JPH08275179A - 映像信号符号化装置 - Google Patents
映像信号符号化装置Info
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- JPH08275179A JPH08275179A JP23978595A JP23978595A JPH08275179A JP H08275179 A JPH08275179 A JP H08275179A JP 23978595 A JP23978595 A JP 23978595A JP 23978595 A JP23978595 A JP 23978595A JP H08275179 A JPH08275179 A JP H08275179A
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Abstract
ルを正確に推定する。 【解決手段】 エッジ点を検出する手段209 と、エッジ
点のうち、複数の画素を特徴点として選択する手段210
と、特徴点とそれに最も類似な画素との間の空間的変位
を表す第1組の動きベクトルを検出する手段212 と、選
択されない各々のエッジ点に対して1つまたは2つの隣
接する特徴点を検出し、平均することによって求められ
る第2組の動きベクトルを検出する手段214 と、第1組
の各動きベクトルに基づいて、準特徴点及び該準特徴点
に対する第3組の動きベクトルを検出し、第2組の各動
きベクトルに基づいて、準エッジ点及び該準エッジ点に
対する第4組の動きベクトルを検出する手段218 と、全
ての非準エッジ点及び非準特徴点に対する第5組の動き
ベクトルを検出する手段220 と、第3、4及び5組の動
きベクトルを配列し、全画素に対する1群の動きベクト
ルを求める手段224 と、予測された現フレームを求める
動き補償手段226 とを含む。
Description
する装置に関するものであって、特に特徴点に基づいた
画素単位の動き推定を用いた映像信号符号化装置に関す
る。
号の伝送はアナログ信号の伝送より良好な画質を保持し
得る。一連のイメージ「フレーム」から構成されたイメ
ージ信号がディジタル信号として表現される場合、特
に、高精細度テレビ(HDTV)システムの場合、大量のデー
タが伝送されなければならない。しかし、従来の伝送チ
ャネルの使用可能な周波数領域は制限されているので、
大量のディジタルデータを圧縮してその量を低減する必
要がある。多様な圧縮技法のうち、確率的符号化技法
と、時間的、空間的圧縮技法とを組み合わせた、いわゆ
るハイブリッド符号化技法が最も効率的なものとして知
られている。
償DPCM(差分パルス符号変調)、2次元DCT (離散的コ
サイン変換)、DCT 係数の量子化、VLC (可変長符号
化)などを用いる。
ームとの間の物体の動きを決定し、物体の動きに応じて
現フレームを予測して、現フレームとその予測値の間の
差を表す差分信号を生成する方法である。この方法は、
例えば、Staffan Ericssonの論文“「Fixed and Adapti
ve Predictors for Hybrid Predictive/Transform Codi
ng」、IEEE Transactions on Communications,COM-33,N
O.12 (1985年12月) ”、またはNinomiyaおよびOhtsuka
の論文“「A motion Compensated InterframeCoding Sc
heme for Television Pictures 」、IEEE Transactions
on Communications,COM-30,NO.1(1982年1月) ”に開
示されている。
フレームと前フレームとの間で推定された物体の動きに
応じて、現フレームをその対応する前フレームから予測
する。このような推定された動きは、前フレームと現フ
レームとの間の変位を表す2次元動きベクトルにより表
すことができる。
方法があるが、一般に2つのタイプに分類しうる。この
