JPH07240927A - 映像符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 全探索法を用いた場合と比較して回路規模を
削減することができ、かつ全探索法に近い画質を有する
ことを可能とする映像符号化装置を提供する。 【構成】 １０２は探索情報算出器で、動きベクトルメ
モリ１０１に格納されている動きベクトル値から１個の
候補ベクトルを算出する。１０３は高精度演算器で、候
補ベクトルにより予測されるブロックを含み参照フレー
ム上の探索領域より小さい第２の探索領域を設定し、１
画素以下の精度で候補ベクトルを設定して、その候補ベ
クトルごとに予測誤差値を算出する。１０４は低精度演
算器で、参照フレーム上の第１の探索領域内を２画素以
上の精度で候補ベクトルを設定し、その候補ベクトルご
とに予測誤差値を算出する。１０５は予測誤差値比較器
で、高精度演算器１０３および低精度演算器１０４によ
り算出された予測誤差値とを比較することにより、符号
化ブロックの動きベクトル値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像を記録および伝送
する場合に、映像信号のデータ量を削減するために動き
補償を用いて高能率符号化を行う映像符号化装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、映像のディジタル信号処理技術や
半導体の集積技術などの進歩により、映像信号をディジ
タル符号化した装置の開発が盛んになってきている。映
像信号の符号化装置の１つに、時間方向の冗長を削減す
るものがある。この代表例としていわゆるＭＰＥＧ（Mo
ving Picture Expert Group）があり、現在標準化作業
が活発に行われている。ＭＰＥＧでは、空間方向の圧縮
にＤＣＴ（離散コサイン変換）を、時間方向の圧縮に動
き補償フレーム間予測が用いられている。

【０００３】動き補償フレーム間予測とは、入力映像信
号をある大きさ（例えば水平１６画素、垂直１６画素）
のブロックに分割し、以前のフレームの再生映像信号で
ある参照フレ−ムから動きベクトル分ずらして予測を行
い、入力信号と予測信号の差分信号と動きベクトルで映
像信号を符号化する処理をいう。

【０００４】また、動きベクトルの検出とは、符号化ブ
ロックと符号化ブロックの位置に対応する参照フレーム
上のブロックを基準位置として、あらかじめ設定された
探索領域内のブロック群とのマッチングを行い、ブロッ
ク間の相関が高いブロックの位置を動きベクトルとして
検出する処理をいう。

【０００５】ここで、従来例における映像符号化装置に
ついて図面を参照しつつ説明する。図１５は従来例にお
ける映像符号化装置の全体構成を示すブロック図であ
る。同図において、１５０１はバッファメモリで映像デ
ータを格納する。１５０２はブロック化器でバッファメ
モリ１５０１に格納された映像データを複数のブロック
に分割する。１５０３はフレームメモリで、前フレーム
の映像データを保持する。１５０４は動きベクトル検出
器で、ブロック化器１５０２により符号化ブロックとフ
レームメモリ１４０３に保持された映像データから探索
情報を用いて動きベクトルの検出を行う。１５０５は動
きベクトル符号化器で、動きベクトル検出器１５０４に
より検出された動きベクトルを符号化する。１５０６は
予測ブロック生成器で、フレームメモリ１５０３に保持
された映像データから動きベクトル分変位したブロック
の映像データを予測ブロックとして生成する。１５０７
は差分器で、符号化ブロックと予測ブロックの差分信号
を算出する。１５０８は直交変換器で、映像データを直
交変換する。１５０９は量子化器で、直交変換された映
像データの量子化を行う。１５１０は直交変換符号化器
で、直交変換および量子化された映像データを符号化す
る。１５１１は逆量子化器で、量子化器の逆の操作を行
う。１５１２は逆直交変換器で、直交変換された映像デ
ータを復号する。１５１３は加算器で、復号された映像
データと予測ブロックを加算する。１５１４、１５１５
はスイッチで、予測ブロックの有無により入力信号を切
替える。

【０００６】このように構成された従来例の映像符号化
装置の動作について説明する。まず、１フレーム目の映
像データをバッファメモリ１５０１に格納する。格納さ
れた映像データをブロック化器１５０２に与え、１フレ
ーム目の画面を碁盤状になるよう複数のブロックに分割
する。１ブロックは例えば縦１６画素、横１６画素とす
る。１フレーム目の映像データは予測映像データが存在
しないため、スイッチ１５１４は直交変換器１５０８に
接続され、各ブロックの映像データは直交変換器１５０
８に入力されて直交変換される。その変換係数は量子化
器１５０９により量子化し、直交変換符号化器１５１０
により符号化される。

【０００７】一方、量子化器１５０９の量子化データは
逆量子化器１５１１にも与えられ、逆量子化の処理が施
される。さらに、逆直交変換器１５１２により再び元の
映像データに変換される。このときスイッチ１５１５に
より加算器１５１３はスルーの状態になっており、予測
ブロックが与えられない。加算器１１５により出力され
る１フレームの映像データはフレームメモリ１５０３に
格納され、次のフレームの動きベクトルの検出に用いら
れる。

【０００８】さて、次のフレームの映像データが信号源
から出力されると、そのデータは一旦バッファメモリ１
５０１に格納される。格納された映像データはブロック
化器１５０２により複数のブロックに分割される。夫々
のブロックにおいて、各映像データは１フレーム前の映
像データと対応する位置を基準点にして、動きベクトル
検出器１５０４により予め決められた探索範囲内で調べ
られる。例えば探索範囲を左右及び上下方向に夫々７画
素とし、隣接フレーム間の予測誤差（信号レベルの差）
の最も少ない位置を動きベクトルと判定する。

【０００９】次に、予測ブロック生成器１５０６は動き
ベクトル検出器１５０４で得られた動きベクトルのデー
タを用いて、１フレーム前の基準位置から動きベクトル
分変位された映像を予測し、予測ブロックを生成する。
ここで生成された予測ブロックは差分器１５０７に与え
られ、前フレームの該当ブロックとの差分データに変換
される。

【００１０】差分器１５０７で得られた差分データはス
イッチ１５１４を介して直交変換器１５０８に与えら
れ、信号の空間的冗長性を除去するための直交変換が行
われる。ここでの変換係数は量子化器１５０９により量
子化され、直交変換符号化器１１２により符号化され
る。一方、動きベクトル検出器１５０４により検出され
た動きベクトルは動きベクトル符号化器１５０５を用い
て符号化される。

【００１１】また、量子化データは逆量子化器１５１１
によって量子化器１５０９と逆の処理が施され、逆直交
変換器１５１２により差分データに再び変換される。そ
して加算器１５１３においてスイッチ１５１５を介して
与えられる映像の予測ブロックが差分データに加算さ
れ、元の映像データに戻される。戻された映像データは
フレームメモリ１５０３に格納され、次のブロックの動
きベクトルの検出に用いられる。

【００１２】１フレーム目の映像データ以外に、他に符
号化しようとするブロックの入力信号そのものを変換し
て符号化した方が、差分データを変換した場合よりも符
号量が少なくなる場合がある。例えば、画面全体が新し
い映像となった場合は、入力データをそのまま符号化す
ることが必要となる。このときスイッチ１５１４を用い
てブロック化器１５０２の出力を直交変換器１５０８へ
入力し、予測データを加算器１５１３に与えないように
する。

【００１３】代表的な動きベクトルの検出方法として、
全探索法、３ステップ法などがある。全探索法は、全て
の探索領域に渡り、１画素精度で動きベクトルの探索を
行う方法であり、画質面においては最もよい方法である
が、回路規模が大きいという問題がある。３ステップ法
は、全探索法の回路規模の問題を解決するために考案さ
れた方法であり、３段階の処理により動きベクトルの検
出を行う。すなわち、まず第１ステップでは、４画素精
度で探索することにより、動きベクトルを検出する。次
に第２ステップでは、第１ステップで検出された動きベ
クトルとその８近傍を２画素精度で探索することによ
り、動きベクトルを検出する。さらに第３ステップで
は、第２ステップで検出された動きベクトルとその８近
傍を１画素精度で探索することにより、符号化ブロック
の動きベクトルを決定する。３ステップ法は、全探索法
に比べ探索数が少なくなり回路規模の削減が可能とな
る。しかし、画質面では全探索法と比べて劣化が見られ
る。

【００１４】図１６は、動きベクトルの探索範囲を水平
方向−７から＋７、垂直方向−７から＋７にした場合の
符号化ブロックと参照フレーム上の探索領域を表してい
る。ここで、符号化ブロックのサイズは、水平方向１６
画素、垂直方向１６画素である。また、探索領域のサイ
ズは、水平方向３０画素、垂直方向３０画素である。

