロックＢＫは、±４（８１点）の
サーチ範囲を持ったＭＣについて考えるものとすると、
このブロックＢＫ１では、サーチの中心をＣ0、誤差最
小だった点をｘ0として前記図の従来のＭＣと同様に±
４のすべての点について誤差を計算する。すなわち、図
１に示すように、先ず最初はブロックＢＫ１の全範囲を
中心Ｃ0を中心点としてサーチし、同図に示す位置に誤
差最小の点ｘ0が見つかったものとする。ここで、最初
はブロックＢＫ１のどの点に誤差最小の点ｘ0が存在す
るか分からないのでブロックＢＫ１の中心Ｃ0を中心点
としてブロックＢＫ１の全範囲をサーチするようにす
る。

【００２４】次のブロックＢＫ２では、ブロックＢＫ２
で用いるサーチの中心Ｃ1を、前記ブロックＢＫ１のサ
ーチで得られた誤差最小の点ｘ0に移してサーチの中心
ｘ0（Ｃ1）とし、さらにサーチ範囲も前記ブロックＢＫ
１の±４よりも小さいレンジ、例えば±２で計算する。
すなわち、従来例ではサーチの中心は、各ブロックＢＫ
ごとに一定であり、サーチレンジも同一であったが、本
実施例の動きベクトル検出方法では符号化ブロックスキ
ャン順に処理を行なう場合１つ前のブロックＢＫのベク
トルを記憶しておき、記憶しておいた位置を中心に今回
のブロックＢＫの動きベクトルを検出することを特徴と
している。また、サーチの中心ｘ0（Ｃ1）として１つ前
のブロックＢＫ１の±４よりも小さいサーチレンジで計
算するようにしているが、サーチレンジが小さくてもよ
い理由は、隣合ったブロックはあまり動きに差がないと
考えられるからである。このブロックＢＫ２では、サー
チの中心ｘ0（Ｃ1）とし、±２のサーチ範囲でサーチし
た結果図２に示す位置に誤差最小の点ｘ1が見つかった
ものとする。

【００２５】次のブロックＢＫ３も上記ブロックＢＫ２
の場合と同様にしてブロックＢＫ３用いるサーチの中心
Ｃ2を、１つ前のブロックＢＫ２のサーチで得られた誤
差最小の点ｘ1に移してサーチの中心ｘ1（Ｃ2）とし、
さらに±２のサーチ範囲で計算する。この場合、ｘ1
（Ｃ2）を中心に±２のサーチをすると、ブロックＢＫ
１と同じ中心Ｃ0を用いて±４のサーチをした場合より
もサーチ範囲が広くなってしまう。このように結果とし
てのサーチレンジがどんどん広がっていくのは好ましく
ないので、常にブロックＢＫ１のサーチ範囲を越えるよ
うな点は無視するようにする。

【００２６】なお、あまり大きい誤差が発生したら途中
でリセットして、中心Ｃ0を中心点とする±４サーチに
戻すようにしてもよい。

【００２７】以上のように常にオフセットをもってブロ
ックごとにサーチの中心を変えていけば、実際のサーチ
の範囲は小さいものでありながらトータル的なサーチレ
ンジとしては広いサーチ範囲を追っていくことができ
る。これにより、計算量を減少させることができ、隣と
のサーチ範囲が小さいためベクトルのばらつきも減少さ
せることができる。

【００２８】図４は上記動きベクトル検出方法を実現す
るための動きベクトル検出装置のブロック図であり、図
５はこの動きベクトル検出装置のタイミングチャートで
ある。

【００２９】図４において、動きベクトル検出装置は、
マクロブロックをカウントするマクロブロックカウンタ
１と、サーチレンジ縮小モードを備え、上記動きベクト
ル検出方法に従ってサーチオフセット及びサーチレンジ
を切り換えＭＣ（動き補償）ベクトルを検出するＭＣ検
出器２と、マクロブロックカウンタ１のカウンタが１５
の倍数となったときあるいは所定以上大きいサーチ誤差
が発生したときサーチの中心点及びサーチレンジを初期
状態に戻すリセット信号を出力するリセット判断回路３
と、マクロブロックカウンタ１のカウント出力に従って
ＭＣ検出器２により検出された出力ベクトルを、次のマ
クロブロックカウンタ１のカウント出力時まで一時的に
記憶しておき、記憶しておいた出力ベクトルをＭＣ検出
器２にサーチの中心点を変えるサーチオフセットベクト
ルとして出力する遅延回路４と、マクロブロックカウン
タ１のカウント出力に従ってＭＣ検出器２からのサーチ
誤差によりサーチレンジを切り換える切換信号を出力す
る遅延回路５とにより構成されている。