ような動き推定技法の一つはブロック単位の技法であ
り、もう一つは画素単位の動き推定である。
現フレームにおける1つのブロックが最も良好な整合が
求められるまで前フレームにおけるブロックと比較され
る。これによって、ブロック全体に対するフレーム間の
変位ベクトル(フレーム間において画素のブロックがど
の位移動したかを表す)が推定される。しかし、このブ
ロック単位の動き推定においては、ブロック内の全ての
画素が同様に移動しない場合、正確に動きを推定するこ
とが難しくなることによって、全体的な符号化の効率が
減少する。
は、変位はあらゆる画素に対して求められる。従って、
この方法はより正確な画素値を推定できて、大きさ変更
(例えば、映像面に鉛直の動きのズーミング(zooming)
)を簡単に扱うことができる。しかし、この画素単位
の推定方法においては、動きベクトルがあらゆる画素に
対して決定されるため、実際に全ての動きベクトルのデ
ータを受信機へ伝送することは不可能である。
タに関する問題を克服するための技法のうちの一つが、
特徴点単位の動き推定技法である。
は、1組の選択された画素(即ち、特徴点)に対する動
きベクトルが受信機へ伝送されるが、ここで各々の特徴
点は、それに隣接する画素を表し得る画素として規定さ
れるため、受信機においては、その特徴点に対する動き
ベクトルから非特徴点に対する動きベクトルが復元され
るか、あるいは予測されることが可能である。
国特許願第08/367,520号明細書に、「Method and Appar
atus for Encoding a Video Signal Using Pixel-by-Pi
xelMotion Estimation 」という名称で開示されている
ように、特徴点単位の動き推定法を採用している符号化
器においては、最初、前フレームに含まれている画素か
ら複数の特徴点が選択される。その後、その選択された
特徴点に対する第1組の動きベクトルが求められるが、
ここで、各々の動きベクトルは、前フレームにおける一
つの特徴点と現フレームにおける対応する整合点(即
ち、最も類似な画素)との間の空間的変位を表す。現フ
レームにおける最も類似な画素をいわゆる準特徴点(qua
si-feature point) と称する。その後、上記の第1組の
動きベクトルを用いて、現フレームに含まれた全ての画
素に対する第2組の動きベクトルが求められる。即ち、
準特徴点に対する第2組の動きベクトルの一部分は、第
1組の動きベクトルの各々を変換することによって求
め、そして非準特徴点に対する第2組の動きベクトルの
残りの部分は、予め定められた大きさの円形境界内に置
かれている準特徴点に対する動きベクトルを平均するこ
とによって求められる。
組の動きベクトルの残りの部分は、物体の実際の動きに
関するいかなる実際の情報をも用いないで求められるた
め、非準特徴点に対する動きベクトルを正確に推定する
ことはできない。
目的は、エッジ情報を用いて非準特徴点に対する動きベ
クトルを正確に推定し得る、特徴点に基づく画素単位の
動き推定を用いる改善された映像信号符号化装置を提供
することにある。
めに、本発明は、動き補償ビデオ信号エンコーダに用い
られ、ディジタルビデオ信号の現フレーム及び前フレー
ムに基づいて、予測された現フレームを決定する映像信
号符号化装置であって、前記前フレームにおける映像の
エッジを形成する画素を表すエッジ点を検出するエッジ
点検出手段と、前記前フレームにおけるエッジ点のう
ち、複数の画素を特徴点として選択する特徴点選択手段
と、前記特徴点に対して、一つの特徴点とそれに最も類
似な現フレームにおける1画素との間の空間的変位を表
す第1組の動きベクトルを検出する、第1の動きベクト
ル検出手段と、前記エッジの各々において、選択されな
い各々のエッジ点に対して1つまたは2つの隣接する特
徴点を検出すると共に、前記選択されないエッジ点に対
して、前記1つまたは2つの隣接する特徴点を平均する
ことによって求められる第2組の動きベクトルを検出す
る、第2の動きベクトル検出手段と、前記第1組の動き