【００１５】図１７は全探索法を用いた場合の動きベク
トルの探索数を表している。動きベクトルの探索範囲が
水平方向−７から＋７、垂直方向−７から＋７の時、探
索数は２２５となる。

【００１６】図１８は３ステップ法を用いた場合の動き
ベクトルの探索数を表している。図で示すように、第１
ステップでは探索数が９、第２ステップでは探索数が
８、第３ステップでは探索数が８となり、総探索数は２
５となる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】このような従来の映像
符号化装置においては、全探索法を用いた場合、動きベ
クトルの探索数が多く、回路実現が大きくなるという問
題を有している。また、３ステップ法を用いた場合で
は、画質の低下という課題を有していた。

【００１８】本発明は、従来の映像符号化装置が有して
いた上記課題に鑑み、全探索法を用いた場合と比較して
回路規模を削減することができ、かつ全探索法に近い画
質を有することを可能とする映像符号化装置を提供する
ことを目的としている。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の映像符号化装置は、動きベクトルの検出を
行うためのあらかじめ設定された参照フレーム上の探索
領域を第１の探索領域としたとき、動きベクトルが検出
された符号化ブロックの動きベクトル値を格納する動き
ベクトルメモリと、動きベクトルメモリに格納されてい
る動きベクトル値から所定の演算式により１個の候補ベ
クトルを算出する候補ベクトル算出器と、候補ベクトル
により予測されるブロックを含み参照フレーム上の探索
領域より小さい第２の探索領域を設定し、第２の探索領
域内を１画素以下の精度で候補ベクトルを設定してその
候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する高精度演算器
と、参照フレーム上の第１の探索領域内を２画素以上の
精度で候補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに
予測誤差値を算出する低精度演算器と、高精度演算器に
より算出された予測誤差値と低精度演算器により算出さ
れた予測誤差値とを比較することにより符号化ブロック
の動きベクトル値を決定する予測誤差値比較器を備えた
ものである。

【００２０】

【作用】本発明の映像符号化装置は、前記した構成によ
り、まず、探索情報算出器を用いて動きベクトルメモリ
に格納された動きベクトル値から所定の演算式により１
個の候補ベクトルを算出する。次に、高精度演算器で
は、その候補ベクトルにより予測されるブロックを含み
１画素以下の精度で候補ベクトルを設定してその候補ベ
クトルごとに予測誤差値を算出する。低精度演算器で
は、参照フレーム上の第１の探索領域内を２画素以上の
精度で候補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに
予測誤差値を算出する。最後に、予測誤差値比較器で
は、高精度演算器により算出された予測誤差値と低精度
演算器により算出された予測誤差値とを比較することに
より符号化ブロックの動きベクトル値を決定する。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）以下に、本発明の第１実施例における映像
符号化装置について図面を用いて説明する。

【００２２】図１は本発明の第１実施例における映像符
号化装置の構成図である。ここでは、図１５で示した従
来例における映像符号化装置の動きベクトル検出器１５
０４が異なるため、それらの構成を記載している。

【００２３】図１において、動きベクトルの検出を行う
ための、あらかじめ設定された参照フレーム上の探索領
域を第１の探索領域とする。１０１は動きベクトルメモ
リで、動きベクトルが検出された符号化ブロックの動き
ベクトル値を格納する。１０２は探索情報算出器で、動
きベクトルメモリ１０１に格納されている動きベクトル
値から所定の演算式により１個の候補ベクトルを算出す
る。１０３は高精度演算器で、候補ベクトルにより予測
されるブロックを含み参照フレーム上の探索領域より小
さい第２の探索領域を設定し、第２の探索領域内を１画
素以下の精度で候補ベクトルを設定して、その候補ベク
トルごとに予測誤差値を算出する。１０４は低精度演算
器で、参照フレーム上の第１の探索領域内を２画素以上
の精度で候補ベクトルを設定して、その候補ベクトルご
とに予測誤差値を算出する。１０５は予測誤差値比較器
で、高精度演算器１０３により算出された予測誤差値と
低精度演算器１０４により算出された予測誤差値とを比
較することにより、符号化ブロックの動きベクトル値を
決定する。

【００２４】図２は、図１で示した詳細ブロックの動作
を説明するフローチャートである。以下に２フレーム目
以降の１フレームの映像データについて処理手順を示
す。 （ステップ２０１）フレームの画素数を水平８００画素
・垂直８００画素とし、ブロックの大きさを水平１６画
素・垂直１６画素とし、水平ブロックの総数を５０、垂
直ブロックの総数を５０とし、水平ブロックの初期値を
０、垂直ブロックの初期値を０とする。次に（ステップ
２０２）へ行く。 （ステップ２０２）動きベクトルメモリ１０１をすべて
０に初期設定する。次に（ステップ２０３）へ行く。 （ステップ２０３）探索情報算出器１０２を用いて符号
化ブロックの候補ベクトルの算出を行う。水平方向の候
補ベクトル値をＨＰ、垂直方向の候補ベクトル値をＶＰ
とする。（ステップ２０４）および（ステップ２０５）
へ行く。 （ステップ２０４）高精度演算器１０３により、符号化
ブロックのデータと探索領域のデータを用いて、図３の
フローチャートで示す方法で動きベクトルを検出する。
候補ベクトルを中心に隣接する８画素を探索するとした
とき、水平方向の動きベクトルの探索範囲をＨＰ−１〜
ＨＰ＋１、垂直方向の動きベクトルの探索範囲をＶＰ−
１〜＋ＶＰ＋１、水平方向の探索精度を１画素、垂直方
向の探索精度を１画素にする。また、最小予測誤差値と
その動きベクトルの初期設定値を与えない。ここで、検
出された動きベクトルを水平方向ＨＨ、垂直方向ＶＨと
し、そのときの最小予測誤差値をＥＨとする。次に（ス
テップ２０６）へ行く。 （ステップ２０５）低精度演算器１０４により、符号化
ブロックのデータと探索領域のデータを用いて図３のフ
ローチャートで示した方法で動きベクトルを検出する。
このとき、水平方向の動きベクトルの探索範囲を−４〜
＋４、垂直方向の動きベクトルの探索範囲を−４〜＋
４、水平方向の探索精度を４画素、垂直方向の探索精度
を４画素にする。また、最小予測誤差値とその動きベク
トルの初期設定値は与えない。ここで、検出された動き
ベクトルを水平方向ＨＬ、垂直方向ＶＬとし、そのとき
の最小予測誤差値をＥＬとする。次に（ステップ２０
６）へ行く。 （ステップ２０６）予測誤差値比較器１０５を用いて、
高精度演算器１０３で検出した動きベクトルの予測誤差
値ＥＨと低精度演算器１０４で検出した動きベクトルの
予測誤差値ＥＬとを比較し、ＥＬがＥＨよりも小さいと
きはＨＬ、ＶＬを、そうでないときはＨＨ、ＶＨを符号
化ブロックの動きベクトル値として決定する。次に（ス
テップ２０９）へ行く。 （ステップ２０７）予測誤差値比較器１０５で決定した
動きベクトルを動きベクトルメモリ１０１に格納する。
次に（ステップ２０８）へ行く。 （ステップ２０８）符号化フレームの水平ブロックに１
を加算する。次に（ステップ２０９）へ行く。 （ステップ２０９）符号化フレームの水平ブロックが水
平ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合、（ステップ２１０）へ行く。そうでない場合、
（ステップ２０３）へ行く。 （ステップ２１０）符号化フレームの水平ブロックを０
にリセットする。符号化ブロックの垂直ブロックに１を
加算する。次に（ステップ２１１）へ行く。 （ステップ２１２）符号化フレームの垂直ブロックが垂
直ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合、処理を終了する。そうでない場合、（ステップ
２０３）へ行く。

【００２５】なお、ここでは、高精度演算器１０３およ
び低精度演算器１０４でそれぞれ動きベクトルを検出し
た後に、予測誤差値比較器１０５でそれらの予測誤差値
を比較することにより、符号化ブロックの動きベクトル
の決定を行っているが、高精度演算器１０３において符
号化ブロックと各探索点に対応するブロックとのすべて
の予測誤差値を抽出し、低精度演算器１０４において符
号化ブロックと各探索点に対応するブロックとのすべて
の予測誤差値を抽出し、予測誤差値比較器１０５におい
てそれらのすべての予測誤差値を比較することにより、
符号化ブロックの動きベクトルを決定してもよい。

