JPH06165156A - 動き補償回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】圧縮時の量子化ステップが粗いようなときでも
動きベクトルを正確に検出する。 【構成】ラスタフォーマットをブロックフォーマットに
変換するためのフレームメモリ３０から、前フレームに
設定された複数のマクロブロックの画素データａ’１〜
ａ’ｋが出力され、これが動き検出回路２６に供給され
る。動き検出回路２６にはＡ／Ｄ変換器１２から現フレ
ームの特定ブロックの画素データａ１〜ａｋも供給さ
れ、ここで例えば絶対値総和、一致画素数、二乗和など
を評価関数として動き検出が行なわれて動きベクトルｖ
が算出される。この動き補償回路では、離散コサイン変
換回路１４及び量子化回路１５で圧縮される前のデータ
に基づいて動きベクトルが算出されるから、例えば量子
化ステップが粗いようなときでも動きベクトルｖを正確
に算出することが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、予測符号化方式の画
像圧縮装置などに適用して好適な動き補償回路に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】ＴＶ電話等のように動画像を伝送する際
には、通信回線を効率よく利用するため動画像を圧縮し
て伝送するようになっている。このような動画像の圧縮
伝送技術に予測符号化方式を用いた技術が知られてい
る。予測符号化方式は相関を利用したデータ圧縮方式で
あって、すでに符号化済みの過去の画素から現在の画素
を予測し、その予測誤差を符号化するものである。この
予測符号化には１フレームを複数のブロックに分割し、
各ブロック毎に符号化する方式がある。

【０００３】図３は１フレーム前の画素データから現フ
レームにおけるデータを予測するいわゆるフレーム間予
測符号化回路１０を示す。本図において入力端子１１に
は伝送すべき入力信号例えばビデオ信号が供給され、こ
れがＡ／Ｄ変器１２で所定ビット数のディジタル信号に
変換される。

【０００４】ディジタル化されたこのビデオ信号ａはフ
レームメモリ３０でラスタ信号からブロック信号に変換
され、このブロック信号ａ’が減算器１３に供給されて
予測ビデオ信号ｂとの差が取られる。そして、この差の
ビデオ信号が予測誤差信号ｃとして使用される。ビデオ
信号ａすなわちブロック信号ａ’には相関があるため、
１フレーム前の周囲の画素から予測した信号ｂと予測さ
れる信号ａ’との差であるこの予測誤差信号ｃは小さな
値となる。

【０００５】上述の例では、予測誤差信号ｃは離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）回路１４に供給される。ここで直交
変換された予測誤差信号（ＤＣＴ係数）ｄは量子化回路
１５で量子化される。この時、急激に変化するところは
粗く量子化しても目立ちにくいという人間の視覚特性を
利用して量子化されるもので、ゼロ近傍の量子化ステッ
プ幅は小さくし、ゼロ点から離れるにしたがって量子化
ステップ幅を広くするような非線形量子化によってデー
タの圧縮が図られる。量子化された予測誤差信号ｅは、
例えば可変長符号化回路１６で符号化されて出力端子１
７に導出され、ここから符号化信号ｆが外部に伝送され
る。

【０００６】また、予測誤差信号ｃを形成するための予
測ビデオ信号ｂは次のようにして生成される。すなわ
ち、量子化された予測誤差信号ｅはまず逆量子化回路２
１において量子化する前の予測誤差信号ｄ’に逆変換さ
れ、これがさらに逆・離散コサイン変換回路（ＩＤＣ
Ｔ）２２に供給されて減算器１３の出力と同様な信号形
式となるように逆変換される。逆変換された予測誤差信
号ｃ’は、加算器２３において予測ビデオ信号ｂと加算
された後、１フレームの遅延回路２４に供給される。

【０００７】１フレームだけ遅延されたこのビデオ信号
ｇは、動き補正回路２５に供給されて動きベクトルｖに
応じて動き補償が行なわれて予測ビデオ信号ｂが生成さ
れる。２６は動き検出回路でその動きベクトルｖによっ
て上述の動き補償が行なわれる。

【０００８】動きベクトルｖの検出方法としては、従来
から大きく分けて２種類の検出方法がある。その一つは
勾配法、グラジェント法等と呼ばれるもので、動きベク
トルｖを伝送する必要がない方法である。この方法は、
走査線変換（スタンダードコンバージョン）などに用い
られているが、ハードウェアが大きくなる傾向がある。

【０００９】もう一つはＣＣＩＴＴ（国際電信電話諮問
委員会）の勧告Ｈ．２６１で採用されているもので、画
像を複数のブロックに分割し、前フレームと後フレーム
の対応するブロックの画素を比較することにより動き検
出を行なうブロックマッチング法である。このブロック
マッチング法では、動きベクトルｖを圧縮画像と一緒に
伝送しなければならないが、ハードウェアを比較的簡単
に構成することが可能である。