ベクトルの各々に基づいて、前記特徴点に対応する現フ
レームにおける準特徴点と、該準特徴点に対する第3組
の動きベクトルとを検出すると共に、前記第2組の動き
ベクトルの各々に基づいて、前記現フレームにおける準
エッジ点と、該準エッジ点に対する第4組の動きベクト
ルとを検出する第3及び第4の動きベクトル検出手段
と、全ての非準エッジ点及び非準特徴点に対する第5組
の動きベクトルを検出する手段であって、前記第5組の
動きベクトルの各々は、各々の前記非準エッジ点及び非
準特徴点に対して、各々の非準エッジ点及び非準特徴点
からそれに対応する最も近接した準特徴点までの距離と
予め定められた距離との合計の半径を有する円形境界内
に置かれている1つまたはそれ以上の隣接する準特徴点
の動きベクトルを平均することによって求められる、第
5の動きベクトル検出手段と、前記第3、4及び5組の
動きベクトルを配列し、前記現フレームにおける全画素
に対する1群の動きベクトルを求める動きベクトル決定
手段と、前記現フレームにおける画素の各々の位置デー
タ及びその動きベクトルに基づいて、前記前フレームか
ら画素値を求めることによって、前記予測された現フレ
ームを決定する現フレーム決定手段とを含むことを特徴
とする。
について図面を参照しながらより詳しく説明する。
好ましい実施形態が示されている。図示されたように、
入力ビデオ信号の現フレーム信号が第1フレームメモリ
100に格納される。この第1フレームメモリ100 はライ
ンL9を通じて減算器102 に、且つラインL10 を通じて現
フレーム予測ブロック150 に接続されている。
は、第1フレームメモリ100 から取り出されたラインL1
0 上の現フレーム信号と第2フレームメモリ124 から取
り出されたラインL12 上の再構成された前フレーム信号
とを処理し、特徴点を用いて予測された現フレーム信号
をラインL30 上に、そして特徴点に対する1組の動きベ
クトルをL20 上に各々発生する。この現フレーム予測ブ
ロック150 に関する詳細は、図2で詳しく述べる。
た現フレーム信号とラインL9上の現フレーム信号との差
が計算されて、その結果データ、即ち、差分画素値を表
すエラー信号(現フレーム信号と予測された現フレーム
信号との差)は映像信号エンコーダ105 に入力される。
ここでエラー信号は離散的コサイン変換(DCT)法及
び公知の量子化法のうちのいずれかを用いて量子化され
た1組の変換係数に符号化される。その後、量子化され
た変換係数は、エントロピー符号化器107 及び映像信号
デコーダ113 へ送られる。エントロピー符号化器107 に
て、映像信号エンコーダ105 からの量子化された変換係
数と現フレーム予測ブロック150 からラインL20 を通じ
て入力された動きベクトルとが、ランレングス符号化法
と可変長符号化法とを組み合わせた方法により符号化さ
れて伝送器 (図示せず) へ送られる。
エンコーダ105 からの量子化された変換係数を逆量子化
法及び逆DCT 法を用いて再構成されたエラー信号に再度
変換する。映像信号デコーダ113 からの再構成されたエ
ラー信号と現フレーム予測ブロック150 からのラインL3
0 上の予測された現フレーム信号とは、加算器115 にて
組み合わせられることによって、第2フレームメモリ12
4 に前フレームとして格納されるべき再構成された現フ
レーム信号となる。
した現フレーム予測ブロック150 の詳細が図解されてい
る。図2に示されたように、ラインL12 上の前フレーム
信号はエッジ検出器209 及び特徴点動きベクトル検出器
212 へ各々供給される。エッジ検出器209 においては、
前フレームにおける映像のエッジを形成する画素を表す
複数のエッジ点が通常のエッジ検出技法によって検出さ
れる。前フレームにおけるエッジ点はラインL13 を通じ
て特徴点検出器210 、エッジ点動きベクトル検出器214
及び準点検出器218 へ各々加えられる。
器209 から供給されたエッジ点の中で複数の特徴点が検
出される。本発明の好適な実施例においては、特徴点が