【００２６】図３は、動きベクトル検出器のフローチャ
ートである。以下に、処理手順を示す。 （ステップ３０１）水平方向の動きベクトルの探索範囲
をＨ＿ＳＲＴ〜Ｈ＿ＥＮＤ、垂直方向の動きベクトルの
探索範囲をＶ＿ＳＲＴ〜Ｖ＿ＥＮＤ、水平方向の探索精
度をＨ＿ＩＮＴＥＲＶＡＬ、垂直方向の探索精度をＶ＿
ＩＮＴＥＲＶＡＬに設定する。次に（ステップ３０２）
へ行く。 （ステップ３０２）予測誤差値の最小値とその動きベク
トルの初期設定をする。初期値が与えられた場合はその
値を設定する。初期値が与えられない場合は、最小予測
誤差値として取り得る最大値より大きな値を設定し、動
きベクトルの初期値を設定しない。次に（ステップ３０
３）へ行く。 （ステップ３０３）水平動きベクトルをＨ＿ＳＲＴに、
垂直動きベクトルをＶ＿ＳＲＴに設定する。次に（ステ
ップ３０４）へ行く。 （ステップ３０４）初期設定をした動きベクトル値かど
うかを調べる。そうならば、次に（ステップ３１０）へ
行く。そうでなければ（ステップ３０５）へ行く。 （ステップ３０５）探索領域内の符号化ブロックの対応
位置から動きベクトル分ずれた位置のブロックである参
照ブロックを作成する。次に（ステップ３０６）へ行
く。 （ステップ３０６）符号化ブロックと参照ブロックとの
予測誤差値を求める。ここでは予測誤差値の算出方法と
して、ブロック間の対応画素の差分値の絶対値和を用い
る。次に（ステップ３０７）へ行く。 （ステップ３０７）算出した予測誤差値と最小予測誤差
値を比較する。算出した予測誤差値が最小予測誤差値よ
り小さい場合には（ステップ３０８）へ行く。そうでな
い場合には（ステップ３１０）へ行く。 （ステップ３０８）最小予測誤差値を算出した予測誤差
値に更新する。次に（ステップ３０９）へ行く。 （ステップ３０９）最小評価誤差値に対応する動きベク
トルを更新する。次に（ステップ３１０）へ行く。 （ステップ３１０）水平動きベクトルにＨ＿ＩＮＴＥＲ
ＶＡＬを加算する。次に（ステップ３１１）に行く。 （ステップ３１１）水平動きベクトルがＨ＿ＥＮＤより
大きいかどうかを調べる。大きい場合（３１２）に行
く。そうでない場合には（ステップ３０４）に行く。 （ステップ３１２）水平動きベクトルをＨ＿ＳＲＴに設
定する。垂直動きベクトルにＶ＿ＩＮＴＥＲＶＡＬを加
算する。次に（ステップ３１３）へ行く。 （ステップ３１３）垂直動きベクトルがＶ＿ＥＮＤより
大きいかどうかを調べる。大きい場合（３１４）へ行
く。そうでない場合には（ステップ３０４）に行く。 （ステップ３１４）最小評価誤差関数の動きベクトルを
動きベクトルとして検出する。処理を終了する。

【００２７】なお、図３の動きベクトルの初期設定は３
ステップ法の第２ステップや第３ステップなどの、あら
かじめ前ステップの動きベクトル値が算出されている場
合にその検出結果を用いる時などに行われる。

【００２８】次に、探索情報算出器１０２による候補ベ
クトルの算出方法について説明する。

【００２９】図４は、候補ベクトルの算出方法を説明す
るための図である。符号化は左上のブロックから右方向
に順次行われて行き、１水平マクロブロックラインの処
理が終了したならば次の水平マクロブロックラインの処
理を行うとする。ここでは、符号化ブロックの隣接する
４ブロックである上ブロック、左ブロック、左上ブロッ
ク、右下ブロックの水平値、垂直値ごとの動きベクトル
の平均値を予測値として用いている。このとき動きベク
トルメモリ７０２に必要な容量は水平方向のブロック数
＋１の動きベクトルに対応する容量である。

【００３０】なお、候補ベクトルの算出方法として動き
ベクトルの平均値の代わりに動きベクトルの中央値や最
多頻度値を用いることもできる。

【００３１】図５は候補ベクトルの算出を行い２つの精
度の異なる探索を行う方法（候補ベクトルの算出を用い
た２精度法）の場合の動きベクトルの探索数を表してい
る。図で示すように、高精度演算器１０３で候補ベクト
ルとそれに隣接する８画素を探索するとした場合探索数
が９、低精度演算器１０４では探索数が９となり、総探
索数は１８となる。

【００３２】ここで、高精度演算器１０３の探索点にお
ける動きベクトル値が符号化ブロックの動きベクトル値
になるのは、ブロックの領域が静止状態、パン・ズー
ム、同一速度の移動物体などの場合である。低精度演算
器 １０４の探索点における動きベクトル値が符号化ブ
ロックの動きベクトル値になるのは、速度の異なる領域
の境界や前フレームに存在しない領域などの場合であ
る。低精度演算器１０４を設けることにより候補ベクト
ルの隣接領域に動きベクトルがない場合においても全探
索領域における動きベクトルの探索を行うため大幅な動
きベクトル誤りがなくなり、画質の劣化を防ぐことがで
きる。

【００３３】以上のように、第１実施例の映像符号化装
置を用いることにより、高精度演算器１０３と低精度演
算器１０４の処理を並列に行うことにより、動きベクト
ルの検出を１ステップで行うことが可能となるため、３
ステップ法と比較して処理時間が約１／３に削減される
かそれを避けるためのパイプライン処理による回路増加
を不要にすることができる。また、動きベクトルの探索
数が全探索法と比較して１／１０以下に削減できる。さ
らに、探索情報算出器１０２により候補ベクトルの精度
を向上させることと、低精度演算器１０４を設けること
により大幅な動きベクトル誤りがなくすことに全探索法
に近い画質に向上することが可能となる。

【００３４】なお、ここでは探索精度を１画素としてい
るが、０．５画素精度にした場合、図５における高精度
動きベクトル検出の９点の探索点に加え、０．５画素精
度における近傍８画素の探索点との合計１７点の探索を
１ステップで行うことにより、動きベクトルを検出す
る。すなわち、０．５画素精度においても１ステップで
動きベクトルを検出することが可能となる。

【００３５】（実施例２）第１実施例による削減では装
置実現上支障があり、さらなる削減が必要な場合があ
る。

【００３６】そこで、第２実施例では、動きベクトルメ
モリを直前の動きベクトル値に必要な容量に削減し、候
補ベクトルとしてそのまま直前の動きベクトル値を用い
ることにより、動きベクトルを検出することが可能な動
きベクトル符号化装置について述べる。

【００３７】以下に、本発明の第２実施例における映像
符号化装置について図面を用いて説明する。

【００３８】図６は本発明の第２実施例における映像符
号化装置の構成図である。ここでは、図１５で示した従
来例における映像符号化装置の動きベクトル検出器１０
４が異なるため、それらの構成を記載している。

【００３９】図６において、動きベクトルの検出を行う
ためのあらかじめ設定された参照フレーム上の探索領域
を第１の探索領域とする。６０１は動きベクトルメモリ
で、直前の符号化ブロックの動きベクトル値を格納す
る。６０２は高精度演算器で、動きベクトルメモリ６０
１に格納された動きベクトル値より予測されるブロック
を含み参照フレーム上の探索領域より小さい第２の探索
領域を設定し、第２の探索領域内を１画素以下の精度で
候補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤
差値を算出する。６０３は低精度演算器で、参照フレー
ム上の第１の探索領域内を２画素以上の精度で候補ベク
トルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤差値を算
出する。６０４は予測誤差値比較器で、高精度演算器６
０２により算出された予測誤差値と低精度演算器６０３
により算出された予測誤差値とを比較することにより符
号化ブロックの動きベクトル値を決定する。

