JP3175905B2 - 動きベクトル検出方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビジョン信号等の画
像信号の動きベクトル検出法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビジョンなどの画像信号の高能率符
号化において、過去または未来の画像信号を用いて動き
補償を行なう方法が知られている。動き補償に用いる動
きベクトルは、過去または未来の画像信号と符号化対象
フレーム間で探索される。その際、小ブロック間にて対
応する画素間の差分自乗和などの動き補償予測誤差が最
小となる位置を動きベクトルと決定する。決定された動
きベクトルを用いて動き補償を行ない、動き補償予測誤
差信号を符号化し、動きベクトルについても符号化し情
報量を圧縮する。

【０００３】図３は、従来の動きベクトル決定方法の例
を説明するブロック図である。画像符号化方法としては
標準的な動き補償と離散コサイン変換を使用した場合を
想定する。

【０００４】まず、入力端子１０１から入力された画像
は小ブロック分割部１０２にてＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎは１以上
の整数）の小ブロックに分割される。小ブロックの画像
信号１０３とフレームメモリ１０７に蓄えられている１
フレーム前の画像信号から動きベクトル検出部１０４に
おいて動き補償予測誤差信号が最小になる動きベクトル
１０５が求められ、この動きベクトル１０５を基にして
動き補償部１０６において動き補償が行なわれ、減算器
１０８にて動き補償予測誤差信号が求められた後、動き
補償予測誤差信号に対し、離散コサイン変換部１０９で
直交変換の１つである離散コサイン変換が行なわれる。

【０００５】量子化ステップ計算部１１４においては、
バッファメモリ占有量１１５を基にして量子化ステップ
１１６が設定される。設定された量子化ステップ１１６
を使って、離散コサイン変換係数は量子化部１１０で量
子化され、可変長符号化部１１７で可変長符号化され
る。

【０００６】また、動きベクトル１０５も、動きベクト
ルメモリ１１８に蓄えられている１ブロック前の動きベ
クトルと減算器１１９にて動きベクトルの差分が算出さ
れ、可変長符号化部１１７で変換長符号化される。一般
に、動きベクトルの差分は小さいため、差分の小さいも
のに短い符号を割り当てる。

【０００７】可変長符号化部１１７にて可変長符号化さ
れた信号は、バッファメモリ１２０に入力され、一定の
ビットレートで符号化データ出力端子１２１に出力され
る。また、量子化された離散コサイン変換係数は逆量子
化部１１１にて逆量子化、逆離散コサイン変換部１１２
で逆離散コサイン変換された後、動き補償された参照フ
レームのデータと加算器１１３で加算され、次フレーム
の動き補償予測のためにフレームメモリ１０７に蓄えら
れる。

【０００８】このような方法によれば、動画像信号の動
きを補償できるため、予測効率を高めることが可能とな
り、結果として符号化画像の画質を向上させることがで
きる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の方法
は、図４に示すように、小ブロック間にて対応する画素
間の差分自乗和などの動き補償予測誤差が最小となる動
きベクトルを常に検出し、動きベクトルを伝送する際に
は、符号化対象ブロックより以前に符号化した近傍小ブ
ロックの動きベクトルから計算された予測値との差分
（図５）を算出し、動きベクトルの差分は小さいため、
差分の小さいものに短い符号を割り当て符号化する。一
方、離散コサイン変換などの直交変換係数は、定められ
た量子化ステップにより量子化された後、符号化が行な
われる。そして、動きベクトルと直交変換係数の符号量
が全体の符号量のほぼ大半を占める。ここで、動き補償
予測誤差信号と量子化ステップの関係について考える。

【００１０】まず、ある程度細かく量子化を行なう場
合、動き補償予測誤差が小さいほど量子化後の直交変換
係数の符号量は減少するので、動きベクトルは動き補償
予測誤差が最小のものを検出する必要がある。

