JPH1169357A - 動画像の動きベクトルの符号化方法 - Google Patents

動画像の動きベクトルの符号化方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＭＰＥＧ−４に対応する動きベクトルの符号
化で全体ビット率を減少させるのに適した動画像の動き
ベクトルの符号化方法を提供する。 【解決手段】 マクロブロックに対する探索モードを８
×８モードに選択する。マクロブロックを構成する４つ
の８×８ブロックのブロック１、２、３、４のそれぞれ
の第１、第２、第３動きベクトル予測候補を探索する。
ブロック１の動きベクトル中間予測値が動きベクトルの
境界内にあるか否かを比較して、境界内にある場合に
は、動きベクトル中間予測値を該当８×８ブロックを符
号化するための予測値に決定し、ない場合には、選択的
に第１、２、３の動きベクトル予測候補のうち境界内に
ある予測候補のベクトル値或いは動きベクトル中間予測
値を該当８×８ブロックを符号化するための予測値とし
て決定する。同じことを他のブロックに対して繰り返す

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＭＰＥＧ−４に対
応する動きベクトルの符号化に関し、特に動画像の符号
化過程で全体ビット率を減少させるに適した動画像の動
きベクトルの符号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在標準化作業が進んでいるＭＰＥＧ−
４の概略的な内容は以下の通りである。ＭＰＥＧ−４
は、今まで適用されてきたＭＰＥＧ−１、ＭＰＥＧ−２
の機能とは全く異なる機能を追求するもので、通信、コ
ンピューター、放送等の技術領域が融合されてマルチ化
される現在の傾向に対応するためのものである。すなわ
ち、独立的に技術の革新を成し遂げた種々の技術領域を
全て包括できる融合技術領域の機能の実現、及びその応
用分野の開拓を目標とする。ＭＰＥＧ−４が追求する方
向は、超低ビット率でＡＶ符号化を可能にする技術、そ
して従来とは全く異なる新たな機能の実現、等に大別さ
れる。ここで、超低ビット率でＡＶ符号化を可能にする
べく試みられている第１の方法としては、ＭＰＥＧ−
１、２で使われているＤＣＴ変換技術を使用せず、全く
新たな符号化技術として、例えばブロック境界での歪み
が少なく且つ符号化効率が高いウエーブレット符号化方
式等をあげられる。そして、第２の方法としては、ＭＰ
ＥＧ−１、２での符号化がマクロブロック単位のモーシ
ョン補償を行うことに相違して、アフィン変換などの他
の方式でモーション補償を行うことがあげられる。第３
の方法として、境界内符号化(contour coding)とオブジ
ェクト指向符号化方式を含む領域基盤符号化（region b
ased coding)をあげられる。第４の方法として、１／１
０００以上の圧縮率を実現可能なフラクタル符号化方式
をあげられる。
【０００３】そして、今まで十分に実現されない機能を
ＭＰＥＧ−４で具現できるように推進する新たな機能に
は以下の８つをあげることができる。符号化効率の改
善、内容に合わせる可変分解能力（scalability)、内容
操作とビット列の編集、エラー耐性の改善、マルチメデ
ィア・データベースのアクセス、複数の同期データの符
号化、自然データと合成データのハイブリッド符号化、
超低ビット率でのランダム・アクセス性の改善、等であ
る。
【０００４】以下、添付図面に基づき従来の技術の動き
ベクトルの符号化方法を説明する。図１は、一般的な８
×８モードでの動きベクトルの予測制限範囲を示すマト
リックスであり、図２ａ〜図２ｄは、８×８モードでの
動きベクトル予測候補を示す構成図であり、図３は、動
きベクトル中間値の予測において制限範囲を超す場合の
例を示す構成図である。現在、標準化進行中のＭＰＥＧ
−４において整数単位のピクセルモーションの予測時に
行われる８×８ブロック別のサーチ動作は、１６×１６
動きベクトルを中心として±２ピクセルのサーチウィン
ドウ内で行われるようにしている。このため、特定のマ
クロブロックが８×８モードにて選択される場合、マク
ロブロック内の４つのブロックに対する各動きベクトル
は全て一定の境界内に入るようになる。図１に示すマト
リックスは、８×８モードと選択されたマクロブロック
の４つのブロックの動きベクトルの境界を示す。このよ
