JPH03256485A - 動きベクトル検出回路 - Google Patents

動きベクトル検出回路

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JPH03256485A
JPH03256485A JP2056123A JP5612390A JPH03256485A JP H03256485 A JPH03256485 A JP H03256485A JP 2056123 A JP2056123 A JP 2056123A JP 5612390 A JP5612390 A JP 5612390A JP H03256485 A JPH03256485 A JP H03256485A
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motion vector
block
stage
pixels
circuit
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JP2056123A
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Takamizu Niihara
新原 高水
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Victor Company of Japan Ltd
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    • H04N19/53Multi-resolution motion estimation; Hierarchical motion estimation

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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

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】 [産業上の利用分野] 本発明は、ディジタル動画像の圧縮の手法である動き補
償予測符号化において用いられる動きベクトル検出にか
かるものであり、特に、入力画像及び比較画像に対して
多段階でサンプリングを行なって階層的に動きベクトル
検出を行なう動きベクトル検出回路に関するものである
[従来の技術] 従来の階層的な動きベクトル検出手法としては、例えば
特願平1−139567号として出願されたものがある
。第6図にはかかる階層的動きベクトル検出手法の原理
が示されており、第7図には階層画像のブロックが示さ
れている。なお、処理対象の画像を512x512画素
とし、8×8画素からなるブロックを単位として3段な
いし3ステージで動きベクトル検出を行なう場合を例と
して説明する。
第6図に示すように、入力画像N3は、水平垂直ともに
1/2サブサンプリングされて入力画像N2となり、ま
た水平垂直ともに1/4サブサンプリングされて入力画
像N1となる。すなわち、第1段の入力画像N1の8X
8画素は、第2段の入力画像N2では16X16画素に
対応し、更に第3段の入力画像N3では32X32画素
に対応することになる。
他方、動きベクトルを検出するための比較画像C3につ
いても、同様のサブサンプリングが行なわれる。すなわ
ち、比較画像C3は、水平垂直ともに1/2サブサンプ
リングされて比較画像C2となり、また水平垂直ともに
1/4サブサンプリングされて比較画像C1となる。第
1段の比較画像C1の8×8画素は、第2段の比較画像
C2では16X16画素に対応し、更に第3段の比較画
像C3では32X32画素に対応することになる。
最初に、第1段にふける動きベクトル検出では、入力画
像N1と比較画像C1とが各々用いられる。入力画像N
lは、8×8画素のブロックに分割される。そして、各
ブロック毎に、比較画像C1上の対応ブロックの水平垂
直ともに±7画素の探索範囲において、フルサーチのブ
ロックマツチングが行なわれる。
次に、第2段における動きベクトル検出では。
入力画像N2は同様に8×8画素のブロックに分割され
