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JP3038935B2 - 動き検出装置 - Google Patents

動き検出装置

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JP3038935B2
JP3038935B2 JP3014310A JP1431091A JP3038935B2 JP 3038935 B2 JP3038935 B2 JP 3038935B2 JP 3014310 A JP3014310 A JP 3014310A JP 1431091 A JP1431091 A JP 1431091A JP 3038935 B2 JP3038935 B2 JP 3038935B2
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Japan
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光晴 大木
勝治 五十嵐
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Sony Corp
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    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51Motion estimation or motion compensation
    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T7/00Image analysis
    • G06T7/20Analysis of motion
    • G06T7/223Analysis of motion using block-matching
    • G06T7/231Analysis of motion using block-matching using full search
    • GPHYSICS
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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Image Analysis (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば動画像データの
高能率符号化で、動きベクトルの検出等に用いられる動
き検出装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば動画像データの高能率符号化で動
きベクトルの検出等を行う場合に、例えばフルサーチ・
ブロックマッチングによる検出を行う場合には、所定画
素数にて構成された捜索範囲内の画素とそれより小なる
画素数にて構成される基準データブロック内の画素とを
その配列状態に基づいて比較する動き検出装置が用いら
れる。このような動き検出装置において、通常の1画素
(ペル)精度の動きを検出した後、さらに求まったベク
トルの周囲8方向に対して補間(2点の平均値)する事
により、それぞれ0.5ペルシフトした予測画像を得、
それらの予測画像の中で原画像(基準データブロック)
との残差が最小となるベクトルを求めること(ハーフペ
ル精度の動き検出)が行われている。
【0003】すなわち例えば基準データブロックが4×
4の場合について、1ペル精度の動き検出をして、まず
図6に示すような動きベクトルが求まったとする。ここ
でこのときの残差をSとすると、 S=|A7 −a14|+|A8 −a15|+・・・+|A28−a35| となる。ただしai は同図のBに示すような基準データ
ブロックの16個の画素、Ai は同図のAに示すように
捜索範囲の1ペル精度で動き検出をした基準データブロ
ックに対応する16個の画素である。
【0004】これに対してハーフペル(0.5ペル)の
精度で動きを検出するには、図7に示すように上述の1
6個のAi より一回り大きめの捜索範囲の画素(6×6
個のデータ)を使用して、次の数1を計算して最小とな
るsum(・,・)を捜し出せば良い。
【0005】
【数1】
【0006】しかしながら従来ハーフペル精度の動き検
出を行う場合に、数1をこのまま実行しようとすると、
式中に表われる各AI +AJ を計算しなければならず、
また「(AI +AJ )/2」と「aK 」との対応が複雑
であり、容易には計算することができないものであっ
た。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、従来ハーフペル精度の動き検出を行う場合に、計
算が複雑で、容易には実行できないというものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は、所定画素数に
て構成された捜索範囲内の画素と上記所定画素数より小
なる画素数にて構成される基準データブロック内の画素
とをその配列状態に基づいて比較する際、上記捜索範囲
内で上記ブロックが取りうる画素同士の対応状態毎に上
記ブロック内の各画素と上記捜索範囲内の対応画素との
差分絶対値の和を演算する演算手段を有し、上記捜索範
囲内の各画素は予め上記演算手段に入力される時刻を設
定されるようになし、上記時刻に基づいて上記捜索範囲
内の画素を上記演算手段に入力して、順次対応する上記
基準データブロック内の画素と上記演算を行うようにな
す動き検出装置であって、上記捜索範囲内で1画素以下
の動き状態を検出する際、隣接する画素(入力端子1)
