JPH11215503A - 差の絶対値の統計和に基づく適応型ステップサイズ動き予測 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 固定ステップ動き予測法と共に適応的にサー
チウィンドウサイズを調節する方法を提供する。 【解決手段】 ａ）現フレーム内で第１のブロックを選
択し、ｂ）その第１のブロックに対応する初期候補マト
リクスとして、前フレーム内のブロックサイズの輝度ピ
クセルマトリクスを選択し、ｃ）前ブロック位置変化予
測値から導出されるフレーム間の輝度画素データの短期
平均比較値を得て、ｄ）その短期平均比較値に応じて、
候補マトリクスを中心とするサーチウィンドウサイズを
計算し、ｅ）サーチウィンドウ内で均一に分布した複数
のブロックサイズの輝度ピクセルマトリクスからの輝度
画素データを、現フレーム内の第１のブロックの輝度画
素データと比較して、それに最も類似する輝度画素デー
タを有する新たな候補マトリクスを選択する各ステップ
で構成され、これによりサーチウィンドウサイズがフレ
ーム間の動きの履歴と共に変化するステップとを包含す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、一般に、ビデオ撮
像システムにおける動き予測(motion estimation)に関
する。詳しくは、連続するビデオフレームでの画像間の
位置の変化を予測するのに必要なサーチ時間を短縮する
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ情報フォーマットは、テレビ画面
に映すのに、またはビデオテープに記録するのに適した
ビジュアル情報を与える。一般に、ビデオデータは階層
構造で編成されている。ビデオシーケンスはフレーム群
に分割され、各群は一連の単一フレームにより構成され
得る。各フレームはほぼ静止画に等しく、静止画は、連
続的な動きの表現をシミュレートするのに十分な頻度で
更新される。フレームはさらに、スライス、すなわち水
平方向のセクションに分割され、誤差回復のシステム設
計の補助となる。各スライスは、誤差がスライスを超え
て伝播しないように個別にコード化される。スライスは
マクロブロックよりなる。Ｈ．２６ＰおよびＭＰＥＧ−
Ｘ標準では、マクロブロックは、ビデオフォーマットに
より異なるが、１６×１６個の輝度画素および対応する
数の色差画素よりなる。マクロブロックは常に整数個の
ブロックを有し、８×８画素マトリックスが最小コード
化ユニットである。

【０００３】ビデオデータの伝送または格納を必要とす
るアプリケーションではビデオ圧縮は重要な要素であ
る。圧縮技術は、前フレームに格納されている情報を再
利用することによる動き（時間的な冗長）を補償する。
圧縮はまた、空間ドメインのデータを周波数ドメインに
変換することによっても行われる。動きの補償によって
時間的な冗長を、および離散コサイン変換（ＤＣＴ）な
どの変換によって空間的な冗長を活用するハイブリッド
デジタルビデオ圧縮は、Ｈ．２６ＰおよびＭＰＥＧ−Ｘ
国際標準において基礎として採用されている。図１は、
ビデオエンコードシステム（従来技術）のブロック図で
ある。

【０００４】このようなビデオ圧縮システムでは、伝送
データの流れを減らすために、動き予測は重要である。
動き予測は、２つのフレーム、すなわちエンコードされ
る現フレームおよび参照フレームとも呼ばれる既にコー
ドされたフレームにわたって行われ、これら２つのフレ
ーム間のビデオデータの一致を引き出す。実際には、動
き予測を含むビデオ圧縮は、マクロクロックに関して行
われ、ハードウェアおよびソフトウェアの具現化を促進
する。動き予測は、１６×１６の輝度画素マトリックス
を用いて各マクロブロックに対して行われる。次に、動
き予測の結果が、マクロブロックのすべてのブロックに
対して適用される。現フレーム内のマクロブロックに対
しては、最後のフレームの最良一致領域が現在のマクロ
ブロックのための予測(prediction)データとして使用さ
れ、一方、予測誤差、すなわちマクロブロックデータか
ら予測値を差し引いた余りが時間的なデータ冗長から除
去される。時間的な冗長とは、現フレームデータのうち
の前フレームから予測され得る部分をいう。冗長の除
去、すなわち予想値を差し引くことにより、データの繰
り返し部分をエンコードする必要がなくなる。

【０００５】時間的な冗長を除去した後、ビデオ圧縮は
さらに、隣接する予測誤差画素間の相関を除去すること
によって実現される。これは、ビデオデータに内在する
空間的な冗長を除去することである。これは、離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）によって実現され、これにより、周
波数ドメイン内でコンパクトな表示が得られ、引き続い
て、変換された係数を量子化して顕著な係数のみが保存
される。ＤＣＴおよび量子化は、各８×８ブロックに対
して個別に行われる。

【０００６】各マクロブロックに対する動き予測の目標
は、前フレーム内に、現在のマクロブロックを最良に表
す１６×１６データ領域を見つけることである。データ
一致のための動き予測基準は様々なものがある。最終的
には、最小のビットストリームを生成するようにビデオ
ソースコード化をリンクする基準が最良の圧縮性能を実
現する。実際において、動き予測は、量子化係数のソー
スコード化とは異なるプロセスである。すなわち、動き
予測は、最後のビットストリームをチェックせずに行わ
れ、これにより、コンピュータ計算が恐ろしく複雑にな
るのが回避される。さらに、各マクロブロック内の動き
予測に対して、輝度データのみが使用され、これが輝度
および色差の両方のコード化に適用される。輝度画素し
か取り扱わないことにより手順が簡略化される。また、
人間の視覚系は色の変化より輝度の変化に対してより高
い感度を有する。動き予測基準は、周波数ドメインを含
む様々なドメインで調査されたが、有効であり且つ幅広
く適応している基準は、差の絶対値の和（ＳＡＤ）であ
る。ＳＡＤは、動き予測をコード化効率性と関連付ける
ために正確な表示を与えることが分かっている。これ
は、コンピュータ計算上簡単であり、また、例えば、最
小平均２乗誤差測定よりはるかに高速である。

【０００７】（ｘ，ｙ）位置のマクロブロックにおい
て、現在のマクロブロックと（ｖｘ，ｖｙ）によってオ
フセットされる前フレームの１６×１６ブロックとの間
のＳＡＤは、以下で表される。

【０００８】

【数１】 ここで、ｐ（ｘ＋ｉ，ｙ＋ｊ）は、現フレームの現在の
マクロブロック内の画素値であり、ｑ（ｘ＋ｉ＋ｖｘ，
ｙ＋ｊ＋ｖｙ）は、現在のマクロブロックから（ｖｘ，
ｖｙ）だけオフセットした１６×１６ブロック内の、前
フレームの画素値である。合計指数ｉおよびｊは、マク
ロブロック領域をカバーする。ＳＡＤ（ｖｘ，ｖｙ）が
予め特定されたサーチ範囲内における最小値である場合
は、（ｖｘ，ｖｙ）がそのマクロブロックのための動き
ベクトルである。

【０００９】動き予測サーチ範囲（Ｍ，Ｎ）は（ｖｘ，
ｖｙ）の最大値であり、現在のマクロブロックと比較さ
れるマクロブロックサイズのマトリックスを含む、前フ
レーム内のデータのウィンドウを規定する。正確に言え
ば、サーチウィンドウは、動きを表すのに十分な大きさ
でなければならない。一方、動き予測の計算は非常に複
雑であるため、実際の目的においては、サーチ範囲は制
限されなければならない。図２は、現フレームの現在の
マクロブロックと前フレームのサーチウィンドウとの間
の空間的な関係を示す図（従来技術）である。動きベク
トル範囲を（Ｍ，Ｎ）と規定すると、サーチウィンドウ
サイズは（１６＋２Ｍ，１６＋２Ｎ）である。ＴＶまた
は映画のシーケンスでは、動きベクトル範囲は、様々な
タイプの動き内容を収容するのに十分な大きさでなけれ
ばならない。ビデオ会議およびビデオ電話機のアプリケ
ーションでは、サーチ範囲はもっと小さくてもよい。従
って、サーチ範囲の選択は、アプリケーションと配布可
能な技術の利用可能性との組み合わせである。

【００１０】動き予測サーチ範囲が得られると、計算要
件は、動きベクトルを得るためにサーチウィンドウをカ
バーする正確な方法によって大きく左右される。徹底サ
ーチ方法、すなわち全動き予測サーチは、最良の一致を
見つけるためにサーチウィンドウ内のすべての候補ブロ
ックをカバーする。この場合には、各マクロブロックに
対する動きベクトルを得るために、コスト関数を（２Ｍ
＋１）＊（２Ｎ＋１）回計算する必要がある。この計算
コストはソフトウェア具現化にとってはあまりにも高す
ぎる。

【００１１】計算コストを減らすために、入れ子式サー
チおよびステップサーチなどの様々な異なる方法が用い
られている。固定ステップサーチ法は、有効性と複雑性
との間に良好な均衡を有し、動きの予測で広範囲に使用
されている。図３は、固定ステップ動き予測法を示すフ
ローチャート（従来技術）である。

【００１２】固定ステップ動き予測法は、最良の一致を
見つけるためにサーチウィンドウ内の固定数のステップ
を使用する。このとき次のステップに進む毎にサーチウ
ィンドウは小さくなる。この方法は、前フレーム内のタ
ーゲットサーチウィンドウ有効領域内に均一に配分され
た９個のポイントにより開始される。９ポイントのそれ
ぞれは、マクロブロックサイズの領域または輝度画素マ
トリックスの左上の隅を表す。現在のステップで最小Ｓ
ＡＤを有するマトリックスが、次のステップのための開
始点（サーチ格子の新しい中心）として使用される。次
のステップは、サーチポイントまたはマトリックス間の
距離を半分にして、同じ方法で行われる。直前のステッ
プのサーチポイント間の間隔をｗとすると、現在のステ
ップでの間隔はｗ／２である。この手順は最後のステッ
プまで続けられ、最後のステップでは、９個のサーチポ
イントすべてが隣接し、整数個の画素のためのズームイ
ンはもはや不可能である。図４は、図３のステップサー
チ法での最後の３つのステップを示す例（従来技術）で
ある。この例は、水平方向および垂直方向の（−７，＋
７）の動きベクトル範囲をカバーする。動きベクトル範
囲が（−１５，＋１５）の場合は、４つのステップが必
要である。

【００１３】（−１５，＋１５）の動きベクトル範囲で
は、コスト関数計算の回数は（９＋８＋８＋８）＝３３
である。すなわち、最初のステップでは９回のＳＡＤ計
算が行われる。ＳＡＤが最も低いマトリックスが第２の
サーチステップに（中心として）含まれるため、第２の
サーチステップでは８回のＳＡＤ計算が必要なだけであ
る。同様に、ステップ３および４でも、８回のＳＡＤ計
算が必要なだけである。１６×１６の画素サーチウィン
ドウ内のすべてのマトリックスのＳＡＤをチェックする
のに必要な計算回数に比べて、固定ステップ法で必要な
計算回数は少ない。フルサーチで（２＊１５＋１）＊
（２＊１５＋１）＝９６１回のコスト関数計算が必要で
ある。フルサーチと比べると、計算は３．４％へと飛躍
的に減少する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、固定ステップ
法は、前フレームの初期開始マトリックスの正確度、ま
たは近隣のマクロブロックのためになされる動き予測の
正確度には反応しない。例えば、前フレームと現フレー
ムとの間でマクロブロック内に動きがない場合は、サー
チでの開始マトリックスは最も低いＳＡＤを持つことが
多い。この場合は、上述のように、３３回の計算すべて
を行うのは無駄である。一方、フレーム間の大きな動き
がある場合は、上述のような固定ステップ予測法では、
３３回の計算を行ったとしても、最良のＳＡＤを有する
マトリックスを見つけることはできないかもしれない。
例えば、最良のＳＡＤを有するマトリックスは、３２×
３２マトリックスによって規定される初期サーチから外
れているかもしれない。この場合には、本来のサーチ領
域が４８×４８マトリックスによって規定される方がま
しであり得る。初期固定ステップサーチウィンドウを４
８×４８マトリックスを収容するように永久に設定する
ことは可能であるが、この場合、すべての予測が５ステ
ップ、すなわち４１回の計算（９＋８＋８＋８＋８）を
必要とし、これは平均的な変化の少ない動きの場面では
無駄である。

【００１５】２つの連続するビデオフレームで表される
画像に僅かな動きしかないとき、固定ステップ動き予測
法と共に使用するために、サーチウィンドウサイズを縮
小して必要な計算回数を減らす方法が利用可能であるこ
とが望ましい。

【００１６】２つの連続するフレームで表される画像に
飛躍的な動きがあるとき、固定ステップ動き予測と共に
使用するために、ウィンドウサイズを大きくする方法が
利用可能であることが望ましい。

