JPH0795585A - 動きベクトル検出装置 - Google Patents
動きベクトル検出装置Info
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- JPH0795585A JPH0795585A JP25496593A JP25496593A JPH0795585A JP H0795585 A JPH0795585 A JP H0795585A JP 25496593 A JP25496593 A JP 25496593A JP 25496593 A JP25496593 A JP 25496593A JP H0795585 A JPH0795585 A JP H0795585A
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Abstract
る際に、検出精度を下げることなく、演算量を減じるこ
とができ、回路規模の削減が図れるようにする。 【構成】 検査ブロックの画像データの1画素の間に補
間画素を形成する補間回路8を設ける。この補間回路8
は、2画素を用いて、現画素に対して水平方向と垂直方
向の補間画素を形成する2画素の補間回路である。水平
方向及び垂直方向の2画素の補間のみを行い、4画素の
補間は行わないので、演算量を大幅に減らせ、回路規模
の削減が図れる。これと共に、正解の動きベクトルがあ
る確率が高い範囲で動きベクトルを検出するので、検出
精度は低下しない。
Description
像の予測符号化処理に用いて好適な動きベクトル検出装
置に関するもので、特に、1画素以下の精度で動きベク
トルを検出する際に、演算処理を削減できるようにした
動きベクトル検出装置に係わる。
てMPEG(Moving Picture CodingExperts Group)方
式が知られている。MPEG方式は、DCT(Discrete
Cosine Transform )変換と、動き補償を組み合わせた
画像の高能率圧縮技術である。
レームとの相関を利用して画像を符号化する予測符号化
装置の一例である。図11において、入力端子101に
画像データが供給される。この画像データは、動きベク
トル検出回路102に供給されると共に、減算回路10
3に供給される。動きベクトル検出回路102で、現フ
レームと参照フレームとの動きベクトルが求められる。
この動きベクトルが動き補償回路104に供給される。
ームメモリ105に蓄えられている。フレームメモリ1
05の出力は、動き補償回路104に供給される。動き
補償回路104で、フレームメモリ105からの参照フ
レームの画像データが、動きベクトル検出回路102で
求められた動きベクトルに基づいて、動き補償される。
この動き補償された画像データは、減算回路103に供
給されると共に、加算回路106に供給される。
現フレームの画像データが供給されると共に、動き補償
回路104で動き補償された参照フレームの画像データ
が供給される。減算回路103で、現フレームの画像デ
ータと動き補償された参照フレームの画像データとが減
算され、現フレームと参照フレームとの差分データが求
められる。この差分データが、DCT回路107に供給
される。DCT回路107でこの差分データがDCT変
換される。DCT回路107の出力が量子化器108に
供給される。量子化器108で、DCT回路107の出
力が量子化される。この量子化器108の出力が出力端
子109から出力される。
差分データは、逆量子化器110及び逆DCT回路11
1に供給され、元の差分データに戻され、加算回路10
6に供給される。加算回路106には、動き補償回路1
04から参照フレームの画像データが供給される。加算
回路106で、この参照フレームの画像データに、参照
フレームと現フレームとの差分データが加算され、現フ
レームの画像データが求められる。求められた現フレー
ムの画像データは、次の参照フレームとして、フレーム
メモリ105に蓄えられる。
は、動きベクトルに基づいて動き補償された参照フレー
ムと、現フレームとの差分が符号化される。このような
フレーム間予測符号化処理において用いられる動きベク
トルの検出方法としては、参照フレームの検査ブロック
を所定のベクトル探査範囲内で動かしていき、現フレー
ムの基準ブロックに最も合致しているブロックを検出す
ることにより動きベクトルを求めるブロックマッチング
法が知られている。
法を説明するためのものである。図12において、12
1は現フレームを示し、122は参照フレームを示して
いる。現フレーム121に基準ブロック123が設定さ
れ、参照フレーム122に検査ブロック124が設定さ
れる。参照フレーム122の検査ブロックは、所定のベ
クトル探査範囲内を巡って移動される。そして、現フレ
ーム121の基準ブロック123と、参照フレーム12
2の検査ブロック124とがどの程度合致しているかが
検出される。基準ブロック123に最も合致している検
