JPH11215505A - 動画像符号化装置及び動画像符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易に、かつ高画質で動画像データを符号化
する。 【解決手段】 動きベクトル検出器１４６内に、フレー
ム動きベクトル検出器１４６Ａ、フィールド予測ベクト
ル検出器１４６Ｂ、改良デュアルプライム予測ベクトル
検出器１４６Ｃを設け、それぞれ動きベクトルを検出し
て予測誤差を算出する。改良デュアルプライム予測ベク
トル検出器１４６Ｃは、従来のデュアルプライムにおけ
る動きベクトルを例えばフレーム動きベクトルに固定
し、差分動きベクトルを動きベクトルに応じて０、−
１、１のいずれかに一意的に固定して予測誤差を算出す
る。動き補償モード選択器１４８は、予測誤差の最も小
さいものを選択して出力する。改良デュアルプライム予
測ベクトル検出器１４６Ｃでは動きベクトル及び差分動
きベクトルを一意的に固定するため、デュアルプライム
予測に比べて簡易な処理となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は動画像符号化装置、
特に動きベクトルと差分動きベクトルを用いて予測符号
化する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、動画像を符号化する際に、符
号化対象の画像を動きベクトルで指定される参照画像で
予測し、その予測誤差と動きベクトルを符号化する動き
補償予測符号化技術が知られており、予測の方法として
フレーム間で予測するフレーム予測やフィールド間で予
測するフィールド予測、さらにはフィールド間で動き補
償を行って作成する２つの予測信号の平均値を予測信号
とするデュアル（Ｄｕａｌ）予測などがある。

【０００３】図６には、デュアル予測による予測符号化
方法が模式的に示されている。参照フレームの奇数フィ
ールド（奇数フィールド１）、参照フレームの偶数フィ
ールド（偶数フィールド１）、符号化対象フレームの奇
数フィールド（奇数フィールド２）、符号化対象フレー
ムの偶数フィールド（偶数フィールド２）と時系列的に
存在する場合（奇数フィールド１と偶数フィールド１で
フレーム１、奇数フィールド２と偶数フィールド２でフ
レーム２を構成する）、奇数フィールド１から奇数フィ
ールド２への予測を示す動きベクトルＭＶｏｏ、偶数フ
ィールド１から奇数フィールド２への予測を示す動きベ
クトルＭＶｏｅ、奇数フィールド１から偶数フィールド
２への予測を示す動きベクトルＭＶｅｏ、偶数フィール
ド１から偶数フィールド２への予測を示す動きベクトル
ＭＶｅｅの４つの動きベクトルを用いる。なお、各動き
ベクトルは、１６×８画素の半マクロブロック単位であ
る。そして、動きベクトルＭＶｏｏから得られる１６×
８の奇数ラインの半マクロブロックを１００、動きベク
トルＭＶｅｏから得られる１６×８の偶数ラインの半マ
クロブロックを１０２、動きベクトルＭＶｏｅから得ら
れる１６×８の奇数ラインの半マクロブロックを１０
４、動きベクトルＭＶｅｅから得られる１６×８の半マ
クロブロックを１０６とすると、奇数ライン半マクロブ
ロック１００と奇数ライン半マクロブロック１０４の平
均値を算出して奇数ライン半マクロブロック１０８を生
成し、偶数ライン半マクロブロック１０２と偶数ライン
半マクロブロック１０６の平均値を算出して偶数ライン
半マクロブロック１１０を生成する。さらに、奇数ライ
ン半マクロブロック１０８と偶数ライン半マクロブロッ
ク１１０とを合成して、次フレームのマクロブロック１
１２を予測する。

【０００４】このようなデュアル予測によれば、予測の
精度が向上するため画質向上を図ることができるが、合
計４つの動きベクトルを符号化する必要があるため、符
号量が増大してしまう欠点がある。

【０００５】そこで、従来より、このデュアル予測を改
良した、いわゆるデュアルプライム予測方法が提案され
ている。このデュアルプライム予測においては、合計４
つの動きベクトルのとり得る値を、参照フレーム、符号
化対象フレームで動きベクトルがほぼ平行の場合に対応
する値に制限して動きベクトル符号量を低減させるもの
である。

【０００６】図７には、デュアルプライム予測における
４つの動きベクトルＭＶｏｏ、ＭＶｅｏ、ＭＶｏｅ、Ｍ
Ｖｅｅが示されている。動きに関して伝送する情報は、
動きベクトルＭＶと、差分動きベクトルをＤＭＶ＝（Ｄ
ＭＶｘ、ＤＭＶｙ）とした場合、ＤＭＶｘ、ＤＭＶｙの
値がそれぞれ０、１、−１（ハーフペル精度の動き補償
では０、１／２、−１／２）に制限された差分動きベク
トルＤＭＶのみとし、ＭＶｏｏ及びＭＶｅｅなどの同相
フィールド間（同パリティ）の動きベクトルは一律にＭ
Ｖで表し、ＭＶｅｏやＭＶｏｅなどの異相フィールド間
（異パリティ）の動きベクトルは動きベクトルＭＶをフ
ィールド間距離に従って伸縮したベクトルにＤＭＶを加
えた値で示すものである。これによれば、動きベクトル
ＭＶと差分動きベクトルＤＭＶのみを符号化するだけで
足りるので、符号量の低減を図ることができる。