【００１１】これに対し、量子化が粗くなると、多少の
動き補償予測誤差が大きい動きベクトルが検出されて
も、量子化後の直交変換係数の符号量の増加につながる
場合は少ない。したがって、このような場合は、符号化
対象ブロックより以前に符号化した近傍小ブロックの動
きベクトルから計算された予測値と符号化対象ブロック
の動きベクトルの差分が小さくなるような動きベクトル
を選択することにより、全体の発生情報量が減少する可
能性がある。しかしながら、従来の方法によると、動き
ベクトルの検出には量子化ステップを考慮していないた
め、常に動き補償予測誤差が最小となる動きベクトルを
検出する。その結果、動きベクトルの差分が大きくなる
場合があり、全体の発生情報量が減少しないという問題
点があった。

【００１２】本発明の目的は、動きベクトルによる発生
情報量を低減できる動きベクトル検出方法および装置を
選択することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の動きベクトル検
出方法は、テレビジョン信号等のディジタル画像信号に
対し、現フレームの画像データを小ブロックに分割し、
符号化対象小ブロックごとに、フレームメモリに蓄えら
れている過去または未来の参照フレームの画像信号から
の動きベクトルを求める動きベクトル検出方法におい
て、前記符号化対象小ブロックの量子化に適用する量子
化ステップの大きさによって許容範囲Ｔを定め、参照フ
レームの小ブロックとの予測誤差が、その最小の予測誤
差に前記許容範囲Ｔを加えたものより小さくなるような
動きベクトルを複数求め、それらの動きベクトルの中
で、すでに符号化済みの符号化対象小ブロック近傍の小
ブロックの動きベクトルとの差が最小になるものを符号
化対象小ブロックの動きベクトルとすることを特徴とす
る。

【００１４】上記動きベクトル検出方法において、量子
化ステップをＱ、小ブロックのサイズをＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎ
は１以上の整数）とすると、許容範囲ＴはＴ＝Ｑ・（Ｍ
×Ｎ）である。

【００１５】本発明の動きベクトル検出装置は、画像を
入力するための入力端子と、符号化データを出力するた
めの出力端子と、前記入力端子から入力された画像を小
ブロックに分割する小ブロック分割部と、１フレーム前
の画像信号を蓄えるフレームメモリと、可変長符号化さ
れた信号を入力し、一定のビットレートで前記出力端子
に出力するバッファメモリと、前記バッファメモリのバ
ッファメモリ占有量を基にして量子化ステップを設定す
る量子化ステップ計算部と、前記量子化ステップを基に
して、符号化対象小ブロックの動き探索時における予測
誤差信号の許容範囲を設定する予測誤差許容範囲設定部
と、前記小ブロック分割部で小ブロックに分割された画
像信号と前記フレームメモリに蓄えられている１フレー
ム前の画像信号から、動き補償予測誤差信号の予測誤差
指標が最小予測誤差指標に前記許容範囲を加えたものよ
り小さい１つ以上の動きベクトルを検出する許容範囲内
動きベクトル検出部と、１ブロック前の動きベクトルを
蓄える動きベクトルメモリと、前記許容範囲内動きベク
トル検出部で求められた許容範囲内の動きベクトルと前
記動きベクトルメモリに蓄えられている１ブロック前の
動きベクトルの差分の最小値を検出する最小差分動きベ
クトル検出部と、前記最小差分動きベクトル検出部で求
められた最小差分動きベクトルを基にして前記フレーム
メモリに蓄えられている１フレーム前の動きベクトルに
対して動き補償を行なう動き補償部と、前記小ブロック
分割部で小ブロックに分割された画像信号と前記動き補
償部の出力を減算し、動き補償予測誤差信号を出力する
第１の減算器と、前記最小差分動きベクトル検出部にて
検出された最小差分動きベクトルと前記動きベクトルメ
モリに蓄えられている１ブロック前の動きベクトルの差
分を算出する第２の減算器と、前記動き補償予測誤差信
号に対して直交変換を行なう直交変換部と、前記量子化
ステップを使って、前記直交変換部から出力された直交
変換係数を量子化する量子化部と、前記量子化部で量子
化された直交変換係数と、前記第２の減算器で算出され
た動きベクトルの差分を可変長符号化し、前記バッファ
メモリに蓄える可変長符号化部と、量子化された直交変
換係数を逆量子化する逆量子化部と、逆量子化された直
交変換係数を逆離散コサイン変換する逆離散コサイン変
換部と、逆離散コサイン変換された直交変換係数と前記
動き補償部で動き補償された参照フレームのデータを加
算し、前記フレームメモリに蓄える加算器を有する。