【００１７】隣接するマクロブロック内の動き予測から
計算される、位置の平均的な変化に応じてサーチウィン
ドウサイズを調節する、固定ステップ動き予測法と共に
使用される方法が望ましい。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明による一連のフレ
ームによってビデオシーケンスを表すデジタルビデオシ
ステム圧縮フォーマットは、該一連のフレームは前フレ
ームおよび該前フレームに続く現フレームを含み、該一
連のフレームは全て所定の時間間隔で分離されており、
該フレームは所定の位置を持つ複数のブロックに分割さ
れ、各ブロックは所定の輝度ピクセ輝度トリクスを含む
サイズを有する、デジタルビデオシステム圧縮フォーマ
ットにおいて、該現フレームにおける一連のブロック内
の輝度画素データマトリクスによって表される画像の、
該前フレームにおける対応するブロックサイズの該輝度
画素データマトリクスからの位置変化を効果的に予測す
る方法であって、ａ）該現フレーム内で第１のブロック
を選択するステップと、ｂ）該現フレーム内の該第１の
ブロックに対応する初期候補マトリクスとして、該前フ
レーム内のブロックサイズの該輝度ピクセ輝度トリクス
を選択するステップと、ｃ）前ブロック位置変化予測値
から導出されるフレーム間の輝度画素データの短期平均
比較値を与えるステップと、ｄ）該ステップｃ）で与え
られた輝度画素データの短期平均比較値に応じて、該候
補マトリクスを中心とするサーチウィンドウサイズを計
算するステップと、ｅ）該サーチウィンドウ内で均一に
分布した複数のブロックサイズの輝度ピクセ輝度トリク
スからの該輝度画素データを、該現フレーム内の第１の
ブロックの該輝度画素データと比較して、該現フレーム
内の該第１のブロックの該輝度画素データに最も類似す
る輝度画素データを有する新たな候補マトリクスを選択
するステップであって、これにより該サーチウィンドウ
サイズがフレーム間の動きの履歴と共に変化するステッ
プと、を包含し、そのことにより上記目的が達成され
る。

【００１９】前記サーチウィンドウ内のブロックサイズ
のマトリクス間の最小間隔が与えられ、前記ステップ
ｅ）の後に、ｆ）該ステップｅ）を実行する度に該サー
チウィンドウ内に位置する複数のブロックサイズのマト
リクス間の間隔を低減するステップと、ｇ）１）該複数
のブロックサイズのマトリクス間の該間隔が該最小間隔
以上である場合には該ステップｅ）に戻り、２）該複数
のブロックサイズのマトリクス間の該間隔が該最小間隔
未満である場合には次に進むようにして、該サーチを反
復するステップと、ｈ）該ステップｅ）を最後に実行し
たときに選択された最終候補マトリクスの輝度画素デー
タを、前記現フレーム内の前記第１のブロックの輝度画
素データと比較して、輝度画素データの最終比較値を計
算し、これにより該最終候補マトリクスと該第１のブロ
ックとの間のブロック位置の差によってフレーム間の動
きを記述するベクトルを与えるステップとをさらに包含
してもよい。

【００２０】前記ステップｈ）の後に、ｉ）該ステップ
ｈ）で計算された前記輝度画素データの最終比較値で、
前記輝度画素データの短期平均比較値を更新するステッ
プであって、これにより、次回の位置変化予測の前記ス
テップｃ）のために該短期平均値が更新されるステップ
をさらに包含してもよい。

【００２１】前記ステップｉ）の後に、ｊ）該ステップ
ｉ）において更新された前記輝度画素データの短期平均
比較値で、サーチウィンドウサイズの長期平均値を更新
するステップと、ｃ₁）前記ステップｃ）の後で、前記
ステップｄ）の前に、該サーチウィンドウサイズの長期
平均値を与えるステップと、をさらに包含し、該ステッ
プｄ）は、該サーチウィンドウサイズの長期平均値に応
じて該サーチウィンドウサイズを計算するステップを含
み、これにより、次回のブロック位置変化予測の前記ス
テップｃ₁）の準備のために該長期平均値が該ステップ
ｊ）において更新されてもよい。

【００２２】前記ステップｊ）の後に、ｋ）前記ステッ
プｈ）で計算された前記輝度画素データの最終比較値
で、輝度画素データの長期平均比較値を更新し、これに
より前記第１のブロックの前記位置変化予測値で該長期
平均値を更新するステップをさらに包含し、該ステップ
ｊ）は、該輝度画素データの長期平均値に応じて該長期
平均サーチウィンドウサイズを更新するステップを含ん
でもよい。

【００２３】前記ステップｅ）は、前記サーチウィンド
ウ内の前記複数のブロックサイズのマトリクスのそれぞ
れと前記現フレーム内の前記第１のブロックとの間にお
ける輝度画素データの差の絶対値の和（ＳＡＤ）の計算
を行うことによって輝度画素データを比較するステップ
を含み、最小のＳＡＤを持つブロックサイズのマトリク
スが、前記ステップｅ）〜ｆ）の次回の実行時の候補マ
トリクスとして選択され、前記ステップｈ）は、前記輝
度画素データの最終比較値として該最小ＳＡＤ（ＳＡＤ
＿ｍｉｎ）を用いて該ブロックサイズのマトリクスの計
算を行うステップを含んでもよい。

【００２４】前記ステップｂ）の後で、前記ステップ
ｃ）の前に、ｂ₁）該ステップｂ）で選択された前記初
期候補マトリクスと、前記現フレーム内の前記第１のブ
ロックとの間のＳＡＤを計算することによりＳＡＤ＿ｉ
ｎｉｔを導出するステップをさらに包含し、前記ステッ
プｄ）は、該ステップｂ₁）で計算されたＳＡＤ＿ｉｎ
ｉｔに応じて前記サーチウィンドウサイズを計算するス
テップを含んでもよい。

【００２５】前記ステップｋ）は、輝度画素データの長
期平均比較値として長期平均値（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）
を含み、該ステップｋ）は、前記ステップｈ）で計算さ
れたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新するス
テップを含み、これにより、前記第１のブロックの位置
変化が予測された後にＳＡＤ値でＳＡＤ＿ａｖｅＬＴが
更新されてもよい。

【００２６】前記ステップｄ）は、前記ブロックサイズ
のマトリクス間の間隔が前記最小間隔になるまでに必要
な前記ステップｅ）〜ｆ）の反復回数（ＭＥ＿ｓｔｅ
ｐ）で前記サーチウィンドウサイズを規定するステップ
を含み、該ステップｅ）は、該ＭＥ＿ｓｔｅｐの値に応
じて、該サーチウィンドウ内で比較される該複数のブロ
ックサイズマトリクスを初期的に分布させるステップを
含んでもよい。

【００２７】前記ステップｉ）は、前記輝度画素データ
の短期平均比較値としてＳＡＤの短期平均値（ＳＡＤ＿
ａｖｅ）を含み、該ステップｉ）は、前記ステップｈ）
で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅを更新す
るステップを含み、これにより、前記第１のブロックの
位置変化が予測された後にＳＡＤ値でＳＡＤ＿ａｖｅが
更新されてもよい。

【００２８】前記ステップｉ）は、１フレーム内のブロ
ック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅを計算するステップを含
み、前記ステップｋ）は、複数のフレーム内の合計ブロ
ック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを計算するステップ
を含んでもよい。

【００２９】前記ステップｂ）は、隣接ブロックについ
て前に予測した位置変化に応じて前記初期候補マトリク
スを選択するステップを含み、これにより、該第１のブ
ロックの該予測処理を開始するために中間予測が用いら
れてもよい。

【００３０】前記ステップｂ）は、前記前フレーム内の
前記第１のブロックについて前に予測した位置変化に応
じて前記初期候補マトリクスを選択するステップを含
み、これにより、該第１のブロックの該予測処理を開始
するために中間予測が用いられてもよい。

【００３１】前記ステップｅ）は、整数個の画素間隔に
よって均一に分割された、前記サーチウィンドウ内の少
なくとも８個のブロックサイズマトリクスからの輝度画
素データを比較するステップを含んでいてもよい。

【００３２】前記輝度画素ブロックはそれぞれ１６×１
６個の輝度画素を含むマクロブロックであり、前記ステ
ップｄ）は、最大５のＭＥ＿ｓｔｅｐを使用し、前記ス
テップｇ）は、最大５回の前記ステップｅ）〜ｆ）の反
復を含んでもよい。

【００３３】前記ステップｉ）の後に、ｌ）前記ステッ
プｈ）で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎと、該ステップｉ）
において更新されたＳＡＤ＿ａｖｅと、１フレーム内の
マクロブロック数とに応じて、ＳＡＤの分散（ＳＡＤ＿
ｖａｒ）を計算するステップと、ｃ₂）前記ステップ
ｃ）の後で、前記ステップｄ）の前に、ＳＡＤ＿ｖａｒ
を与えるステップとをさらに包含し、該ステップｄ）
は、該ＳＡＤ＿ｖａｒに応じてＭＥ＿ｓｔｅｐを計算す
るステップを含み、これにより、次回のブロック位置変
化予測の前記ステップｃ₂）の準備のためにＳＡＤ＿ｖ
ａｒが該ステップｌ）において更新されてもよい。

【００３４】前記ステップｉ）が以下に示すＳＡＤ＿ａ
ｖｅの計算を含み、（ＳＡＤ＿ａｖｅ）＝（（ｎｕｍＭ
Ｂ−１）（ＳＡＤ＿ａｖｅ）₀＋ＳＡＤ＿ｍｉｎ）／ｎ
ｕｍＭＢ、（ＳＡＤ＿ａｖｅ）₀は前回のマクロブロッ
ク位置変化予測からのＳＡＤ＿ａｖｅであり、ｎｕｍＭ
Ｂは１フレーム内のマクロブロック数であってもよい。

【００３５】前記ステップｋ）が以下に示すＳＡＤ＿ａ
ｖｅＬＴの計算を含み、（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）＝
（（ｎｕｍＭＢｓＬＴ−１）（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）₀
＋ＳＡＤ＿ｍｉｎ）／ｎｕｍＭＢｓＬＴ、（ＳＡＤ＿ａ
ｖｅＬＴ）₀は前回のマクロブロック位置変化予測で計
算されたＳＡＤ＿ａｖｅＬＴであり、ｎｕｍＭＢｓＬＴ
は複数のフレーム内の合計ブロック数であってもよい。

【００３６】前記ステップｄ）が以下に示すＭＥ＿ｓｔ
ｅｐの計算を含んでいてもよい。ａ）もし、ＳＡＤ＿ｉ
ｎｉｔ＜ＳＡＤ＿ａｖｅ−ＳＡＤ＿ｖａｒである場合に
は、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ−２とし、
ｂ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ
＿ａｖｅである場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔ
ｅｐＡＶＥ−１とし、ｃ）そうでない場合にもし、ＳＡ
Ｄ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ＿ａｖｅ＋ＳＡＤ＿ｖａｒである
場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥと
し、ｄ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜Ｓ
ＡＤ＿ａｖｅ＋２（ＳＡＤ＿ｖａｒ）である場合には、
ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＋１とし、ｅ）
そうでない場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐ
ＡＶＥ＋２とする。

【００３７】ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥは４の値で初期化さ
れ、前記ステップｊ）が以下に示すＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶ
Ｅの計算の更新を含んでもよい。 ａ）もし、ＳＡＤ＿ａｖｅ＞ａ₀（ＳＡＤ＿ａｖｅＬ
Ｔ）／ａ₁である場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＝Ｍ
Ｅ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＋１とし、ｂ）そうでない場合にも
し、ＳＡＤ＿ａｖｅ＜ａ₂（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）／ａ₁
である場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＝ＭＥ＿ｓｔｅ
ｐＡＶＥ−１とする（但し、ａ₀＞ａ₁＞ａ₂＞０であ
る）。

【００３８】ステップｊ）において、ａ₀の値が１０で
あり、ａ₁の値が８であり、ａ₂の値が７であってもよ
い。

【００３９】前記ステップｅ）は、前記ステップｄ）で
計算された前記ＭＥ＿ｓｔｅｐの値を用いて、前記サー
チウィンドウ内の隣接するマクロブロックサイズのマト
リクスの中心を初期的に分離する画素数であるｓを計算
するステップを含み、ｓは、ｓ＝２^(ME#step-1)として
計算され、前記ステップｆ）は、該ｓの値を２で割るこ
とにより、該ステップｅ）〜ｆ）を実行する度に該サー
チウィンドウ内のマクロブロック間の間隔を低減するス
テップを含んでもよい。

【００４０】前記ステップｌ）は以下のようにＳＡＤ＿
ｖａｒを計算するステップを含み、ＳＡＤ＿ｖａｒ＝√
［（（ｎｕｍＭＢ−１）＊（（ＳＡＤ＿ｖａｒ）₀）²＋
（ＳＡＤ＿ｍｉｎ−ＳＡＤ＿ａｖｅ）²）／ｎｕｍＭ
Ｂ］、（ＳＡＤ＿ｖａｒ）₀は、前回のマクロブロック
位置変化予測からのＳＡＤ＿ｖａｒであってもよい。