【０００７】なお、デュアル予測やデュアルプライム予
測については、例えば「最新ＭＰＥＧ教科書」（アスキ
ー出版社１９９４年発行）や「インターレース画像に対
する適応動き補償予測の一方式」、尾高等、東芝総合研
究所、１９９２年画像符号化シンポジウム（ＰＣＳＪ９
２）などに記載されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このデ
ユアルプライム予測を用いて実際に動画像を符号化する
場合、まず各符号化対象フィールドに対する各参照フィ
ールドからの動きベクトル（４本）を探索し、次に探索
した４つの動きベクトルをＭＶに換算し、それぞれに対
してとり得るＤＭＶ全て（９通り）との組み合わせのう
ちから予測誤差を最小とするＭＶとＤＭＶの組み合わせ
を探索する必要があり、ハードウェア構成が複雑化する
とともに処理に時間を要する問題があった。

【０００９】本発明は、上記従来技術の有する課題に鑑
みなされたものであり、その目的は、デユアルプライム
予測の欠点である、ハードウェア構成の複雑化及び処理
の長時間化を防止し、簡易な構成かつ短時間の処理で高
精度の予測符号化を行うことができる動画像符号化装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、動きベクトル及び差分動きベクトル
を用いて動画像を予測符号化する動画像符号化装置であ
って、前記動きベクトルを所定値に固定して符号化する
符号化手段を有することを特徴とする。なお、所定値に
固定されるベクトルには、動きベクトルと差分動きベク
トルが共に含まれるものとし、所定値に固定とは、値を
固定する他に、値の決定方法を固定する場合も含まれる
ものとする。

【００１１】また、第２の発明は、第１の発明におい
て、前記符号化手段は、前記差分動きベクトルを前記動
きベクトルに応じて一意的に設定して符号化することを
特徴とする。

【００１２】また、第３の発明は、第１、第２の発明に
おいて、前記動きベクトルは、前記動画像のフレーム動
きベクトルであることを特徴とする。

【００１３】また、第４の発明は、第１、第２の発明に
おいて、前記動きベクトルは、フィールド動きベクトル
から算出されることを特徴とする。

【００１４】また、第５の発明は、第３の発明におい
て、前記差分動きベクトルは、フィールド動きベクトル
あるいはフィールド動きベクトルから算出されたベクト
ルと前記動きベクトルとの大小関係に応じて一意的に設
定されることを特徴とする。

【００１５】また、第６の発明は、第４の発明におい
て、前記差分動きベクトルは、フィールド動きベクトル
と前記動きベクトルとの大小関係に応じて一意的に設定
されることを特徴とする。

【００１６】また、第７の発明は、第１〜第６の発明に
おいて、フレーム動きベクトルに基づくフレーム予測符
号化手段とフィールド動きベクトルに基づくフィールド
予測符号化手段の少なくともいずれかをさらに有し、か
つ、前記フレーム予測符号化手段と前記フィールド予測
符号化手段の少なくともいずれかと第１〜第６発明に係
る前記符号化手段による予測誤差を比較する比較手段と
をさらに有し、最も小さい予測誤差を用いて符号化する
ことを特徴とする。

【００１７】また、第８の発明は、動きベクトル及び差
分動きベクトルを用いて動画像を予測符号化する動画像
符号化方法であって、前記動きベクトルを所定値に固定
して符号化することを特徴とする。

【００１８】また、第９の発明は、第８の発明におい
て、前記差分動きベクトルを前記動きベクトルに応じて
一意的に設定して符号化することを特徴とする。

【００１９】また、第１０の発明は、第８、第９の発明
において、前記動きベクトルは、前記動画像のフレーム
動きベクトルであることを特徴とする。

【００２０】また、第１１の発明は、第８、第９の発明
において、前記動きベクトルは、フィールド動きベクト
ルから算出されることを特徴とする。

【００２１】また、第１２の発明は、第１０の発明にお
いて、前記差分動きベクトルは、フィールド動きベクト
ルあるいはフィールド動きベクトルから算出されたベク
トルと前記動きベクトルとの大小関係に応じて一意的に
設定されることを特徴とする。 また、第１３の発明
は、第１１の発明において、前記差分動きベクトルは、
フィールド動きベクトルと前記動きベクトルとの大小関
係に応じて一意的に設定されることを特徴とする。

【００２２】また、第１４の発明は、第８〜第１３の発
明において、フレーム動きベクトルに基づくフレーム予
測符号化とフィールド動きベクトルに基づくフィールド
予測符号化の少なくともいずれかを実行し、前記フレー
ム予測符号化と前記フィールド予測符号化の少なくとも
いずれかにより算出される予測誤差と前記動画像符号化
により算出される予測誤差を比較し、最も小さい予測誤
差を用いて符号化することを特徴とする。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づき本発明の実施
形態について説明する。なお、本実施形態で用いられる
予測符号化の手法は、従来のデュアルプライム予測符号
化の改良として位置づけることができるので、便宜上、
改良デュアルプライム予測と称する。図１には、本実施
形態の構成ブロック図が示されている。本実施形態のＭ
ＰＥＧエンコーダでは、イメージを記録するビデオ信号
が、画面並び換え器１１１に供給される。画面並び換え
器１１１は、画面順を並び換える。すなわち、現フレー
ムが時間的に先行するフレームにより参照される場合
は、該現フレームが先行して復号されて画像メモリ１４
２に格納されている必要があるため、現フレームとその
時間的な先行フレームとは、現フレームが最初に処理さ
れるように並び換えられる。例えば、時間的に先行する
Ｂピクチャによって参照される現Ｉ又はＰピクチャは、
先にマクロブロック変換器１１２へ出力される。