【００１６】

【作用】まず、画像信号を小ブロックに分割し、符号化
対象小ブロックの量子化ステップを基に、動き補償予測
誤差の許容範囲Ｔを設定する。次に、図１（ａ）のよう
に、動き補償予測誤差が、動き補償予測誤差の最小値に
先に設定した動き補償予測誤差の許容範囲Ｔを加えた範
囲内に収まる動きベクトルを過去または未来の画像信号
から検出する。続いて、その許容範囲に収まる動きベク
トルの中で、動きベクトルの予測値と符号化対象小ブロ
ックの動きベクトルとの差分が最も小さくなる動きベク
トルを検出する（図１（ｂ））。

【００１７】以上述べたような方法によれば、動き補償
予測誤差の増加による発生情報量をほとんど増加させる
ことなく、動きベクトルからの発生情報量を低減でき
る。

【００１８】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１９】図２は本発明の一実施例の動きベクトル検
出装置のブロック図である。図３中と同じ参照番号のブ
ロックは同じものを示す。本実施例では、予測誤差の許
容範囲として量子化ステップ値を用い、動き探索におけ
る予測誤差の指標は差分絶対値和を用いる。画像符号化
方式としては動き補償離散コサイン変換を使用した場合
を想定する。

【００２０】本実施例の動きベクトル検出装置は、予測
誤差許容範囲設定部１２２を新たに備え、動きベクトル
検出部１０４に代えて許容範囲内動きベクトル検出部１
２４と最小差分動きベクトル検出部１２６を備えてい
る。

【００２１】まず、入力端子１０１から入力された画像
は小ブロック分割部１０２にてＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎは１以上
の整数）の小ブロックに分割される。また、量子化ステ
ップ計算部１１４においては、バッファメモリ占有量１
１５を基にして、すなわちバッファメモリ占有量１１５
が大なる場合は粗く、バッファメモリ占有量１１５が小
なる場合は細かく量子化ステップＱ（１１６）が設定さ
れる。この量子化ステップＱ（１１６）を基にして、予
測誤差許容範囲設定部１２２にて、符号化対象小ブロッ
クの動き探索時における予測誤差信号の許容範囲Ｔ（１
２３）を設定する。予測誤差許容範囲Ｔ（１２３）は、
１画素当りの許容範囲を量子化ステップＱの値とし、動
き補償予測誤差の大きさの指標として差分絶対値和を用
いるので、１画素当りの許容誤差はＱだから、Ｔ＝Ｑ・
（Ｍ×Ｎ）となる。

【００２２】次に、小ブロックに分割された画像信号１
０３とフレームメモリ１０７に蓄えられている１フレー
ム前の画像信号から許容範囲内動きベクトル検出部１２
４において、動き補償予測誤差信号の差分絶対値和ＡＤ
が ＡＤ_min ≦ＡＤ≦Ｔ を満たしている一つ以上の動きベクトルが検出される。
ここで、ＡＤ_min は、符号化対象小ブロックの動き補償
予測誤差信号の最小差分絶対値和である。