査ブロック124がマッチングブロックとされる。この
マッチングブロックから動きベクトルが求められる。
クトル検出装置の一例を示すものである。フルサーチ
は、参照フレームの検査ブロックを、所定のベクトル探
査範囲内の全てにわたって移動させ、マッチングブロッ
クを検出するものである。
像データを蓄える現フレームメモリである。現フレーム
メモリ131には、入力端子133から現フレームの画
像データが供給される。
フレームメモリ132には、入力端子134から参照フ
レームの画像データが供給される。現フレームメモリ1
31及び参照フレームメモリ132の読み出し/書き込
みは、システムコントローラ135により制御される。
現フレームメモリ131からは、現フレームの基準ブロ
ックの画像データが読み出される。参照フレームメモリ
132からは、参照フレームの検査ブロックの画像デー
タが読み出される。この参照フレームは、1画素毎に、
所定のベクトル探査範囲内を移動される。
メモリ132の出力が差分回路137に供給される。差
分回路137で、現フレームの基準ブロックの画素デー
タと、参照フレームの検査ブロックの画素データとが1
画素毎に減算される。差分回路137の出力が絶対値和
回路138に供給される。絶対値和回路138で、現フ
レームの基準ブロックの画素データと参照フレームの検
査ブロックの画素データとの差分の絶対値和が求められ
る。絶対値和回路138の出力が比較及び判断回路13
9に供給される。
画素毎に、所定のベクトル探査範囲を動かされる。比較
及び判断回路139は、現フレームの基準ブロックの画
素データと参照フレームの検査ブロックの画素データと
の差分の絶対値和から、基準ブロックに最も近い検査ブ
ロックを判断する。この検査ブロックがマッチングブロ
ックとされ、このマッチングブロックから動きベクトル
が判断される。求められた動きベクトルは、出力端子1
40から出力される。
移動させているので、動きベクトルの検出精度は1画素
精度となる。各画素間に、以下のようにして求められる
補間画素データを挿入することで、検査ブロックを1/
2画素ずつ動かすのと等価な処理を行え、1/2画素精
度で動きベクトルの検出を行うことができる。
ぶ画素データD-1,0と画素データD0,0 との間の画素デ
ータH-1/2,0は、 H-1/2,0=(D-1,0+D0,0 )/2 …(1) として求められる。また、垂直方向に並ぶ画素データD
0,1 と画素データD0,0との間の画素データH
0,1/2 は、 H0,1/2 =(D0,1 +D0,0 )/2 …(2) として求められる。更に、画素D-1,1,D0,1 ,
D0,0 ,D-1,0の中の画素データH-1/2,1/2は、 H-1/2,1/2=(D-1,1+D0,1 +D0,0 +D-1,0)/4 …(3) として求めることができる。
間回路141及び4画素の補間回路142と、スイッチ
回路143が設けられる。2画素の補間回路141は、
(1)式及び(2)式に基づいて、垂直方向及び水平方
向に並ぶ2画素から、その間の画素を補間により求める
ものである。4画素の補間回路142は、(3)式に基
づいて、4画素からその間の画素を補間により求めるも
のである。
4画素の補間回路142を設けると、検査ブロックを1
/2画素毎に動かすことが可能になり、1/2画素精度
で動きベクトルを求めることができるようになる。
は、垂直方向及び水平方向に並ぶ2画素データを用いて
(1)及び(2)式に示すようにしてその間の補間デー
タを形成すると共に(以下、2画素の補間と称する)、
4画素を用いて(3)式に示すようにしてその間の補間
データを形成するようにして(以下、4画素の補間と称
する)、1/2精度の動きベクトルを検出するようにし
ている。従来では、1/2画素精度の動きベクトルを検
出するのに、2画素の補間と4画素の補間が必要なた
め、演算量が多くなり、回路規模が増大するという問題
が生じる。
トルの検出精度を下げることなく、演算量を減じること
ができ、回路規模の削減が図れるベクトル検出装置を提
供することにある。
の画像データから基準ブロックの画像データを取り出す
基準ブロック読出手段と、参照ブロックの画像データか
ら検査ブロックの画像データを取り出す検査ブロック読
出手段と、この検査ブロックの画像データの1画素の間
に補間画素を形成する補間画素形成手段と、上記補間画
素形成手段は、現画素に対して水平方向と垂直方向の補
間画素を形成するものであり、上記基準ブロックと上記
検査ブロックとの誤差を検出する誤差検出手段とを備
え、上記誤差検出手段の出力から、基準ブロックに最も
合致した検査ブロックを1画素以下の精度で検出するよ
うにした動きベクトル検出装置である。
い、周囲方向の4画素の補間は行わない。これにより、
演算量を大幅に減らせ、回路規模の削減が図れる。すな
わち、4画素の補間を行わないので、サーチポイントは
50パーセントとなる。したがって、それだけで、回路