【００２４】画面並び換え器１１１で並び換えられたビ
デオデータは、マクロブロック変換器１１２に入力され
る。例えば通常の２ポートメモリを含むマクロブロック
変換器１１２は、信号を、ラスタスキャンフォーマット
から１６×１６画素のマクロブロックフォーマットに変
換して、減算器１１４と動き検出器１４６へ出力する。
マクロブロックフォーマットでは、イメージの各フレー
ムは、１６×１６画素の行列にアレンジされた２５６画
素を有するマクロブロックの集まりとして表される。マ
クロブロック変換器１１２は、これらの画素値をマクロ
ブロック毎に減算器１１４へ供給する。

【００２５】非イントラ符号化モードでは、減算器１１
４は、画像メモリ１４２から供給される参照マクロブロ
ックを、マクロブロック変換器１１２から供給される対
応する現マクロブロックから減算して、動き補償された
差分マクロブロックである差分マクロブロックをブロッ
ク変換器１１６へ出力する。イントラ符号化モードで
は、減算器１１４は、マクロブロック変換器１１２から
供給された現マクロブロックをブロック変換器１１６へ
出力する。

【００２６】ブロック変換器１１６は、１６×１６画素
のマクロブロックフォーマットから８×８画素の４個の
ブロックフォーマットに変換してＤＣＴ１１８へ出力す
る。ブロック変換器１１６は、これらの画素値をブロッ
ク毎にＤＣＴ１１８へ供給する。

【００２７】ＤＣＴプロセッサ１１８は、各ブロックの
画素値にＤＣＴ演算を適用して、ＤＣＴ係数行列Ｃｉｊ
のブロックに変換する。各ブロックは、ジグザグスキャ
ンを用いて６４個の係数Ｃｉｊのリニアストリームにア
レンジされる。何れのブロックに於いても、これらの係
数のＣｉｊの先頭は、画素ブロックの直流（ＤＣ）空間
周波数成分を表す。また、残りの係数Ｃｉｊは、次に高
い空間周波数成分である。

【００２８】ＤＣＴプロセッサ１１８によって供給され
る係数値は、量子化器１２０に適用される。量子化器１
２０は、各係数値Ｃｉｊを、割り当てられたビット数を
持つ２値に変換する。概して、低い順番の係数に対して
は、高い順番の係数に対してよりも、大きいビット数が
用いられる。その理由は、人間の目が、低空間周波数の
イメージ成分に対してよりも、高空間周波数のイメージ
成分に対しての方が、より感受性が鈍いためである。こ
の操作は、例えば、各係数を空間周波数に比例する各々
異なる値によって除算することで実行され得る。

【００２９】また、各係数値に割り当てられたビット数
は、量子化コントローラ１３２から供給される量子化ス
テップ幅ｑに応じて変更され得る。量子化ステップ幅ｑ
は、各係数が、量子化行列Ｋｉｊによって除算される前
又は除算された後に、各係数を除算するために適用され
る。量子化器１２０はデジタル値の流れをうみ、それ
は、ＶＬＣ（可変長符号化）１２４と逆量子化器１３６
へ入力される。圧縮レートを制御する量子化ステップ幅
ｑは可変である。

【００３０】ＶＬＣ１２４は、量子化器１２０からのデ
ータを、例えばランレングスのハフマンタイプのコード
を用いて符号化する。ハフマンタイプのコードを用い
て、ＶＬＣ１２４は、出現頻度の高いデータ値の結合と
０の連続に対して、より少ないビット数割り当てる。

【００３１】第２のＶＬＣ１３４は、ともにモード決定
器１５０からのデータであるマクロブロックタイプデー
タＭＢＴと動きベクトルデータとを、可変長符号化す
る。

【００３２】ＶＬＣ１２４で発生された符号とＶＬＣ１
３４で発生された符号は、挿入器（ＦＩＦＯメモリ）１
２６に入力される。この挿入器（ＦＩＦＯメモリ）１２
６は、それらを結合して、ビットストリームをバッファ
メモリ（ＦＩＦＯメモリ）１２８へ出力する。このビッ
トストリームはバッファメモリ（ＦＩＦＯメモリ）１２
８に格納され、光ディスクのような記録媒体１３０に記
録される。

【００３３】ＭＰＥＧエンコーダでは、バッファメモリ
１２８のデータ量が監視され、ＭＰＥＧデコーダのバッ
ファメモリに格納されるデータ量がシミュレートされ
る。これにより、量子化ステップ幅ｑが、ＭＰＥＧデコ
ーダのバッファメモリがオーバーフローしないように制
御される。即ち、量子化ステップ幅ｑは、バッファメモ
リ１２８と、バッファメモリ１２８の容量変化を参照し
て決定される。量子化ステップ幅ｑとしては、通常は、
値１〜３１が採用される。