間の平均値と上記ブロック内の画素(入力端子5)とを
比較するようになし、上記ブロック内の画素との各対応
状態毎に上記差分絶対値の和を得る(加算器4a〜4
h、減算器6、絶対値化回路7a〜7h、累加算回路8
a〜8h)ようになし、上記各対応状態間での共通する
演算(減算器6)を先行して行うようになすことを特徴
とする動き検出装置である。
【0009】
【作用】これによれば、各対応状態間での共通する演算
を先行して行うようになすことによって計算が簡略化さ
れるので、簡単な装置構成でハーフペル精度の動き検出
を行うことができる。
【0010】
【実施例】ところで上述の数1において、sum(0,
0)を除く8つの式の内、共通項をくくり出す事によっ
て加算回数を減らす事ができる。また入力順を適切に操
作する事によって「(AI +AJ )/2」と「aK 」と
の対応も簡単になり、装置の回路規模を小さくすること
ができる。すなわち本願においては、上述の数1を次の
数2のように変形する。
【0011】
【数2】
【0012】この数2において、〔(A7 /2)−
14〕、〔(A8 /2)−a15〕、・・・、〔(A28
2)−a35〕は、8つの式に共通であり、これらの減算
は一度計算してしまえば、8つの式にその値を使用で
き、加減算の回数を減らすことができる。
【0013】図1は装置の構成を示す。この図におい
て、入力端子1には上述のAのデータが供給される。こ
のデータが1ビットシフト(2)されて値が1/2にさ
れる。この1/2にされた値が直列に接続されたレジス
タ3a〜3nに供給される。そしてこの1/2にされた
値と、レジスタ3a、3b、3f、3h、3l、3m、
3nの出力がそれぞれ加算器4a〜4hに供給される。
【0014】一方、入力端子5には上述のaのデータが
供給される。この入力端子5のデータが減算器6に供給
されると共に、レジスタ3gの出力が減算器6に供給さ
れ、この値から入力端子5に供給されるaのデータが減
算される。この減算器6からの減算出力が加算器4a〜
4hに供給される。さらに加算器4a〜4hからの加算
出力がそれぞれ絶対値化回路7a〜7hを介して累加算
回路8a〜8hに供給される。また累加算回路8a〜8
hには端子9からのイネーブル制御信号が供給される。
【0015】さらに入力端子10には上述の1ペル精度
の動き検出で求まった動きベクトルの残差Sが供給され
る。そしてこの入力端子10からの残差Sの値と、累加
算回路8a〜8hからの加算出力が比較回路11に供給
され、最小となる値が検出されて、ハーフペル精度の動
きベクトルが出力端子12に取り出される。
【0016】そしてこの装置において、入力端子1には
iサイクル目にAiのデータが入力され、入力端子5に
はiサイクル目にai のデータが入力される。ただしA
i は上述の図7の捜索範囲(6×6)の画素、ai は上
述の図6のBに示す基準データブロックの16個の画素
であって、i=0,1,2,・・・35である。なおa
0 〜a13、a18、a19、a24、a25、a30、a31は図6
のBに示されていないが、これらに対応する0〜13、
18、19、24、25、30、31サイクル目には、
入力端子5にはダミーデータが入力される。
【0017】従ってこの装置において、データの入力が
開始されて14サイクル目にレジスタ3gの出力には
「入力端子1に入力された値が1/2倍されて7サイク
ル遅延された値」すなわち「A7 /2」が取り出され、
同時に入力端子5には「a14」のデータが入力される。
これによって減算器6では〔(A7 /2)−a14〕が計
算される。またこの時、レジスタ3nの出力には「入力
端子1に入力された値が1/2倍されて14サイクル遅
延された値」すなわち「A0 /2」が取り出されてい
る。これによって加算器4hでは〔(A0 /2)+
{(A7 /2)−a14}〕が計算され、絶対値化回路7
hで〔|(A0 /2)+{(A7 /2)−a14}|〕の
ように絶対値化されて、累加算回路8hに入力される。
【0018】同様にして、減算器6で計算された〔(A
7 /2)−a14〕の値は、加算器4a〜4gにも入力さ
れているので、それぞれ〔(A14/2)+{(A7
2)−a14}〕、〔(A13/2)+{(A7 /2)−a
14}〕、〔(A12/2)+{(A7 /2)−a14}〕、
〔(A8 /2)+{(A7 /2)−a14}〕、〔(A6
/2)+{(A7 /2)−a14}〕、〔(A2 /2)+
{(A7 /2)−a14}〕、〔(A1 /2)+{(A7
/2)−a14}〕が計算される。さらにこれらの値が絶
対値化回路7a〜7gで絶対値化されて、累加算回路8
a〜8gに入力される。すなわち以上をまとめると、1
4サイクル目において数2の右辺の第1項の値〔(A*
/2)+{(A7 /2)−a14}〕(ただし*=0、
1、2、6、8、12、13、14)が累加算回路8a
〜8hにそれぞれ入力されるものである。
【0019】さらに15〜17サイクル目において、例
えば累加算回路8hには〔(A1 /2)+{(A8
2)−a15}=「数2のsum(−0.5,−0.5)
の右辺の第2項」〕、〔(A2 /2)+{(A9 /2)
−a16}=「数2のsum(−0.5,−0.5)の右
辺の第3項(数2では・・・で省略されている)」〕、
〔(A3 /2)+{(A10/2)−a17}=「数2のs
um(−0.5,−0.5)の右辺の第4項(数2では
・・・で省略されている)」〕がそれぞれ入力されて累
加算される。
【0020】これに対して18、19サイクル目におい
て、累加算回路8hには〔(A4 /2)+{(A11
2)−a18}〕、〔(A5 /2)+{(A12/2)−a
19}〕が入力されるが、これらは数2のsum(−0.
