JPS60158786A - 画像動き量検出方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明はテレビジョン等における動画像の動き。

量検出の方式に係り、特に、バードウェア化が容易であ
る勾配法の特長を生かしつつ同一画素プロツクにつき同
方式を反復して用いる事により動き量検出の精度を向上
させる方式に関し、例えば動画像信号の動き補゛償フン
ーム間高能率符号化方式や動画像のフ−リエ変換等に適
用する事ができる。

（背景技術） 動画像信号の符号化、特に動き補償を用いたフレーム間
高能率符号化方式に関する研尭がさかんに行なわれてお
り、このために、動き量の検出が重要な役割を担ってい
る。

従来から、動き量検出の方式としては（１）フーリエ変
換を用いた方式、（２）相互相関係数を最大にする偏位
を動き量とする方式、（３）フレーム（フィールド）間
差分を最小にする偏位を動き量とするマツチング法、（
４）画像信号の空間的勾配どヅレーム。

（フィールド）間差分の関係から動き量をめる勾配法等
が提案されていた。このうち方法（１）〜（３）は動き
量検出のための計算量から評価するとノ・−ドウエアに
よる実現に際し若干の問題があり、方式（４）は計算量
は少なくハードウェアにより実現しやすいが動き量検出
の精度と特性の面で問題がある。

次に上記勾配法について説明しこの方式の欠点について
述べる。゛ 今、画側Ｉ（ｚ、ｙ）が１フレ一ム時間に動きベクトル
σ＝（α、ｈ）だけ移動してＩ（ｚ−α、ｘ−ｈ）とな
ったとする。σが小さいとして、■をテーラ−展開し、
１次項までめると次式が得られる。

α−＋ｂ−＝−ｄ（ｘ、ｙ）　・・・（１）θＸ　θｙ ここでｄ（Ｓｃ、ｙ）はフレーム間差分である。式（１
）は次のように書ける。

ａ−ｇｒａｄＩ＝−ｄｃｘ＋ｙ）　−ｆ２１上式を画素
ブロックにつき、二乗誤差最小の条件の下で動きベクト
ルσの成分α、ｂについて解く以下の式が得られる。

α＝−Σ△８、△Ｔ／Σ△ｘ２　・・・（３）ｂ＝−Σ
△工△Ｔ／Σ△Ｙ２　・・・（４）但し、△Ｘ、△Ｙ、
△ＴはそれぞれθＩ／θｘ、ａＩｌθｙ。

ｄ（、ｚ、ｙ）を表わし、また通常成立する次式な゛仮
定した。

Σ△８△Ｙ＝ｏ　・・・（５） 式（３）　、　（４）はさらに次のように近似できる。

α＝−Σ△７ｓｉｇｎ（△ｘ）／Σ１△ｘｌ　−（６）
ｂ＝−Σ△Ｔｓｉｇｎ（△Ｙ）／Σ１△Ｙ１　・・・（
カ一般に勾配法では式（６）　、　（７）から加算及び
符号演算のみにより動き量の検出を行なうため、ノ・−
ドウエアによる実現が容易である。

ところが、動きベクトルσが小さいという式（１）の前
提条件、式（５ンの仮定及び式＋６）　、　（７）にお
ける近似等により、式（６）　、　（７）を用いる勾配
法は一般に大きな動き量に対しては検出精度が大きく劣
化する。

また検出に用いる画素ブロックの大きさによっても検出
精度が変化し、ブロックが大きくなるに従い特徴ある検
出部分が捕えやす（なり、かつブロックの大きさに対す
る相対的な動き量が小さくなるため、検出精度が向上す
る。逆にブロックが小さくなる程検出精度は低下してし
まう。

従って大きな動き量に対する検出の精度を改善するため
には、極端に大きなブロックを用いなければならず、こ
のため細かな動きに対する追従性が劣化すると共に勾配
法が本来持っている計算の容易性が失なわれる結果とな
る。

（発明の課題） 本発明は以上の勾配法の欠点を勾配性本来の有する特長
を生かしながら改善するものであり、ハードウェアによ
る実現が容易で精度と特性の良好な動き量検出方式を提
供する事を目的とする。