【００３０】上記ＭＣ検出器２は、遅延回路４からのサ
ーチオフセットベクトルによりマクロブロックごとにサ
ーチの中心点を１つ前のマクロブロックのＭＣの値に変
えながら、リセット判断回路３の出力によりサーチレン
ジを切り換えてＭＣベクトルを検出する装置である。

【００３１】次に、本実施例の動作を説明する。

【００３２】前記図に示すような順序で各マクロブロッ
クのＭＣを検出するものとすると、マクロブロックカウ
ンタ１からは図５に示すようにカウントされ、ＭＣ検出
器２、遅延回路４及び遅延回路５に出力される。例え
ば、図５に示すようにマクロブロックカウンタ１の出力
値（カウンタ値）が「１４」のときは、ＭＣ検出器２で
はサーチオフセットベクトル（ｘ＝３，ｙ＝２）でサー
チレンジが「小（例えば、前記±２）」のモードでＭＣ
ベクトルが検出され、この場合は出力ベクトルはｘ＝
５，ｙ＝１０、サーチ誤差は７８となる。また、遅延回
路４ではマクロブロック１４の出力ベクトル（ｘ＝５，
ｙ＝１０）を次のマクロブロックカウンタ１のカウント
出力時まで一時的に記憶しておく。

【００３３】次のマクロブロックに進み、マクロブロッ
クカウンタ１の出力値（カウンタ値）が「１５」になる
と、遅延回路４では記憶しておいた出力ベクトル（ｘ＝
５，ｙ＝１０）をＭＣ検出器２にサーチの中心点を変え
るサーチオフセットベクトルとして出力する。

【００３４】ＭＣ検出器２は、通常であれば遅延回路４
から出力されたサーチオフセットベクトル（ｘ＝５，ｙ
＝１０）でサーチレンジが「小」のモードでＭＣベクト
ルを検出するのであるが、この場合は、リセット判断回
路３の機能が「マクロブロックカウンタ１のカウンタが
１５の倍数となったとき、あるいはサーチ誤差が１００
を越えたときサーチの中心点及びサーチレンジを初期状
態に戻すリセット信号を出力する」に設定されているた
め「マクロブロックカウンタ１のカウンタが１５の倍数
となったとき」が適用されてＭＣ検出器２がリセットさ
れ、ＭＣ検出器２ではサーチオフセットベクトル（ｘ＝
０，ｙ＝０）でサーチレンジが「大（例えば、前記±
４）」のモードでＭＣベクトルが検出される。ここで
は、出力ベクトルはｘ＝３，ｙ＝４、サーチ誤差は８０
となる。

【００３５】次のマクロブロックに進み、マクロブロッ
クカウンタ１の出力値（カウンタ値）が「１６」になる
と、遅延回路４では１つ前のマクロブロック「１５」の
ＭＣの値として記憶しておいた出力ベクトル（ｘ＝３，
ｙ＝４）をＭＣ検出器２にサーチの中心点を変えるサー
チオフセットベクトルとして出力する。ＭＣ検出器２
は、通常であれば遅延回路４から出力されたサーチオフ
セットベクトル（ｘ＝３，ｙ＝４）でサーチレンジが
「小」のモードでＭＣベクトルを検出し、出力ベクトル
はｘ＝５，ｙ＝３、サーチ誤差は８１となる。

【００３６】同様にしてＭＣ検出器２によりＭＣベクト
ルが検出され、次のマクロブロックに進み、マクロブロ
ックカウンタ１の出力値（カウンタ値）が「１９」にな
ると、遅延回路４では記憶しておいた出力ベクトル（ｘ
＝１０，ｙ＝１）をＭＣ検出器２にサーチの中心点を変
えるサーチオフセットベクトルとして出力するが、この
場合は、１つ前のマクロブロックののときのサーチ誤差
が「１２０」となっているので、リセット判断回路３が
「サーチ誤差が１００を越えているときリセット信号を
出力する」と判断してＭＣ検出器２をリセットし、ＭＣ
検出器２ではサーチオフセットベクトル（ｘ＝０，ｙ＝
０）でサーチレンジが「小」のそのままのモードでＭＣ
ベクトルが検出される。ここでは、出力ベクトルはｘ＝
３，ｙ＝４、サーチ誤差は８０となる。