5,−0.5)の右辺には表れない値である。そこでこ
れらのサイクルでは端子9からのイネーブル制御信号を
ロー(オフ)にして、これらの不用なデータが累加算さ
れないようにする。なおa18、a19はダミーデータであ
る。
【0021】以下、20〜23サイクル目においては、
「数2のsum(−0.5,−0.5)の右辺の第5〜
8項」の値が入力されてこれらの値がそれまでの累加算
結果に累加算される。24、25サイクル目において
は、不用なデータが入力されるので端子9からのイネー
ブル制御信号をロー(オフ)にして、これらの不用なデ
ータが累加算されないようにする。さらに26〜29サ
イクル目においては、「数2のsum(−0.5,−
0.5)の右辺の第9〜12項」の値が入力されてこれ
らの値がそれまでの累加算結果に累加算される。30、
31サイクル目においては、不用なデータが入力される
ので端子9からのイネーブル制御信号をロー(オフ)に
して、これらの不用なデータが累加算されないようにす
る。そして32〜35サイクル目においては、「数2の
sum(−0.5,−0.5)の右辺の第13〜16
(最終)項」の値が入力されてこれらの値がそれまでの
累加算結果に累加算される。これによって累加算回路8
hには、35サイクル目の終了時にsum(−0.5,
−0.5)の値が形成される。
【0022】すなわち上述の装置において、14〜35
サイクルの間にレジスタ3nからは、入力端子1に入力
されたデータ中の図2に矢印で示すA0 〜A21の値が1
/2倍されて出力され、累加算回路8hではこの内の斜
線部分の値によって sum(−0.5,−0.5)=Σ|(AI /2)+{(AJ /2)−aK }| ただしI、J、Kは式中に表れる16項の値が累算され
る。なおA4 、A5 、A10、A11、A16、A17(18、
19、24、25、30、31サイクル目)の値はイネ
ーブル制御信号がロー(オフ)にされることによって加
算されない。
【0023】また14〜35サイクルの間にレジスタ3
mからは、入力端子1に入力されたデータ中の図3に矢
印で示すA1 〜A22の値が1/2倍されて出力され、累
加算回路8gではこの内の斜線部分の値によって sum(−0.5,0)=Σ|(AI /2)+{(AJ /2)−aK }| ただしI、J、Kは式中に表れる16項の値が累算され
る。なおA5 、A6 、A11、A12、A17、A18(18、
19、24、25、30、31サイクル目)の値はイネ
ーブル制御信号がロー(オフ)にされることによって加
算されない。
【0024】さらに他の値についても、同様にして累加
算回路8a〜8fで計算が行われる。なお全体のタイム
チャートは図4に示すようになる。ここでアは入力端子
1に入力される値、イ〜コはレジスタ3n、3m、3
l、3h、3g、3f、3b、3a及びAのデータが1
/2にされた値、サは入力端子5に入力される値、シは
入力端子9に入力されるイネーブル制御信号である。
【0025】そして8つの累加算回路8a〜8hでのs
um(・,・)の計算の終了と同時に、入力端子10か
らsum(0,0)=Sの値が入力され、これらの9つ
の値が比較回路11で比較され、これらの最小となるベ
クトルが検出される。
【0026】こうして上述の装置によれば、各対応状態
間での共通する演算(減算器6)を先行して行うように
なすことによって計算が簡略化されるので、簡単な装置
構成でハーフペル精度の動き検出を行うことができるも
のである。
【0027】なお上述の装置で、加算器4a〜4h、絶
対値化回路7a〜7h、累加算回路8a〜8hの部分
は、例えば図5のようにして実現できる。すなわち上段
の加算器4で(AI /2)と{(AJ /2)−aK }の
加算が行われる。ここでこの加算器4のキャリーアウト
(符号ビット:Co)が
〔0〕であればこの加算値は正
であるからそのまま下段の加算器81に入力される。一
方、加算器4のキャリーアウト(Co)が〔1〕のとき