【００４１】本発明の別の実施形態では、一連のフレー
ムによってビデオシーケンスを表すデジタルビデオシス
テム圧縮フォーマットであって、該一連のフレームは前
フレームおよび該前フレームに続く現フレームを含み、
該一連のフレームは全て所定の時間間隔で分離されてお
り、該フレームは所定の位置を持つ複数のブロックに分
割され、各ブロックは所定の輝度ピクセ輝度トリクスを
含むサイズを有する、デジタルビデオシステム圧縮フォ
ーマットにおいて、該現フレームにおける一連のブロッ
ク内の輝度画素データマトリクスによって表される画像
の、該前フレームにおける対応するブロックサイズの輝
度画素データマトリクスからの位置変化を効果的に予測
する方法であって、ａ）該現フレーム内で第１のブロッ
クを選択するステップと、ｂ）該現フレーム内の該第１
のブロックに対応する初期候補マトリクスとして、該前
フレーム内のブロックサイズの輝度ピクセ輝度トリクス
を選択するステップと、ｃ）前ブロック位置変化予測値
から求められるフレーム間の輝度画素データの短期平均
比較値を与えるステップと、ｄ）サーチパターンを規定
するために該ステップｃ）で与えられた該短期平均値を
用いて、該候補マトリクスの周囲の輝度画素エリア内を
サーチして該第１のブロックの輝度画素データと比較し
て最も近いブロックサイズの最終候補マトリクスを見つ
けるステップであって、これにより、位置変化の履歴に
よって該サーチパターンが規定されるステップとを包含
し、そのことにより上記目的が達成される。 前記ステ
ップｄ）の後に、ｅ）前記第１のブロックの前記輝度画
素データの比較値および該ステップｄ）で計算された前
記最終候補マトリクスで、前記輝度画素データの短期平
均比較値を更新するステップであって、これにより、次
回のブロック位置変化予測の前記ステップｃ）の準備の
ために該短期平均値が変更されるステップさらに包含し
てもよい。

【００４２】前記ステップｄ）の後に、ｆ）前記第１の
ブロックの輝度画素データの比較値および該ステップ
ｄ）で計算された前記最終候補マトリクスで、輝度画素
データの長期平均比較値を更新するステップをさらに包
含してもよい。

【００４３】ｇ）前記ステップｆ）の後に、前記ステッ
プｅ）で更新された前記輝度画素データの短期平均比較
値と、該ステップｆ）で更新された前記輝度画素データ
の長期平均比較値とに応じて、サーチパターンサイズの
長期平均値を更新するステップと、ｃ₁）前記ステップ
ｃ）の後で、前記ステップｄ）の前に、サーチパターン
サイズの長期平均値を与えるステップと、をさらに包含
し、該ステップｄ）は、該サーチパターンサイズの該長
期平均値に応じて該サーチパターンを規定するステップ
を含んでもよい。

【００４４】前記ステップｄ）は、前記サーチウィンド
ウ内の前記複数のブロックサイズのマトリクスのそれぞ
れと前記現フレーム内の前記第１のブロックとの間にお
ける輝度画素データの差の絶対値の和（ＳＡＤ）の計算
を行うことによって輝度画素データを比較するステップ
を含み、最小ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を持つブロック
サイズのマトリクスの計算は、該第１のブロックと前記
最終候補マトリクスとの間での輝度画素データの比較で
あってもよい。

【００４５】前記ステップｃ）は、輝度画素データの短
期平均比較値としてＳＡＤの短期平均値（ＳＡＤ＿ａｖ
ｅ）を含み、該ステップｅ）は、前記ステップｄ）で計
算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅを更新するス
テップを含み、これにより、次回のブロック位置変化予
測の該ステップｃ）の準備のために、該ＳＡＤ＿ａｖｅ
が該ステップｅ）におけるＳＡＤ値で更新されてもよ
い。

【００４６】前記ステップｆ）は、輝度画素データの長
期平均比較値として長期平均値（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）
を含み、該ステップｆ）は、前記ステップｄ）で計算さ
れたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新するス
テップを含み、これにより、前記ステップｇ）のため
に、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴが該ステップｆ）におけるＳＡ
Ｄ値で更新されてもよい。

【００４７】前記ステップｅ）は、１フレーム内のブロ
ック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅを更新するステップを含
み、前記ステップｆ）は、複数のフレーム内の合計ブロ
ック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新するステップ
を含んでもよい。

【００４８】前記ステップｂ）は、隣接ブロックについ
て前に予測した位置変化に応じて前記初期候補マトリク
スを選択するステップを含み、これにより、前記第１の
ブロックの前記予測処理を開始するために中間予測が用
いられてもよい。

【００４９】前記ステップｂ）は、前記前フレーム内の
前記第１のブロックについて前に予測した位置変化に応
じて前記初期候補マトリクスを選択するステップを含
み、これにより、該第１のブロックの該予測処理を開始
するために中間予測が用いられてもよい。

【００５０】前記ステップｅ）の後に、ｈ）前記ステッ
プｄ）で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎと、該ステップｅ）
において更新されたＳＡＤ＿ａｖｅと、１フレーム内の
マクロブロック数とに応じて、ＳＡＤの分散（ＳＡＤ＿
ｖａｒ）を計算するステップと、ｃ₂）前記ステップ
ｃ）の後で、前記ステップｄ）の前に、ＳＡＤ＿ｖａｒ
を与えるステップとをさらに包含し、該ステップｄ）
は、該ＳＡＤ＿ｖａｒに応じて前記サーチパターンを規
定するステップを含んでもよい。

【００５１】本発明のさらに別の実施形態によると、一
連のフレームによってビデオシーケンスを表すデジタル
ビデオシステム圧縮フォーマットであって、該一連のフ
レームは前フレームおよび該前フレームに続く現フレー
ムを含み、該一連のフレームは全て所定の時間間隔で分
離されており、該フレームは所定の位置を持つ複数のマ
クロブロックに分割され、各マクロブロックは、１６×
１６の輝度ピクセ輝度トリクスを含むサイズを有するデ
ジタルビデオシステム圧縮フォーマットにおいて、該現
フレームにおける一連のマクロブロック内の輝度画素デ
ータマトリクスによって表される画像の、該前フレーム
における対応するマクロブロックサイズの輝度画素デー
タマトリクスからの位置変化を効果的に予測する方法で
あって、ａ）該現フレーム内で該一連のマクロブロック
の中から次のマクロブロックを選択するステップと、
ｂ）隣接ブロックについて前に予測した位置変化に応じ
て、該ステップａ）で選択されたマクロブロックに対応
する初期候補マトリクスとして該前フレーム内のマクロ
ブロックサイズの輝度ピクセ輝度トリクスを選択し、こ
れにより第１のブロックの予測処理を開始するために中
間予測が用いられるステップと、ｃ）該ステップａ）で
選択されたマクロブロックと、該ステップｂ）で選択さ
れた初期候補マトリクスとの間のＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｉｎ
ｉｔ）を計算するステップと、ｄ）前ブロック位置変化
予測値から導出されるフレーム間の輝度画素データの短
期平均比較値ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ａｖｅ）を与えるステッ
プと、ｅ）複数のマクロブロック位置変化予測値によっ
て求められるＭＥ＿ｓｔｅｐの長期平均（ＭＥ＿ｓｔｅ
ｐＡＶＥ）を与えるステップと、ｆ）以前の位置変化予
測値から導出されるＳＡＤの分散（ＳＡＤ＿ｖａｒ）を
与えるステップと、ｇ）ブロックサイズのマトリクス間
の間隔が最小間隔になるまでに必要なサーチの反復回数
（ＭＥ＿ｓｔｅｐ）を計算するステップであって、該Ｍ
Ｅ＿ｓｔｅｐの計算は、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ、ＳＡＤ＿ａ
ｖｅ、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥおよびＳＡＤ＿ｖａｒの値
に応じて行われるステップと、ｈ）該ステップｇ）で計
算された該ＭＥ＿ｓｔｅｐの値に応じて、可能性のある
候補マトリクス間の初期間隔（ｓ）を計算するステップ
と、ｉ）該ステップａ）で選択されたマクロブロック
と、隣接するマトリクスの中心間の間隔がｓである少な
くとも８つの均一に分布したマクロブロックサイズのマ
トリクスとの間のＳＡＤを計算し、これにより、最小Ｓ
ＡＤ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を持つ新たな候補マトリクスの
位置を特定するステップと、ｊ）１）ｓが該最小間隔以
上である場合には、ｓを２で割ってｓの値を新たな値に
して該ステップｉ）へと進み、２）ｓが該最小間隔未満
である場合には、次に進むようにして、該サーチ処理を
反復するステップと、ｋ）該ステップｉ）の最後の実行
時に最終候補マトリクスを選択して、該ステップａ）で
選択された該ブロックと比較し、これにより、ＳＡＤ＿
ｍｉｎを計算するステップと、ｌ）次のマクロブロック
の位置変化予測において該ステップｇ）でＭＥ＿ｓｔｅ
ｐを計算する際に使用するために、該ＳＡＤ＿ｍｉｎで
ＳＡＤ＿ａｖｅ、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥおよびＳＡＤ＿
ｖａｒを更新するステップと、ｍ）該ステップａ）に進
み、該一連のマクロブロックの中の該ステップａ）で選
択されたマクロブロックの次のマクロブロックについて
該位置変化予測処理を繰り返すステップであって、これ
により１回の位置変化予測に必要なサーチ反復回数は、
それまでに予測を行ったマクロブロックにおけるＳＡＤ
の履歴に応じて変化するステップとを包含し、そのこと
により上記目的が達成される。

【００５２】現フレームの一連のブロック内の輝度画素
データマトリックスによって表される画像の位置の変化
を、前フレームの対応するブロックサイズ輝度画素デー
タマトリックスから効率的に予測する方法が提供され
る。この方法は、ビデオシーケンスを、すべてが所定の
時間間隔で分離された、現フレームの直前の前フレーム
を含む一連のフレームで表すデジタルビデオシステム圧
縮フォーマットに適用される。フレームは所定の位置を
有する複数のブロックに分割され、各ブロックは、所定
の輝度画素マトリックスを含む大きさを有する。この方
法は、 ａ）現フレームの最初のブロックを選択するステップ
と、 ｂ）前フレームのブロックサイズ輝度画素マトリックス
を、現フレームの最初のブロックに対応する初期候補マ
トリックスとして選択するステップと、 ｃ）前のブロック位置変化予測から引き出される、フレ
ーム間の輝度画素データの短期平均比較を与えるステッ
プと、 ｄ）ステップｃ）で提供された輝度画素データの短期平
均比較に応じて、候補マトリックスを中心とするサーチ
ウィンドウサイズを計算するステップと、 ｅ）サーチウィンドウ内に均一に配分される複数のブロ
ックサイズ輝度画素マトリックスからの輝度画素データ
を、現フレームの最初のブロックの輝度画素データと比
較して、現フレームの最初のブロックの輝度画素データ
に最も類似する輝度画素データを有する新しい候補マト
リックスを選択し、これによりサーチウィンドウサイズ
がフレーム間の動きの履歴により変動する、ステップ
と、を包含する。

【００５３】ステップｅ）に続いて、 ｆ）ステップｅ）の各繰り返しの後、サーチウィンドウ
内に位置する複数のブロックサイズマトリックス間の間
隔を縮小するステップと、 ｇ）複数のブロックサイズマトリックス間の間隔が、ユ
ーザ規定の最小間隔サイズに一致するまでステップｅ）
〜ｆ）を繰り返し、ステップｅ）の最後の繰り返しでの
最後の候補マトリックスを選択するステップと、 ｈ）ステップｅ）の最後の繰り返しで選択された最後の
候補マトリックスの輝度画素データを、現フレームの最
初のブロックの輝度画素データと比較して、輝度画素デ
ータの最後の比較の計算を行い、これにより最後の候補
マトリックスと最初のブロックとの間のブロック位置の
差がフレーム間の動きを示すベクトルを与える、ステッ
プと、よりなるステップがさらに包含される。

【００５４】最後の候補マトリックスが見つかった後、
短期平均比較は、ステップｈ）で計算された輝度画素デ
ータの最後の比較により更新される。サーチウィンドウ
サイズはまた、サーチウィンドウサイズの長期平均を用
いて計算される。長期サーチウィンドウサイズは、輝度
画素データの新しい短期平均比較の計算に応じて更新さ
れる。長期平均サーチウィンドウサイズはまた、輝度画
素データの長期平均比較により計算される。これはステ
ップｈ）の後で更新される。

【００５５】典型的には、輝度画素データは、輝度画素
データの差の絶対値の和（ＳＡＤ）の計算を介して比較
される。ステップｅ）では、ＳＡＤが最も小さいブロッ
クサイズマトリックスが、ステップｅ）〜ｆ）の次の繰
り返しにおける候補マトリックスとして選択され、ステ
ップｈ）は、輝度画素データの最後の比較として最小Ｓ
ＡＤ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）の計算を含む。さらに、輝度画
素データの短期（ＳＡＤ−ａｖｅ）および長期平均（Ｓ
ＡＤ＿ａｖｅＬＴ）比較の両方を生成するために、ＳＡ
Ｄ情報が使用される。ＳＡＤ＿ａｖｅを計算するために
はフレーム内の全マクロブロック数もまた使用され、Ｓ
ＡＤ＿ａｖｅＬＴを計算するためには、いくつかのフレ
ームからのマクロブロックの合計数が使用される。

【００５６】方法は、ブロックサイズマトリックス間の
間隔が最小間隔になるまでに必要とされるステップｅ）
〜ｆ）の繰り返し回数（ＭＥ＿ｓｔｅｐ）に関連してサ
ーチウィンドウサイズを規定することを包含する。この
場合は、ステップｅ）は、ＭＥ＿ｓｔｅｐの値に応じて
サーチウィンドウ内に比較される複数のブロックサイズ
マトリックスを先ず配分することを包含し、ステップ
ｆ）は、繰り返し毎にサーチウィンドウサイズを半分に
することを包含する。