【００１０】このブロックマッチング法による動きベク
トルｖの検出では、図４に示すようにフレーム遅延回路
２４に格納される前フレームに動き検出探索範囲Ｌを設
定し、この動き検出探索範囲Ｌ内の複数の位置に設定し
た例えば１６ドット×１６ドットのＮ個のマクロブロッ
クＭ１，Ｍ２・・・ＭＮのそれぞれと、フレームメモリ
３０から供給される現フレームにおける特定のマクロブ
ロックＱとを適宜な評価関数に基づいて比較し、現フレ
ームのマクロブロックＱと最も近似しているマクロブロ
ックＭｉを検出する。

【００１１】そして、このマクロブロックＭｉと前フレ
ームのマクロブロックＱとの位置関係をベクトルで表現
したものが動きベクトルｖとなる。動き検出探索範囲Ｌ
におけるマクロブロックＭ１〜ＭＮは、１画素づつもし
くは複数画素置きにずらした位置にＮ個設定される。

【００１２】また、動きベクトルｖを検出する際に、ま
ず、第１段階として前フレームに粗い画素間隔で設定さ
れた複数のマクロブロックについて動き検出をし、次に
第２段階として第１段階で検出されたマクロブロックの
周囲に第１段階より細かい画素間隔で設定されたマクロ
ブロックについて動き検出をする方法が提案されている
（特開平３−２４７１９０号公報）。この動き検出方法
によれば、始めから動き検出探索範囲Ｌ全体に細かい画
素間隔で設定されたマクロブロックについて動き検出す
るよりも回路規模を小さくすることが可能になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の予測
符号化回路１０においては、動き検出回路２６で動きベ
クトルｖを検出する際に、前フレームの画素データとし
てフレーム遅延回路２４から供給された画素データｇ１
〜ｇｋを使用しているが、このフレーム遅延回路２４の
出力は、離散コサイン変換回路１４及び量子化回路１５
で一旦圧縮された画像データが逆量子化回路２１及び逆
離散コサイン変換回路２２を経て格納されていたもので
ある。

【００１４】したがって、例えば動きの速い画像などを
低ビットレートで伝送するときのように、量子化回路１
５の量子化ステップが粗く設定されるような場合は、フ
レーム遅延回路２４に格納される画素データｇ１〜ｇｋ
が元のビデオ信号ａに比べて劣化しているので、正確な
動きベクトルを検出することが不可能になるという問題
がある。

【００１５】そこでこの発明は、上述したような課題を
解決したものであって、例えば量子化ステップが粗いよ
うなときでも正確な動きベクトルを検出することが可能
な動き補償回路を提案するものである。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め本発明においては、画像圧縮装置に用いられる動き補
償回路において、画像圧縮装置で圧縮する前の画像信号
を遅延するための遅延回路と、圧縮する前の画像信号と
フレームメモリの出力信号とを用いて動きベクトルを検
出する動き検出回路とを備えたことを特徴とするもので
ある。

【００１７】

【作用】図１において、Ａ／Ｄ変換器１２から現フレー
ムの特定ブロックＱ（図４）の画素データａ１〜ａｋ
（図２）が出力され、これが動き検出回路２６に供給さ
れる。また、動き検出回路２６にはラスタ／ブロック変
換用のフレームメモリ３０から前フレームの動き検出探
索範囲Ｌ内の各マクロブロックＭ１〜ＭＮの画素データ
ａ’１〜ａ’ｋも供給される。

【００１８】そして、ここで動き検出の評価関数として
例えば現フレームの各画素データａ１〜ａｋと前フレー
ムの各画素データａ’１〜ａ’ｋの一致数が検出され、
この一致画素数が最大となるマクロブロックＭｉが検出
される。そして、このマクロブロックＭｉに基づいて現
在のマクロブロックＱの動きベクトルｖが算出される。

【００１９】この動きベクトルｖが動き補正回路２５に
供給され、これに対応する制御係数がフレーム遅延回路
２４から供給されたデータｇに掛けられることにより、
動き補償された予測ビデオ信号ｂが生成される。

【００２０】

【実施例】続いて、本発明に係わる動き補償回路の一実
施例について、図面を参照して詳細に説明する。なお、
上述と同一の部分には同一の符号を付けて詳細な説明を
省略した。