規模は50パーセントに削減できる。更に、4画素の補
間に比べて、2画素の補間はその半分の演算量でよい。
照して説明する。図1は、この発明の一実施例を示すも
のである。図1において、1は現フレームの画像データ
を蓄える現フレームメモリである。現フレームメモリ1
には、入力端子3から現フレームの画像データが供給さ
れる。
ームメモリ2には、入力端子4から参照フレームの画像
データが供給される。現フレームメモリ1及び参照フレ
ームメモリ2の読み出し/書き込みは、システムコント
ローラ5により制御される。現フレームメモリ1から
は、現フレームの基準ブロックの画像データが読み出さ
れる。参照フレームメモリ2からは、参照フレームの検
査ブロックの画像データが読み出される。この参照フレ
ームの検査ブロックは、図2に示すように、所定のベク
トル探査範囲内を移動される。
素データが読み出され、この基準ブロックの画素データ
が差分回路7に供給される。参照フレームメモリ2から
検査ブロックの画素データが読み出され、この検査ブロ
ックの画素データが2画素の補間回路8に供給されると
共に、スイッチ回路9の端子9Aに供給される。
方向に並ぶ2画素を用いて、前述の(1)式及び(2)
式で示したように、2画素の補間を行うものである。ス
イッチ回路9を端子9A側に設定すると、参照フレーム
メモリ2から読み出された実際の画素のデータがスイッ
チ回路9を介して出力される。スイッチ回路9を端子9
B側に設定すると、2画素の補間回路8から出力された
補間画素データがスイッチ回路9を介して出力される。
このため、参照フレームの検査ブロックは、1/2画素
毎に、ベクトル探査範囲内を動かすのと等価な処理を行
うことができる。
補間回路8で、水平方向及び垂直方向に並ぶ2画素の補
間のみを行い、4画素の補間は行っていない。これは、
後に詳述するように、2画素の補間だけでも、動きベク
トルの検出精度は十分保たれることが確認されたからで
ある。従来、1/2画素精度の動きベクトルを検出する
場合には、水平方向及び垂直方向に並ぶ2画素によりそ
の間の画素データを補間により形成すると共に、4画素
を用いて画素データを補間により形成していた。このた
め、演算量が増え、回路規模が増大していた。この発明
の一実施例では、2画素の補間のみ行っているので、演
算量が減らせ、回路規模が縮小される。
分回路7に供給される。差分回路7で、現フレームの基
準ブロックの画素データと、参照フレームの検査ブロッ
クの画素データとが減算される。差分回路7の出力が絶
対値和回路10に供給される。絶対値和回路10で、現
フレームの基準ブロックの画素データと参照フレームの
検査ブロックの画素データとの差分の絶対値和が求めら
れる。絶対値和回路10の出力が比較及び判断回路11
に供給される。比較及び判断回路11で、基準ブロック
に最も近い検査ブロックが判断される。これにより、動
きベクトルが求められる。求められた動きベクトルは、
出力端子12から出力される。
出は、検査ブロックを所定のベクトル探査範囲を移動さ
せ、基準ブロックに最も近い検査ブロックを検出するフ
ルサーチの他、1画素精度の動きベクトルを求めてお
き、求められた1画素精度の動きベクトルの近傍で1/
2画素精度の動きベクトルの検出を行うようなステップ
サーチを行うようにしても良い。
画素の動きベクトルが求めるものである。図3におい
て、21は現フレームの画像データを蓄える現フレーム
メモリである。現フレームメモリ21には、入力端子2
3から現フレームの画像データが供給される。
レームメモリ22には、入力端子24から参照フレーム
の画像データが供給される。現フレームメモリ21及び
参照フレームメモリ22の読み出し/書き込みは、シス
テムコントローラ25により制御される。現フレームメ
モリ21からは、現フレームの基準ブロックの画像デー
タが読み出される。参照フレームメモリ22からは、参
照フレームの検査ブロックの画像データが読み出され
る。この参照フレームは、所定のベクトル探査範囲内を
移動される。
するための1画素精度動きベクトル検出回路、27は、
1画素精度動きベクトル検出回路26で求められた動き
ベクトルの近傍で、補間画素を用いて、1/2画素精度
で動きベクトルを検出する1/2画素精度動きベクトル
検出回路である。1画素精度動きベクトル検出回路26
及び1/2画素精度動きベクトル検出回路27は、検査
ブロックの各画素と基準ブロックの各画素との差分の絶
対値和(又は2乗和)を求め、基準ブロックに最も近い
検査ブロックを求めるものである。更に、1/2画素精
度動きベクトル検出回路27は、水平方向及び垂直方向
に並ぶ2画素を用いて、その間にあるデータを補間によ
り形成する2画素の補間回路を含んでいる。
ックの画素データが1画素精度動きベクトル検出回路2
6に読み出される。1画素精度動きベクトル検出回路2
6において、検査ブロックが1画素毎に所定のベクトル
探査範囲内を動かされ、基準ブロックに最も合致する検