【００４０】図７は、図６で示した詳細ブロックの動作
を説明するフローチャートである。以下に２フレーム目
以降の１フレームの映像データについて処理手順を示
す。 （ステップ７０１）フレームの画素数を水平８００画素
・垂直８００画素とし、ブロックの大きさを水平１６画
素・垂直１６画素とし、水平ブロックの総数を５０、垂
直ブロックの総数を５０とし、水平ブロックの初期値を
０、垂直ブロックの初期値を０とする。次に（ステップ
７０２）へ行く。 （ステップ７０２）動きベクトルメモリ６０１の水平方
向をＨＰ、垂直方向をＶＰとし、共に０に初期設定す
る。次に、（ステップ７０３）および（ステップ７０
４）へ行く。 （ステップ７０３）高精度演算器６０２により、符号化
ブロックのデータと探索領域のデータを用いて図８のフ
ローチャートで示した方法で動きベクトルを検出する。
動きベクトルメモリ６０１に格納された値を中心に隣接
する８画素を探索するとしたとき、水平方向の動きベク
トルの探索範囲をＨＰ−１〜ＨＰ＋１、垂直方向の動き
ベクトルの探索範囲をＶＰ−１〜＋ＶＰ＋１、水平方向
の探索精度を１画素、垂直方向の探索精度を１画素にす
る。また、最小予測誤差値とその動きベクトルの初期設
定値を与えない。ここで、検出された動きベクトルを水
平方向ＨＨ、垂直方向ＶＨとし、そのときの最小予測誤
差値をＥＨとする。次に（ステップ７０５）へ行く。 （ステップ７０４）低精度演算器６０３により、符号化
ブロックのデータと探索領域のデータを用いて図８のフ
ローチャートで示した方法で動きベクトルを検出する。
このとき、水平方向の動きベクトルの探索範囲を−４〜
＋４、垂直方向の動きベクトルの探索範囲を−４〜＋
４、水平方向の探索精度を４画素、垂直方向の探索精度
を４画素にする。また、最小予測誤差値とその動きベク
トルの初期設定値は与えない。ここで、検出された動き
ベクトルを水平方向ＨＬ、垂直方向ＶＬとし、そのとき
の予測誤差値をＥＬとする。次に（ステップ７０５）へ
行く。 （ステップ７０５）予測誤差値比較器６０４を用いて、
高精度演算器６０２で検出した動きベクトルの予測誤差
値ＥＨと低精度演算器６０３で検出した動きベクトルの
予測誤差値ＥＬとを比較し、ＥＬがＥＨよりも小さいと
きはＨＬ、ＶＬを、そうでないときはＨＨ、ＶＨを符号
化ブロックの動きベクトル値として決定する。次に（ス
テップ７０６）へ行く。 （ステップ７０６）予測誤差値比較器６０４で決定した
動きベクトルを動きベクトルメモリ６０１に格納する。
次に（ステップ７０７）へ行く。 （ステップ７０７）符号化フレームの水平ブロックに１
を加算する。次に（ステップ７０８）へ行く。 （ステップ７０８）符号化フレームの水平ブロックが水
平ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合には、（ステップ７０９）へ行く。そうでない場
合には、（ステップ７０３）および（ステップ７０４）
へ行く。 （ステップ７０９）符号化フレームの水平ブロックを０
にリセットする。符号化ブロックの垂直ブロックに１を
加算する。次に（ステップ７１０）へ行く。 （ステップ７１０）符号化フレームの垂直ブロックが垂
直ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合、処理を終了する。そうでない場合には、（ステ
ップ７０２）へ行く。

【００４１】なお、ここでは高精度演算器６０２および
低精度演算器６０３でそれぞれ動きベクトルを検出した
後に予測誤差値比較器６０４でそれらの予測誤差値を比
較することにより符号化ブロックの動きベクトルの決定
を行っているが、高精度演算器６０２において符号化ブ
ロックと各探索点に対応するブロックとのすべての予測
誤差値を抽出し、低精度演算器６０３において符号化ブ
ロックと各探索点に対応するブロックとのすべての予測
誤差値を抽出し、予測誤差値比較器６０４においてそれ
らのすべての予測誤差値を比較することにより符号化ブ
ロックの動きベクトルを決定してもよい。

【００４２】以上のように、第２実施例の動きベクトル
符号化装置を用いることにより、直前の動きベクトル値
を候補ベクトルに用いて、候補ベクトル算出器をなくす
ことと動きベクトルメモリの容量を直前の動きベクトル
値のみに削減することができ、第１実施例よりも簡単な
構成で動きベクトルの検出が可能となる。さらに、垂直
方向１／２画素間引きを行うことにより、構成チャンネ
ルを減らすことが可能である。

【００４３】さらなる回路削減手法として、画素間引き
を併用することができる。特に垂直ラインを１画素づつ
間引き（垂直方向１／２画素間引きと呼ぶ）、１フィー
ルドのデータのみで動きベクトルの検出を行うことによ
り動きベクトル検出に必要な探索領域の画素データが半
分になり、メモリアクセスに必要な時間が半減できるた
め、システムクロックの速い回路において、画素間引き
を用いない場合複数チャンネルで構成していたものに対
し、構成チャンネル数を減らすことが可能となる。

【００４４】本実施例の映像符号化装置は、高精度演算
器と低精度演算器の処理を並列に行うことにより、動き
ベクトルの検出を１ステップで行うことが可能となるた
め、３ステップ法と比較して処理時間が削減されるかそ
れを避けるためのパイプライン処理による回路増加を不
要にすることができる。また、動きベクトルの探索数が
全探索と比較して大幅に削減できる。その上、直前の動
きベクトル値を候補ベクトルとして用いることにより、
候補算出器をなくし動きベクトルメモリ容量を直前の動
きベクトル値のみに削減することができる。さらに、垂
直方向１／２間引きを併用すれば、複数チャンネル構成
で実現していた場合、構成チャンネル数を減らすことが
可能となる。また、高精度の探索と低精度の探索を併用
することにより全探索法に近い画質に向上することが可
能となる。

【００４５】（実施例３）従来の方式では、最小の予測
誤差値となる動きベクトルを符号化ブロックの動きベク
トルと決定しているので、符号化ブロックと探索領域が
共に背景の同一輝度の壁などの同一パターンの領域では
相関値の差が小さくなり、動きベクトル値がさまざまな
値に分散する場合がある。

【００４６】実施例１、実施例２で示した手法では、符
号化ブロックに隣接するブロックの検出済みの動きベク
トル値を用いて詳細に探索する領域を決定している。し
かし、このような方式では、同一パターンの領域におけ
る動きベクトルの検出では、隣接するブロックの動きベ
クトル値がさまざまな値に分散するため、符号化ブロッ
クの動きベクトルが詳細に探索する領域に入らなくなる
確率が増大していくため、同一パターン領域の境界で動
きベクトルの予測精度が低下し、符号化効率が低下する
という課題が生じた。

【００４７】また、動きベクトルの符号化方法として、
直前ブロックの動きベクトルとの差分値を可変長符号化
する方法が用いることにより符号化効率が向上する。こ
れは、静止状態やパニング・ズーム時など通常よく現れ
る映像において、移動物体のエッジ以外の領域では差分
値が０の近傍に集中するため、差分値を可変長符号化す
ることにより符号量の削減を図ることが可能であるから
である。

【００４８】このような符号化方式を用いた場合、動き
ベクトルの検出において、同一パターンの領域の場合、
予測ブロックを決定するための予測誤差値にほとんど差
がなくなり、動きベクトルがさまざまな値で検出される
確率が高まるため、動きベクトルを差分符号化した時、
符号化効率が低下するという課題を有していた。

【００４９】本実施例は、同一パターンの領域におい
て、直前に符号化した動きベクトル値あるいはその近傍
の値を選択する頻度を高めることを可能にしている。

【００５０】以下、本発明の第３実施例の映像符号化装
置について図面を用いて説明する。図８は本発明の第３
実施例における映像符号化装置の構成図である。ここで
は、図１で示した第１実施例における映像符号化装置の
動きベクトルメモリ１０４および探索情報算出器１０５
および動きベクトル符号化器１０７の機能と動きベクト
ル検出器１０６が異なるため、それらの構成のみを記載
している。

【００５１】図８において、ブロックに分割された入力
映像データを符号化ブロックとし、符号化ブロックとブ
ロックマッチングを行う参照フレーム上の領域を探索領
域とする。また、符号化ブロックと探索領域が共に背景
の壁などの同一輝度の領域を含む場合、符号化ブロック
が同一パターンブロックであるとする。