る。そして、これに対応する第1段の入力画像N1の対
応ブロック及びその隣接ブロックの合計3つの動きベク
トルの2倍の長さの動きベクトルを用いてマツチングの
処理が行なわれる。その結果、誤差が最小となる動きベ
クトルの水平垂直ともに±1画素の範囲の探索が行なわ
れ、第2段での動きベクトルが検出される。
例えば、第7図に示すように、第2段の処理ブロックを
a、b、c、dとする。そして、これらのブロックa、
b、c、dに対応する第1段のブロックがBoであやと
する。この場合、隣接ブロックとして、ブロックaにつ
いてはブロックB、、B、の動きベクトルを、ブロック
bについてはブロックB、、B、の動きベクトルを、ブ
ロックCについてはブロックB、、B3の動きベクトル
を、ブロックdについではブロックB3゜B4の動きベ
クトルを、各々用いるようにする。
同様に、第3段においては、入力画像N3は8×8画素
のブロックに分割され、同様の処理が行なわれて第3段
における動きベクトルの検出が行なわれる。
以上の動きベクトル検出処理は、例えば第8図に示す装
置によって行なわれる。同図において、比較画像C3は
、一方においてフレームメモリlOに格納されるととも
に、他方においてサブサンプル回路12で水平垂直とも
に1/2のサブサンプリングが行なわれる。これによっ
て生成された比較画像C2は、一方においてフレームメ
モリ14に格納されるとともに、他方においてサブサン
プル回路16で水平垂直ともに1/2のサブサンプリン
グが行なわれる。これによって生成された比較画像C1
は、フレームメモリ18に格納される。
これに対し、入力画像N3は、一方においてフレームメ
モリ20に格納されるとともに、他方においてサブサン
プル回路22で水平垂直ともに1/2のサブサンプリン
グが行なわれる。これによって生成された入力画像N2
は、一方においてフレームメモリ24に格納されるとと
もに、他方においてサブサンプル回路26で水平垂直と
もに1/2のサブサンプリングが行なわれる。これによ
って生成された入力画像N1は、フレームメモリ28に
格納される。
以上のようにして各フレームメモリ群3032に各々格
納された画像データは、動きベクトル検出回路34で適
宜読み出され、その検出結果はメモリ36.38.40
に各々格納される。そして、メモリ40から最終的な動
きベクトル出力が行なわれるようになっている。
第9図には、上述した動きベクトル検出回路34が詳細
に示されている。この回路の動作は。
次の通りである。
a、   1  の きベクトル この場合、まず入力画像側では、ブロック読み出し回路
42によってフレームメモリ28から8/8画素の一つ
のブロックが読み出され、ワークメモリ44に格納され
る。
上述したように、第1段における探索範囲は水平垂直と
もに±7画素である。このため、比較画像側では、プロ
・ンク読み出し回路46によってフレームメモリ18か
ら対応する22X22画素のデータが読み出され、ワー
クメモリ48に格納される。
このとき、新しくフレームメモリ1Bからワークメモリ
48に供給される画素データは、検出対象のブロックが
入力画像N1の左端のブロックの場合、第1O図(Al
に示すように、15X22画素分となる。また、それ以
外のブロックの場合は、同図fB)に示すように、8×
22画素分となる。
次に、入力画像側では、ビクセル読み出し回路50によ
って、ワークメモリ44に格納されているブロックのデ
ータが1画素単位で読み出される。他方、比較画像側で
は、ブロック選択回路52によって、ワークメモリ48
に格納されているブロックから225個の試行ベクトル
に対応するブロックのデータが順次ビクセル単位で読み
出される6別言すれば、8×8画素のブロックを中心と
した±7画素の探索範囲には、15X15のブロックが
存在することになり、それぞれについて試行ベクトルが
存在することになる。そこで、それらの各々について順
にデータを読み出し、入力画像側との比較が行なわれる
ビクセル読み出し回路50.ブロック選択回路52によ
る各読み出しデータは、いずれもマツチング回路54に
供給される。マツチング回路54では、ビクセル間の誤
差9例えば平均二乗誤差(MSE)又は平均絶対値誤差
(MAD)が各225個の試行ベクトルを単位として各