査ブロックが検出される。これにより、1画素精度の動
きベクトルが求められる。1画素精度の動きベクトルが
求められたら、この1画素精度動きベクトル検出回路2
6の出力が1/2画素精度動きベクトル検出回路27に
供給される。
には、2画素の補間回路が備えられている。この2画素
の補間回路を使って、1/2画素精度動きベクトル検出
回路27において、1画素精度で求められた動きベクト
ルの近傍で、検査ブロックが1/2画素毎に動かされ
る。そして、基準ブロックに最も合致する検査ブロック
が検出される。これにより、1/2画素精度の動きベク
トルが求められる。この1/2画素精度の動きベクトル
が出力端子28から出力される。
方向及び垂直方向に並ぶ2画素のみを使って補間データ
を形成するようにしている。このように水平方向及び垂
直方向に並ぶ2画素のみを使って補間データを形成する
ようにしても、動きベクトルの検出精度は十分保たれ
る。
ある。図4において、画素P1、P2、P3、…P9
で、1画素毎に検査ブロックを動かしてマッチングブロ
ックを検出して、動きベクトルを求めるとする。
の検出結果、画素P5を中心とする検査ブロックがマッ
チングブロックとされ、ベクトルV5が動きベクトルと
して検出されたとする。この場合、正解の動きベクトル
Vは、領域A5の何れかにある。
きベクトルが検出される。図5において、「黒円」印が
実際の画素であり、「バツ」印の画素は、水平方向又は
垂直方向に並ぶ2画素から補間された画素であり、「白
円」印の画素は、4画素から補間された画素である。す
なわち、例えば、「バツ」印の補間画素Q2は、 Q2=(P2+P5)/2 として求められる。また、「白円」印の補間画素Q1
は、 Q1=(P1+P2+P5+P4)/4 として求められる。
クトルV5が動きベクトルとして検出されたとすると、
更に、補間画素Q1、Q2、Q3、Q4、Q6、Q7、
Q8、Q9を中心として、1/2画素毎に検査ブロック
が動かされ、マッチングブロックが検出される。このよ
うな1/2画素の動きベクトルの検出結果、正解の動き
ベクトルが例えば領域B8にあれば補間画素Q8を中心
とする検査ブロックがマッチングブロックとなる。
ルを検出すると、領域A5が更に9つの領域B1〜B9
に分割される。これら領域B1〜B9の9つの領域中
に、正解の動きベクトルが存在する。図から分かるよう
に、これらの領域B1〜B9のうち、実際の画素P5を
含む領域B5の面積が最大である。次に大きな面積を占
めるのは、2画素の補間画素Q2、Q4、Q6、Q8を
含む領域B2、B4、B6、B8である。4画素の補間
画素Q1、Q3、Q7、Q9を含む領域B1、B3、B
7、B9の面積は、最小である。実際の画素P5を含む
領域B5と、2画素の補間画素Q2、Q4、Q6、Q8
を含む領域B2、B4、B6、B8とを合わせると、全
体の領域の75パーセントを占める。したがって、実際
の画素P5を含む領域B5と、2画素の補間画素Q2、
Q4、Q6、Q8を含む領域B2、B4、B6、B8と
を合わせた領域で動きベクトルを検出すれば、高い確率
で正解の動きベクトルを検出できると考えられる。この
ようにすると、4画素の補間画素Q1、Q3、Q7、Q
9を含む領域B1、B3、B7、B9を検索しなくても
良いので、その分演算量が減らせ、然も、ベクトルの検
出精度はあまり劣化しない。
6×16)とすると、1つの検査ブロットと基準ブロッ
クとの誤差を画素毎に求めるのに、(16×16)回の
演算が必要である。したがって、4画素の補間と2画素
の補間とを全て行い、8つの補間画素Q1、Q2、Q
3、Q4、Q6、Q7、Q8、Q9を中心とする検査ブ
ロックと基準ブロックとの誤差を求めると、((16×
16)×8)回の演算が必要である。これに対して、こ
の発明では、2画素の補間のみを行っているので、補間
画素Q2、Q4、Q6、Q8を中心とする検査ブロック
と基準ブロックとの誤差を求めれば良いので、((16
×16)×4)回の演算で良い。
は、シミュレーションを行った。図6〜図8は、シミュ
レーション結果を示すものである。シミュレーション
は、MPEG2での動き補償に用い、S/N比から、動
きベクトルの検出精度を検証したものである。コーディ
ング条件は、以下の通りである。 方法:MPEG2,M=3 N=15 レート:8Mbps 測定:PピクチャーのS/N比 シーケンス:絵柄1(図6(mobile calendar1)) 絵柄2(図8(mobile calendar2)) 絵柄3(図9(flower garden ))
トル検出を行わないときと、2画素の補間のみで1/2
画素精度の動きベクトル検出を行ったときと、2画素の
補間と4画素補間で1/2画素精度の動きベクトル検出
を行ったときとで、そのS/N比の改善量がどのくらい
になるかを示したものである。図において、白円はフレ
ームでの改善量を示し、黒円はフィールドでの改善量を
示す。図6〜図8から分かるように、どのシーケンス及