【００５２】同図において、動きベクトルの検出を行う
ためのあらかじめ設定された参照フレーム上の探索領域
を第１の探索領域とする。８０１は動きベクトルメモリ
で、直前の符号化ブロックの動きベクトル値を格納す
る。８０２は高精度演算器で、動きベクトルメモリ８０
１に格納された動きベクトル値より予測されるブロック
を含み参照フレーム上の探索領域より小さい第２の探索
領域を設定し、第２の探索領域内を１画素精度で候補ベ
クトルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤差値を
算出する。８０３は低精度演算器で、参照フレーム上の
第１の探索領域内を４画素精度で候補ベクトルを設定し
てその候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する。８０
４は予測誤差値比較器で、高精度演算器８０２により算
出された予測誤差値と低精度演算器８０３により算出さ
れた予測誤差値とを比較することにより予測誤差が最小
の動きベクトル値を求める。８０５はブロック分類器
で、予測誤差値群の統計量を用いて符号化ブロックを同
一パターンブロックであるかないかに分類する。８０６
はスイッチで、ブロック分類器８０５により符号化ブロ
ックが同一パターンブロックに分類された場合、遅延器
８０１に格納された動きベクトル値を、そうでない場合
は予測誤差値比較器８０４で求めた最小の予測誤差値に
対応する動きベクトル値を符号化ブロックの動きベクト
ル値として選択する。８０７は動きベクトル符号化器
で、スイッチ８０６により選択された動きベクトル値の
差分値を可変長符号化する。

【００５３】前述のように構成された第３実施例の映像
符号化装置の動作を以下に説明する。なおここでは、本
発明の主眼である動きベクトルの検出および符号化方法
についてのみ詳しく説明する。

【００５４】図９は第３実施例の映像符号化装置の動き
ベクトルの検出および符号化方法のフローチャートであ
る。これは、図８のおける構成要素の動作を示してい
る。以下に第２フレーム目の映像データについての処理
手順を示す。 （ステップ９０１）フレームの画素数を水平８００画素
・垂直８００画素とし、ブロックの大きさを水平１６画
素・垂直１６画素とし、水平ブロックの総数を５０、垂
直ブロックの総数を５０とし、水平ブロックの初期値を
０、垂直ブロックの初期値を０とする。次に（ステップ
９０２）へ行く。 （ステップ９０２）動きベクトルメモリ９０１の水平方
向、垂直方向共に０に初期設定する。次に（ステップ９
０３）および（ステップ９０４）へ行く。 （ステップ９０３）高精度演算器８０２により、動きベ
クトルメモリ８０１に格納された値より第２の探索領域
を設定し、第２の探索領域内を１画素精度で候補ベクト
ルを設定し、その候補ベクトルごとに予測誤差値を算出
する。次に（ステップ９０５）へ行く。 （ステップ９０４）低精度演算器８０３により、第１の
探索領域内を４画素精度で候補ベクトルを設定してその
候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する。次に（ステ
ップ９０５）へ行く。 （ステップ９０５）予測誤差値比較器８０４を用いて、
高精度演算器８０２と低精度演算器８０３で求めた予測
誤差値群から最小の予測誤差値の動きベクトルを求め
る。次に（ステップ９０６）へ行く。 （ステップ９０６）ブロック分類器８０５を用いて、同
一パタ−ンブロックであるかを判定する。判定方式とし
て、ここでは低精度演算器８０３で求めた２１個の予測
誤差値の最大値があるしきい値以下の場合、同一パタ−
ンブロックとする。次に（ステップ９０７）へ行く。 （ステップ９０７）スイッチ８０６を用いて、符号化ブ
ロックが同一パタ−ンブロックの場合には、（ステップ
９０８）へ行く。そうでない場合には、（ステップ９０
９）へ行く。 （ステップ９０８）動きベクトルメモリ８０１の値を符
号化ブロックの動きベクトル値に決定する。次に（ステ
ップ９１０）へ行く。 （ステップ９０９）予測誤差値比較器８０４で求めた予
測誤差値が最小となる位置の動きベクトル値を符号化ブ
ロックの動きベクトル値に決定する。次に（ステップ９
１０）へ行く。 （ステップ９１０）符号化ブロックの動きベクトル値を
動きベクトルメモリ８０１に格納する。次に（ステップ
９１１）へ行く。 （ステップ９１１）動きベクトル符号化器８０７を用い
て、スイッチ８０６により選択された動きベクトル値の
差分値を可変長符号化する。次に（ステップ９１２）へ
行く。 （ステップ９１２）符号化ブロックの水平ブロックに１
を加算する。次に（ステップ９１３）へ行く。 （ステップ９１３）符号化ブロックの水平ブロックが水
平ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合には、（ステップ９１４）へ行く。そうでない場
合には、（ステップ９０３）へ行く。 （ステップ９１４）符号化ブロックの水平ブロックを０
に設定する。符号化ブロックの垂直ブロックに１を加算
する。次に（ステップ９１５）へ行く。 （ステップ９１５）符号化ブロックの垂直ブロックが垂
直ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等し
い場合には、処理を終了する。そうでない場合には、
（ステップ９０２）へ行く。

【００５５】ここで、同一パタ−ンブロックの判定につ
いて図１４を用いて説明する。図１４は予測誤差値を用
いて同一パターンブロックを判定するための動きベクト
ル値に対する予測誤差値の分布の説明図を表している。

【００５６】図１４（ａ）は、符号化ブロックと探索領
域が共に、背景の同一輝度の壁などに現れる同一パター
ンの領域と異なる領域（以下、通常領域と呼ぶ）にある
場合の動きベクトル検出を示している。また図１４
（ｂ）は、通常領域における動きベクトル値に対する予
測誤差値の分布を表している。動きベクトル値は水平と
垂直の２次元で表すことができるが、ここでは最小とな
る予測誤差値を含む水平または垂直方向の予測誤差値を
示している。通常領域では符号化ブロックと一致するブ
ロックは探索領域に１つであるため、一致する位置では
予測誤差値が小さな値となりそれ以外のところでは予測
誤差値が大きくなる。

【００５７】一方、図１４（ｃ）は、符号化ブロックと
探索領域が共に背景の同一輝度の壁などに現れる同一パ
タ−ンの領域（以下、同一パターン領域と呼ぶ）にある
場合の動きベクトル検出を示している。また図１４
（ｄ）は、同一パタ−ン領域における動きベクトル値に
対する予測誤差値の分布を表している。同一パタ−ン領
域では符号化ブロックと探索領域内の予測ブロックが同
様の輝度になっているため、予測誤差値はすべての動き
ベクトル値に対して小さな値となりその変動も小さい。

【００５８】よって、同一パタ−ン領域ではわずかな予
測誤差値の差により動きベクトルが決定されるので、動
きベクトル値がさまざまな値に分散し、符号化ブロック
の動きベクトルが詳細に探索する領域に入らなくなる確
率が増大していくため、同一パターン領域の境界で動き
ベクトルの予測精度が低下し、符号化効率が低下する。
また、動きベクトル値を差分符号化する場合符号化効率
が低下する。そこで同一パタ−ンブロックと判定した場
合、動きベクトル値として直前の符号化ブロックの動き
ベクトル値を用いることにより動きベクトルの符号化効
率の向上を図る。

【００５９】図１０（ｃ）で示したブロックマッチング
のパターンにおいて、図１０（ｄ）で示した予測誤差値
の分布から次の２つの特徴が見い出される。 （Ａ）探索領域内にあるブロックに対する予測誤差値が
すべて小さな値である。 （Ｂ）探索領域内にあるブロックに対する予測誤差値の
変動が小さい。

【００６０】（Ａ）の特徴により、以下の判定方法を用
いることができる。 （ａ）予測誤差値の最大値がしきい値以下の場合。 （ｂ）予測誤差値の平均値がしきい値以下の場合。

【００６１】（Ｂ）の特徴により、以下の判定方法を用
いることができる。 （ｃ）予測誤差値の分散値がしきい値以下の場合。 （ｄ）予測誤差値の平均値と各予測誤差値との差分絶対
値の和がしきい値以下の場合。 （ｅ）予測誤差値の最大値と最小値の差がしきい値以下
の場合。

【００６２】これらの特徴を用いて同一パターンブロッ
クの判定を行うことが可能である。本実施例では簡単な
構成で実現可能な（ａ）を用いているが、その他の方法
を用いてもよい。

【００６３】以上のように、第３実施例の映像符号化装
置を用いることにより、同一パターンブロックにおいて
符号化ブロックの動きベクトル値が直前の符号化ブロッ
クの動きベクトル値にすることが可能となり、同一パタ
ーン領域の境界で動きベクトルが詳細に探索される領域
で検出される確率が大きくなるため、符号化効率が向上
する。また、動きベクトルの差分値が０になる頻度が高
まり、動きベクトルの差分値を可変長符号化することに
より、動きベクトルの符号化効率を向上させることがで
きる。