うな４つの動きベクトルの境界は、動きベクトルの符号
化効率を高めるのに大きく寄与する。境界内の４つの各
ブロックに該当する動きベクトルの構成は、隣接の３つ
の候補動きベクトル中間値を予測値として差成分（ＭＶ
Ｄｘ、ＭＶＤｙ）を符号化する。これを式で表現すれ
ば、 Ｐｘ＝ 中間値（ＭＶ１ｘ、ＭＶ２ｘ、ＭＶ３ｘ） Ｐｙ＝ 中間値（ＭＶ１ｙ、ＭＶ２ｙ、ＭＶ３ｙ）であ
り、ＭＶＤｘ＝ＭＶｘ−Ｐｘ、 ＭＶＤｙ＝ＭＶｙ−Ｐ
ｙである。
【０００５】図１では動きベクトルの予測制限範囲を示
しているが、これは、以下の事項を理由として、完璧に
ＭＰＥＧ−４のＶＭ(Verification Model)を支援するこ
とが不可能である。図２に示すように、８×８モードの
マクロブロックにおける動きベクトルの予測候補をみる
と、中間値の予測値として使用される動きベクトル値が
８〜８モードでの動きベクトルの制限範囲を超す場合
は、ブロック１を除けば、ブロック２にあたるＭＶＤ２
のみである。図２は、ＭＰＥＧ−４で動きベクトルの予
測のためのアルゴリズムに従って８×８モードにおける
動きベクトルの候補を示したものである。この場合に、
３つの動きベクトル予測候補のうち１つだけが８×８モ
ードに選択されたマクロブロック内に属しているため、
中間値として求められる予測値から得られるＭＶＤ２の
絶対値は制限範囲の５．０を超えない。このため、動き
ベクトルの制限範囲を超す場合つまり中間値による予測
値が制限範囲外にある場合が発生するが、これは、ブロ
ック２のＭＶをＭＶCurrentBlock（該当ブロックの動き
ベクトル）と、ブロック２のＭＶ１をＭＶ
InsideMBPrediction（境界内の動きベクトル予測値）
と、ブロック２の中間値の予測値の中間値（ＭＶ１、Ｍ
Ｖ２、ＭＶ３）をＭＶMedianPredictionと定義する場合
に、図３に示すように、ＭＶMe dianPredictionが制限範
囲を超し、隣接の点に位置する場合を示す。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】境界内にある４つの各
ブロックに該当する動きベクトルの構成は、隣接の３つ
の候補動きベクトル中間値を予測値として差成分（ＭＶ
Ｄｘ、ＭＶＤｙ）（ＭＶＤ： Motion Vector Different
ial)を符号化する、従来の技術の動画像の動きベクトル
の符号化方法においては、動きベクトルの制限範囲を超
す場合つまり中間値による予測値が制限範囲外にある場
合が発生してビット量の損失をもたらす問題点があっ
た。本発明は、上記の従来の技術の動画像の動きベクト
ルの符号化方法の問題を解決するためになされたもの
で、動画像の符号化過程で全体ビット率を減少させるの
に適した動画像の動きベクトルの符号化方法を提供する
ことを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】動画像の符号化過程で全
体ビット率を減少させるに適した本発明の動画像の動き
ベクトルの符号化方法は、マクロブロックに対する探索
モードが８×８モードと選択されると、該当マクロブロ
ックを構成する４つの８×８ブロックで１番目のブロッ
ク（ブロック１）の動きベクトル予測候補を探索する段
階と、該当８×８ブロックの第１、２、３の動きベクト
ル予測候補の探索が完了すると、順次的にブロック２、
ブロック３、ブロック４の各々の第１、２、３の動きベ
クトル予測候補を探索する段階と、一番目の８×８ブロ
ックの動きベクトル中間予測値（Ｍ
ＶMedianPrediction）が動きベクトルの境界内にあるか
否かを比較して、境界内にある場合には、動きベクトル
中間予測値を該当８×８ブロックを符号化するための予
測値に決定する段階と、前記判断段階で動きベクトル中
間予測値が境界内にない場合には、選択的に第１、２、
３の動きベクトル予測候補のうち境界内にある予測候補
のベクトル値或いは動きベクトル中間予測値を該当８×
８ブロックを符号化するための予測値（ＰＭＶ）として
決定する段階と、動きベクトル中間予測値が境界内にあ
るか否かを判断して予測値を決定する段階を該当マクロ
ブロックの全体の８×８ブロックに対して繰り返し行う
段階と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき本発明の
動画像の動きベクトルの符号化方法について詳細に説明
する。図４は、本発明の動きベクトルの符号化過程を示