グリッド点とエッジ点との交差点で選択される。そのよ
うな検出方法は、本願発明と出願人を同じくする係属中
の米国特許第08/367,520号明細書に「Method and Appar
atus for Encoding a Video Signal Using Pixel-by-Pi
xel Motion Estimation 」という名称で開示されてお
り、これを参照することができる。特徴点検出器210 か
らの特徴点は、ラインL14 を通じて特徴点動きベクトル
検出器212 及びエッジ点動きベクトル検出器214 の各々
に送られる。
は、特徴点に対する第1組の動きベクトルが検出され
る。この第1組の動きベクトルの各々は前フレームにお
ける特徴点と現フレームにおける準特徴点(即ち、現フ
レームにおけるその特徴点に最も類似な画素)との間の
空間的変位を表す。特徴点と準特徴点との間の動きベク
トルを検出するためには、ブロック整合アルゴリズムが
用いられる。即ち、特徴点動きベクトル検出器212 にお
いて特徴点検出器210 から特徴点が受信されると、その
中心に例えば、前フレームの5x5 画素の特徴点を有する
特徴点ブロックがラインL12 を通じて第2フレームメモ
リ124(図1に図示) から取り出される。その後、特徴点
に対する動きベクトルは、特徴点ブロックと、第1フレ
ームメモリ100(図1)から取出された現フレームにおけ
る一般により大きい探索領域(例えば、10x10 画素)内
に含まれた同一の大きさの複数の候補ブロックの各々と
の特徴点ブロック間の類似度が計算された後、決定され
る。特徴点ブロックに対する決定された動きベクトル
は、その特徴点ブロック内に含まれた特徴点の動きベク
トルとして定まる。全特徴点に対する動きベクトルが検
出されると、第1組の動きベクトルはラインL20 を通じ
てエッジ点動きベクトル検出器214 、第1メディアン
(中央値)フィルタ216 、準点検出器218 及びエントロ
ピー符号化器107(図1)へ供給される。
する第1組動きベクトルに基づいて、エッジ点動きベク
トル検出器214 は、特徴点を除くエッジ点に対する第2
組の動きベクトルを求める。以降この特徴点を除くエッ
ジ点を「選択されないエッジ点」と称する。ここで図3
を参照して、例示的なエッジ上に置かれた選択されない
エッジ点に対する第2組の動きベクトルを検出する方法
を説明する。図3に示されたように、複数の白丸と黒丸
が一つの例示的のエッジを形成している。黒丸は特徴点
を表し、白丸は選択されないエッジ点を表す。第2組の
動きベクトルを求めるため、最初選択されないエッジ点
の各々に対する1つまたは2つの隣接する特徴点が検出
される。一般に、選択されないエッジ点(例えば、EP1
)は2つの隣接する特徴点(例えば、FP1 及びFP2 )
を有する。しかし、エッジが開放ループであって、選択
されないエッジ点がその開放ループの端部に位置する場
合、選択されないエッジ点(例えば、EP3 )は一つの隣
接する特徴点(例えば、FP2)だけを有する。その次
に、選択されないエッジ点の各々に対応する1つまたは
2つの隣接する特徴点に対する動きベクトルを平均する
ことによって、第2組の動きベクトルの各々を検出す
る。例えば、選択されないエッジ点EP1 に対する動きベ
クトルは、2つの隣接する特徴点FP1 及びFP2 に対する
動きベクトルを平均することによって求められる。選択
されないエッジ点EP1 に対する動きベクトル(MVx,MVy )
EP1 は、次式(1) のようにして求められる。
点EP1 から特徴点FP1 及びFP2 までの距離を各々表し、
(MVx,MVy ) FP1 及び (MVx,MVy ) FP2 は特徴点FP1 及
びFP2 に対する動きベクトル、MVx 及びMVy は動きベク
トルの水平及び垂直成分を表す。
ば、EP3)が一つの特徴点(例えば、FP2 )だけを有する
場合には、その選択されないエッジ点EP3 に対する動き
ベクトルは特徴点FP2 のみにより求められる。即ち、EP
3 の動きベクトルの値はFP2 の動きベクトルの値と同一