【００６４】なお、ここではブロック分類器で用いる予
測誤差値を低精度演算器から求めた予測誤差値群より求
めているが、全探索法や３ステップ法の第１ステップな
どにも用いてもよい。

【００６５】（実施例４）第３実施例では全探索領域が
同一パタ−ン領域になる場合であるが、同一パタ−ン領
域の境界近傍の符号化ブロックでは探索領域がすべて同
一パターン領域に含まれるとは限らないため、第３実施
例で示した方法では同一パタ−ンブロックとは判定され
ない場合がある。そこで第４実施例では、探索領域が同
一パタ−ン領域の境界を含む場合においても同一パタ−
ンブロックの判定を行うことが可能な映像符号化装置に
ついて述べる。

【００６６】以下、本発明の第４実施例の映像符号化装
置について図面を用いて説明する。図１１は本発明の第
３実施例における映像符号化装置の構成図である。ここ
では、図１で示した第１実施例における映像符号化装置
の動きベクトルメモリ１０４および探索情報算出器１０
５および動きベクトル符号化器１０７の機能と動きベク
トル検出器１０６が異なるため、それらの構成のみを記
載している。

【００６７】図１１において、ブロックに分割された入
力映像データを符号化ブロックとし、符号化ブロックと
ブロックマッチングを行う参照フレーム上の領域を探索
領域とする。また、符号化ブロックと探索領域が共に背
景の壁などの同一輝度の領域を含む場合、符号化ブロッ
クが同一パターンブロックであるとする。

【００６８】同図において、動きベクトルの検出を行う
ためのあらかじめ設定された参照フレーム上の探索領域
を第１の探索領域とする。１１０１は動きベクトルメモ
リで、直前の符号化ブロックの動きベクトル値を格納す
る。１１０２は高精度演算器で、動きベクトルメモリ１
１０１に格納された動きベクトル値より予測されるブロ
ックを含み参照フレーム上の探索領域より小さい第２の
探索領域を設定し、第２の探索領域内を１画素精度で候
補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤差
値を算出する。１１０３は低精度演算器で、参照フレー
ム上の第１の探索領域内を４画素精度で候補ベクトルを
設定してその候補ベクトルごとに予測誤差値を算出す
る。１１０４は予測誤差値比較器で、高精度演算器１１
０２により算出された予測誤差値と低精度演算器１１０
３により算出された予測誤差値とを比較することにより
予測誤差が最小の動きベクトル値を求める。１１０５は
ブロック分類器で、予測誤差値群の統計量を用いて符号
化ブロックを同一パターンブロックであるかないかに分
類する。１１０６は重み付け器で、ブロック分類器１１
０５により符号化ブロックが同一パターンブロックに分
類された場合、高精度演算器および低精度演算器で求め
られた予測誤差値に重み付けを行う。１１０７は動きベ
クトル符号化器で、動きベクトル値の差分値を可変長符
号化する。

【００６９】前述のように構成された第４実施例の映像
符号化装置の動作を以下に説明する。なおここでは、本
発明の主眼である動きベクトルの検出および符号化方法
についてのみ詳しく説明する。

【００７０】図１２は第４実施例の映像符号化装置の動
きベクトルの検出および符号化方法のフローチャートで
ある。これは、図１１ ５のおける構成要素の動作を示
している。以下に第２フレーム目の映像データについて
の処理手順を示す。 （ステップ１２０１）フレームの画素数を水平８００画
素・垂直８００画素とし、ブロックの大きさを水平１６
画素・垂直１６画素とし、水平ブロックの総数を５０、
垂直ブロックの総数を５０とし、水平ブロックの初期値
を０、垂直ブロックの初期値を０とする。次に（ステッ
プ１２０２）へ行く。 （ステップ１２０２）動きベクトルメモリ１２０１の水
平方向、垂直方向共に０に初期設定する。次に（ステッ
プ１２０３）および（ステップ１２０４）へ行く。 （ステップ１２０３）高精度演算器１１０２により、動
きベクトルメモリ１１０１に格納された値より第２の探
索領域を設定し、第２の探索領域内を１画素精度で候補
ベクトルを設定し、その候補ベクトルごとに予測誤差値
を算出する。次に（ステップ１２０５）へ行く。 （ステップ１２０４）低精度演算器１１０３により、第
１の探索領域内を４画素精度で候補ベクトルを設定して
その候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する。次に
（ステップ１２０５）へ行く。 （ステップ１２０５）ブロック分類器１１０５を用い
て、同一パタ−ンブロックであるかを判定する。判定方
式として、ここでは低精度演算器１１０３で求めた２１
個の予測誤差値のうち、水平成分または垂直成分が同一
である予測誤差値の最大値があるしきい値以下の場合、
同一パタ−ンブロックとする。次に（ステップ１２０
６）へ行く。 （ステップ１２０６）符号化ブロックが同一パタ−ンブ
ロックの場合には、（ステップ１２０７）へ行く。そう
でない場合には、（ステップ１２０８）へ行く。 （ステップ１２０７）重み付け器１１０６を用いて高精
度演算器により求められた予測誤差値を小さくするよう
に重み付ける。次に（ステップ１２０８）へ行く。 （ステップ１２０８）予測誤差値比較器１１０４で求め
た予測誤差値が最小となる位置の動きベクトル値を符号
化ブロックの動きベクトル値に決定する。次に（ステッ
プ１２０９）へ行く。 （ステップ１２０９）符号化ブロックの動きベクトル値
を動きベクトルメモリ１１０１に格納する。次に（ステ
ップ１２１０）へ行く。 （ステップ１２１０）動きベクトル符号化器１１０７を
用いて、動きベクトル値の差分値を可変長符号化する。
次に（ステップ１２１１）へ行く。 （ステップ１２１１）符号化ブロックの水平ブロックに
１を加算する。次に（ステップ１２１２）へ行く。 （ステップ１２１２）符号化ブロックの水平ブロックが
水平ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等
しい場合には、（ステップ１２１３）へ行く。そうでな
い場合には、（ステップ１２０３）へ行く。 （ステップ１２１３）符号化ブロックの水平ブロックを
０に設定する。符号化ブロックの垂直ブロックに１を加
算する。次に（ステップ１２１４）へ行く。 （ステップ１２１４）符号化ブロックの垂直ブロックが
垂直ブロックの総数である５０に等しいかを調べる。等
しい場合には、処理を終了する。そうでない場合には、
（ステップ１２０２）へ行く。

【００７１】ここで、同一パタ−ンブロックの判定につ
いて図１３および図１４を用いて説明する。図１３は、
符号化ブロックが同一パタ−ン領域のブロックであり、
探索領域が同一パタ−ン領域と通常領域にまたがる場合
の動きベクトル値に対する予測誤差値の分布の説明図で
ある。なお、符号化ブロックが同一パタ−ン領域のブロ
ックであり、探索領域が２つの異なる同一パタ−ン領域
にまたがる場合については図１３（ｃ）で示した予測誤
差値の分布を用いて同様に同一パタ−ンブロックの判定
を行うことが可能であるため、ここでは言及しない。

【００７２】一方、図１４は、符号化ブロックが２つの
異なる同一パターン領域を含む場合の動きベクトル値に
対する予測誤差値の分布の説明図である。なお、符号化
ブロックが同一パターン領域と通常領域を含む場合は、
通常領域の部分領域の違いから予測ブロックを決定する
ことが可能である。

【００７３】図１３（ａ）は、符号化ブロックが同一パ
タ−ン領域のブロックであり、探索領域が同一パタ−ン
領域と通常領域にまたがる場合の動きベクトル検出を示
している。図１３（ｂ）は、水平方向の動きベクトル値
に対する予測誤差値の分布を表している。動きベクトル
値は水平と垂直の２次元で表すことができるが、ここで
は最小となる動きベクトル値を含む予測誤差値を示して
いる。予測ブロックが同一パタ−ン領域内にある場合は
予測誤差値の大きさもその変動も小さい。また、予測ブ
ロックが通常領域内にある場合は予測誤差値の大きさも
その変動も大きい。

【００７４】図１３（ｃ）は、予測ブロックが同一パタ
−ン領域内にある場合の垂直方向の動きベクトル値に対
する予測誤差値の分布を示している。この場合、符号化
ブロックと予測ブロックの輝度が同様であるため、予測
誤差値の大きさもその変動も小さい。