【００３４】ＢピクチャとＰピクチャでは、差分値がＤ
ＣＴされて出力されるため、データ量はＩピクチャより
少なくなる。この理由から、ＭＰＥＧでは、目標データ
量はピクチャタイプに応じて割り当てられる。また、発
生されたデータ量は、各スライスやマクロブロック毎に
監視される。データ量は目標値と比較され、量子化コン
トローラ１３２によって評価される。例えば、発生符号
量が目標値より大きい場合は量子化ステップ幅ｑは大き
くされ、量子化は粗くなる。この制御は、量子化コント
ローラ１３２により行われる。他方では、発生符号量が
目標値より小さい場合は量子化ステップ幅ｑは小さくさ
れ、量子化は細かくなる。バッファメモリ１２６はフレ
ームタイプ、フレーム特性、量子化ステップ幅に起因し
て生ずる発生符号量の変動を緩和する。

【００３５】なお、ＭＰＥＧ標準は、一般的ではない
が、固定ビットレートに加えて、可変ビットレートを許
容している。ビットレートが変動する場合は、量子化ス
テップ幅ｑは当然に変動する。

【００３６】逆量子化器１３６と逆ＤＣＴ１３８で構成
される局部デコーダは、先行又は後続フレームのための
参照イメージデータを再生する。再生されたフレーム
は、画像メモリ１４２に格納される。その後、減算器１
１４へ前述のように出力される。加算器１４０は、上記
再生データが差分データである場合に、参照フレーム内
の動き補償された参照マクロブロックを上記再生データ
に加算する。

【００３７】画像メモリ１４２は、少なくとも２つのイ
メージデータを格納する。ＩピクチャとＩピクチャ、Ｉ
ピクチャとＰピクチャ、ＰピクチャとＰピクチャのペア
の何れかである。画像メモリ１４２は、各マクロブロッ
クを参照用に出力する。また、動きベクトル検出用に動
きベクトル検出器１４６へ出力する。また、モード決定
用にモード決定器１５０に出力する。動きベクトル検出
器１４６では、現マクロブロックに最も似ている領域が
探し出される。

【００３８】動きベクトル検出器１４６は、フレーム予
測ベクトル検出器１４６Ａ、フィールド予測ベクトル検
出器１４６Ｂ、改良デュアルプライム検出器１４６Ｃか
ら構成されている。フレーム予測ベクトル検出器１４６
Ａは、フレーム間で動きベクトルを検出して、その予測
誤差とともに動き補償モード選択器１４８に出力する。
フィールド予測ベクトル検出器検出器１４６Ｂは、フィ
ールド間で動きベクトルを検出して、その予測誤差とと
もに動き補償モード選択器１４８に出力する。改良デュ
アルプライム予測検出器１４６Ｃは、後述する処理によ
り動きベクトル及び差分動きベクトルを検出して、その
予測誤差とともに動き補償モード選択器１４８に出力す
る。

【００３９】動き補償モード選択回路１４８は、入力さ
れた３つのモードのうち、最も予測誤差の少ないものを
選択する。

【００４０】この動き補償モード選択回路１４８によ
り、マクロブロックを動き補償予測符号化（インター符
号化）する場合に最も適切な動き補償の方向を選択する
ことができるが、画像のパターンによってはマクロブロ
ックを符号化する場合に画面内符号化（イントラ符号
化）の方が効率的な場合もある。モード決定回路１５０
は、このイントラ／インターの決定を行う。モード決定
回路１５０については、例えば、特開平６−１３３３０
１号、特開平５−１３７１２９号に示されるように、よ
く知られている。

【００４１】モード決定回路１５０は、マクロブロック
変換器１１２からのマクロブロックの画像の分散値を求
める。また、動き補償モード選択回路１４８からの動き
ベクトルに基づいて動き予測符号化した場合の差分画面
の分散値を求める。このために、動き補償モード選択回
路１４８からの動きベクトルに基づいて、予測マクロブ
ロックを動き補償読み出し制御回路１４４を介して画像
メモリ１４２から読み出して、このモード決定回路１５
０に入力する。

【００４２】モード決定回路１５０は、この予測マクロ
ブロックとマクロブロック変換器１１２からのマクロブ
ロックとの差分画面のマクロブロックを得る。そして、
このマクロブロックの分散値を求める。このように求め
た２つの分散値を比較することによりマクロブロックの
タイプを決定する。この決定に基づいて、マクロブロッ
クタイプ情報を出力する。また、マクロブロックタイプ
情報として、インター符号化が選ばれた場合は、動きベ
クトル情報も出力する。

【００４３】以上のような構成において、ＭＰＥＧエン
コーダの動作を簡単に説明する。

【００４４】まず、画面並び換え回路１１１は、数十枚
の画面から、一枚の画面が画面単位内で圧縮が行われる
Ｉピクチャを設定し、それ以外の画面は、動き補償を用
いた画面単位間での圧縮が行われＢピクチャ・Ｐピクチ
ャとする。画面並び換え回路１１１は、この設定に合わ
せて画面の並び替えを行う。