である。選択されないエッジ点に対する第2組の動きベ
クトルは、第1メディアンフィルタ216 へ送られる。
切なフィルタリングウィンドウを用いてエッジ点動きベ
クトル検出器214 から入力される第2組の動きベクトル
の各々に対してメディアンフィルタリング動作が行われ
る。例えば、第1メディアンフィルタ216 が3x3 フィル
タリングウィンドウを有する場合、この第1メディアン
フィルタ216 は、与えられた選択されないエッジ点(例
えば、図3に示すEP2)において、フィルタリングウィ
ンドウFWに含まれている7つのエッジ点に対する動きベ
クトルをこれらに予め定められたフィルタ係数を掛けて
平均する。その平均値は選択されないエッジ点EP2 のフ
ィルタリングされた動きベクトルとして定まる。第2組
の動きベクトルに対するフィルタリング動作は、現平均
値と前平均値または元の動きベクトルの値との差値が予
め定められた値以下となるまで続けられる。第1メディ
アンフィルタ216 から出力される第2組に対するフィル
タリングされた動きベクトルの各々は準点検出器218 へ
供給される。
徴点動きベクトル検出器212 からの第1組の動きベクト
ル及び第1メディアンフィルタ216 からのフィルタリン
グされた第2組の動きベクトルに基づいて、準点検出器
218 は、特徴点及びエッジ点の各々をその動きベクトル
だけシフトさせることによって、現フレームにおける準
特徴点及び準エッジ点を決定すると共に、準特徴点に対
する第3組の動きベクトル及び準エッジ点に対する第4
組の動きベクトルを発生する。第1及び第2組の動きベ
クトルの各々が、現フレームにおける一つの画素点とそ
れに対応する前フレームにおける画素点との間の変位を
表すため、第3及び第4組の各動きベクトルの大きさは
第1及び第2組における対応する動きベクトルの大きさ
と同一であり、第1及び第2組の動きベクトルと、第3
及び第4組の動きベクトルとでは方向が互いに反対であ
る。準点検出器218 からの第3及び第4組の動きベクト
ルは、ラインL16 を通じて非準点動きベクトル検出器22
0 、第2メディアンフィルタ222 及び配列ブロック224
へ各々供給される。
らゆる非準エッジ点及び非準特徴点に対する第5組の動
きベクトルを検出する。この非準エッジ点及び非準特徴
点は、現フレームにおける準特徴点及び準エッジ点を除
外した全ての残りの画素点を示すものであって、以降
「非準点」と称する。非準点に対する第5組の動きベク
トルの各々は、各々の非準点に対する一つまたはそれ以
上の隣接する準特徴点の動きベクトルを平均することに
よって求められるが、ここで一つまたはそれ以上の隣接
する準特徴点は、各々の非準エッジ点及び非準特徴点と
これに対応する最も近接した準特徴点との間の可変距離
と、予め定められた一定距離との合計の距離を半径とす
る円形境界線内に置かれている特徴点である。
徴点(例えば、QF1 乃至QF6 )が現フレームの全体に亘
って不規則に分布されている。与えられた非準点(即ち
*印の点NQP )の動きベクトルは準特徴点(例えば、QF
3 及びQF4 )に対する動きベクトルを平均することによ
って求められる。これらのQF3 及びQF4 は半径が「da+d
r 」の円形境界線内に位置するものであり、ここで、
「da」は*印の非準点と最も近接した準特徴点との間の
距離であり、「dr」は動きベクトルの計算に用いられる
他の準特徴点を含むための予め定められた延長された半
径である。最も近接した準特徴点がQF4 であり、準特徴
点QF3 が距離「da+dr 」の境界内に位置する場合、非準
点NQP に対する動きベクトル (MVx,MVy ) NQP は、次式
(2) のように計算される。
点QF3 及びQF4 までの距離を各々表し、 (MVx,MVy )
QF3 及び (MVx,MVy ) QF4 は、準特徴点QF3 及びQF4 に
対する各々の動きベクトル、そしてMVx 及びMVy は、動
きベクトルの水平及び垂直成分を表す。非準点に対する
第5組の動きベクトルは、第2メディアンフィルタ222
へ供給される。