【００７５】図１３（ｄ）は、予測ブロックが通常領域
内にある場合の垂直方向の動きベクトル値に対する予測
誤差値の分布を表している。この場合符号化ブロックと
予測ブロックとの相関が低いため、予測誤差値の大きさ
もその変動も大きい。図１３（ｅ）は、予測ブロックが
同一パタ−ン領域と通常領域とにまたがる場合の垂直方
向の予測誤差値の分布を示している。予測ブロックの中
で同一パタ−ン領域の部分は相関が高く通常領域の部分
は相関が低いため、予測誤差値の分布は図１３（ｃ）と
図１３（ｄ）の間の値となる。

【００７６】一方、図１４（ａ）は、符号化ブロックと
探索領域が共に、２つの異なる同一パタ−ン領域（同一
パターン領域１と同一パターン領域２と呼ぶ）にまたが
る場合の動きベクトル検出を示している。図１４（ｂ）
は、最小の予測誤差値を含む水平方向の動きベクトル値
に対する予測誤差値の分布を表している。まず、予測ブ
ロックが同一パターン領域１内の場合は、符号化ブロッ
クの中で同一パターン領域１である部分領域では輝度差
は小さい。一方、符号化ブロックの中で同一パターン領
域２である部分領域では輝度差は大きいがそれぞれ同一
パターン領域であるため、各予測ブロックに対して輝度
差はほぼ一定である。よって、予測誤差値はほぼ一定と
なる。

【００７７】次に、予測ブロックが同一パターン領域２
内の場合は、符号化ブロックの中で同一パターン領域２
である部分領域では輝度差は小さい。一方、符号化ブロ
ックの中で同一パターン領域１である部分領域では輝度
差は大きく、各予測ブロックに対してほぼ一定である。
よって予測誤差値はほぼ一定となる。さらに、予測ブロ
ックが２つの同一パターン領域を含む場合は、符号化ブ
ロックと異なる同一パターン領域の部分領域が予測誤差
値が最小となる位置の動きベクトル値を最小として動き
ベクトル値が増加または減少するのに比例して増加す
る。そのため、予測誤差値は動きベクトル値に比例して
増大する。

【００７８】図１４（ｃ）は、予測領域が同一パタ−ン
領域１内にある場合の垂直方向の動きベクトルの検出を
示している。この場合、符号化ブロックの同一パターン
領域２の部分領域と同一パターン領域１との差分値はあ
る大きさでほぼ一定となるため予測誤差値の大きさも一
定になる。図１４（ｄ）は、予測領域が同一パターン領
域２内にある場合の垂直方向の動きベクトル値に対する
予測誤差値の分布を表している。この場合も、図１４
（ｃ）と同様に、予測誤差値の大きさはほぼ一定とな
る。図１４（ｅ）は、最小の予測誤差値を含む垂直方向
の予測誤差値の分布を示している。すべての予測ブロッ
クと符号化ブロックの輝度差が小さいため、予測誤差値
の大きさもその変動も小さい。

【００７９】よって、同一パターン領域の境界が水平ま
たは垂直である時は、動きベクトルの水平成分または垂
直成分が同一である複数の予測誤差値群について同一パ
ターンブロックの判定を行い、少なくとも１つ以上の予
測誤差値群が同一パターンブロックの判定を満たした場
合、符号化ブロックが同一パタ−ン領域を含んでいると
することが可能である。さらに、この条件は図１５で示
した探索領域が同一パタ−ン領域内に含まれる場合にお
いても成立する。

【００８０】また、重みつけの方法として以下のような
方法が考えられる。 （１）直前の動きベクトル値のみを用いるような重みつ
けを行う。 （２）直前の動きベクトル値の予測誤差値を小さくする
ような重み付けを行う。 （３）高精度演算器１１０２で求められた予測誤差値の
みを用いるような重みつけを行う。 （４）高精度演算器１１０２で求められた予測誤差値を
小さくするような重み付けを行う。

【００８１】（１）では、差分符号化効率は良くなる
が、直前の動きベクトル値に対応する位置の予測誤差値
が大きい場合、符号化効率が悪くなる。

【００８２】（２）では、直前の動きベクトルに対応す
る位置の予測誤差値に重み付けを行うことにより、直前
の動きベクトル値が選択される確率を高め、予測誤差値
が大きい場合は選択しないようにする方法である。この
場合、重み付けのための乗算機能が必要である。

【００８３】（３）では、高精度演算器１１０２で求め
られた直前の動きベクトル値に対応する位置に隣接する
予測誤差値のみを用いる方法で、差分符号化効率の向上
と、複数の予測誤差値を用いることにより符号化効率の
向上が可能となる。

【００８４】（４）では、（１）よりもさらに符号化効
率の向上を可能なように重み付けを行うものである。た
だし、この場合重み付けを行うための乗算機能が必要で
ある。

【００８５】以上のように、第４実施例の映像符号化装
置を用いることにより、同一パターン領域を含む符号化
ブロックにおいて、同一パターンブロックを判定するこ
とにより、符号化ブロックの動きベクトル値を直前の符
号化ブロックの動きベクトル値にすることが可能とな
り、動きベクトルの差分値が０になる頻度が高まる。そ
のため動きベクトルの差分値を可変長符号化することに
より、動きベクトルの符号化効率を向上させることがで
きる。

【００８６】また第３実施例と比較して、同一パタ−ン
領域の境界近傍にある符号化ブロックについても同一パ
タ−ンブロックを判定することが可能となり、同一パタ
−ンブロックの検出精度が高まるため動きベクトルの符
号化効率がさらに向上する。

【００８７】なお、ここでは同一パターン領域と通常領
域との境界を水平あるいは垂直であると仮定したが、斜
線上や任意の曲線上の予測誤差値群を用いて処理を行う
ことにより、さまざまな境界に対応することが可能であ
る。

【００８８】

【発明の効果】本発明の映像符号化装置は、高精度演算
器と低精度演算器の処理を並列に行うことにより、動き
ベクトルの検出を１ステップで行うことが可能となるた
め、３ステップ法と比較して処理時間が削減されるか、
それを避けるためのパイプライン処理による回路増加を
不要にすることができる。また、動きベクトルの探索数
が全探索と比較して大幅に削減できる。さらに、高精度
の探索と低精度の探索を併用することにより、全探索法
に近い画質に向上することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例における映像符号化装置の
ブロック図