【００２１】図１は本発明による動き補償回路を適用し
たフレーム間予測符号化回路１０の系統を示す。同図に
おいて、Ａ／Ｄ変換器１２でディジタルに変換されたビ
デオ信号ａがフレームメモリ３０に供給され、ここでラ
スタ信号からブロック信号に変換される。このブロック
信号ａ’が減算器１３に供給される。そして、上述と同
様に離散コサイン変換回路１４、量子化回路１５、逆量
子化回路２１、逆離散コサイン変換回路２２、加算器２
３及びフレーム遅延回路２４を経て動き補正回路２５に
供給される。

【００２２】また、Ａ／Ｄ変換器１２の出力信号ａは動
き検出回路２６に供給される。この動き検出回路２６に
はフレームメモリ３０の出力信号ａ’も供給され、ここ
で次に説明するように動きベクトルｖが検出される。

【００２３】すなわち、動き検出回路２６には図２に示
すようにＡ／Ｄ変換器１２から出力されるビデオ信号ａ
が現在のフレームとして供給される。この現フレーム内
に動き検出をしようとする適宜なサイズのマクロブロッ
クＱ（図４）が設定され、図２に示すようにマクロブロ
ックＱ内の画素データａ１〜ａｋが動き検出回路２６に
供給される。

【００２４】また、フレームメモリ３０に格納された信
号、本例では前フレームの信号内に動き検出探索範囲Ｌ
が設定される。この動き検出探索範囲Ｌは、現フレーム
のマクロブロックＱに対応する位置の周辺に設定され
る。次に、この動き検出探索範囲Ｌ内に適宜な数のマク
ロブロックＭ１〜ＭＮが設定され、これらのマクロブロ
ックＭ１〜ＭＮ内の画素データａ’１〜ａ’ｋが動き検
出回路２６に供給される。

【００２５】動き検出回路２６では、現フレームのマク
ロブロックＱの画素データａ１〜ａｋと前フレームの各
マクロブロックＭ１〜ＭＮの画素データａ’１〜ａ’ｋ
とを、例えば差分の絶対値総和や差分の二乗和などの評
価関数によって評価する。そして、絶対値総和もしくは
二乗和が最小となるマクロブロックＭｉ、すなわち、現
在のマクロブロックＱと最も近似する最適マクロブロッ
クＭｉを検出する。

【００２６】このマクロブロックＭｉの座標Ｘｉ，Ｙｉ
に基づいて現在のマクロブロックＱの動きベクトルｖが
算出され、これが動き補正回路２５に供給される。ここ
でフレーム遅延回路２４から出力された圧縮画像信号ｇ
に、動きベクトルｖに対応する制御係数が掛けられて動
き補償されることにより予測ビデオ信号ｂが生成され
る。ここで算出された動きベクトルｖはフレーム遅延回
路３１で１フレーム分だけ遅延されて出力端子２７に導
出される。

【００２７】このフレーム間予測符号化回路１０に適用
した動き補償回路では、前フレームの動き検出探索範囲
Ｌの設定用としてラスタ／ブロック変換用のフレームメ
モリ３０を兼用したので、メモリの節約を図ることが可
能になる。

【００２８】なお、上述の実施例では動き検出の評価関
数として絶対値総和もしくは二乗和を使用した場合につ
いて説明したが、本発明はこれ以外の評価関数、例えば
現フレームの画素データａ１〜ａｋと前フレームの画素
データａ’１〜ａ’ｋとが一致する数を評価関数とする
ことも可能である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明の動き補償回
路は、圧縮する前の画像データを用いて動きベクトルを
検出し、この動きベクトルに基づいて圧縮後の画像を補
正するようにしたものである。

【００３０】したがって本発明によれば、例えば粗い量
子化ステップで画像圧縮する場合のように画像データが
劣化する場合でも、動きベクトルは正確に検出すること
が可能になるなどの効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係わる動き補償回路を適用したフレー
ム間予測符号化回路の系統図である。

【図２】比較対象画素を説明する図である。

【図３】従来の動き補償回路を適用したフレーム間予測
符号化回路１０の系統図である。

【図４】動きベクトルｖの検出要領を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１２ Ａ／Ｄ変換器 １４ 離散コサイン変換回路 １５ 量子化回路 ２１ 逆量子化回路 ２２ 逆離散コサイン変換回路 ２４ フレーム遅延回路 ２５ 動き補正回路 ２６ 動き検出回路 ３０ フレームメモリ ３１ フレーム遅延回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像圧縮装置に用いられる動き補償回路
   において、 上記画像圧縮装置で圧縮する前の画像信号を遅延するた
   めの遅延回路と、 上記遅延回路の入力信号及び出力信号を用いて動きベク
   トルを検出する動き検出回路とを備えたことを特徴とす
   る動き補償回路。