は、適切なフィルタリングウィンドウを用いて非準点動
きベクトル検出器220 から入力される第5組の動きベク
トルの各々に対して、メディアンフィルタリング動作を
行う。第2メディアンフィルタ222 のフィルタリング動
作は、第1メディアンフィルタ216 のフィルタリング動
作と同一である。非準点に対するフィルタリングされた
第5組の動きベクトルは、配列ブロック224 へ供給され
る。
3組の動きベクトル、準エッジ点に対するフィルタリン
グされた動きベクトル及び非準点に対するフィルタリン
グされた動きベクトルを配列して、現フレームにおける
全画素に対する1群の動きベクトルを求める。現フレー
ムにおける全画素に対する1群の動きベクトルは、動き
補償器226 へ送られる。
る各画素の位置データ及びその動きベクトルに基づい
て、第2フレームメモリ124(図1) に格納された前フレ
ームから画素値を供給することによって、予測された現
フレームを特定する。上記において、本発明の特定の実
施の形態について説明したが、本発明の範囲を逸脱する
ことなく当業者は種々の変更を行ない得るものである。
報を用いて非準特徴点に対する動きベクトルを正確に推
定することができる。
いる映像信号符号化装置のブロック図である。
ク図である。
点に対する動きベクトルを特定する方法を図解した説明
図である。
図解した説明図である。
Claims (3)
- 【請求項1】 動き補償ビデオ信号エンコーダに用いら
れ、ディジタルビデオ信号の現フレーム及び前フレーム
に基づいて、予測された現フレームを決定する映像信号
符号化装置であって、 前記前フレームにおける映像のエッジを形成する画素を
表すエッジ点を検出するエッジ点検出手段と、 前記前フレームにおけるエッジ点のうち、複数の画素を
特徴点として選択する特徴点選択手段と、 前記特徴点に対して、一つの特徴点とそれに最も類似な
現フレームにおける1画素との間の空間的変位を表す第
1組の動きベクトルを検出する、第1の動きベクトル検
出手段と、 前記エッジの各々において、選択されない各々のエッジ
点に対して1つまたは2つの隣接する特徴点を検出する
と共に、前記選択されないエッジ点に対して、前記1つ
または2つの隣接する特徴点を平均することによって求
められる第2組の動きベクトルを検出する、第2の動き
ベクトル検出手段と、 前記第1組の動きベクトルの各々に基づいて、前記特徴
点に対応する現フレームにおける準特徴点と、該準特徴
点に対する第3組の動きベクトルとを検出すると共に、
前記第2組の動きベクトルの各々に基づいて、前記現フ
レームにおける準エッジ点と、該準エッジ点に対する第
4組の動きベクトルとを検出する第3及び第4の動きベ
クトル検出手段と、 全ての非準エッジ点及び非準特徴点に対する第5組の動
きベクトルを検出する手段であって、前記第5組の動き
ベクトルの各々は、各々の前記非準エッジ点及び非準特
徴点に対して、各々の非準エッジ点及び非準特徴点から
それに対応する最も近接した準特徴点までの距離と予め
定められた距離との合計の半径を有する円形境界内に置
かれている1つまたはそれ以上の隣接する準特徴点の動
きベクトルを平均することによって求められる、第5の
動きベクトル検出手段と、 前記第3、4及び5組の動きベクトルを配列し、前記現
フレームにおける全画素に対する1群の動きベクトルを
求める動きベクトル決定手段と、 前記現フレームにおける画素の各々の位置データ及びそ
の動きベクトルに基づいて、前記前フレームから画素値
を求めることによって、前記予測された現フレームを決
定する現フレーム決定手段とを含むことを特徴とする映
像信号符号化装置。 - 【請求項2】 前記第2組の動きベクトルをフィルタリ
ングする手段を、さらに含むことを特徴とする請求項1
に記載の映像信号符号化装置。 - 【請求項3】 前記第5組の動きベクトルをフィルタリ
ングする手段を、さらに含むことを特徴とする請求項2
に記載の映像信号符号化装置。
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