【００４５】そして、画面単位内で圧縮を行うイントラ
マクロブロックでは、ブロック化回路１１２で画面を複
数の領域に分割し、減算回路１１４を素通りし、ＤＣＴ
回路１１８でそれぞれに二次元離散余弦変換（ＤＣＴ）
を行って周波数成分を求める。このＤＣＴ処理の単位
は、８×８画素単位のブロックである。

【００４６】図２には、ＤＣＴ変換の様子が示されてい
る。画面（図２（ａ））はＤＣＴ処理されて、図２
（ｂ）に示されるように、周波数成分に変換される。こ
の結果、左上が低周波領域となり、右下が高周波領域と
なる。得られた周波数成分は、図２（ｄ）で示される値
Ｑｉｊによって除算される。この除算が、量子化であ
る。この量子化時に、人間の視覚特性が高周波に対して
鈍感なことを利用し、低周波側には多くの符号を割り当
て、高周波側の符号量を少なくするように、量子化す
る。つまり、前述の値Ｑｉｊは、高周波に当たる領域の
値が大きく設定された量子化マトリックスＫｉｊと、量
子化回路１２０からの量子化ステップ幅ｑとの、乗算結
果である。こうして得られたデータを図２（ｃ）の如
く、低周波側から高周波側へジグザグにとり、この結果
を可変長符号化する。

【００４７】また、画面単位間で圧縮を行うインターマ
クロブロックでは、ブロック化回路１１２の出力（現画
面）と、動き補償による予測画面とを、減算回路１１４
に入力して差分をとり、以降は、Ｉピクチャと同様に符
号化する。このようにＢピクチャとＰピクチャは、差分
を伝送するので、データ量は小さい。したがって、この
ままでは、符号化時のデータ量（ビット量）が、画面に
よって異なる。しかし、ＭＰＥＧでは、転送ビットレー
トは、ほぼ一定である。

【００４８】このために、データ量が多い画面が続く
と、バッファメモリ１２８がオーバーフローしてしまう
恐れがある。そこで、量子化マトリックス（図２
（ｄ））の乗算である量子化ステップ幅ｑの値を変更す
ることにより量子化の粗さを変更して（圧縮率を制御し
て）、発生データ量をフィードバック制御することによ
り、オーバーフローを防止している。

【００４９】動きベクトル検出回路１４６は、それぞれ
の予測方法で予測誤差を算出し、動き補償モード選択回
路１４８は、適切な符号化モードを検出する。モード決
定回路１５０は、最終的にマクロブロックタイプを決定
し、このマクロブロックタイプ情報と、動きベクトルを
出力する。

【００５０】このようなＭＰＥＧデコーダにおいて、本
実施形態では、動きベクトル検出器１４６内の改良デュ
アルプライム予測ベクトル検出器１４６Ｃが従来のデュ
アルプライム予測のように探索した４つの動きベクトル
ＭＶｏｏ、ＭＶｏｅ、ＭＶｅｏ、ＭＶｅｅをＭＶに換算
し、それぞれに対してとり得るＤＭＶ全て（９通り）と
の組み合わせのうちから予測誤差を最小とするＭＶとＤ
ＭＶの組み合わせを探索するのではなく、より簡易的に
動きベクトルＭＶと差分動きベクトルＤＭＶを検出する
点に特徴がある。

【００５１】図３には、改良デュアルプライム予測ベク
トル検出器１４６Ｃの処理フローチャートが示されてい
る。まず、フレーム動きベクトルｍｖ（デュアルプライ
ム予測における動きベクトルＭＶとは異なることに注意
されたい）を算出する（Ｓ１０１）。なお、このフレー
ム動きベクトルｍｖは、フレーム予測ベクトル検出器で
算出されたフレーム動きベクトルｍｖをそのまま用いる
ことができる。

【００５２】次に、４つの動きベクトル（図ではフィー
ルド動きベクトルと称している）ＭＶｏｏ、ＭＶｏｅ、
ＭＶｅｏ、ＭＶｅｅを算出する（Ｓ１０２）。この算出
は、従来のデュアル予測における４つの動きベクトル算
出、あるいはデュアルプライムにおける４つの動きベク
トル算出と同様の手法で行うことができる。

【００５３】フレーム動きベクトルｍｖ及び４つの動き
ベクトルＭＶｏｏ、ＭＶｏｅ、ＭＶｅｏ、ＭＶｅｅを算
出した後、フィールドトップベクトルＦＴＶ及びフィー
ルドボトムベクトルＦＢＶを算出する（Ｓ１０３）。フ
ィールドトップベクトルＦＴＶはＭＶｏｏあるいはＭＶ
ｅｏのいずれかを用いることができ、また、フィールド
ボトムベクトルＦＢＶはＭＶｏｅあるいはＭＶｅｅのい
ずれかを用いることができる。従って、ＦＴＶとＦＢＶ
は、合計４通りの組み合わせが存在し、そのいずれかを
用いることができる。

【００５４】フィールドトップベクトルＦＴＶ及びフィ
ールドボトムベクトルＦＢＶを算出した後、動きベクト
ルＭＶと差分動きベクトルＤＭＶを算出する（Ｓ１０
４）。この動きベクトルＭＶ及び差分動きベクトルＤＭ
Ｖは、Ｓ１０１で算出されたフレーム動きベクトルｍｖ
とＳ１０３で算出されたフィールドトップベクトルＦＴ
Ｖ、フィールドボトムベクトルＦＢＶに基づいて算出さ
れ、例えば動きベクトルＭＶは