すフローチャートであり、図５〜図８は、本発明の動き
ベクトルの符号化によるビット率の変化を示す結果テー
ブルである。動きベクトルの制限範囲を超す場合つまり
中間値による予測値が制限範囲外にある場合において、
ＭＶCurrentBlockが制限範囲内で均一な確率分布を有す
ると見なし、ＭＶMedianPrediction或いはＭＶ
InsideMBPredictionが予測対象として使用されるに際し
て発生するビット量の期待値は以下の通りである。 ビット量の期待値Ｅ（Ｒ（ＭＶCurrentBlock−ＭＶMedianPrediction）） ＝（Ｒ（０．５）＋Ｒ（１．０）＋Ｒ（１．５）＋Ｒ（２．０）＋ Ｒ（２．５）＋Ｒ（３．０）＋ ．．． ＋ Ｒ（１０．５））／２１ ＝（３＋４＋５＋７＋３*１０＋１１*１１）／２１＝１９４／２１ ＝９．２３８ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝１であるとき）、 （２*４＋２*５＋２*６＋２*８＋６*９＋６*１１＋１２）／２１ ＝１７８／２１＝８．４７６ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝２であるとき） （４*５＋４*６＋４*７＋４*９＋５*１０）／２１＝１５４／２１ ＝７．３３３ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝３であるとき） ビット量の期待値Ｅ（Ｒ（ＭＶＣｕｒｒｅｎｔＢｌｏｃｋ−ＭＶＩｎｓｉｄｅ ＭＢＰｒｅｄｉｃｔｉｏｎ）） ＝（Ｒ（０）＋２*（Ｒ（０．５）＋Ｒ（１．０）＋Ｒ（１．５）＋ ．．． ＋Ｒ（５．０）））／２１ ＝（１＋２*（３＋４＋５＋７＋３*８＋３*１０））／２１＝１４７／２１ ＝７ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝１であるとき）、 （１＋２*（２*４＋２*５＋２*６＋２*８＋２*９））／２１ ＝１２９／２１＝ ６．１４３ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝２であるとき） （１＋２*（４*５＋４*６＋２*７））／２１＝１１７／２１ ＝５．５７１ （ｆ＿ｃｏｄｅ＝３であるとき）である。 ここで、Ｒ（ＭＶＤ）はＭＶＤに対して発生されるビッ
ト量を示す。確率的には、ＭＶMedianPredictionが動き
ベクトルの境界を超すと、全てのｆ＿ｃｏｄｅに対して
各成分当たりほぼ２ビット程度のビット量が増加するの
が分かる。
【０００９】本発明は、このようにＭＶ
MedianPredictionが動きベクトルの境界を超す場合に発
生するビット量の増加を防ぐためのものであり、中間値
予測対象として使われるＭＶMedianPredictionが規定の
境界から外れる場合には選択的にＭＶInside
MBPredictionを予測値として使用するものである。すな
わち、ブロック２（規定の境界から外れる場合）に対す
る動きベクトル予測値（ＰＭＶ）の選択部分を以下のよ
うに変更するものである。 ＰＭＶ ＝ 中間値（ＭＶ１、 ＭＶ２、 ＭＶ３） ｉｆ （ＡＢＳ（ＰＭＶ−ＭＶ１）＞ＴＨＲ）ＰＭＶ＝
ＭＶ１ ここで、ＴＨＲは８×８モードでの実際の動きベクトル
の制限範囲を示す。ＴＨＲの最大値は５．０である。そ
して、前記モーション予測候補が規定の境界を外れる場
合は、現在のＭＰＥＧ−４で２番目の８×８ブロック
（図２ｂ）の場合が多い。ゆえに、本発明の実施の形態
ではブロック２の場合にのみ上記のようなＴＨＲと比較
するアルゴリズムに適用する。
【００１０】以下、このような原理を用いた本発明の動
画像の動きベクトルの符号化方法について図４を参照し
て説明する。図４は、本発明の動きベクトルの符号化の
実施の形態を示すフローチャートである。まず、動きベ
クトルの符号化のためのマクロブロックに対する探索モ
ードを８×８モードと選択する（４０１Ｓ）。次いで、
該当マクロブロックを構成する４つの８×８ブロックで
一番目のブロック（ブロック１）の動きベクトル予測候
補を探索する（４０２Ｓ）。該当８×８ブロックの第
１、２、３の動きベクトル予測候補の探索が終わったか
否かを判断し（４０３Ｓ）、ブロック１の動きベクトル
予測候補の探索が終わった場合には、順次にブロック
２、ブロック３、ブロック４のそれぞれの第１、２、３
の動きベクトル予測候補（ＭＶ１）（ＭＶ２）（ＭＶ