々求められる。この求められた誤差及び試行ベクトルは
、ベクトル判定回路56に供給される。
次に、ベクトル判定回路56では、順次入力される22
5個の誤差の比較が各試行ベクトル毎に行なわれ、誤差
の最小値及びそれに対応する試行ベクトルの検出が行な
われる。そして、検出された試行ベクトルが第1段にお
ける動きベクトルとして、メモリ36に書き込まれる。
以上の動作は、第1段の入力画像Nlに含まれるブロッ
ク毎に各々行なわれ、各ブロックについて動きベクトル
が各々求められる。
b、   2  の きベクトル この場合、まず入力画像側では、ブロック読み出し回路
42によってフレームメモリ24から8X8画素の一つ
のブロックが読み出され、ワタメモリ44に格納される
他方、比較画像側では、前記第2段で読み出されたブロ
ックに対応する第1段のブロックの動きベクトル、及び
それに隣接する2個のブロックの動きベクトル(第7図
参照)の合計3個が、ブロック読み出し回路46によっ
てメモリ36から各々読み出される。そして、これらの
第1段の動きベクトルの2倍のベクトルに対応する10
X10画素のブロックが、3個の第1段の動きベクトル
毎に、ブロック読み出し回路42によってフレームメモ
リ14から読み出され、ワークメモリ48に書き込まれ
る(第11図参照)。
次に、以上のようにしてワークメモリ48に書き込まれ
た3個のloXIO画素の各ブロックのうち、第12図
に示すブロック中心8×8画素のブロックと動きベクト
ルがマツチング回路54に各々供給される。
このマツチング回路54には、ワークメモリ44か68
×8画素のブロックの入力画像側データが入力されてお
り、両者のマツチング処理が行なわれる。その結果、誤
差が最小となるブロックとその動きベクトルとがベクト
ル判定回路56によって求められ、第11図に示すその
動きベクトルの番号がブロック読み出し回路46に供給
される6 求められた動きベクトルに対応するワークメモリ40中
のloXIO画素のデータを用い、中心を除く水平垂直
±1画素の探索範囲で、上述した第1段と同様の動作が
行なわれる。すなわち、探索範囲のブロックとワークメ
モリ44に格納されているブロックとのマツチングがマ
ツチング回路54で行なわれ、誤差及び動きベクトルが
各々ベクトル判定回路56に供給される。そして、先に
検出された最小誤差との比較がベクトル判定回路56に
おいて合計8回行なわれ、最小誤差の検出及びそれに対
応する第2段の動きベクトル検出が行なわれる。この第
2段の動きベクトルは、メモリ38に書き込まれる。
以上の動作は、第2段の入力画像N2に含まれるブロッ
ク毎に各々行なわれ、各ブロックについて動きベクトル
が各々求められる。
C1第3 の きベクトル 第3段についても、前記第2段と同様に、第2段におけ
る検出動きベクトルと第3段の各画像N3.C3を用い
て各々行なわれる。検出された第3段の動きベクトルは
、メモリ40に書き込まれ、これによって入力画像N3
と比較画像C3との間の動きベクトルが最終的に検出さ
れることとなる。
なお1以上の各動作において、各段のカウントは、ステ
ージブロックカウンタ58によって行なわれる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、以上のような従来の動きベクトル検出手
法では、次のような不都合がある。当初の画像N3.C
3の画素数を512X512画素とすると、8X8画素
のブロックは64X64個となる。また、第2段の画像
N2.C2では、256X256画素で8X8画素のブ
ロックが32X32個となる。更に、第1段の画像Nl
C1では、128X 128画素で8X8画素のブロッ
クが16XI6個となる。このため、第1段でフレーム
メモリ18から読み出される画素数は。
15X22X16+8X22X16X15=47520 となり、第2段でフレームメモリ14から読み出される
画素数は、 10x 10x3x32x32 =307200 となり、第3段でフレームメモリ10から読み出される
画素数は、 10X 10x3x64x64 =1228800 となる。これらを合計すると、1583520画素とな
る6 他方、1フレームの画素数は、 512X512=262144 である。両者を比較すれば明らかなように、動きベクト