本発明の特徴はひとつの画素ブロックに関し、最初に勾
配法により得られた動き量ベクトルυを用いて前フレー
ム内−Ｃ９−υだけ偏位し−たブロックを切り出し、現
ブロックとこの切り出しパブロックの間で再び勾配法を
用いて動き量をめ、この動き量が一定値以下に収束する
まで以下同様の手順を繰返す事により動き量検出の誤差
及び偏差を減少させるものである。

（発明の構成及び作用） 以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。−第１図
は本発萌の原理を示す図である。本発明においては、ま
ず現在のフィールドめ内のブロックＢ及び前々フィール
ドＦノー２の同位置にあるブロックＢ’ｌを用いて前述
の勾配法により動き量の１次推定量υ１　をめるぐＥｌ
）。さらにこの得られた推定動き量υ１“を用いて、−
ｖｌだけ偏位した前々フィールドＦｊ−２内のブロック
Ｂ’２を切り出しブロックＢ及びＢ１０を用いて、再び
勾配法により動き量の２次推定量ｖ２を計算する（Ｅ２
）。

以下、同様の手順を繰返す事により高次°の推定量をめ
る。結果として最終的な推定量Ｖは次式により与えられ
る。

υ＝ｖｌ十υ２＋ｖ３＋・・・・・・　・・・（８）一
般の勾配法は上式において２次以上の項を省略したもの
に等しい。

繰返しの停止判定条件は式（８）におけるｖｉ（ｉ＝１
、２．３・・・・・・）を用いて次式により行なう。・
１１υ２１１〈ε　・・・（９） 但しＩＩ　ＩＩはベクトルの絶対値を表わし、εは十分
小さいと思われる定数である。そして式（９）が成立す
る反復回数を番目において繰返しを停止する。

動き量の最小単位を隣接画素間距離とすれ螺反復停止条
件は次式で与えられる。

ｌυ輸１＜：０．５カツｌυＬｙ’ｌ＜Ｏ−５・−（ｔ
ｏ）但しυＬ工、υうは式（８）におけるｖｉの水平、
垂直成分である。もちろん何回反復を行なっても判定条
件を満さなσても考えられるので適当な上限回数をもっ
て反復を停止させる必要がある。

上記説明においては繰返しの最初の、勾配法に現フィー
ルド乃のブロックＢと同位置にある前々フィールドＦ）
’−２のブロックＢ’ｌを用いたが、本発明はこれに限
らず反復の最初から隣接ブロックで前もって得られてい
る推定部分だけ偏位したブロックを用いる事が可能であ
る。隣接ブロックとして同一フレーム内の隣接ブロック
における検出動き量ないし前フレーム内の同位置のプ西
ツクにおける検出動き量等を用いる事が考えられ、これ
により動き量検出の精度が若干向上すると同時に反復回
数が低減する。

また上記説明においては勾配法を現フレームと前フレー
ムの間に適用したが、本預明はこれに限・らず現フイー
ルドＦノと前フィールドＦノー１の間に適用する事も可
能である。

次に以上のような方法による動き量検出のための装置の
実施例を、第２図に示す。図にお℃・て１＆家バツフア
メモリ、２は勾配法による動き量計算器、３はフレーム
メモリ、４はメモリアクセスコントローラ、５はシフト
レジスタ、６は動き量論算器、７は収束判定器、８は画
像信号入力、９をまフ゛ロックアドレス入力、１０は動
き量ベクトル出力である。