３）の探索を行う（４０４Ｓ）。次いで、一番目の８×
８ブロックの動きベクトル中間予測値(ＭＶ
MedianPrediction）が動きベクトルの境界内にあるか否
かを比較する（４０５Ｓ）。
【００１１】前記４０５Ｓの比較で動きベクトル中間予
測値が境界内にあるか否かを判断し（４０６Ｓ）、境界
内にある場合には、動きベクトル中間予測値を該８×８
ブロックを符号化するための予測値に決定する（４０７
Ｓ）。前記判断段階で動きベクトル中間予測値が境界内
に無い場合には、動きベクトル中間値−境界内にある予
測候補のベクトル値の絶対値を設定されたスレショルド
値（ＴＨＲ）と比較する（４０８Ｓ）。比較の結果、設
定されたＴＨＲが大きかったら、第１、２、３の動きベ
クトル予測候補のうち、境界内にある予測候補のベクト
ル値を該当８×８ブロックを符号化するための予測値に
決定する（４０９Ｓ）。比較の結果、設定されたＴＨＲ
が小さかったら、動きベクトル中間予測値を該当８×８
ブロックを符号化するための予測値に決定する（４０７
Ｓ）。上記のような動きベクトル中間予測値が境界内に
あるか否かを判断し、設定されたＴＨＲと比較して予測
値を決定する段階を、該当マクロブロックの全体の８×
８ブロックに対して繰り返す（４１０Ｓ）。
【００１２】このようにして予測値が決定されると、全
体動きベクトルでの予測値の差成分が符号化される。か
かる本発明の動画像の動きベクトルの符号化方法は、８
×８モードと選択される場合、ＭＶMedianPredictionが
動きベクトルの境界を超す場合に発生するビット量の増
加を防ぐためのものであり、中間値予測対象として使わ
れるＭＶMedianPredictionが規定のＴＨＲを外れる場合
にはＭＶInsideMBPred ictionを予測値として使用するこ
とにより符号化時のビット量の増加を抑制するものであ
る。
【００１３】かかる本発明の動きベクトルの符号化技術
を用いた実施の形態を以下に説明する。本発明の動きベ
クトルの符号化技術を用いて実際の動きベクトルの符号
化を施した時のビット量を示す、その実施の条件は以下
の通りである。一つ、量子化パラメーター（ＱＰ）は各
シーケンスに対して同値に固定され、スキップされたマ
クロブロックの動きベクトルは計算量に含まれない。二
つ、拡張予測モードでシーケンス・レゾリューション・
フォーマットはＱＣＩＰ(Quarter Common Intermediate
Format)（１７６×１４４）、フレーム率は１０Ｈｚ
（３００フレーム）である。三つ、ｆ＿ｃｏｄｅ＝１
（ＭＶ探索領域：−１６．０〜＋１５．５）、そして符
号化技法は Ｎｏ ｓｈａｐｅ ｃｏｄｉｎｇ (rectang
ular)とする。
【００１４】図５、図６のテーブルは、本発明の予測値
の決定に基づいて境界を外れる動きベクトル予測値を有
するブロック（ＭＶＤ２）を符号化する場合の結果を示
し（図５はＱＰ＝１０、図６はＱＰ＝２０）、図７、図
８は全体の動きベクトルを符号化する場合の結果を示す
（図７はＱＰ＝１０、図８はＱＰ＝２０）。その結果を
見れば、ＭＰＥＧ−４ビデオＶＭ５．０よりも効率よく
動きベクトルの符号化が行われる（ビット量の増加の抑
制）のが分かる。これは、動きベクトルの符号化の効率
性を高めてＶＭ６．０に適用可能であるのを示すことで
ある。
【００１５】
【発明の効果】中間値予測対象として使用されるＭＶ
MedianPredictionが規定の境界から外れる場合には選択
的にＭＶInsideMBPredictionを予測値として使用する本
発明の請求項１は、動きベクトルの符号化時に、ビット
量の増加を防いでより一層効率的な符号化が行われるよ
うにする効果がある。請求項２、４は、動きベクトル中
間値が規定の境界から外れる場合には、設定されたＴＨ
Ｒと比較して、境界内にある予測候補のベクトル値或い
は動きベクトル中間予測値を該当８×８ブロックを符号
化するための予測値に決定するので、符号化効率を高め
る効果がある。請求項３、５は、ＴＨＲを最大５．０と
して、動きベクトル探索範囲をＭＰＥＧ−４で制限する
探索範囲内にあるようにすることで、適用性を高める効
果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 一般的な８×８モードでの動きベクトルの予
測制限範囲を示すマトリックス。
【図２】 ８×８モードでの動きベクトルの予測候補を
示す構成図。