【００５７】新規な動き予測アルゴリズムであるＡＭＥ
ＳＳＡＤ（adaptive motion estimation based on stat
istical sum of absolute difference「差の絶対値の統
計和に基づく適応型動き予測」）が提供される。本アル
ゴリズムは、ＳＡＤ（sum ofabsolute difference「差
の絶対値の和」）の統計的分布に基づいて動きサーチス
テップサイズを適応的に求める。つまり、あるフレーム
中のある部分における動きを予測するためのサーチステ
ップサイズは、同じフレームの隣接部分から得たＳＡＤ
値を用いて計算される。本発明による効率的なサーチ手
順によって、Ｈ．２６ＰおよびＭＰＥＧ−Ｘ規格のビデ
オ圧縮のような、動き補償および変換を利用したハイブ
リッドビデオコーダー(coder)の実施を向上する。固定
ステップサイズの動き予測と比較して、本発明による適
応型アルゴリズムは、動き予測、ひいては全体的なビデ
オエンコード速度を向上する。さらに、本発明のアルゴ
リズムでは、動きの度合いによって各領域を差別化し、
動きの内容がより豊富なローカルエリアまたはローカル
フレームに対してより多くの動き予測リソースを割り当
てるので、多くの場合、向上した画質が得られる。

【００５８】

【発明の実施の形態】ハイブリッドビデオコーデック
（codec）は、動き補償を用いて、連続するフレームに
おけるビデオデータ時間冗長度を解消または低減する。
物理的世界を表す場合、ビデオシーケンスにおける動き
フローはほぼ円滑である。即ち、ビデオデータの一次微
分は、時間方向に非常に相関する。このことは、任意の
動きアクティビティが多数のフレームにわたる高フレー
ムレートビデオシーケンスにおいて特に当てはまる。

【００５９】以下に説明する、差の絶対値の統計和に基
づく適応型動き予測（ＡＭＥＳＳＡＤ）のアルゴリズム
は、動きベクトルの連続性を利用して、各マクロブロッ
クに動き予測特性を動的に且つ効率的に割り当てること
によって、固定ステップ動き予測を向上する。このアル
ゴリズムはまた、速い動きを有する物体の動き速度はよ
り速く変化し、遅い動きを有する物体の動き速度はより
遅く変化するという前提に基づいている。即ち、動きを
有する領域は、ビデオデータにおいて高２次微分を有す
る可能性が高い。局部的（フレーム内）には、豊富な動
き内容を有するマクロブロックには、より長い動き予測
ステップが割り当てられる。静的バックグラウンドタイ
プのマクロブロックには、より短い動き予測ステップが
割り当てられる。（数フレームにわたる）長期処理で
は、激しい動きを有するフレームのセグメントは、より
長い平均動き予測ステップを有する。一方、軽い動きを
有するフレームのセグメントは、本発明のアルゴリズム
による統計的分析に基づく、短い平均動き予測ステップ
を有する。

【００６０】ＡＭＥＳＳＡＤの使用により、固定ステッ
プ動き予測と比べて、向上した動き予測速度が得られ
る。多くの場合、アルゴリズムの適用により、ビデオの
より高い視覚的品質も得られる。

【００６１】図５は、現フレームの一連のブロックにお
いて輝度画素データのマトリクスによって表される画像
位置の変化を、前フレームの輝度画素データの対応する
ブロックサイズのマトリクスから効率的に予測する方法
を説明するためのフローチャートである。ステップ１０
で、ビデオシーケンスが一連のフレームで表される圧縮
フォーマットを有するデジタルビデオシステムを与え
る。具体的には、一連のフレームは、現フレームの前フ
レームを含む。すべてのフレームは、所定の時間間隔で
分離される。フレームは、所定の位置で複数のブロック
に分割され、各ブロックは、輝度画素の所定のマトリク
スを含むような大きさを有する。例えば、ブロック１
は、固定位置を有し、各々の連続するフレームにおいて
同じ画素マトリクスを含む。典型的には、輝度画素のブ
ロックはマクロブロックであり、各マクロブロックは、
輝度画素の１６×１６マトリクスを含む。しかし、本発
明は、任意の大きさの画素ブロックに適用可能である。
以下に説明する種々の統計的パラメータは、アプリケー
ションプログラムの始めにゼロに初期化され、その後、
各マクロブロックについて動き補償が計算されると、更
新される。

【００６２】ステップ１２で、現フレームの第１のブロ
ックを選択するか、または、現フレームにおける一連の
マクロブロックのその次のマクロブロックを選択する。
典型的には、各ブロックはアドレスで識別され、隣接す
るブロックは連続するアドレスを有する。本発明の方法
は、予測されるマクロブロックの連続的な順序がフレー
ムの左上から右下に移動する場合によりよく作用する
が、本発明の方法はまた、各ブロックを順序付けおよび
選択して予測するその他の手段にも適用可能である。

【００６３】ステップ１４で、前フレームの輝度画素の
ブロックのサイズのマトリックスを、現フレームの最初
のブロックに対応する初期候補マトリクスとして選択す
る。好適な実施形態では、ステップ１４は、隣接するブ
ロックについて以前に予測された位置変化に応じて初期
候補マトリクスを選択するステップを包含する。このよ
うに、フレーム内予測（intra prediction）を用いて、
最初のブロックについて予測プロセスを開始する。典型
的には、最初のブロックの直ぐ左および上ブロックが用
いられる。

【００６４】本発明の幾つかの局面では、ステップ１４
は、前フレームの最初のブロックについて以前に予測さ
れた位置変化に応じて初期候補マトリクスを選択するス
テップを包含し、これにより、フレーム間予測（inter
prediction）を用いて、最初のブロックについての予測
プロセスを開始する。

【００６５】ステップ１６で、以前のブロック位置変化
予測値から得られる、フレーム間の輝度画素データの短
期平均比較値を与える。ステップ１６は、本発明の核心
である。フレーム間で劇的な動きがある場合には探索ウ
ィンドウを拡大し、フレーム間で動きがほとんどない場
合には探索ウィンドウを縮小するという柔軟性を本発明
に与えるのは、以下に説明する、探索ウィンドウサイズ
を決定するプロセスにステップ１６を包含することによ
るものである。以下により詳細に説明するように、ステ
ップ１６の短期平均値は、隣接するマクロブロックの輝
度画素比較値に非常に依存し、特に、ステップ１２で最
初のブロックの選択の直前に行われたマクロブロック位
置変化予測値に非常に依存する計算値である。

【００６６】ステップ１６で与えられた短期間平均を用
いて探索パターンを規定するステップ１８は、候補マト
リクスの周囲にある輝度画素の領域を探索して、最初の
ブロックの輝度画素データに最も匹敵する最終候補ブロ
ックサイズマトリクスを見つけるステップを包含し、こ
れにより、位置変化の履歴によって、探索パターンが規
定される。

【００６７】ステップ１８の後のステップ２０は、平均
化統計値を更新するステップを包含する。具体的には、
ステップ２０は、輝度画素データの短期間平均比較値
を、ステップ１８で計算された最初のブロックおよび最
終候補マトリクスの輝度画素データの比較値で更新する
第１のサブステップ（図示せず）を包含し、これによ
り、短期平均値は、ステップ１６でその次の位置変化予
測値を与えるために、変更される。ステップ１８の後の
第２のサブステップ（図示せず）は、最初のブロックお
よび最終候補マトリクスの輝度画素データの比較値で、
輝度画素データの長期平均比較値を変更または更新する
ステップを包含する。

【００６８】第２のサブステップの後の、ステップ２０
の第３のステップ（図示せず）で、第１のサブステップ
で更新された輝度画素データの短期平均比較値と、第２
のサブステップで更新された輝度画素データの長期平均
比較値とに応じて、探索パターンサイズの長期平均値を
更新する。好適な実施形態では、ステップ１６とステッ
プ１８の間のさらなるステップ１６ａ（図示せず）で、
以前のブロック位置変化予測値において計算された探索
パターンサイズの長期平均値を与え、ステップ１８は、
長期平均探索パターンサイズに応じて探索パターンを規
定するステップを包含する。初期化後にマクロブロック
を予測する特殊な場合、ステップ２０の第１、第２およ
び第３のサブステップで用いられる値はゼロであるか、
またはユーザによって規定される値である。

【００６９】図５に示す方法は、ステップ２０の後、ス
テップ１２またはステップ２２に進む。プロセスは、ス
テップ１２に戻り、ステップ１２において予測されたば
かりの第１のブロックに続いて、次のマクロブロックに
対して位置変化予測プロセスを連続して繰り返す。プロ
セスは、ステップ１２からステップ２０を連続して繰り
返し、実質的にすべてのビデオフレームにおける実質的
にすべてのマクロブロックの動きを予測する。ステップ
２２は、方法の終了を示す。得られる積は、マクロブロ
ック位置の変化の予測であり、サーチパターンサイズ、
またはサーチ反復数は、フレーム間の動きの履歴、また
は前に予測されたマクロブロック間のＳＡＤの履歴と共
に変化する。

【００７０】ステップ１８は、サーチウィンドウにおけ
る複数のブロックサイズマトリクスのそれぞれと、現フ
レームにおける第１のブロックとの間の輝度画素データ
の差の絶対値の和（ＳＡＤ）を計算することによって輝
度画素データを比較することを含む。従って、最小ＳＡ
Ｄ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を用いたブロックサイズマトリク
スの計算は、第１ブロックと最終候補マトリクスとの間
の輝度画素データの比較である。

【００７１】ステップ１６は、輝度画素データの短期平
均比較としてＳＡＤ（ＳＡＤ＿ａｖｅ）の短期平均を含
む。次に、ステップ２０の第１サブステップは、ステッ
プ１８で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅを
更新することを含む。このように、ＳＡＤ＿ａｖｅは、
ステップ２０における次のブロック位置変化予測の準備
のためのステップ２０の第１サブステップにおけるＳＡ
Ｄ値で更新される。

【００７２】ステップ２０の第２サブステップは、輝度
画素データの長期平均比較として長期平均（ＳＡＤ＿ａ
ｖｅＬＴ）を含む。即ち、第２サブステップは、ステッ
プ１８で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅＬ
Ｔを更新することを含む。このように、ＳＡＤ＿ａｖｅ
ＬＴは、第３サブステップにおける準備のためのステッ
プ２０の第２サブステップにおいてＳＡＤ値で更新され
る。

【００７３】ステップ２０の第１サブステップは、フレ
ーム内のブロックの総数（例えば、現フレーム内のブロ
ックの総数）に応じて、ＳＡＤ＿ａｖｅを更新すること
を含む。本発明のいくつかの局面において、フレーム
は、９９個のブロックを含む。同様に、ステップ２０の
第２サブステップは、複数のフレームにおけるブロック
の総数に応じて、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新することを
含む。本発明のいくつかの局面において、３フレームに
おけるマクロブロックの数（３×９９）が用いられる。

【００７４】本発明の好ましい実施態様において、ステ
ップ２０の第４サブステップ（不図示）は、ステップ２
０の第１サブステップの後、ステップ１８において計算
されたＳＡＤ＿ｍｉｎ、ステップ２０の第１サブステッ
プにおいて更新されたＳＡＤ＿ａｖｅ、およびフレーム
内のマクロブロックの数に応じて、ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｖ
ａｒ）の変動を計算する。ＳＡＤ＿ｖａｒが用いられる
とき、ステップ１６ｂ（不図示）は、ステップ１６の後
であって、ステップ１８の前に、ＳＡＤ＿ｖａｒを提供
し、ステップ２０は、ＳＡＤ＿ｖａｒに応じてサーチパ
ターンを規定することを含む。ＳＡＤ＿ａｖｅ、ＳＡＤ
＿ａｖｅＬＴ、およびＳＡＤ＿ｖａｒの詳細な定義は、
以下に提供される。

【００７５】図６は、図５のフローチャートのさらに詳
細な図である。ステップ１０、１２、１４および１６
は、図５および図６の両図におけるステップと実質的に
同じであり、ここでは繰り返し説明しない。図６を参照
すると、ステップ３８は、ステップ１６において提供さ
れる輝度画素データの短期平均比較値に応じて、ステッ
プ１４において選択された候補マトリクスを中心とし
た、サーチウィンドウサイズを計算する。ステップ３８
は、ブロックサイズマトリクス間のスペーシングが、最
小スペーシングになるまで必要なステップ４０から４２
の反復（ＭＥ＿ｓｔｅｐ）数でサーチウィンドウサイズ
を規定することを含む。あるいは、潜在的な候補マトリ
クス間の初期スペーシングは、ステップ３８において計
算されたＭＥ＿ｓｔｅｐに応じて計算される。

【００７６】ステップ４０は、サーチウィンドウ内で均
一に分布した輝度画素の複数のブロックサイズマトリク
スからの輝度画素データと、現フレーム内の第１ブロッ
クの輝度画素データとを比較する。通常、輝度画素のブ
ロックは、それぞれが、１６×１６マトリクスの輝度画
素を含むマクロブロックである。このように、現フレー
ム内の第１ブロックの輝度画素データに最も類似した輝
度画素データを有する新しい候補マトリクスが選択され
る。サーチパターンの計算を助ける平均を用いることに
よって、サーチウィンドウサイズは、フレーム間の動き
履歴と共に変化する。ステップ４０は、最初、ＭＥ＿ｓ
ｔｅｐの値に応じて、サーチウィンドウ内で比較される
複数のブロックサイズマトリクスを分布させる。ステッ
プ４０の第１の反復における初期分布の後、ステップ４
０の次の反復はすべて、サーチウィンドウサイズを半分
に減少させる。