【００２３】求められた予測誤差許容範囲内の動きベク
トル

【００２４】

【外１】 と動きベクトルメモリ１１８に蓄えられている１ブロッ
ク前の動きベクトル

【００２５】

【外２】 から最小差分動きベクトル検出部１２６にて動きベクト
ルの差分

【００２６】

【数１】 が最小になる動きベクトル１０５を検出する。この動き
ベクトル１０５を基にして動き補償部１０６において動
き補償が行なわれ、減算器１０８にて動き補償予測誤差
信号が求められた後、動き補償予測誤差信号に対し、離
散コサイン変換部１０９で離散コサイン変換が行なわれ
る。

【００２７】さらに、量子化ステップ計算部１１４にお
いて設定された量子化ステップＱ（１１６）を使って、
離散コサイン変換係数は量子化部１１０で量子化され、
可変長符号化部１１７で可変長符号化される。

【００２８】また、最小差分動きベクトル検出部１２６
にて検出された動きベクトル１０５も、動きベクトルメ
モリ１１８に蓄えられている１ブロック前の動きベクト
ルとの差分が減算器１１９にて算出され、可変長符号化
部１１７で可変長符号化される。このとき、動きベクト
ルの差分が小さいものほど、短い符号を割り当てる。可
変長符号化部１１７にて可変長符号化された各信号は、
バッファメモリ１２０に入力され、一定のビットレート
で符号化データ出力端子１２１に出力される。また、量
子化された離散コサイン変換係数は逆量子化部１１１に
て逆量子化、逆離散コサイン変換部１１２で逆離散コサ
イン変換された後、動き補償された参照フレームのデー
タと加算器１１３で加算され、次フレームの動き補償予
測のためにフレームメモリ１０７に蓄えられる。

【００２９】このような構成により、量子化後の離散コ
サイン変換係数の符号量を増加させることなく、動きベ
クトルの符号量を減少させることができる。

【００３０】以上述べた実施例では、動き補償予測誤差
の大きさの指標として差分絶対値和を用いているため、
動き補償予測誤差信号の許容範囲の設定に量子化ステッ
プの値をそのまま用いているが、他の指標を用いる場合
には許容範囲の設定方法を適宜変更することで対処でき
る。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、動きベ
クトルによる発生情報量を低減できるので、一定のビッ
トレートで符号化を行なう場合、予測誤差信号などに割
り当てる情報量を増加させることができ、結果として、
一定の情報量の基で画質を向上させることができる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の動きベクトルの決定方法を示す図で、
同図（ａ）は許容範囲Ｔの設定による動きベクトルの検
出、同図（ｂ）は動きベクトルの予測値との差分による
動きベクトルの決定を示す図である。