なお点線は制御信号の流れ、実線は動き量の流・れ、太
矢線（２重矢線）は画像信号の流れを示す。以下にこの
装置の動作について説明する。

まず、反復の最初の偏位量として零を用−・る場合につ
いて説明する。前ブロックにおける動き量検出が終了す
ると、動き量論算器６の内容＋−ｉ収束判定器により零
とされる。次にスイツ、チ、８２カを閉じられ、メモリ
アクセスコントローラ４に動き量として零が入力される
。メモリアクセスコントローラ４では、この動き量と入
力ブロックアドレスより計算される位置情報から切り出
すべき前フレーム内ブロックを決定し、その内容を勾配
法による動き量計算器２へ送る。動き量計算器６では、
入力画像信号である現フレーム内ブロックとこのフレー
ムメモリ３からのブロックの間の動き量を計算し、その
計算結果である動き量を動き量論算器６と収束判定器７
へ送る。動き量論算器６は入力される動き量を順次加算
してゆ（。収束判定器７は動き量計算器６より出力され
る動き量が一定値以下であるかを判断し、これが一定値
以下の場合にはＳｌを閉じて、動き量論算器６の内容を
最終検出動き量として出力し、次に動き量論算器６の内
容を零として現ブロックにおける動き量検出を終了する
。また動き量計算器６の内容が一定値を越える場合には
Ｓ２を閉じて動き量論算器６の内容をメモリアクセスコ
ントローラ４へ伝えて、以下同様の手順を繰り返す。

以上の手順を一定回数繰返しても収束しない場合には収
束判定器７は強制的に反復を終了させ次のブロックの動
き量検出へ移行する。

以上は反復の初期偏位量を零とした場合でこの、時には
図中の８３及びシフトレジスタ５は不要である。反復の
初期偏位量として前述のような検出量を用いる場合には
、シフトレジスタ５を設げ、過去の動き量を記憶し・て
おきこれを動き量検出開始時に８３を用いて動き量論算
器６に入力してやればよい。即ち、収束判定器７は動き
量論算器６の内容を零とするかわりにシフト・レジスタ
５の出力を入力してやることになる。シフトレジスタ５
の各単位は動き量を記憶するだけであるので通常１０ビ
ット程度で十分である。、また初期偏位量と化て前フレ
ーム内の同位置のブロックにおける検出動き量を用いる
場合でもシフトレジスタ５は１フレーム内に存在するブ
ロック数だけあればよく、十分安全側の計算としてシフ
トレジスタ５の各単位を２バイト、１フレーム内に存在
するプロプ・り数な２万個としてもシフトレジスタ５．
の、大きさは高々４０にバイトであり、また速度もブロ
ック単位の速度しか要求されないため、実装上の問題は
ない。

勾配法による動き量計算器２としては、正負判定器と数
個の加算器および少数の割算器より成る従来より提案さ
れている簡単な構成のものが使用できる。但し本発明で
は反復を行なうため、動き量計算器２の速度は従来の数
倍程度のものが必要であるが実時間演算上の問題とはな
らない。

（発明の効果） 以上述べたごとく本発明によって、ハードウェアによる
実現が容易でかつ動き量検出の精度及び特性が従来の勾
配法に比べ大幅に改善され、他の計算量の大きな動き検
出法と比べても遜色のない特性を持つ動き量検出方式が
提供でき、特に動き量が大きい場合又はブロックの大き
い場合に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明する図、゛第２図は本発明
の方式による画像の動き量検出装置の実施例をポスブロ
ック図である。 １・・・バッファメモリ、２・・・勾配法による動き量
計算機、３・・・フレームメモリ、４・・・メモリナク
〜セスコン：トローラ、５・・・シフトレジスタ、６・
・・動き量論算器、７・・・収束判定器、８・・・画像
信号入力、９・・・ブロックアドレス入力、１０・・・
動き量ベクトル出力。 特許出願−人 国際電信電話株式会社 特許出願代理人 弁理士　山　本　恵　−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 画像信号の現フレーム内での信号の平面的な勾配と該現
   フレームと前フレームとの差分信号の関係から画素ブロ
   ックの動き量を検出する勾配法による動き量検出方式に
   おいて、画素ブロックに最初に適用された勾配法で検出
   された第１の動き量だけ逆に偏位した前フレーム内の画
   素ブロックと現画素ブロックとに再び前記勾配法を適用
   して第２の動き量を検出するごとく画素プロン〉に勾配
   法を反復適用し、画素ブロックの動き量を各勾配法でめ
   られる動き量の総和として与′える事を特徴とする画像
   動き量検出方式。