【００３７】以上説明したように、動きベクトル検出装
置は、マクロブロックをカウントするマクロブロックカ
ウンタ１と、サーチオフセット及びサーチレンジを切り
換えＭＣベクトルを検出するＭＣ検出器２と、マクロブ
ロックカウンタ１のカウンタが１５の倍数となったとき
あるいは所定以上大きいサーチ誤差が発生したときリセ
ット信号を出力するリセット判断回路３と、ＭＣ検出器
２により検出された出力ベクトルを、次のマクロブロッ
クカウンタ１のカウント出力時まで一時的に記憶してお
き、記憶しておいた出力ベクトルをＭＣ検出器２にサー
チの中心点を変えるサーチオフセットベクトルとして出
力する遅延回路４と、マクロブロックカウンタ１のカウ
ント出力に従ってＭＣ検出器２からのサーチ誤差により
サーチレンジを切り換える切換信号を出力する遅延回路
５とを設け、ＭＣ検出器２によりサーチオフセット及び
サーチレンジを切り換えてＭＣベクトルを検出するとと
もに、符号化ブロックスキャン順に１つ前のベクトルを
記憶しておき、その位置を中心にＭＣ検出を行なうよう
にしているので、計算量を減少させることができるとと
もに、隣との検索範囲が小さいためベクトルのばらつき
も減少させることができ、符号化効率とハードウェアの
低減化の両者に利用できる。

【００３８】なお、本実施例では、マクロブロックカウ
ンタ１のカウンタが１５の倍数となったときあるいは所
定以上大きいサーチ誤差が発生したときリセットをして
いるが、これらの態様に限らないことは言うまでもな
い。

【００３９】また、本実施例では動きベクトル検出方法
を、例えばＭＰＥＧアルゴリズムに基づく動画像圧縮装
置に適用してもよいが、勿論これには限定されず、動き
補償を用いるものであれば全ての装置に適用可能である
ことは言うまでもない。

【００４０】さらに、上記動きベクトル検出装置を構成
する回路や部材の数、種類などは前述した実施例に限ら
れないことは言うまでもなく、ソフトウェア（例えば、
Ｃ言語）により実現するようにしてもよい。

【００４１】

【発明の効果】請求項１及び請求項２記載の発明によれ
ば、符号化ブロックスキャンの順で検出された１つ前の
符号化ブロックの動きベクトル値を記憶し、動きベクト
ルのサーチの中心を変化させて動きベクトルを検出する
ようにしているので、サーチの範囲を小さくしながら実
効あるサーチを行なって計算量を減少させることがで
き、ベクトルのばらつきも減少させることができる。そ
の結果、簡単な構成で動きベクトルの計算量とばらつき
を減少できるので符号化効率とハードウェアの低減化を
図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】動きベクトル検出方法を説明するためのブロッ
ク中のサーチ点を示す図である。

【図２】動きベクトル検出方法を説明するためのブロッ
ク中のサーチ点を示す図である。

【図３】動きベクトル検出方法を説明するためのブロッ
ク中のサーチ点を示す図である。

【図４】動きベクトル検出装置のブロック構成図であ
る。

【図５】動きベクトル検出装置のタイミングチャートで
ある。

【図６】動画像圧縮装置の動き補償予測を示す図であ
る。

【図７】動画像圧縮装置の動きベクトルサーチ範囲を示
す図である。

【図８】動きベクトル検出方法を説明するためのサーチ
範囲を示す図である。

【図９】動きベクトル検出方法を説明するためのサーチ
範囲を示す図である。

【図１０】動きベクトル検出方法を説明するための符号
化ブロックスキャンの順を示す図である。

【図１１】動きベクトル検出方法を説明するための符号
化ブロックスキャンの順を示す図である。

【符号の説明】

１ マクロブロックカウンタ ２ ＭＣ検出器 ３ リセット判断回路 ４，５ 遅延回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画面を所定のブロックに分割し、符
   号化ブロックスキャン順に動きベクトルを検出する動き
   ベクトル検出装置において、 動きベクトルの符号化ブロックスキャンの順で検出され
   た１つ前の符号化ブロックの動きベクトル値を記憶する
   記憶手段と、 前記記憶手段の出力に基づいて動きベクトルのサーチの
   中心を変化させ、動きベクトルを検出する動きベクトル
   検出手段と、 を具備したことを特徴とする動きベクトル検出装置。
2. 【請求項２】 入力画面を所定のブロックに分割し、符
   号化ブロックスキャン順に動きベクトルを検出する動き
   ベクトル検出方法において、 動きベクトルのサーチの中心が変化可能なベクトル検出
   手段により符号化ブロックスキャンの順に動きベクトル
   を検出するとともに、 動きベクトルの符号化ブロックスキャンの順で検出され
   た１つ前の符号化ブロックの動きベクトル値を記憶し、 次の符号化ブロックの動きベクトルを検出するとき、記
   憶された１つ前の符号化ブロックの動きベクトル値に基
   づいて動きベクトルのサーチの中心を変化させて動きベ
   クトルを検出するようにしたことを特徴とする動きベク
   トル検出方法。