【数１】 動きベクトルＭＶ＝フレーム動きベクトルｍｖ ・・・（１） とする。一方、差分動きベクトルＤＭＶは、フィールド
トップベクトルＦＴＶとフィールドボトムベクトルＦＢ
Ｖの平均値とフレーム動きベクトルｍｖとの大小関係に
応じて決定し、

【数２】 （（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２＜フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（２） であれば

【数３】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝−１ ・・・（３） とし、

【数４】 （（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２＝フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（４） であれば

【数５】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝０ ・・・（５） とし、

【数６】 （（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２＞フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（６） であれば

【数７】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝１ ・・・（７） とする。なお、（ＦＴＶ）ｘ等はベクトルＦＴＶのｘ成
分であることを示し、ｙ成分についても同様である。ま
た、ハーフペル精度の動き補償では、差分動きベクトル
ＤＭＶのｘ成分、ｙ成分をそれぞれ０、１／２、−１／
２とすればよい。これによれば、予測誤差計算は、従来
のデュアルプライム予測の４×９＝３６通りの場合に比
べて１通り（動きベクトルＭＶは１個であり、しかも差
分動きベクトルＤＭＶのｘ成分、ｙ成分の値はそれぞれ
０、１、−１のいずれかのみが用いられるため）で済む
ことになり、簡易かつ高速に処理することができる。

【００５５】動きベクトルＭＶ及び差分動きベクトルＤ
ＭＶを算出した後、これらを用いて予測マクロブロック
を生成し、予測誤差を算出する（Ｓ１０５）。予測誤差
の具体的な算出方法は従来と同様であり、予測マクロブ
ロックの各画素値をＸｉｊ、実際のマクロブロック（符
号対象フレームのマクロブロック）の画素値をＡｉｊと
した場合、

【数８】 予測誤差＝Σ｜Ｘｉｊ−Ａｉｊ｜（但しｉ、ｊは１〜８） ・・・（８） で算出される。算出された予測誤差は、他の予測方法に
よる予測誤差と比較され、最も小さい予測誤差が選択さ
れることになる。

【００５６】図４には、本実施形態の全体処理フローチ
ャートが示されている。まず、フレーム予測ベクトル検
出器１４６Ａで算出されたフレーム動きベクトルｍｖを
用いてフレーム予測を行い、その時の予測誤差Ｓ１を算
出する（Ｓ２０１）。具体的には、時系列上のフレーム
１とフレーム２からフレーム動きベクトルｍｖを算出
し、このフレーム動きベクトルｍｖを用いて１６×１６
のマクロブロックを生成し、実際のマクロブロック画素
値との差分値を演算する。

【００５７】フレーム予測による予測誤差を算出した
後、フィールド予測ベクトル検出器１４６Ｂでフィール
ド予測による予測誤差Ｓ２を算出する（Ｓ２０２）。具
体的には、時系列上の参照フレームの奇数フィールド
（奇数フィールド１）、参照フレームの偶数フィールド
（偶数フィールド１）、符号化対象フレームの奇数フィ
ールド（奇数フィールド２）、符号化対象フレームの偶
数フィールド（偶数フィールド２）において、奇数フィ
ールド１と奇数フィールド２から動きベクトルを算出し
て１６×８の奇数ライン半マクロブロックを生成すると
ともに、偶数フィールド１と偶数フィールド２から動き
ベクトルを算出して１６×８の偶数ライン半マクロブロ
ックを生成し、これらを合成して１６×１６のマクロブ
ロックを生成する。そして、この予測マクロブロックと
実際のマクロブロック画素値との差分値を演算する。

【００５８】フィールド予測による予測誤差を算出した
後、改良デュアルプライム予測ベクトル検出器１４６Ｃ
で図３に示された改良デュアルプライム予測による予測
誤差Ｓ３を算出する（Ｓ２０３）。なお、この予測誤差
Ｓ３を算出するに当たっては、Ｓ２０１で予測誤差を算
出する際に得られたフレーム動きベクトルｍｖや、Ｓ２
０２で予測誤差を算出する際に得られた動きベクトル
（ＭＶｏｏやＭＶｅｅに相当）を援用することで、処理
の効率化を図ることができる。

【００５９】そして、フレーム予測、フィールド予測、
改良デュアルプライム予測それぞれの予測誤差が算出さ
れた後、動き補償モード選択器１４８はＳ１、Ｓ２、Ｓ
３の大小比較を行って最も小さい予測誤差を選択し、最
小予測誤差が得られる予測方法を選択する（Ｓ２０
４）。予測誤差の最も小さい予測方法を適宜選択するこ
とで、符号量を低減させると同時に画質も向上させるこ
とができる。

【００６０】図５には、ＭＰＥＧにおける標準画像４種
類に対し、フレーム予測、デュアルプライム予測、デュ
アルプライム予測において単に動きベクトルＭＶと差分
動きベクトルＤＭＶを一つに固定した固定選択による予
測、及び本手法（すなわち改良デュアルプライム）によ
る符号化画像の復号画像の画質評価の結果が示されてい
る。評価に用いた画像は、Ｃｈｅｅｒ Ｌｅａｄｅｒ、
Ｆｏｏｔ Ｂａｌｌ、Ｆｌｏｗｅｒ Ｇａｒｄｅｎ、Ｍ
ｏｂｉｌｅ＆Ｃａｌｅｎｄｅｒであり、評価値はＳＮＲ
（信号対雑音比）である。また、符号化条件はビットレ
ート４Ｍｂｐｓであり、ＧＯＰ構成Ｍ＝１、Ｎ＝１５を
２ＧＯＰ分（フレーム数では３０フレーム分）処理した
ものである。