【図２】本発明の一実施例の動きベクトル検出装置を示
すブロック図である。

【図３】従来の画像信号の分散による量子化制御の構成
例を示す図である。

【図４】従来の動きベクトルの検出方法を示す説明図で
ある。

【図５】動きベクトルの差分を示す図である。

【符号の説明】

１０１ 入力端子 １０２ 小ブロック分割部 １０３ 小ブロックの画像信号 １０４ 動きベクトル検出部 １０５ 動きベクトル １０６ 動き補償部 １０７ フレームメモリ １０８ 減算器 １０９ 離散コサイン変換部 １１０ 量子化部 １１１ 逆量子化部 １１２ 逆離散コサイン変換部 １１３ 加算器 １１４ 量子化ステップ計算部 １１５ バッファメモリ占有量 １１６，Ｑ 量子化ステップ １１７ 可変長符号化部 １１８ 動きベクトルメモリ １１９ 減算器 １２０ バッファメモリ １２１ 出力端子 １２２ 予測誤差許容範囲設定部 １２３，Ｔ 符号化対象小ブロックの予測誤差許容範
囲 １２４ 許容範囲内動きベクトル検出部 １２５，Ｖｉ 予測誤差信号が許容範囲内の動きベク
トル １２６ 最小差分動きベクトル検出部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 テレビジョン信号等のディジタル画像信
   号に対し、現フレームの画像データを小ブロックに分割
   し、符号化対象小ブロックごとに、フレームメモリに蓄
   えられている過去または未来の参照フレームの画像信号
   からの動きベクトルを求める動きベクトル検出方法にお
   いて、前記符号化対象小ブロックの量子化に適用する量
   子化ステップの大きさによって許容範囲Ｔを定め、参照
   フレームの小ブロックとの予測誤差が、その最小の予測
   誤差に前記許容範囲Ｔを加えたものより小さくなるよう
   な動きベクトルを複数求め、それらの動きベクトルの中
   で、すでに符号化済みの符号化対象小ブロック近傍の小
   ブロックの動きベクトルとの差が最小になるものを符号
   化対象小ブロックの動きベクトルとすることを特徴とす
   る動きベクトル検出方法。
2. 【請求項２】 量子化ステップをＱ、小ブロックのサイ
   ズをＭ×Ｎ（Ｍ，Ｎは１以上の整数）とすると、前記許
   容範囲ＴはＴ＝Ｑ・（Ｍ×Ｎ）である、請求項１記載の
   動きベクトル検出方法。
3. 【請求項３】 画像を入力するための入力端子と、 符号化データを出力するための出力端子と、 前記入力端子から入力された画像を小ブロックに分割す
   る小ブロック分割部と、 １フレーム前の画像信号を蓄えるフレームメモリと、 可変長符号化された信号を入力し、一定のビットレート
   で前記出力端子に出力するバッファメモリと、 前記バッファメモリのバッファメモリ占有量を基にして
   量子化ステップを設定する量子化ステップ計算部と、 前記量子化ステップを基にして、符号化対象小ブロック
   の動き探索時における予測誤差信号の許容範囲を設定す
   る予測誤差許容範囲設定部と、 前記小ブロック分割部で小ブロックに分割された画像信
   号と前記フレームメモリに蓄えられている１フレーム前
   の画像信号から、動き補償予測誤差信号の予測誤差指標
   が最小予測誤差指標に前記許容範囲を加えたものより小
   さい１つ以上の動きベクトルを検出する許容範囲内動き
   ベクトル検出部と、 １ブロック前の動きベクトルを蓄える動きベクトルメモ
   リと、 前記許容範囲内動きベクトル検出部で求められた許容範
   囲内の動きベクトルと前記動きベクトルメモリに蓄えら
   れている１ブロック前の動きベクトルの差分の最小値を
   検出する最小差分動きベクトル検出部と、 前記最小差分動きベクトル検出部で求められた最小差分
   動きベクトルを基にして、前記フレームメモリに蓄えら
   れている１フレーム前の動きベクトルに対して動き補償
   を行なう動き補償部と、 前記小ブロック分割部で小ブロックに分割された画像信
   号と前記動き補償部の出力を減算し、動き補償予測誤差
   信号を出力する第１の減算器と、 前記最小差分動きベクトル検出部にて検出された最小差
   分動きベクトルと前記動きベクトルメモリに蓄えられて
   いる１ブロック前の動きベクトルの差分を算出する第２
   の減算器と、 前記動き補償予測誤差信号に対して直交変換を行なう直
   交変換部と、 前記量子化ステップを使って、前記直交変換部から出力
   された直交変換係数を量子化する量子化部と、 前記量子化部で量子化された直交変換係数と、前記第２
   の減算器で算出された動きベクトルの差分を可変長符号
   化し、前記バッファメモリに蓄える可変長符号化部と、 量子化された直交変換係数を逆量子化する逆量子化部
   と、 逆量子化された直交変換係数を逆離散コサイン変換する
   逆離散コサイン変換部と、 逆離散コサイン変換された
   直交変換係数と前記動き補償部で動き補償された参照フ
   レームのデータを加算し、前記フレームメモリに蓄える
   加算器を有する動きベクトル検出装置。