ル検出時に読み出される画素数はサンプリング周波数の
約6倍強となる。このため、従来技術によれば、フレー
ムメモリに対して高速にアクセスを行なう必要があると
いう不都合がある。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、フレーム
メモリに対するアクセス速度の低減、演算負担の削減を
行なうことができる動きベクトル検出回路を提供するこ
とを、その目的とするものである。
[課題を解決するための手段] 本発明は、入力画像A、比較画像Bに対して水平垂直の
各方向に所定のサブサンプリングがn段階で行なわれた
各階層の画像A、、B、間で、L×M画素のブロックを
単位として動きベクトルを検出する際に、第1段におけ
る動きベクトル検出の初期値として、第i−1段で検出
された動きベクトルのうちの隣接するブロックの動きベ
クトルを考慮する動きベクトル検出回路において、前記
隣接するブロックの動きベクトルに対応する第1−1段
における画像データを用いて前記初期値を得る回路を備
えたことを特徴とするものである。
[作用] 本発明によれば、例えば、入力画像A及び比較画像Bは
、水平垂直とも1/2.1./4.・・・・・・・・・
・・・l/2’にサブサンプリングされ、階層画像A、
、B、かまず求められる(n=1.2.3・・・・・・
)。そして、これらの画像A、、、B、間で、LxM@
素からなるブロックを単位として動きベクトルの検出が
行なわれる。
この際、入力画像A1のいずれかのブロックに対応する
A、−1のブロックおよびその隣接ブロックの動きベク
トルが考慮されて動きベクトルの初期値が決定される。
初期値の決定は、入力画像A、の処理ブロックに対応す
る入力画像A、−1の(L/2)X (M/2)画素の
ブロックと、隣接ブロックの動きベクトルに対応する比
較画像B、−1の(L/2)X (M/2)画素のブロ
ックとを用いて行なわれる。各階層の画像に含まれる画
素データに対するアクセス回数は、はぼ半分となる。
[実施例] 以下、本発明にかかる動きベクトル検出回路の実施例に
ついて、添付図面を参照しながら説明する。なお、上述
した従来例と同様の構成部分については、同一の符号を
用いることとする。
〈第1実施例〉 最初に、第1図乃至第4図を参照しながら、本発明の第
1実施例について説明する。第1図には、第1実施例の
構成主要部が示されている。
第N段1例えば第2段の動きベクトル検出で隣接ブロッ
クを用いて動きベクトルの補正を行なう際に、前記従来
技術によれば第2段の比較画像C2に含まれる画素デー
タ(第11図参照)が用いられたが、本実施例によれば
、第N−1段、すなわち第1段の比較画像C1の画素デ
ータが用いられる。
この実施例にかかる動きベクトル検出回路60は、ベク
トル判定回路56の出力側がブロック読み出し回路46
の入力側に接続されている点で、第9図の従来例と異な
る。なお、第8図に示した回路構成は従来技術と同様で
ある。従って、フレームメモリ群30.32に各々格納
される各段階の画像N1.N2.N3.C1,C2゜C
3のデータは、従来技術と同様である。
次に、以上のように構成された第1実施例の作用につい
て、第2図〜第4図を参照しながら説明する。
a、   l  の きベクトル この場合の動作は、上述した従来技術と同様である。こ
れによって、第1段の入力画像N1に含まれるブロック
毎に動きベクトルが検出さ、メモリ36に各々書き込ま
れる。
b、第2 の きベクトル 次に、第2段における動きベクトル検出の動作について
説明する。この場合、まず第1段の画像N1.、CIを
用いた処理が行なわれる。
入力画像側では、対象となる入力画像N2の8×8画素
のブロックに対応する入力画像Nlの4×4画素のブロ
ックの画素アドレスがブロック読み出し回路42で求め
られる。そして、ブロック読み出し回路42により、フ
レームメモリ28の該当アドレスへのアクセスが行なわ
れる。
これによって、第1段入力画像N1の4×4画素のブロ
ックが読み出され、ワークメモリ44に格納される(第
2図参照)6 他方、比較画像側では、前記入力画像N2の8×8画素
の対象ブロックに対応する第1段のブロックの動きベク