【００７７】サーチウィンドウにおけるブロックサイズ
マトリクス間の最小スペーシングが提供される。計算
は、最小スペーシング１画素を形成するか、または隣接
する画素間に距離を形成することによって簡単にされ
る。しかし、本方法は、任意のスペーシング、または画
素ロケーション間のサブスペーシングに適用可能であ
る。

【００７８】ステップ４２は、ステップ４０の後、ステ
ップ４０を繰り返す度に、サーチウィンドウ内に配置さ
れた複数のブロックサイズマトリクス間のスペーシング
を減少させる。このように、サーチフィールドは、新し
い候補マトリクスのサーチを繰り返す度に、前のフレー
ムの領域にさらに狭くフォーカスされるようになる。

【００７９】決定ブロック４４は、以下のようにサーチ
を繰り返す。

【００８０】複数のブロックサイズマトリクス間のスペ
ーシングが最小スペーシングよりも大きいかまたは等し
いとき、プロセスは、ステップ４０に戻り、複数のブロ
ックサイズマトリクス間のスペーシングが最小スペーシ
ングよりも小さいとき、プロセスは、ステップ４６まで
連続する。

【００８１】ステップ４６は、ステップ４０の最終反復
において選択された最終候補マトリクスの輝度画素デー
タと、現フレーム内の最初のブロックの輝度画素データ
とを比較し、輝度画素データの最終比較を計算し、それ
によって、最終候補マトリクスと最初のブロックとの間
のブロック位置における相違が、フレーム間の動きを記
載するベクトルを与える。プロセス中のこのステップに
おいて、第１のブロックについての変化位置予測は完了
する。しかし、プロセスは、第１のブロックに続く一連
のマクロブロック内の次のマクロブロックの位置の変化
を予測するのに必要な統計学を続いて準備する。

【００８２】本発明の１つの局面において、ステップ３
８は、５の最大ＭＥ＿ｓｔｅｐを用いることを含む。あ
るいは、決定ブロック４４は、ステップ４０において潜
在的な候補ブロック間の最少スペーシングが得られたが
否かに関する決定に応じて、ステップ４０から４２に、
最大５の反復を繰り返させる。本発明の方法には、ＭＥ
＿ｓｔｅｐの値が５を越えるかまたは５未満になること
を防止するものは何もなく、数字は、速度とは対照的
に、精度に対する必要性に応じて変化する（計算の数が
減少する）。ＴＶまたは映画シーケンスなどの応用によ
っては、運動内容が大きく、精度が重要であり、ＭＥ＿
ｓｔｅｐは、５を越える。ビデオおよび電話会議では、
ＭＥ＿ｓｔｅｐは、場合によっては、５未満に減少する
ので、他の情報は、運動内容が小さいときに通信され得
る。

【００８３】ステップ４６に続くステップ４８は、一連
のマクロブロック中における現在の予測の最初のブロッ
クに続く次のマクロブロックに対して位置予測がなされ
たとき、ＡＭＥＳＳＡＤ法の次の繰り返しにおけるステ
ップ１６で与えられる輝度画素データの短期平均比較を
更新する。ステップ４８で計算された短期平均は、ステ
ップ４６で計算された輝度画素データの最終比較によっ
て更新されることにより、最初のブロックの現在の予測
が行われた後に短期平均をステップ４８で変更する。ス
テップ４８で計算された短期平均はこれで、プロセスの
次の繰り返しにおけるステップ１６（一連のマクロブロ
ック中における最初のマクロブロックに続くマクロブロ
ックに対する位置変化予測がなされる）において提供の
ための準備が整ったことになる。

【００８４】上述のように、マクロブロックはスライス
にグループ分けされる。スライスの１グループが１フレ
ームを構成する。典型的には、マクロブロックはスライ
ス中において連続して並べられることにより、マクロブ
ロック予測は常に同じ順番でなされる。スライス中の各
マクロブロックが予測されると、プロセスは次のスライ
スに続く。フレームの最後という特殊な状況において
は、最後のスライスの最後のマクロブロックが、次のフ
レーム中の最初のスライスの最初のマクロブロックのス
テップ１６で用いられる短期平均をステップ４８におい
て更新する。すなわち、現フレームの最初のスライス中
において最初に発生するマクロブロックは、参照フレー
ム中の最後のスライスの最後のマクロブロックに続いて
予測される。あるいは、現フレームの最初のブロックの
予測には、前フレーム中のユーザ定義されたマクロブロ
ックを用いる。

【００８５】ステップ４８に続くステップ５０は、サー
チウィンドウサイズの長期平均を、ステップ４８で更新
された輝度画素データの短期平均比較によって更新す
る。本発明の１局面において、ステップ１６の後かつス
テップ３８の前に、追加的なステップ１６ａ（図示せ
ず）においてサーチウィンドウサイズの長期平均を提供
する。この場合、ステップ３８は、前のブロック変化予
測のステップ５０で計算された、ウィンドウサーチサイ
ズの長期平均に応じて、サーチウィンドウサイズを計算
することを包含する。すなわち、最初のマクロブロック
の予測プロセスの終わりにおいて、新しく更新された短
期平均を用いて、ステップ１６ａにおいて次のブロック
の位置変化予測の準備のため、ステップ５０におけるサ
ーチウィンドウサイズの長期平均を更新する。次に、画
素データの短期平均およびサーチウィンドウの長期平均
を、一連のマクロブロック中において最初のマクロブロ
ックに続くマクロブロックのステップ３８において、Ｍ
Ｅ＿ｓｔｅｐの計算に用いる。換言すれば、ステップ３
８において、ローカルＭＥ＿ｓｔｅｐをＭＥ＿ｓｔｅｐ
およびＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅのローカル平均について決
定する。ＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅは、ローカル決定プロセ
スの外部で決定される。ユーザ定義されてもよく、ま
た、後述のＳＡＤ長期挙動によって更新され得る。ＭＥ
＿ｓｔｅｐＡｖｅは、複数のマクロブロック位置平均予
測にわたって得られた、実効的なＭＥ＿ｓｔｅｐ平均で
ある。

【００８６】本発明のいくつかの局面においてＭＥ＿ｓ
ｔｅｐの決定において用いられる、動き予測ステップＭ
Ｅ＿ｓｔｅｐＡｖｅにおける長期平均は、ユーザ指定で
ある。下記に、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅ変数をユーザが予
め定義した値から適応型に更新するモデルを作成してい
る。

【００８７】１ビデオフレーム中において、マクロブロ
ックは異なる動きの程度を有している。ローカル動き予
測サーチウィンドウサイズは、ローカルＳＡＤ統計分布
に基づいて決定される。長期的には（すなわちビデオシ
ーケンス中の数フレームにわたって）、各フレームは異
なる動き内容を有している。動きが少ないフレームのセ
グメントについては、より小さいサーチウィンドウを動
き予測に用いることによって計算を減らすことが望まし
い。動き内容が多大であるときは、サーチウィンドウ
は、動きベクトルの大きな変化に十分対応できるほど大
きくなければならない。

【００８８】ステップ５２は、輝度画素データの長期平
均比較を、ステップ４６で計算された輝度画素データの
最終比較によって更新する。この結果、長期平均は、次
のマクロブロックを予測する際に用いられる最初のブロ
ックの位置変化予測によって更新される。本発明のいく
つかの局面において、ステップ５０は、長期平均サーチ
ウィンドウサイズを、輝度画素データの長期平均に応じ
て更新することを包含する。図６においてステップ５２
がステップ４８の後かつステップ５０の前に示されてい
るのは、ステップ５２の結果をステップ５０で行われる
計算に用いているからである。

【００８９】フレーム間の輝度画素データを比較するた
めの様々な手段が存在する。これらの方法のうちいくつ
かは、最小２乗平均誤差測定および、周波数領域におけ
る量子化ＤＣＴ係数の和を包含する。差の絶対値の和
（ＳＡＤ）法は、計算が単純でありかつ有効な比較手段
であることがわかっている。本発明の好適な実施態様に
おいて、ステップ３８は、サーチウィンドウ内の複数の
ブロックサイズのマトリクスの各々と、現フレームの最
初のブロックとの間の輝度画素データの差の絶対値の和
（ＳＡＤ）を計算することによって、輝度画素データを
比較することを包含する。最小のＳＡＤを有するブロッ
クサイズのマトリクスを、ステップ４０〜４２の次の繰
り返しの再の候補マトリクスとして選択する。さらに、
ステップ４６は、最小のＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を有
するブロックサイズのマトリクスを、輝度画素データの
最終比較とて計算することを包含する。

【００９０】本発明のいくつの局面は、さらなるステッ
プとして、ステップ１４の後かつステップ１６の前に、
ステップ１４ａ（図示せず）を包含する。ステップ１４
ａは、ステップ１４で選択された初期の候補マトリクス
と現フレームの最初のブロックとの間のＳＡＤを計算す
ることにより、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔを導出する。この場合
ステップ３８は、ステップ１４ａで計算されたＳＡＤ＿
ｉｎｉｔに応じてサーチウィンドウサイズを計算するこ
とを包含する。

【００９１】各マクロブロックの動き予測の初めに、ス
テップ１４において、動き予測を開始するための初期中
心動きポイントを選択する。この初期ポイント（ｘｉ，
ｙｉ）は、同一フレーム中の周囲のマクロブロックから
予測されるか（フレーム内予測）、最後の参照フレーム
の動き予測結果から予測される（フレーム間予測）。初
期動きサーチポイントのＳＡＤはＳＡＤ＿ｉｎｉｔであ
る（ステップ１４ａ）。ＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅ（前のブ
ロック予測のステップ５２）について、ＳＡＤ＿ｉｎｉ
ｔをＳＡＤ＿ａｖｅ（前ブロック予測のステップ４８）
と比較し、ＳＡＤ＿ｖａｒ（前ブロック予測のステップ
５４として後述部分で導入する）をスケール化係数とし
て用いることにより、ＭＥ＿ｓｔｅｐ（ステップ３８）
が選択される。ＭＥ＿ｓｔｅｐは、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔに
関するガウス分布モデルに従って割り当てられる。ＳＡ
Ｄ＿ｉｎｉｔが小さければ、ＭＥ＿ｓｔｅｐも小さくな
る。

【００９２】ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ（ステップ１４ａ）は、
最初のマクロブロックについて、マクロブロックの動き
予測（ＭＥ）のちょうど開始時に計算されたＳＡＤであ
ることに留意されたい。一方、ＳＡＤ＿ｍｉｎは、ＭＥ
の最後（ステップ４６）でのＳＡＤである。これらは一
般に値が異なっている。ＳＡＤ＿ｉｎｉｔは、ＭＥステ
ップサーチの中心開始ポイントについて計算されたＳＡ
Ｄ値である。ＳＡＤ＿ｍｉｎは、全てのサーチポイント
についての最小値である。ＳＡＤ＿ｉｎｉｔはＭＥサー
チステップを決定するために用いられる。ＳＡＤ＿ｍｉ
ｎはＭＥ統計パラメータを更新するために用いられる。

【００９３】ステップ４８は、輝度画素データの短期間
平均比較としての、ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ａｖｅ）という短
期間平均を含む。従って、ステップ４８は、ステップ４
６で計算したＳＡＤ＿ｍｉｎで、ＳＡＤ＿ａｖｅを更新
することを含む。このようにして、ＳＡＤ＿ａｖｅは、
第１のブロックの位置変化が評価された後のＳＡＤ値で
更新される。ステップ４８はさらに、フレーム内のブロ
ックの数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅを計算することを含
む。特に、ステップ４８は、以下のＳＡＤ＿ａｖｅの計
算を含む。

【００９４】

【数２】 上記式において、（ＳＡＤ＿ａｖｅ）₀は前のマクロブ
ロック位置変化評価からのＳＡＤ＿ａｖｅであり、ｎｕ
ｍＭＢはフレーム内のマクロブロックの数である。

【００９５】ステップ５２は、輝度画素データの長期間
平均比較としての、（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）という長期
間平均を含む。すなわち、ステップ５２は、ステップ４
６で計算したＳＡＤ＿ｍｉｎで、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを
更新することを含む。それにより、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ
は、第１のブロックの位置変化が評価された後のＳＡＤ
値で更新される。ステップ５２はさらに、複数のフレー
ム内のブロックの総数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを計
算することを含む。特に、ステップ５２は、以下のＳＡ
Ｄ＿ａｖｅＬＴの計算を含む。

【００９６】

【数３】 上記式において、（ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）₀は前のマク
ロブロック位置変化評価から計算されたＳＡＤ＿ａｖｅ
ＬＴであり、ｎｕｍＭＢｓＬＴはユーザにより定義され
た複数のフレーム内のマクロブロックの総数である。

【００９７】長期間統計ウィンドウ長ｎｕｍＭＢｓＬＴ
は、ｎｕｍＭＢよりも大きく、通常、いくつかのフレー
ム、例えば、３フレームをカバーする。ＳＡＤ＿ａｖｅ
ＬＴは、各マクロブロックに関して、ＳＡＤ＿ａｖｅで
ゼロに初期化され、動き評価の完了時に更新される。