はこの加算値は負である。そこでこの加算値をインバー
タ71で反転した値がスイッチ72で選択され、この値
が下段の加算器81に供給されると共に、スイッチ73
で選択された〔1〕の値が加算器81の最下位側(キャ
リーイン:Ci)に入力される。これによって加算器4
からの値が絶対値化されて加算器81に入力される。
【0028】さらに加算器81の出力が単位遅延素子
(レジスタ)82を介して自分自身に入力される。それ
と共にこのレジスタ82にイネーブル端子ENが設けら
れ、このイネーブル端子ENに端子9からのイネーブル
制御信号が供給される。これによって上述の不用な値が
加算されないようにした累加算が行われる。
【0029】なおこの計算回路は1系統のみを示したも
のであって、上述のように8つの値の計算を行う場合に
は、この計算回路が8系統並列に設けられる。あるいは
計算処理時間に余裕がある場合には、8重の時分割多重
化によって計算回路は1系統のみで実現することも可能
である。その場合には、回路規模が約1/8になる。さ
らに上述の説明では基準データブロックが4×4の場合
について述べたが、これは任意のn×mに一般化するこ
とができるものである。
【0030】
【発明の効果】この発明によれば、各対応状態間での共
通する演算を先行して行うようになすことによって計算
が簡略化されるので、簡単な装置構成でハーフペル精度
の動き検出を行うことができるようになった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による動き検出装置の一例の構成図であ
る。
【図2】その説明のための線図である。
【図3】その説明のための線図である。
【図4】動き検出装置の一例のタイムチャート図であ
る。
【図5】動き検出装置の要部の構成図である。
【図6】1ペル精度の動き検出の説明のための線図であ
る。
【図7】ハーフペル精度の動き検出の説明のための線図
である。
【符号の説明】 1 Aのデータが供給される入力端子 2 データを1ビットシフトして値を1/2にする手段 3a〜3n レジスタ 4a〜4h 加算器 5 aのデータの供給される入力端子 6 減算器 7a〜7h 絶対値化回路 8a〜8h 累加算回路 9 イネーブル制御信号の供給される端子 10 1ペル精度の残差Sの供給される入力端子 11 比較回路 12 ハーフペル精度の動きベクトルの出力端子
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G06T 7/20 H04N 7/32 JICSTファイル(JOIS)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 所定画素数にて構成された捜索範囲内の
    画素と上記所定画素数より小なる画素数にて構成される
    基準データブロック内の画素とをその配列状態に基づい
    て比較する際、上記捜索範囲内で上記ブロックが取りう
    る画素同士の対応状態毎に上記ブロック内の各画素と上
    記捜索範囲内の対応画素との差分絶対値の和を演算する
    演算手段を有し、上記捜索範囲内の各画素は予め上記演
    算手段に入力される時刻を設定されるようになし、上記
    時刻に基づいて上記捜索範囲内の画素を上記演算手段に
    入力して、順次対応する上記基準データブロック内の画
    素と上記演算を行うようになす動き検出装置であって、
    上記捜索範囲内で1画素以下の動き状態を検出する際、
    隣接する画素間の平均値と上記ブロック内の画素とを比
    較するようになし、上記ブロック内の画素との各対応状
    態毎に上記差分絶対値の和を得るようになし、上記各対
    応状態間での共通する演算を先行して行うようになすこ
    とを特徴とする動き検出装置。
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