トル、及びそれに隣接する2個のブロックの動きベクト
ル(第7図参照)の合計3個が、ブロック読み出し回路
46によってメモ1J36から各々読み出される。そし
て、これらの3個の動きベクトルに各々対応する第1段
の4×4画素のブロックの画素アドレスがブロック読み
出し回路46で求められる。そして、ブロック読み出し
回路46により、フレームメモリ18の該当アドレスへ
のアクセスが行なわれる。これによって、3個の動きベ
クトルに対応する第1段比較画像C1の4×4画素のブ
ロックが読み出され、ワークメモリ48に格納される(
第3図参昭)。
次に、ワークメモリ44に格納されている4×4画素の
ブロック(第2図参叩)とワークメモリ48に格納され
ている4×4画素の3個のブロック(第3図参叩)との
比較が、マ・ンチング回路54において順次行なわれる
。そして、求められた誤差及び試行ベクトルは、ベクト
ル判定回路56に各々供給される。
ベクトル判定回路56では、順次入力される3個の誤差
の比較が行なわれ、最小値及びそれに対応する試行ベク
トルの検出が行なわれる。検出された試行ベクトルは、
ブロック読み出し回路46に供給される。
かかる動作の後、第2段の画像N2.C2を用いた処理
が行なわれる。まず、入力画像側では、ブロック読み出
し回路42によって、対象とされた8×8画素のブロッ
クがフレームメモリ24から読み出され、ワークメモリ
44に書き込まれる。他方、比較画像側では、ブロック
読み出し回路46によって、検出された試行ベクトルの
2倍の長さのベクトルに対応する位置よりloXlo画
素のブロックがフレームメモリ14から読み出される。
これらのデータは、第4図に示すようにワークメモリ4
8に格納される。
そして、これらワークメモリ44の8×8画素のブロッ
クとワークメモリ48の10xlO画素のブロックとを
各々用いて、水平垂直±1画素の探索範囲で、9回の比
較動作がマツチング回路54で行なわれる。そして、得
られた誤差及び試行ベクトルは、順次ベクトル判定回路
56に供給される。
ベクトル判定回路56では、順次入力される9個の誤差
の比較が行なわれ、最小誤差の検出及びそれに対応する
第2段の動きベクトル検出が行なわれる。この第2段の
動きベクトルは、メモリ38に書き込まれる。
以上の動作は、第2段の入力画像N2に含まれるブロッ
ク毎に各々行なわれ、各ブロックについて動きベクトル
が各々求められる。
C1第3 の きベクトル 第3段についても、前記第2段と同様に行なわれる。す
なわち、まず、第2段の画像N2゜C2における4×4
画素のブロックを用いた3個の試行ベクトルによる比較
が行なわれる。次に、かかる比較結果を初期ベクトルと
して、第3段の画像N3゜C3に8ける8X8画素のブ
ロックによる水平垂直±1画素のサーチが行なわれる。
検出された第3段の動きベクトルは、メモリ40に書き
込まれ、これによって入力画像N3と比較画像C3との
開の動きベクトルが最終的に検出されたことになる。
この第1実施例によれば、第1段でフレームメモリ18
から読み出される画素数は、前記従来例と同様に、 15X22X16+8X22X16x15=47520 となる、しかし、第2段でフレームメモリ18から読み
出される画素数は、 4x4x3x32x32=49152 となり、第3段でフレームメモリ14から読み出される
画素数は、 4X4X3X64X64=196608となり、更にフ
レームメモリ10から読み出される画素数は。
l OX 10X64X64=409600となる。こ
れらを合計すると、805280画素となる。上述した
従来技術と比較すると、約半分の画素データ読み出しで
よいことになる。
また、3個の初期ベクトルから1個の最適初期ベクトル
の検出を行なう際に、従来は8X8画素のブロックでの
マツチングを行なっていたが、本実施例によれば4×4
画素のブロックによるマツチングを行なって初期ベクト
ル検出が行なわれており、演算量が低減されている。
〈第2実施例〉 次に、第5図を参照しながら、本発明の第2実施例につ
いて説明するにの実施例にかかる動きベクトル検出回路
70では、ワークメモリ44゜48にオーバサンプル回
路72.74が各々接続された構成となっている。
この第2実施例では、第3段の動きベクトル検出の際の