【００９８】典型的には、ステップ４０は、輝度画素デ
ータまたはＳＡＤを、ステップ１２で選択されたマクロ
ブロックとサーチウィンドウ内で画素間隔の総数によっ
て均一に分離された少なくとも８ブロックサイズのマト
リクスとの間で比較することを含む。本発明の方法は様
々なサーチウィンドウ形状と候補マトリクス形状とに適
用可能であるが、サーチの標準的固定ステップ法での使
用に関して周知であるように、正方形のサーチウィンド
ウサイズが有効であることが判明している。上述し且つ
図４に示すように、固定ステップ法においては、８つの
潜在的候補マトリクスが、サーチウィンドウの辺に沿っ
て配置され、各隅に１マトリクスずつ配置されている。
第９番目のマトリクスは中央に位置している。最小のＳ
ＡＤ値を有する候補マトリクスが次のサーチ反復におい
て中央マトリクスとして用いられるため、ステップ４０
の次反復において中央マトリクス用のＳＡＤ値を計算す
る必要がない。特定の環境において、サーチウィンドウ
は、いくつかの潜在的候補マトリクスがフレーム外また
は「スクリーン」外に位置するように、位置づけられて
いる。これらの場合、フレーム外の候補マクロブロック
用にＳＡＤ値を計算する必要がない。

【００９９】本発明のある局面において、ステップ４８
の後のステップ５４は、ステップ４６で計算されたＳＡ
Ｄ＿ｍｉｎ、ステップ４８で更新されたＳＡＤ＿ａｖ
ｅ、およびフレーム内のマクロブロックの数に応じてＳ
ＡＤ（ＳＡＤ＿ｖａｒ）の変化を計算する。ＳＡＤ＿ｖ
ａｒは、前のマクロブロック位置変化評価から導かれた
更新された値である。特に、ステップ５４は、以下のＳ
ＡＤ＿ｖａｒの計算を含む。

【０１００】

【数４】 上記式において、（ＳＡＤ＿ｖａｒ）₀は、前のマクロ
ブロック位置変化評価からのＳＡＤ＿ｖａｒであり、
「ｓｑｒｔ」は、「〜の平方根」を表す。

【０１０１】本発明のある局面において、ステップ１６
の後で且つステップ３８の前に更なるステップ１６ｂ
（図示せず）が含まれる。ステップ１６ｂは、ＳＡＤ＿
ｖａｒを供給する。ステップ４８、５０および５２の他
の統計と同様、ステップ５４で更新されたＳＡＤ＿ｖａ
ｒ値がステップ１６ｂで供給されて、ＡＭＥＳＳＡＤ法
の次反復のステップ３８で用いられることにより、第１
のブロックに続く次のマクロブロックの位置変化が評価
される。ステップ３８は、前のブロック評価のステップ
５４で計算されてステップ１６ｂで供給されたＳＡＤ＿
ｖａｒに応じてＭＥ＿ｓｔｅｐを計算することを含む。
特に、ステップ３８は、以下のＭＥ＿ｓｔｅｐの計算を
含む。

【０１０２】

【数５】 本発明の方法は、ステップ５４に続いてステップ１２に
戻り、位置変化評価用の一連のマクロブロック内の次の
マクロブロックの選択を行う。あるいは、上記方法は、
動き評価プロセスの最終ステップであるステップ５６に
進む。ステップ５６において、サーチウィンドウサイズ
は、フレーム間の動きの履歴に伴って変化する。方法が
ステップ１２に進むと、ステップ４８、５０および５２
で更新された統計パラメータは、最も最近処理されたマ
クロブロックについて、ｎｕｍＭＢの長さを有するスラ
イディングウィンドウに亘ってＳＡＤ統計を有効に表
す。

【０１０３】ステップ５０において、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡ
ｖｅは、最近のｎｕｍＭＢマクロブロックの統計的ＳＡ
Ｄ挙動を表すＳＡＤ＿ａｖｅを、ｎｕｍＭＢｓＬＴマク
ロブロックに亘ってＳＡＤ＿ａｖｅＬＴで表される長期
傾向と比較することにより、ｎｕｍＭＢの長さを有する
局部ウィンドウ用に決定される。有効なＭＥ＿ｓｔｅｐ
Ａｖｅは、ＳＡＤ＿ａｖｅとＳＡＤ＿ａｖｅＬＴとの差
違を閾値とすることに割り当てられる。ＳＡＤ＿ａｖｅ
がＳＡＤ＿ａｖｅＬＴよりもある程度小さいということ
は、局部フレームがより小さい全体動きを有することを
意味し、従って、ステップ平均ＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅは
減少する。その逆もまた同様である。

【０１０４】本発明のある局面において、ＭＥ＿ｓｔｅ
ｐＡｖｅは、４の値で初期化され、ステップ５０は、以
下のように、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥの計算を更新するこ
とを含む。

【０１０５】

【数６】 上記式においてａ₀＞ａ₁＞ａ₂＞０である。

【０１０６】ａ₀、ａ₁およびａ₂の値は、評価手順が用
いられる特定の環境に従って変化する。１つの有用な順
番付けは、ステップ５０において、ａ₀の値を１０に
し、ａ₁の値を８にし、ａ₂の値を７にすることである。

【０１０７】本発明のある局面において、ステップ４０
は、ステップ３８で計算されたＭＥ＿ｓｔｅｐの値を用
いて、ｓを計算することを含む。指定子ｓは、まずサー
チウィンドウ内の隣接するマクロブロックサイズのマト
リクスの中心（または上左隅）を分離する画素の数を表
す。その場合、ｓは以下のように計算される。

【０１０８】

【数７】 次に、ステップ４２は、ｓの値を２で割ることにより、
ステップ４０〜４２を実行する度にサーチウィンドウ内
のマクロブロック間の間隔を低減するステップを含む。

【０１０９】図７は、図６に記載された変数の相対的な
範囲を示す。ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ、ＳＡＤ＿ｍｉｎおよび
ＭＥ＿ｓｔｅｐは完全にローカルな値とし、現マクロブ
ロック内でのみ使用する。ＳＡＤ＿ａｖｅ、ＳＡＤ＿ｖ
ａｒおよびＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥは短期値とする。アプ
リケーションに応じて、これらの変数の公式(formula)
を変化させることによって、最新の更新をより強調した
り、あるいは軽めに扱ったり(de-emphasize)する。

【０１１０】ＭＥ＿ｓｔｅｐのローカル適応およびＭＥ
＿ｓｔｅｐＡｖｅの短期適応を組み合わせることによる
全体的な効果として、比較的小さなステップサイズが比
較的動きの少ない領域に割り当てられ、比較的大きなス
テップサイズが難しい領域に割り当てられる。長期的に
は、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡｖｅは、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴとの
比較においてＳＡＤ＿ａｖｅの変化に応じて変化する。
ローカルフレームのある範囲内において、各マクロブロ
ックについての動き予測ステップサイズを、そのマクロ
ブロックの動きを隣接するマクロブロックと比較するこ
とによってさらに適応的に求める。

【０１１１】以下に、ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムの疑
似コードを示す。

【０１１２】

【表１】 図８に、本発明による方法を固定ステップ法と比較する
ために、あるビデオ画像の１フレームを例示する。フレ
ーム内の３つのマクロブロックにラベルを付けている。
マクロブロックｉ６０は、ほとんど動きのない領域であ
る。マクロブロックｊ６２は、マクロブロックｉ６０よ
りは動きのある領域であり、マクロブロックｋ６４は、
最も動きの大きい領域である。

【０１１３】固定ステップサイズサーチでは、マクロブ
ロックｉ６０の動きベクトルが（１，−１）であること
を求めるために４ステップを必要とする。ここでは、あ
る位置から右および下方向への移動を正（＋）の移動と
し、上および左方向への移動を負（−）の移動とする。
図９は、固定ステップサイズ法（従来技術）を用いた場
合の、図８のマクロブロックｉ６０に対するサーチ手順
を示す。中心のスタート位置が（０，０）である。各サ
ーチステップでの最小ＳＡＤのサーチポイントに星印を
付けている。マクロブロックｉ６０の移動は最小である
ので、初めの３サーチステップの間、最小ＳＡＤ点は常
に中心である。即ち、このサーチにおける初期スタート
位置として用いるブロックサイズのマトリクスは、最小
ＳＡＤ値を用いて最終的に選択したマトリクスと同じで
ある。

【０１１４】図１０は、ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムに
従って図８のマクロブロックｉ６０に対して行われる１
ステップサーチを示す。ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムを
用いる場合、アルゴリズムは、マクロブロックのＳＡＤ
が小さいことを決定するので、マクロブロックの動き予
測は１ステップのみで行われる。マクロブロックに対す
るＳＡＤは非常に小さく、マクロブロックに対するの動
きベクトルは、初めに予測した動きベクトルに非常に近
いか、または等しい。これにより、演算量を大幅に節約
しながら同じ動きベクトルを得ている。一般に、ＡＭＥ
ＳＳＡＤアルゴリズムを用いて得られる動きベクトル
は、固定ステップサイズ法で得られるベクトルに非常に
近いか、または等しい。

【０１１５】図１１は、図８のマクロブロックｊ６２に
対する固定ステップサイズサーチ手順を示す（従来技
術）。マクロブロックｊ６２の場合、４ステップのサー
チを行うことにより動きベクトル（１，−２）が得られ
る。図１２は、図８のマクロブロックｊ６２のサーチに
おいて、ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムによって決定され
るサーチパスを示す。マクロブロックｊ６２の場合、そ
のＳＡＤ値の統計的挙動に基づいて、ＡＭＥＳＳＡＤア
ルゴリズムは３ステップのサーチを行う（マクロブロッ
クｊ６２のＳＡＤ値は、ＳＡＤ平均値付近である）。や
はりこの例でも、結果的に同じ動きベクトルが得られて
いる。図１１と図１２を比較すると、ＡＭＥＳＳＡＤ法
では、まるまる１回分のサーチ（即ち、８回のコスト演
算）が節約できていることが分かる。

【０１１６】図１３は、図８のマクロブロックｋ６４に
ついて、ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムおよび固定ステッ
プサイズアルゴリズムによって決定される同じサーチパ
スを示す。最後に、マクロブロックｋ６４は、非常に大
きな動きを持つマクロブロックの例であり、良好な一致
を見つけるには、大きなサーチ範囲を用いた広範な動き
ベクトルサーチが必要である。マクロブロックｋ６４
は、ＳＡＤの平均よりも大幅に大きいＳＡＤ値を有し、
その偏差はＳＡＤの分散よりも大きい。このような場
合、ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムは、フルステップサー
チ（４ステップ）を行うことになる。

【０１１７】ＡＭＥＳＳＡＤモデルは、典型的なビデオ
シーケンスにおいて、画素データが連続的であり、連続
フレーム間の移動もなめらかであることを利用してい
る。さらに、大きな動きベクトルの領域は大きな動きベ
クトル変化に関連する。本発明の新規なＡＭＥＳＳＡＤ
アルゴリズムは、ローカルな動きの統計的挙動に応じ
て、適応的に演算量を割り当てることによって、固定ス
テップサイズサーチアルゴリズムを改良する。結果的
に、本発明のアルゴリズムは、動きベクトル精度を維持
しながら、全体の動き予測演算量を低減する。大量の実
験結果から、本発明のアルゴリズムによって動き予測速
度が最大約３５％上昇することが示された。

【０１１８】本発明のアルゴリズムは、シーケンスの初
めには、最大範囲の動き予測サーチを行う。これによ
り、予測された複数の動きベクトルが実際の動きベクト
ルに適時に収束することを確実にする。本発明のＡＭＥ
ＳＳＡＤ動きサーチアルゴリズムは、プラットホームか
ら独立しており、ハードウェアおよびソフトウェアのい
ずれにも容易に適用できる。さらに、本アルゴリズム
は、動きのあるシーケンス内の複数フレーム間にわたっ
て、または１フレーム内において、複数の領域を効果的
に差別化するので、動きの多い領域により多くの力が注
がれる。結果的に、動きの豊富な内容を持つオブジェク
トは、より正確な動きベクトルでコード化される。一般
に、このようなオブジェクトはフォアグランドに相当
し、より重点が置かれるオブジェクトである。比較的動
きの少ない内容を持つオブジェクトは、固定ステップサ
イズサーチと比べて比較的精度の低い動き動きベクトル
を用いてコード化される。ビデオシーケンスにおいて視
覚的に重要なオブジェクトは、質がより高くなるように
コード化される。これにより、多くの場合、より良い画
質が得られる。

【０１１９】本発明によるＡＭＥＳＳＡＤ法を、現フレ
ームにおいてマクロブロックを選択し、基準フレームに
おいて対応するマクロブロック内でサーチを行う場合に
ついて説明した。本方法は、この反対の処理（基準フレ
ームにおいてマクロブロックを選択し、現フレーム内に
おいて対応するマクロブロックサイズのマトリクスにつ
いてサーチを行う処理）にも適用可能である。さらに、
本方法は、色差データ画素を使用する場合、または、輝
度画素および色差画素を組み合わせて使用する場合にも
適用可能である。本発明のＡＭＥＳＳＡＤ法のその他の
更新例および実施例も当業者には可能である。

【０１２０】

【発明の効果】本発明によれば、隣接するマクロブロッ
ク内の動き予測から計算される、位置の平均的な変化に
応じてサーチウィンドウサイズを調節する、固定ステッ
プ動き予測法と共に使用される方法が提供される。