【図３】 動きベクトル中間値の予測において、制限範
囲を超す場合の例を示す構成図。
【図４】 本発明の動きベクトルの符号化過程を示すフ
ローチャート。
【図５】 本発明の動きベクトルの符号化によるビット
率の変化を示す結果テーブル。
【図６】 本発明の動きベクトルの符号化によるビット
率の変化を示す結果テーブル。
【図７】 本発明の動きベクトルの符号化によるビット
率の変化を示す結果テーブル。
【図８】 本発明の動きベクトルの符号化によるビット
率の変化を示す結果テーブル。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン・ビョム・ラ 大韓民国・デジョン−シ・ユション−ク・ ドリョ−ドン・383−２・カハクギスルオ ン ギョス アパートメント・３−104

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マクロブロックに対する探索モードが８
    ×８モードと選択し、該当マクロブロックを構成する４
    つの８×８ブロックで１番目のブロック（ブロック１）
    の動きベクトル予測候補を探索する段階と、 該当ブロック１の第１、２、３の動きベクトル予測候補
    （ＭＶ１）（ＭＶ２）（ＭＶ３）の探索が完了すると、
    順次的にブロック２、ブロック３、ブロック４の各々の
    第１、２、３の動きベクトル予測候補を探索する段階
    と、 ブロック１の動きベクトル中間予測値（ＭＶ
    MedianPrediction）が動きベクトルの境界内にあるか否
    かを比較し、境界内にある場合には、動きベクトル中間
    予測値を該当ブロック１を符号化するための予測値とし
    て決定する段階と、 前記判断段階で動きベクトル中間予測値が境界内にない
    場合には、選択的に第１、２、３の動きベクトル予測候
    補のうち境界内にある予測候補のベクトル値或いは動き
    ベクトル中間予測値をブロック１を符号化するための予
    測値（ＰＭＶ）として決定する段階と、 前記動きベクトル中間予測値が境界内にあるか否かを判
    断して予測値を決定する段階を、該当マクロブロックの
    全体の８×８ブロックに対して繰り返し行う段階と、を
    備えることを特徴とする動画像の動きベクトルの符号化
    方法。
  2. 【請求項２】 動きベクトル中間予測値が境界内に無
    い場合には、動きベクトル予測値（ＰＭＶ）の決定は、
    動きベクトル中間値−境界内にある予測候補のベクトル
    値の絶対値を設定されたスレショルド値（ＴＨＲ）と比
    較して、ＴＨＲが小さかったら第１、２、３の動きベク
    トル予測候補のうち境界内にある予測候補のベクトル値
    を該当８×８ブロックを符号化するための予測値として
    決定することを特徴とする請求項１に記載の動画像の動
    きベクトルの符号化方法。
  3. 【請求項３】 動きベクトルの制限範囲（ＴＨＲ）の
    最大値は５．０であることを特徴とする請求項２に記載
    の動画像の動きベクトルの符号化方法。
  4. 【請求項４】 動きベクトル中間予測値が境界内に無
    い場合には、動きベクトル予測値（ＰＭＶ）の決定は、
    動きベクトル中間値−境界内にある予測候補のベクトル
    値の絶対値を設定されたスレショルド値（ＴＨＲ）と比
    較して、ＴＨＲが大きかったら動きベクトル中間予測値
    を該当８×８ブロックを符号化するための予測値として
    決定することを特徴とする請求項１に記載の動画像の動
    きベクトルの符号化方法。
  5. 【請求項５】 動きベクトルの制限範囲（ＴＨＲ）の
    最大値は５．０であることを特徴とする請求項４に記載
    の動画像の動きベクトルの符号化方法。
  6. 【請求項６】 動きベクトル中間値−境界内にある予
    測候補のベクトル値の絶対値を設定されたスレショルド
    値（ＴＨＲ）と比較してＴＨＲが小さい場合は、ＭＰＥ
    Ｇ−４の動きベクトル予測候補探索アルゴリズムに応じ
    て該当マクロブロックにおいて２番目に探索される８×
    ８ブロック（ブロック２）であることを特徴とする請求
    項１に記載の動画像の動きベクトルの符号化方法。
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