【図２】本発明の第１実施例における映像符号化装置の
フローチャート

【図３】本発明の第１実施例における動きベクトル探索
のフローチャート

【図４】本発明の第１実施例における候補ベクトルの抽
出方法の説明図

【図５】本発明の第１実施例における動きベクトル探索
の説明図

【図６】本発明の第２実施例における映像符号化装置の
ブロック図

【図７】本発明の第２実施例における映像符号化装置の
フローチャート

【図８】本発明の第３実施例における映像符号化装置の
ブロック図

【図９】本発明の第３実施例における映像符号化装置の
フローチャート

【図１０】本発明の第３実施例における、動きベクトル
値に対する予測誤差値の分布を示す図

【図１１】本発明の第４実施例における映像符号化装置
のブロック図

【図１２】本発明の第４実施例における動き補償符号化
装置のフローチャート

【図１３】本発明の第４実施例における、符号化ブロッ
クが同一パタ−ン領域の場合の領域境界における動きベ
クトル値に対する予測誤差値の分布を示す図

【図１４】本発明の第４実施例における、符号化ブロッ
クが２つの同一パタ−ン領域の境界上にある場合の動き
ベクトル値に対する相関誤差値の分布を示す図

【図１５】従来例における映像符号化装置のブロック図

【図１６】従来例における動きベクトルの探索領域の説
明図

【図１７】従来例におけるる全探索法の説明図

【図１８】従来例における３ステップ法の説明図

【符号の説明】

１０１ 動きベクトルメモリ １０２ 探索情報算出器 １０３ 高精度演算器 １０４ 低精度演算器 １０５ 予測誤差値比較器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 長谷部 巧 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 西川 浩 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動きベクトルの検出を行うためのあらかじ
   め設定された参照フレーム上の探索領域を第１の探索領
   域としたとき、動きベクトルが検出された符号化ブロッ
   クの動きベクトル値を格納する動きベクトルメモリと、
   前記動きベクトルメモリに格納されている動きベクトル
   値から所定の演算式により１個の候補ベクトルを算出す
   る候補ベクトル算出器と、前記候補ベクトルにより予測
   されるブロックを含み参照フレーム上の探索領域より小
   さい第２の探索領域を設定し、前記第２の探索領域内を
   １画素以下の精度で候補ベクトルを設定してその候補ベ
   クトルごとに予測誤差値を算出する高精度演算器と、参
   照フレーム上の前記第１の探索領域内を２画素以上の精
   度で候補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに予
   測誤差値を算出する低精度演算器と、前記高精度演算器
   により算出された予測誤差値と前記低精度演算器により
   算出された予測誤差値とを比較することにより符号化ブ
   ロックの動きベクトル値を決定する予測誤差値比較器を
   備えたことを特徴とする映像符号化装置。
2. 【請求項２】動きベクトルの検出を行うためのあらかじ
   め設定された参照フレーム上の探索領域を第１の探索領
   域としたとき、直前の符号化ブロックの動きベクトル値
   により予測されるブロックを含み参照フレーム上の探索
   領域より小さい第２の探索領域を設定し、前記第２の探
   索領域内を１画素以下の精度で候補ベクトルを設定して
   その候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する高精度演
   算器と、参照フレーム上の前記第１の探索領域内を２画
   素以上の精度で候補ベクトルを設定してその候補ベクト
   ルごとに予測誤差値を算出する低精度演算器と、前記高
   精度演算器により算出された予測誤差値と前記低精度演
   算器により算出された予測誤差値とを比較することによ
   り符号化ブロックの動きベクトル値を決定する予測誤差
   値比較器を備えたことを特徴とする映像符号化装置。
3. 【請求項３】高精度探索器と低精度探索器は、垂直方向
   の画素を１画素づつ間引いた符号化ブロックおよび探索
   領域を用いて予測誤差値の演算を行うことを特徴とする
   請求項１または請求項２記載の映像符号化装置。
4. 【請求項４】ブロックに分割された入力映像データを符
   号化ブロックとし、前記符号化ブロックとブロックマッ
   チングを行う参照フレーム上の領域を探索領域とした
   時、前記符号化ブロックと前記探索領域のブロック群と
   の予測誤差値群の最小値を求める予測誤差値比較器と、
   前記予測誤差値群の統計量を用いて前記符号化ブロック
   をパターン１とパターン２に分類するブロック分類器
   と、前記ブロック分類器により前記符号化ブロックが前
   記パターン１に分類された場合は隣接するブロックの動
   きベクトル値を、前記パターン２に分類された場合は前
   記予測誤差値比較器で求めた最小の予測誤差値に対応す
   る動きベクトル値を前記符号化ブロックの動きベクトル
   値として選択するスイッチを備えたことを特徴とする映
   像符号化装置。
5. 【請求項５】ブロックに分割された入力映像データを符
   号化ブロックとし、前記符号化ブロックとブロックマッ
   チングを行う参照フレーム上の領域を探索領域とし、前
   記探索領域を第１の探索領域としたとき、隣接するブロ
   ックの動きベクトル値により予測されるブロックを含み
   参照フレーム上の探索領域より小さい第２の探索領域を
   設定し、前記第２の探索領域内を１画素以下の精度で候
   補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤差
   値を算出する高精度演算器と、参照フレーム上の前記第
   １の探索領域内を２画素以上の精度で候補ベクトルを設
   定してその候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する低
   精度演算器と、前記高精度演算器により算出された予測
   誤差値と前記低精度演算器により算出された予測誤差値
   とを比較することにより予測誤差値が最小のブロックを
   求める予測誤差値比較器と、前記予測誤差値群の統計量
   を用いて前記符号化ブロックをパターン１とパターン２
   に分類するブロック分類器と、前記ブロック分類器によ
   り前記符号化ブロックが前記パターン１に分類された場
   合は前記動きベクトルメモリに格納された動きベクトル
   値を、前記パターン２に分類された場合は前記予測誤差
   値比較器で求めた最小の予測誤差値に対応する動きベク
   トル値を前記符号化ブロックの動きベクトル値として選
   択するスイッチを備えたことを特徴とする映像符号化装
   置。
6. 【請求項６】ブロックに分割された入力映像データを符
   号化ブロックとし、前記符号化ブロックとブロックマッ
   チングを行う参照フレーム上の領域を探索領域とした
   時、前記符号化ブロックと前記探索領域のブロック群と
   の予測誤差値群の統計量を用いて前記符号化ブロックを
   パターン１とパターン２に分類するブロック分類器と、
   前記ブロック分類器により前記符号化ブロックが前記パ
   ターン１に分類された場合は前記予測誤差値群に重み付
   けを行う重み付け器と、前記重み付け器により重み付け
   された前記予測誤差値群の最小値を求める予測誤差値比
   較器を備えたことを特徴とする映像符号化装置。
7. 【請求項７】ブロックに分割された入力映像データを符
   号化ブロックとし、前記符号化ブロックとブロックマッ
   チングを行う参照フレーム上の領域を探索領域とし、前
   記探索領域を第１の探索領域としたとき、隣接するブロ
   ックの動きベクトル値により予測されるブロックを含み
   参照フレーム上の探索領域より小さい第２の探索領域を
   設定し、前記第２の探索領域内を１画素以下の精度で候
   補ベクトルを設定してその候補ベクトルごとに予測誤差
   値を算出する高精度演算器と、参照フレーム上の前記第
   １の探索領域内を２画素以上の精度で候補ベクトルを設
   定してその候補ベクトルごとに予測誤差値を算出する低
   精度演算器と、前記符号化ブロックと前記探索領域のブ
   ロック群との予測誤差値群の統計量を用いて前記符号化
   ブロックをパターン１とパターン２に分類するブロック
   分類器と、前記ブロック分類器により前記符号化ブロッ
   クが前記パターン１に分類された場合は前記予測誤差値
   群に重み付けを行う重み付け器と、前記重み付け器によ
   り重み付けされた前記予測誤差値群の最小値を求める予
   測誤差値比較器を備えたことを特徴とする映像符号化装
   置。
8. 【請求項８】重み付け器は、隣接したブロックの動きベ
   クトル値により設定された候補ベクトルに対応する位置
   の予測誤差値の重み付けを小さくすることを特徴とする
   請求項６または請求項７記載の映像符号化装置。
9. 【請求項９】重み付け器は、前記高精度探索器により算
   出された予測誤差値の重み付けを小さくすることを特徴
   とする請求項６または請求項７記載の映像符号化装置。
10. 【請求項１０】動きベクトル値の差分値を可変長符号化
    する動きベクトル符号化器を備えたことを特徴とする請
    求項４、請求項５、請求項６、請求項７のいずれかに記
    載の映像符号化装置。
11. 【請求項１１】探索領域内に１つの部分領域または重複
    可能な複数の部分領域を設定し、前記部分領域内にある
    前記予測誤差値群を部分予測誤差値群とした時、前記部
    分予測誤差値群に対して前記分類を行い、少なくとも一
    つ以上の前記部分領域の前記部分予測誤差値群が前記パ
    タ−ン１に分類された場合前記符号化ブロックをパタ−
    ン１に分類する前記符号化ブロック分類器を備えたこと
    を特徴とする請求項４、請求項５、請求項６、請求項７
    のいずれかに記載の映像符号化装置。
12. 【請求項１２】予測誤差値に対応する動きベクトルの水
    平値または垂直値が同一の値であるブロック群より構成
    された、領域探索領域内に１つの部分領域または重複可
    能な複数の部分領域を設定し、前記部分領域内にある前
    記予測誤差値群を部分予測誤差値群とした時、前記部分
    予測誤差値群に対して前記分類を行い、少なくとも一つ
    以上の前記部分領域の前記部分予測誤差値群が前記パタ
    −ン１に分類された場合前記符号化ブロックをパタ−ン
    １に分類する前記符号化ブロック分類器を備えたことを
    特徴とする請求項４、請求項５、請求項６、請求項７の
    いずれかに記載の映像符号化装置。
13. 【請求項１３】符号化ブロックに対する予測誤差値群ま
    たは部分予測誤差値群を分類予測誤差値群としたとき、
    統計量として、少なくとも前記分類予測誤差値群の最大
    値あるいは平均値を含む前記分類予測誤差値群の大きさ
    を表す統計量、または、少なくとも前記分類予測誤差値
    群の分散値あるいは前記平均値と各前記予測誤差値との
    差の絶対値和あるいは前記分類予測誤差値群の最大値と
    最小値との差を含む前記分類予測誤差値群の変動を表す
    統計量を用い、前記統計量があらかじめ設定された値以
    下の場合前記パタ−ン１とし、そうでない場合前記パタ
    ーン２とする前記符号化ブロック分類器を備えたことを
    特徴とする請求項４、請求項５、請求項６、請求項７の
    いずれかに記載の映像符号化装置。