【００６１】図からわかるように、例えばＣｈｅｅｒ
Ｌｅａｄｅｒ画像の場合、デュアルなし予測の場合には
ＳＮＲ＝３０．０７ｄＢ、デュアルプライム予測の場合
にはＳＮＲ＝３０．３９ｄＢ、固定選択予測の場合には
ＳＮＲ＝３０．０７ｄＢ、本手法（改良デュアルプライ
ム）予測の場合にはＳＮＲ＝３０．１０ｄＢであり、デ
ュアルなし＝固定選択＜本手法（改良デュアルプライ
ム）＜デュアルプライムの順に画質が向上している。ま
た、Ｆｌｏｗｅｒ Ｇａｒｄｅｎの場合には、デュアル
なし＜固定選択＜本手法（改良デュアルプライム）＜デ
ュアルプライムの順で画質が向上している。

【００６２】このことから、本手法（改良デュアルプラ
イム）による予測では、簡易な処理でありながら、単な
るフレーム予測あるいはフィールド予測以上の高画質で
あり、デュアルプライムに迫る高画質が得られることが
わかる。

【００６３】ここで、本改良デュアルプライムでは、動
きベクトル及び差分動きベクトルを一つに固定している
が、デュアルプライムでとり得る３６通りの値のうち、
任意の一つに固定した固定選択予測よりも良い画質が得
られていることに着目すべきである。すなわち、本改良
デュアルプライム予測は、単に動きベクトルと差分動き
ベクトルを一つに固定したのではなく、フレーム動きベ
クトルｍｖとフィールドトップベクトルＦＴＶ及びフィ
ールドボトムベクトルＦＢＶとを巧みに組み合わせて動
きベクトルＭＶと差分動きベクトルＤＭＶとを所定値に
固定した点に特徴があり、これにより、符号量を低減し
つつ高画質化が可能となるのである。

【００６４】なお、本実施形態では、動きベクトルＭＶ
をフレーム動きベクトルｍｖとし、差分動きベクトルＤ
ＭＶをＦＴＶとＦＢＶの平均値とフレーム動きベクトル
ｍｖとの大小関係に応じて定まる値（０、１、−１のい
ずれか）としたが、本発明はこれに限定されず、他の決
定方法を用いることも可能である。

【００６５】例えば、動きベクトルＭＶとしてフィール
ドトップベクトルＦＴＶとフィールドボトムベクトルＦ
ＢＶとの平均を採用し、差分動きベクトルとしてフレー
ム動きベクトルｍｖと上記平均（動きベクトルＭＶ）と
の大小関係に応じて定まる値とすることもできる。すな
わち、各ベクトルのｘ成分に着目すれば（ｙ成分も同
様）

【数９】 動きベクトル（ＭＶ）ｘ＝（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（９） とし、

【数１０】 フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ＜（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（１０） であれば

【数１１】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝−１ ・・・（１１） とし、

【数１２】 フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ＝（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（１２） であれば

【数１３】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝０ ・・・（１３） とし、

【数１４】 フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ＞（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（１４） であれば

【数１５】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝１ ・・・（１５） とすることもできる。

【００６６】また、動きベクトルとしてフレーム動きベ
クトルｍｖを採用し、差分動きベクトルとしてＦＴＶ
（あるいはＦＢＶ）とフレーム動きベクトルｍｖ（つま
り動きベクトルＭＶ）との大小関係に応じて定まる値と
することも考えられる。すなわち、

【数１６】 動きベクトル（ＭＶ）ｘ＝フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（１６） とし、

【数１７】 （ＦＴＶ）ｘ＜フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（１７） であれば

【数１８】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝−１ ・・・（１８） とし、

【数１９】 （ＦＴＶ）ｘ＝フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（１９） であれば

【数２０】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝０ ・・・（２０） とし、

【数２１】 （ＦＴＶ）ｘ＞フレーム動きベクトル（ｍｖ）ｘ ・・・（２１） であれば

【数２２】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝１ ・・・（２２） とすることもできる。

【００６７】さらに、動きベクトルＭＶとしてＦＴＶと
ＦＢＶの平均を採用し、差分動きベクトルＤＭＶとして
ＦＴＶ（あるいはＦＢＶ）と上記平均（つまり動きベク
トルＭＶ）との大小関係に応じて定まる値とすることも
できる。すなわち、