動作が前記第1実施例と異なる。すなわち、loXIO
画素のデータをフレームメモリ10.20から各々読み
出す代わりに、フレームメモリlOから12X12画素
、フレームメモリ20から10xlO画素のデータが各
々読み出される。そして、従来と同様にloXIO画素
と8×8画素のデータによって第3段における動きベク
トルの検出が行なわれる。
次に、ワークメモリ48内の12X12画素のデータう
ち、第3段の動きベクトルに対応する1 0 x 40
画素のデータがオーバサンプル回路74によってオーバ
サンプリングされ、16×16画素のデータが生成され
る。このデータは、ワークメモリ48に格納される。同
様に、ワークメモリ44内の1. OX 10画素のデ
ータがオーバサンプル回路72によってオーバサンプリ
ングされ、16 X 1.6画素のデータが生成される
。このデータは、ワークメモリ44に格納される。
以上の後、1.6 X l 6画素のブロックによる水
平垂直±1画素のフルサーチによる探索が行なわれ、水
平垂直とも0.5画素の精度の動きベクトル検出が行な
われる。
〈他の実施例〉 なお、本発明は、何ら上記実施例に限定されるものでは
なく、例えば、上記実施例では、3段階で動きベクトル
検出を行なう場合を示したが、必要に応じてN段で行な
うようにしてよい。対象となる画像の画素数も、前記実
施例に限定されるものではなく、各ブロックの画素数も
一般にL×M画素でよい。
また、最適初期ベクトル決定時にいずれの隣接ブロック
の動きベクトルを考慮するかについても、何ら上記実施
例に限定されるものではない。
例えば、前記実施例では第7図に示したように2個の隣
接ブロックの動きベクトルを用いたが、同図の4個の隣
接ブロックの動きベクトルを用いるようにしてもよい。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明にかかる動きベクトル検出
回路よれば、第1段の動きベクトル検出の初期値として
、第i−1段で検出された動きベクトル中の隣接するも
のを考慮する際に、それらの隣接動きベクトルに対応す
る第1−1段の画像データを用いることとしたので、各
階層の画像データの格納メモリに対するアクセス回数が
減少してアクセス速度が低減されるとともに、演算負担
が軽減されるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明にかかる動きベクトル検出回路の第1実
施例を示す構成図、第2図〜第4図は前記第1実施例の
作用を示す説明図、第5図は本発明の第2実施例を示す
構成図、第6図は一般的な画像サンプリングを示す説明
図、第7図は初期動きベクトル決定時に考慮される隣接
ブロックの例を示す説明図、第8図は動きベクトル検出
装置の一般的な構成を示す構成図、第9図は従来の動き
ベクトル検出回路を示す構成図、第10図〜第12図は
前記従来の回路の作用を示す説明図である。 10.14.18.20,24.28・・・フレームメ
モリ、30.32フレ一ムメモリ群、60.70・・・
動きベクトル検出回路、36゜38.40・・・メモリ
、42.46・・・ブロック読み出し回路、44.48
・・・ワークメモリ、50−・・ビクセル読み出し回路
、52・・・ブロック選択回路、54・・・マツチング
回路、56・・・ベクトル判定回路、72.74・・・
オーバサンプル回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 入力画像A、比較画像Bに対して水平垂直の各方向に所
    定のサブサンプリングがn段階で行なわれた各階層の画
    像A_n、B_n間で、L×M画素のブロックを単位と
    して動きベクトルを検出する際に、第i段における動き
    ベクトル検出の初期値として、第i−1段で検出された
    動きベクトルのうちの隣接するブロックの動きベクトル
    を考慮する動きベクトル検出回路において、 前記隣接するブロックの動きベクトルに対応する第i−
    1段における画像データを用いて前記初期値を得る回路
    を備えたことを特徴とする動きベクトル検出回路。
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