びフレーム/フィールドでも、水平方向及び垂直方向の
2画素の補間のみで著しいS/N比の改善が見られるの
に対して、2画素の補間と4画素の補間をを行っても、
それ程S/N比は改善しない。このことから、水平方向
及び垂直方向の2画素の補間で、1/2画素精度の動き
ベクトルを十分な精度で検出できることが分かる。
検査ブロックとの誤差を検出するのに、画素間の差分の
絶対値和又は2乗和を使っているが、基準ブロック及び
検査ブロックを複数の小ブロックに分割し、各小ブロッ
クで特徴抽出を行い、この特徴値を差分の絶対値和又は
2乗和を用いてマッチングブロックを検出するようにし
ても良い。すなわち、基準ブロック及び検査ブロックを
複数の小ブロックに分割する。各小ブロックの画素デー
タの総和、平均等により、各小ブロックの特徴値を求め
る。この特徴値を差分の絶対値和又は2乗和を用いて、
マッチングブロックを検出する。このようにすると、各
画素毎の差分の絶対値和又は2乗和を用いてマッチング
ブロックを検出する場合に比べて、演算量を大幅に減ら
せる。
度の動きベクトルを検出する構成とされていたが、この
発明は、1/2画素以下の精度の動きベクトルを検出す
る場合にも、同様に適用することができる。
間に、更に補間画素を形成すれば、1/4画素精度で動
きベクトルを検出することができる。図において、「黒
円」印は実際の画素であり、「バツ」印の画素は、最低
2画素からの補間が必要な補間画素であり、「白円」印
及び「三角」印の画素は、最低4画素からの補間が必要
なされた画素である。
画素と、2画素から補間された画素とを用いて動きベク
トルを検出すると、サーチポイントの数の比が全体の約
33パーセントで、サーチポイントの面積比が全体の4
4パーセントとなる。図10Bに示すように、実際の画
素と、「バツ」印の2画素から補間された画素と、「白
円」印の4画素から補間された画素を用いて動きベクト
ルを検出すると、サーチポイントの数の比が全体の約5
0パーセントで、サーチポイントの面積比が全体の約6
9パーセントとなる。4隅の「白円」印の4画素から補
間された画素だけを除くと、図10Cに示すように、サ
ーチポイントの数の比が全体の約83パーセントで、サ
ーチポイントの面積比が全体の約94パーセントとな
る。
4画素から補間された画素から除いていくと、精度を低
下させずに、演算量を減らしていくことができる。
向の2画素の補間のみを行い、4画素の補間は行わな
い。これにより、演算量を大幅に減らせ、回路規模の削
減が図れる。すなわち、4画素の補間を行わないので、
サーチポイントは50パーセントとなる。したがって、
それだけで、回路規模は50パーセントに削減できる。
更に、4画素の補間に比べて、2画素の補間はその半分
の演算量でよい。
る。
る。
る。
である。
である。
である。
る。
る。
略線図である。
ク図である。
説明に用いる略線図である。
一例のブロック図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 現フレームの画像データから基準ブロッ
クの画像データを取り出す基準ブロック読出手段と、 参照ブロックの画像データから検査ブロックの画像デー
タを取り出す検査ブロック読出手段と、 上記検査ブロックの画像データの1画素の間に補間画素
を形成する補間画素形成手段と、 上記補間画素形成手段は、現画素に対して水平方向と垂
直方向の補間画素を形成するものであり、 上記基準ブロックと上記検査ブロックとの誤差を検出す
る誤差検出手段とを備え、 上記誤差検出手段の出力から、基準ブロックに最も合致
した検査ブロックを1画素以下の精度で検出するように
した動きベクトル検出装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25496593A JP3309519B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 動きベクトル検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25496593A JP3309519B2 (ja) | 1993-09-17 | 1993-09-17 | 動きベクトル検出装置 |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0795585A true JPH0795585A (ja) | 1995-04-07 |
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ID=17272332
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JP (1) | JP3309519B2 (ja) |
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