【数２３】 動きベクトル（ＭＶ）ｘ＝（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（２３） とし、

【数２４】 （ＦＴＶ）ｘ＜（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（２４） であれば

【数２５】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝−１ ・・・（２５） とし、

【数２６】 （ＦＴＶ）ｘ＝（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（２６） であれば

【数２７】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝０ ・・・（２７） とし、

【数２８】 （ＦＴＶ）ｘ＞（（ＦＴＶ）ｘ＋（ＦＢＶ）ｘ）／２ ・・・（２８） であれば

【数２９】 差分動きベクトル（ＤＭＶ）ｘ＝１ ・・・（２９） とすることもできる。

【００６８】なお、動きベクトルＭＶ及び差分動きベク
トルＤＭＶを定める上記４通りの方法のいずれを用いる
にせよ、本改良デュアルプライム予測の本質は、動きベ
クトルＭＶをある値に固定し、差分動きベクトルをこの
動きベクトルＭＶに応じて（動きベクトルに依存して）
一意的に決定することであり、この技術思想の範囲内で
種々の変形例が可能である。

【００６９】また、本実施形態では、輝度信号の処理に
ついて説明したが、色信号についても同様に処理するこ
とができる。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
動画像を予測符号化する際に符号量を削減しつつ画質向
上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施形態の構成ブロック図である。

【図２】 本発明の実施形態の量子化処理説明図であ
る。

【図３】 本発明の実施形態の改良デュアルプライム予
測処理フローチャートである。

【図４】 本発明の実施形態の全体処理フローチャート
である。

【図５】 シーケンス画像と各予測方法のＳＮＲ説明図
である。

【図６】 従来のデュアル予測説明図である。

【図７】 従来のデュアルプライム予測説明図である。

【符号の説明】

１４６Ａ フレーム予測ベクトル検出器、１４６Ｂ フ
ィールド予測ベクトル検出器、１４６Ｃ 改良デュアル
プライム予測ベクトル検出器、１４８ 動き補償モード
選択器。

Claims (14)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動きベクトル及び差分動きベクトルを用
   いて動画像を予測符号化する動画像符号化装置であっ
   て、 前記動きベクトルを所定値に固定して符号化する符号化
   手段を有することを特徴とする動画像符号化装置。
2. 【請求項２】 前記符号化手段は、前記差分動きベクト
   ルを前記動きベクトルに応じて一意的に設定して符号化
   することを特徴とする請求項１記載の動画像符号化装
   置。
3. 【請求項３】 前記動きベクトルは、前記動画像のフレ
   ーム動きベクトルであることを特徴とする請求項１、２
   のいずれかに記載の動画像符号化装置。
4. 【請求項４】 前記動きベクトルは、フィールド動きベ
   クトルから算出されることを特徴とする請求項１、２の
   いずれかに記載の動画像符号化装置。
5. 【請求項５】 前記差分動きベクトルは、フィールド動
   きベクトルあるいはフィールド動きベクトルから算出さ
   れたベクトルと前記動きベクトルとの大小関係に応じて
   一意的に設定されることを特徴とする請求項３記載の動
   画像符号化装置。
6. 【請求項６】 前記差分動きベクトルは、フィールド動
   きベクトルと前記動きベクトルとの大小関係に応じて一
   意的に設定されることを特徴とする請求項４記載の動画
   像符号化装置。
7. 【請求項７】 フレーム動きベクトルに基づくフレーム
   予測符号化手段とフィールド動きベクトルに基づくフィ
   ールド予測符号化手段の少なくともいずれかをさらに有
   し、かつ、 前記フレーム予測符号化手段と前記フィールド予測符号
   化手段の少なくともいずれかと請求項１〜請求項６のい
   ずれかに記載の前記符号化手段による予測誤差を比較す
   る比較手段と、 をさらに有し、最も小さい予測誤差を用いて符号化する
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の動画
   像符号化装置。
8. 【請求項８】 動きベクトル及び差分動きベクトルを用
   いて動画像を予測符号化する動画像符号化方法であっ
   て、 前記動きベクトルを所定値に固定して符号化することを
   特徴とする動画像符号化方法。
9. 【請求項９】 前記差分動きベクトルを前記動きベクト
   ルに応じて一意的に設定して符号化することを特徴とす
   る請求項８記載の動画像符号化方法。
10. 【請求項１０】 前記動きベクトルは、前記動画像のフ
    レーム動きベクトルであることを特徴とする請求項８、
    ９のいずれかに記載の動画像符号化方法。
11. 【請求項１１】 前記動きベクトルは、フィールド動き
    ベクトルから算出されることを特徴とする請求項８、９
    のいずれかに記載の動画像符号化方法。
12. 【請求項１２】 前記差分動きベクトルは、フィールド
    動きベクトルあるいはフィールド動きベクトルから算出
    されたベクトルと前記動きベクトルとの大小関係に応じ
    て一意的に設定されることを特徴とする請求項１０記載
    の動画像符号化方法。
13. 【請求項１３】 前記差分動きベクトルは、フィールド
    動きベクトルと前記動きベクトルとの大小関係に応じて
    一意的に設定されることを特徴とする請求項１１記載の
    動画像符号化方法。
14. 【請求項１４】 フレーム動きベクトルに基づくフレー
    ム予測符号化とフィールド動きベクトルに基づくフィー
    ルド予測符号化の少なくともいずれかを実行し、 前記フレーム予測符号化と前記フィールド予測符号化の
    少なくともいずれかにより算出される予測誤差と前記動
    画像符号化により算出される予測誤差を比較し、 最も小さい予測誤差を用いて符号化することを特徴とす
    る請求項８〜１３のいずれかに記載の動画像符号化方
    法。