【０１２１】本発明によって、Ｈ．２６ＰおよびＭＰＥ
Ｇ−Ｘ規格のビデオ圧縮のような、動き補償および変換
を利用したハイブリッドビデオコーダーの実施を向上す
る。固定ステップサイズの動き予測と比較して、本発明
による適応型アルゴリズムは、動き予測、ひいては全体
的なビデオエンコード速度を向上する。さらに、本発明
のアルゴリズムでは、動きの度合いによって各領域を差
別化し、動きの内容がより豊富なローカルエリアまたは
ローカルフレームに対してより多くの動き予測リソース
を割り当てるので、多くの場合、向上した画質が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ビデオエンコード方法のブロック図である（従
来技術）。

【図２】現フレームの現在のマクロブロックと前フレー
ムのサーチウィンドウとの間の空間的な関係を示す図で
ある（従来技術）。

【図３】固定ステップ動き予測法を示すフローチャート
である（従来技術）。

【図４】図３のステップ−サーチ法での直前の３ステッ
プを示す例（従来技術）を示す図である。

【図５】現フレームの一連のブロック内の輝度画素デー
タマトリックスによって表される画像の位置の変化を、
前フレームの対応するブロックサイズ輝度画素データマ
トリックスから効率的に予測する方法を示すフローチャ
ートである。

【図６】図５のフローチャートをもっと詳細に示すフロ
ーチャートである。

【図７】図６に示した変数の相対的な範囲を示す図であ
る。

【図８】本発明の方法を固定ステップ法と比較するため
のビデオ画像フレームの例を示す図である。

【図９】固定ステップ法を用いた、図８のマクロブロッ
クｉに関連するサーチ手順（従来技術）を示す図であ
る。

【図１０】ＡＭＥＳＳＡＤアルゴリズムにより行われ
る、図８のマクロブロックｉのためのワンステップサー
チを示す図である。

【図１１】図８のマクロブロックｊのための固定ステッ
プサーチ手順（従来技術）を示す図である。

【図１２】図８のマクロブロックｊのサーチのためのＡ
ＭＥＳＳＡＤアルゴリズムによって決定されるサーチパ
スを示す図である。

【図１３】図８のマクロブロックｋのための、ＡＭＥＳ
ＳＡＤおよび固定ステップアルゴリズムの両方によって
決定される同じサーチパスを示す図である。

【符号の説明】

６０ マクロブロックｉ ６２ マクロブロックｊ ６４ マクロブロックｋ

Claims (35)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一連のフレームによってビデオシーケン
   スを表すデジタルビデオシステム圧縮フォーマットであ
   って、該一連のフレームは前フレームおよび該前フレー
   ムに続く現フレームを含み、該一連のフレームは全て所
   定の時間間隔で分離されており、該フレームは所定の位
   置を持つ複数のブロックに分割され、各ブロックは所定
   の輝度ピクセ輝度トリクスを含むサイズを有する、デジ
   タルビデオシステム圧縮フォーマットにおいて、該現フ
   レームにおける一連のブロック内の輝度画素データマト
   リクスによって表される画像の、該前フレームにおける
   対応するブロックサイズの該輝度画素データマトリクス
   からの位置変化を効果的に予測する方法であって、 ａ）該現フレーム内で第１のブロックを選択するステッ
   プと、 ｂ）該現フレーム内の該第１のブロックに対応する初期
   候補マトリクスとして、該前フレーム内のブロックサイ
   ズの該輝度ピクセ輝度トリクスを選択するステップと、 ｃ）前ブロック位置変化予測値から導出されるフレーム
   間の輝度画素データの短期平均比較値を与えるステップ
   と、 ｄ）該ステップｃ）で与えられた輝度画素データの短期
   平均比較値に応じて、該候補マトリクスを中心とするサ
   ーチウィンドウサイズを計算するステップと、 ｅ）該サーチウィンドウ内で均一に分布した複数のブロ
   ックサイズの輝度ピクセ輝度トリクスからの該輝度画素
   データを、該現フレーム内の第１のブロックの該輝度画
   素データと比較して、該現フレーム内の該第１のブロッ
   クの該輝度画素データに最も類似する輝度画素データを
   有する新たな候補マトリクスを選択するステップであっ
   て、これにより該サーチウィンドウサイズがフレーム間
   の動きの履歴と共に変化するステップと、を包含する方
   法。
2. 【請求項２】 前記サーチウィンドウ内のブロックサイ
   ズのマトリクス間の最小間隔が与えられ、前記ステップ
   ｅ）の後に、 ｆ）該ステップｅ）を実行する度に該サーチウィンドウ
   内に位置する複数のブロックサイズのマトリクス間の間
   隔を低減するステップと、 ｇ） １）該複数のブロックサイズのマトリクス間の該間隔が
   該最小間隔以上である場合には該ステップｅ）に戻り、 ２）該複数のブロックサイズのマトリクス間の該間隔が
   該最小間隔未満である場合には次に進むようにして、 該サーチを反復するステップと、 ｈ）該ステップｅ）を最後に実行したときに選択された
   最終候補マトリクスの輝度画素データを、前記現フレー
   ム内の前記第１のブロックの輝度画素データと比較し
   て、輝度画素データの最終比較値を計算し、これにより
   該最終候補マトリクスと該第１のブロックとの間のブロ
   ック位置の差によってフレーム間の動きを記述するベク
   トルを与えるステップと、をさらに包含する、請求項１
   に記載の方法。
3. 【請求項３】 前記ステップｈ）の後に、 ｉ）該ステップｈ）で計算された前記輝度画素データの
   最終比較値で、前記輝度画素データの短期平均比較値を
   更新するステップであって、これにより、次回の位置変
   化予測の前記ステップｃ）のために該短期平均値が更新
   されるステップ、をさらに包含する請求項２に記載の方
   法。
4. 【請求項４】 前記ステップｉ）の後に、 ｊ）該ステップｉ）において更新された前記輝度画素デ
   ータの短期平均比較値で、サーチウィンドウサイズの長
   期平均値を更新するステップと、 ｃ₁）前記ステップｃ）の後で、前記ステップｄ）の前
   に、該サーチウィンドウサイズの長期平均値を与えるス
   テップと、をさらに包含し、 該ステップｄ）は、該サーチウィンドウサイズの長期平
   均値に応じて該サーチウィンドウサイズを計算するステ
   ップを含み、これにより、次回のブロック位置変化予測
   の前記ステップｃ₁）の準備のために該長期平均値が該
   ステップｊ）において更新される、 請求項３に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記ステップｊ）の後に、 ｋ）前記ステップｈ）で計算された前記輝度画素データ
   の最終比較値で、輝度画素データの長期平均比較値を更
   新し、これにより前記第１のブロックの前記位置変化予
   測値で該長期平均値を更新するステップをさらに包含
   し、 該ステップｊ）は、該輝度画素データの長期平均値に応
   じて該長期平均サーチウィンドウサイズを更新するステ
   ップを含む、請求項４に記載の方法。
6. 【請求項６】 前記ステップｅ）は、前記サーチウィン
   ドウ内の前記複数のブロックサイズのマトリクスのそれ
   ぞれと前記現フレーム内の前記第１のブロックとの間に
   おける輝度画素データの差の絶対値の和（ＳＡＤ）の計
   算を行うことによって輝度画素データを比較するステッ
   プを含み、最小のＳＡＤを持つブロックサイズのマトリ
   クスが、前記ステップｅ）〜ｆ）の次回の実行時の候補
   マトリクスとして選択され、前記ステップｈ）は、前記
   輝度画素データの最終比較値として該最小ＳＡＤ（ＳＡ
   Ｄ＿ｍｉｎ）を用いて該ブロックサイズのマトリクスの
   計算を行うステップを含む、請求項５に記載の方法。
7. 【請求項７】 前記ステップｂ）の後で、前記ステップ
   ｃ）の前に、 ｂ₁）該ステップｂ）で選択された前記初期候補マトリ
   クスと、前記現フレーム内の前記第１のブロックとの間
   のＳＡＤを計算することによりＳＡＤ＿ｉｎｉｔを導出
   するステップをさらに包含し、 前記ステップｄ）は、該ステップｂ₁）で計算されたＳ
   ＡＤ＿ｉｎｉｔに応じて前記サーチウィンドウサイズを
   計算するステップを含む、請求項６に記載の方法。
8. 【請求項８】 前記ステップｋ）は、輝度画素データの
   長期平均比較値として長期平均値（ＳＡＤ＿ａｖｅＬ
   Ｔ）を含み、該ステップｋ）は、前記ステップｈ）で計
   算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新す
   るステップを含み、これにより、前記第１のブロックの
   位置変化が予測された後にＳＡＤ値でＳＡＤ＿ａｖｅＬ
   Ｔが更新される、請求項７に記載の方法。
9. 【請求項９】 前記ステップｄ）は、前記ブロックサイ
   ズのマトリクス間の間隔が前記最小間隔になるまでに必
   要な前記ステップｅ）〜ｆ）の反復回数（ＭＥ＿ｓｔｅ
   ｐ）で前記サーチウィンドウサイズを規定するステップ
   を含み、該ステップｅ）は、該ＭＥ＿ｓｔｅｐの値に応
   じて、該サーチウィンドウ内で比較される該複数のブロ
   ックサイズマトリクスを初期的に分布させるステップを
   含む、請求項８に記載の方法。
10. 【請求項１０】 前記ステップｉ）は、前記輝度画素デ
    ータの短期平均比較値としてＳＡＤの短期平均値（ＳＡ
    Ｄ＿ａｖｅ）を含み、該ステップｉ）は、前記ステップ
    ｈ）で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅを更
    新するステップを含み、これにより、前記第１のブロッ
    クの位置変化が予測された後にＳＡＤ値でＳＡＤ＿ａｖ
    ｅが更新される、請求項９に記載の方法。
11. 【請求項１１】 前記ステップｉ）は、１フレーム内の
    ブロック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅを計算するステップ
    を含み、前記ステップｋ）は、複数のフレーム内の合計
    ブロック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを計算するステ
    ップを含む、請求項１０に記載の方法。
12. 【請求項１２】 前記ステップｂ）は、隣接ブロックに
    ついて前に予測した位置変化に応じて前記初期候補マト
    リクスを選択するステップを含み、これにより、該第１
    のブロックの該予測処理を開始するために中間予測が用
    いられる、請求項１１に記載の方法。
13. 【請求項１３】 前記ステップｂ）は、前記前フレーム
    内の前記第１のブロックについて前に予測した位置変化
    に応じて前記初期候補マトリクスを選択するステップを
    含み、これにより、該第１のブロックの該予測処理を開
    始するために中間予測が用いられる、請求項１１に記載
    の方法。
14. 【請求項１４】 前記ステップｅ）は、整数個の画素間
    隔によって均一に分割された、前記サーチウィンドウ内
    の少なくとも８個のブロックサイズマトリクスからの輝
    度画素データを比較するステップを含む、請求項１１に
    記載の方法。
15. 【請求項１５】 前記輝度画素ブロックはそれぞれ１６
    ×１６個の輝度画素を含むマクロブロックであり、前記
    ステップｄ）は、最大５のＭＥ＿ｓｔｅｐを使用し、前
    記ステップｇ）は、最大５回の前記ステップｅ）〜ｆ）
    の反復を含む、請求項１４に記載の方法。
16. 【請求項１６】 前記ステップｉ）の後に、 ｌ）前記ステップｈ）で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎと、
    該ステップｉ）において更新されたＳＡＤ＿ａｖｅと、
    １フレーム内のマクロブロック数とに応じて、ＳＡＤの
    分散（ＳＡＤ＿ｖａｒ）を計算するステップと、 ｃ₂）前記ステップｃ）の後で、前記ステップｄ）の前
    に、ＳＡＤ＿ｖａｒを与えるステップとをさらに包含
    し、 該ステップｄ）は、該ＳＡＤ＿ｖａｒに応じてＭＥ＿ｓ
    ｔｅｐを計算するステップを含み、これにより、次回の
    ブロック位置変化予測の前記ステップｃ₂）の準備のた
    めにＳＡＤ＿ｖａｒが該ステップｌ）において更新され
    る、請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】 前記ステップｉ）が以下に示すＳＡＤ
    ＿ａｖｅの計算を含み、 （ＳＡＤ＿ａｖｅ）＝（（ｎｕｍＭＢ−１）（ＳＡＤ＿
    ａｖｅ）₀＋ＳＡＤ＿ｍｉｎ）／ｎｕｍＭＢ （ＳＡＤ＿ａｖｅ）₀は前回のマクロブロック位置変化
    予測からのＳＡＤ＿ａｖｅであり、ｎｕｍＭＢは１フレ
    ーム内のマクロブロック数である、請求項１６に記載の
    方法。
18. 【請求項１８】 前記ステップｋ）が以下に示すＳＡＤ
    ＿ａｖｅＬＴの計算を含み、 （ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）＝（（ｎｕｍＭＢｓＬＴ−１）
    （ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ） ₀＋ＳＡＤ＿ｍｉｎ）／ｎｕｍ
    ＭＢｓＬＴ （ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴ）₀は前回のマクロブロック位置
    変化予測で計算されたＳＡＤ＿ａｖｅＬＴであり、ｎｕ
    ｍＭＢｓＬＴは複数のフレーム内の合計ブロック数であ
    る、請求項１７に記載の方法。
19. 【請求項１９】 前記ステップｄ）が以下に示すＭＥ＿
    ｓｔｅｐの計算を含む、請求項１８に記載の方法 ａ）もし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ＿ａｖｅ−ＳＡＤ
    ＿ｖａｒである場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔ
    ｅｐＡＶＥ−２とし、 ｂ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ
    ＿ａｖｅである場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔ
    ｅｐＡＶＥ−１とし、 ｃ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ
    ＿ａｖｅ＋ＳＡＤ＿ｖａｒである場合には、ＭＥ＿ｓｔ
    ｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥとし、 ｄ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ＜ＳＡＤ
    ＿ａｖｅ＋２（ＳＡＤ＿ｖａｒ）である場合には、ＭＥ
    ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＋１とし、 ｅ）そうでない場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐ＝ＭＥ＿ｓｔ
    ｅｐＡＶＥ＋２とする。
20. 【請求項２０】 ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥは４の値で初期
    化され、前記ステップｊ）が以下に示すＭＥ＿ｓｔｅｐ
    ＡＶＥの計算の更新を含む、請求項１９に記載の方法 ａ）もし、ＳＡＤ＿ａｖｅ＞ａ₀（ＳＡＤ＿ａｖｅＬ
    Ｔ）／ａ₁である場合には、ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＝Ｍ
    Ｅ＿ｓｔｅｐＡＶＥ＋１とし、 ｂ）そうでない場合にもし、ＳＡＤ＿ａｖｅ＜ａ₂（Ｓ
    ＡＤ＿ａｖｅＬＴ）／ａ₁である場合には、ＭＥ＿ｓｔ
    ｅｐＡＶＥ＝ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶＥ−１とする（但し、
    ａ₀＞ａ₁＞ａ₂＞０である）。
21. 【請求項２１】 ステップｊ）において、ａ₀の値が１
    ０であり、ａ₁の値が８であり、ａ₂の値が７である、請
    求項２０に記載の方法。
22. 【請求項２２】 前記ステップｅ）は、前記ステップ
    ｄ）で計算された前記ＭＥ＿ｓｔｅｐの値を用いて、前
    記サーチウィンドウ内の隣接するマクロブロックサイズ
    のマトリクスの中心を初期的に分離する画素数であるｓ
    を計算するステップを含み、ｓは、 ｓ＝２^(ME#step-1)として計算され、 前記ステップｆ）は、該ｓの値を２で割ることにより、
    該ステップｅ）〜ｆ）を実行する度に該サーチウィンド
    ウ内のマクロブロック間の間隔を低減するステップを含
    む、請求項２０に記載の方法。
23. 【請求項２３】 前記ステップｌ）は以下のようにＳＡ
    Ｄ＿ｖａｒを計算するステップを含み、 ＳＡＤ＿ｖａｒ＝√［（（ｎｕｍＭＢ−１）＊（（ＳＡ
    Ｄ＿ｖａｒ）₀）²＋（ＳＡＤ＿ｍｉｎ−ＳＡＤ＿ａｖ
    ｅ）²）／ｎｕｍＭＢ］ （ＳＡＤ＿ｖａｒ）₀は、前回のマクロブロック位置変
    化予測からのＳＡＤ＿ｖａｒである、請求項２０に記載
    の方法。
24. 【請求項２４】 一連のフレームによってビデオシーケ
    ンスを表すデジタルビデオシステム圧縮フォーマットで
    あって、該一連のフレームは前フレームおよび該前フレ
    ームに続く現フレームを含み、該一連のフレームは全て
    所定の時間間隔で分離されており、該フレームは所定の
    位置を持つ複数のブロックに分割され、各ブロックは所
    定の輝度ピクセ輝度トリクスを含むサイズを有する、デ
    ジタルビデオシステム圧縮フォーマットにおいて、該現
    フレームにおける一連のブロック内の輝度画素データマ
    トリクスによって表される画像の、該前フレームにおけ
    る対応するブロックサイズの輝度画素データマトリクス
    からの位置変化を効果的に予測する方法であって、 ａ）該現フレーム内で第１のブロックを選択するステッ
    プと、 ｂ）該現フレーム内の該第１のブロックに対応する初期
    候補マトリクスとして、該前フレーム内のブロックサイ
    ズの輝度ピクセ輝度トリクスを選択するステップと、 ｃ）前ブロック位置変化予測値から求められるフレーム
    間の輝度画素データの短期平均比較値を与えるステップ
    と、 ｄ）サーチパターンを規定するために該ステップｃ）で
    与えられた該短期平均値を用いて、該候補マトリクスの
    周囲の輝度画素エリア内をサーチして該第１のブロック
    の輝度画素データと比較して最も近いブロックサイズの
    最終候補マトリクスを見つけるステップであって、これ
    により、位置変化の履歴によって該サーチパターンが規
    定されるステップと、を包含する方法。
25. 【請求項２５】 前記ステップｄ）の後に、 ｅ）前記第１のブロックの前記輝度画素データの比較値
    および該ステップｄ）で計算された前記最終候補マトリ
    クスで、前記輝度画素データの短期平均比較値を更新す
    るステップであって、これにより、次回のブロック位置
    変化予測の前記ステップｃ）の準備のために該短期平均
    値が変更されるステップ、さらに包含する、請求項２４
    に記載の方法。
26. 【請求項２６】 前記ステップｄ）の後に、 ｆ）前記第１のブロックの輝度画素データの比較値およ
    び該ステップｄ）で計算された前記最終候補マトリクス
    で、輝度画素データの長期平均比較値を更新するステッ
    プ、をさらに包含する、請求項２５に記載の方法。
27. 【請求項２７】 ｇ）前記ステップｆ）の後に、前記ス
    テップｅ）で更新された前記輝度画素データの短期平均
    比較値と、該ステップｆ）で更新された前記輝度画素デ
    ータの長期平均比較値とに応じて、サーチパターンサイ
    ズの長期平均値を更新するステップと、 ｃ₁）前記ステップｃ）の後で、前記ステップｄ）の前
    に、サーチパターンサイズの長期平均値を与えるステッ
    プと、をさらに包含し、 該ステップｄ）は、該サーチパターンサイズの該長期平
    均値に応じて該サーチパターンを規定するステップを含
    む、請求項２６に記載の方法。
28. 【請求項２８】 前記ステップｄ）は、前記サーチウィ
    ンドウ内の前記複数のブロックサイズのマトリクスのそ
    れぞれと前記現フレーム内の前記第１のブロックとの間
    における輝度画素データの差の絶対値の和（ＳＡＤ）の
    計算を行うことによって輝度画素データを比較するステ
    ップを含み、最小ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を持つブロ
    ックサイズのマトリクスの計算は、該第１のブロックと
    前記最終候補マトリクスとの間での輝度画素データの比
    較である、請求項２７に記載の方法。
29. 【請求項２９】 前記ステップｃ）は、輝度画素データ
    の短期平均比較値としてＳＡＤの短期平均値（ＳＡＤ＿
    ａｖｅ）を含み、該ステップｅ）は、前記ステップｄ）
    で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅを更新す
    るステップを含み、これにより、次回のブロック位置変
    化予測の該ステップｃ）の準備のために、該ＳＡＤ＿ａ
    ｖｅが該ステップｅ）におけるＳＡＤ値で更新される、
    請求項２８に記載の方法。
30. 【請求項３０】 前記ステップｆ）は、輝度画素データ
    の長期平均比較値として長期平均値（ＳＡＤ＿ａｖｅＬ
    Ｔ）を含み、該ステップｆ）は、前記ステップｄ）で計
    算されたＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新す
    るステップを含み、これにより、前記ステップｇ）のた
    めに、ＳＡＤ＿ａｖｅＬＴが該ステップｆ）におけるＳ
    ＡＤ値で更新される、請求項２９に記載の方法。
31. 【請求項３１】 前記ステップｅ）は、１フレーム内の
    ブロック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅを更新するステップ
    を含み、前記ステップｆ）は、複数のフレーム内の合計
    ブロック数に応じてＳＡＤ＿ａｖｅＬＴを更新するステ
    ップを含む、請求項３０に記載の方法。
32. 【請求項３２】 前記ステップｂ）は、隣接ブロックに
    ついて前に予測した位置変化に応じて前記初期候補マト
    リクスを選択するステップを含み、これにより、前記第
    １のブロックの前記予測処理を開始するために中間予測
    が用いられる、請求項３１に記載の方法。
33. 【請求項３３】 前記ステップｂ）は、前記前フレーム
    内の前記第１のブロックについて前に予測した位置変化
    に応じて前記初期候補マトリクスを選択するステップを
    含み、これにより、該第１のブロックの該予測処理を開
    始するために中間予測が用いられる、請求項３１に記載
    の方法。
34. 【請求項３４】 前記ステップｅ）の後に、 ｈ）前記ステップｄ）で計算されたＳＡＤ＿ｍｉｎと、
    該ステップｅ）において更新されたＳＡＤ＿ａｖｅと、
    １フレーム内のマクロブロック数とに応じて、ＳＡＤの
    分散（ＳＡＤ＿ｖａｒ）を計算するステップと、 ｃ₂）前記ステップｃ）の後で、前記ステップｄ）の前
    に、ＳＡＤ＿ｖａｒを与えるステップとをさらに包含
    し、 該ステップｄ）は、該ＳＡＤ＿ｖａｒに応じて前記サー
    チパターンを規定するステップを含む、請求項３１に記
    載の方法。
35. 【請求項３５】 一連のフレームによってビデオシーケ
    ンスを表すデジタルビデオシステム圧縮フォーマットで
    あって、該一連のフレームは前フレームおよび該前フレ
    ームに続く現フレームを含み、該一連のフレームは全て
    所定の時間間隔で分離されており、該フレームは所定の
    位置を持つ複数のマクロブロックに分割され、各マクロ
    ブロックは、１６×１６の輝度ピクセ輝度トリクスを含
    むサイズを有するデジタルビデオシステム圧縮フォーマ
    ットにおいて、該現フレームにおける一連のマクロブロ
    ック内の輝度画素データマトリクスによって表される画
    像の、該前フレームにおける対応するマクロブロックサ
    イズの輝度画素データマトリクスからの位置変化を効果
    的に予測する方法であって、 ａ）該現フレーム内で該一連のマクロブロックの中から
    次のマクロブロックを選択するステップと、 ｂ）隣接ブロックについて前に予測した位置変化に応じ
    て、該ステップａ）で選択されたマクロブロックに対応
    する初期候補マトリクスとして該前フレーム内のマクロ
    ブロックサイズの輝度ピクセ輝度トリクスを選択し、こ
    れにより第１のブロックの予測処理を開始するために中
    間予測が用いられるステップと、 ｃ）該ステップａ）で選択されたマクロブロックと、該
    ステップｂ）で選択された初期候補マトリクスとの間の
    ＳＡＤ（ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ）を計算するステップと、 ｄ）前ブロック位置変化予測値から導出されるフレーム
    間の輝度画素データの短期平均比較値ＳＡＤ（ＳＡＤ＿
    ａｖｅ）を与えるステップと、 ｅ）複数のマクロブロック位置変化予測値によって求め
    られるＭＥ＿ｓｔｅｐの長期平均（ＭＥ＿ｓｔｅｐＡＶ
    Ｅ）を与えるステップと、 ｆ）以前の位置変化予測値から導出されるＳＡＤの分散
    （ＳＡＤ＿ｖａｒ）を与えるステップと、 ｇ）ブロックサイズのマトリクス間の間隔が最小間隔に
    なるまでに必要なサーチの反復回数（ＭＥ＿ｓｔｅｐ）
    を計算するステップであって、該ＭＥ＿ｓｔｅｐの計算
    は、ＳＡＤ＿ｉｎｉｔ、ＳＡＤ＿ａｖｅ、ＭＥ＿ｓｔｅ
    ｐＡＶＥおよびＳＡＤ＿ｖａｒの値に応じて行われるス
    テップと、 ｈ）該ステップｇ）で計算された該ＭＥ＿ｓｔｅｐの値
    に応じて、可能性のある候補マトリクス間の初期間隔
    （ｓ）を計算するステップと、 ｉ）該ステップａ）で選択されたマクロブロックと、隣
    接するマトリクスの中心間の間隔がｓである少なくとも
    ８つの均一に分布したマクロブロックサイズのマトリク
    スとの間のＳＡＤを計算し、これにより、最小ＳＡＤ
    （ＳＡＤ＿ｍｉｎ）を持つ新たな候補マトリクスの位置
    を特定するステップと、 ｊ） １）ｓが該最小間隔以上である場合には、ｓを２で割っ
    てｓの値を新たな値にして該ステップｉ）へと進み、 ２）ｓが該最小間隔未満である場合には、次に進むよう
    にして、 該サーチ処理を反復するステップと、 ｋ）該ステップｉ）の最後の実行時に最終候補マトリク
    スを選択して、該ステップａ）で選択された該ブロック
    と比較し、これにより、ＳＡＤ＿ｍｉｎを計算するステ
    ップと、 ｌ）次のマクロブロックの位置変化予測において該ステ
    ップｇ）でＭＥ＿ｓｔｅｐを計算する際に使用するため
    に、該ＳＡＤ＿ｍｉｎでＳＡＤ＿ａｖｅ、ＭＥ＿ｓｔｅ
    ｐＡＶＥおよびＳＡＤ＿ｖａｒを更新するステップと、 ｍ）該ステップａ）に進み、該一連のマクロブロックの
    中の該ステップａ）で選択されたマクロブロックの次の
    マクロブロックについて該位置変化予測処理を繰り返す
    ステップであって、これにより１回の位置変化予測に必
    要なサーチ反復回数は、それまでに予測を行ったマクロ
    ブロックにおけるＳＡＤの履歴に応じて変化するステッ
    プと、を包含する方法。