JPH09224249A - 動きベクトル検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の動きベクトル検出装置においては、動
きベクトルの検出精度を高めようとする（全探索手法に
よる動きベクトル検出）と、使用するハードウエア規模
が著しく大きくならざるを得ない。 【解決手段】 広い検出範囲でかつ粗い精度で動きベク
トル検出を行う第１の動きベクトル検出回路１５と、狭
い検出範囲でかつ細かい精度で動きベクトル検出を行う
第２の動きベクトル検出回路１６と、それら第１および
第２の動きベクトル検出回路１５，１６のそれぞれにお
いてパターンマッチングを行った結果の相関値の高低を
比較する比較器１７と、上記第１および第２の動きベク
トル検出回路１５，１６のうち上記比較器１７により相
関値が高いと判断された動きベクトル検出回路からの動
きベクトルを当該装置の出力として選択的に出力する切
換器１８とを具えて構成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、テレビジョン信号
の高能率符号化装置等において使用する動き補償のため
の動きベクトル検出装置に関し、特に、ハイビジョンの
ような並列信号処理を余儀なくされる高速のテレビジョ
ン信号においてその効果を大きく発揮するものである。

【０００２】

【従来の技術】上記において動き補償とは、画像を複数
の小ブロックに分割し、小ブロックごとに予測フレー
ム、例えば、１フレーム前における画像の当該ブロック
の位置をシフトさせながら、入力画像のフレームとシフ
トされた予測フレームについてそれぞれのブロック相関
を計算し、ブロック相関を最大にするシフト量を動きベ
クトルとして検出し、この検出された動きベクトルの量
だけ予測フレームの当該ブロックの位置を移動させる技
術でる。

【０００３】従来の動き補償のための動きベクトル検出
手法としては、おおむね、使用するハードウエア規模の
大きい順に、１．全探索手法（フルサーチパターンマッ
チング法）、２．階層的手法、３．漸近的手法、および
４．勾配法が知られている。

【０００４】以下に、これら動きベクトル検出手法につ
いて順をおって説明する。 １．全探索手法 全探索手法による動きベクトル検出について、その原理
を示す図３を参照して説明する。図３に示すように、現
フレーム（以下、参照フレームという）の画像を小ブロ
ック（例えば１６ライン×１６画素）に分け、各小ブロ
ック（以下、参照ブロックという）について、予測フレ
ーム（例えば、１フレーム前の画像）に現フレームと同
一サイズのブロック（以下、予測ブロックという）をと
り、予測ブロックの位置をシフトさせながら、両ブロッ
ク間で相関値（パターンマッチング）を計算する。そし
て、相関値の最も高い予測ブロックのシフト量（ベクト
ル量）がそのとき検出された動きベクトルであるとす
る。なお、相関値の計算は、通常、参照ブロックの画素
と予測ブロックの当該位置の画素との差の絶対値をと
り、これをブロック全体で加算する。この総和が最も小
さく（相関が高く）なるシフト量が動きベクトルであ
る。

【０００５】また、動きベクトルを検出するにあたっ
て、予測ブロックをシフトさせる範囲を動きベクトルの
検出範囲といい、この検出範囲の広いことが、高能率符
号化方式の良し悪しを決めるキーポイントとなる。すな
わち、画像上の物体の如何なる動きをもカバーできるだ
けの広い動きベクトル検出範囲が望ましい。ハイビジョ
ンでは、物体の動きが、部分的にフレームあたり１００
画素を越えることがある。一例として、水平に±６４画
素（±は左右の方向を示す）、垂直に±３２ライン（±
は上下の方向を示す）の動きベクトルを整数画素、整数
ラインの単位で検出しようとすれば、シフトの数は１２
８×６４＝８１９２にもなる。しかしこの場合、シフト
の数だけ相関値の値を計算するものとすると、現在のＬ
ＳＩ技術をもってしても、このような広い動きベクトル
検出範囲を１個のＬＳＩで実現することは困難である。
もし、どうしても実現するなら、ＬＳＩを複数個使うこ
とになる。さらに、ハイビジョンは高速な信号（スタジ
オ規格は７４．２５ＭＨｚ）であり、ハイビジョンの速
度でＬＳＩを動作させることは困難である。この場合、
並列処理が必要となり、ＬＳＩの数は並列数を乗じた数
にふくれあがる。以上のように、この方式は、最も精度
の高い動きベクトル検出ができる反面、検出範囲を広く
しようとするとハードウエア規模が著しく大きくなると
いう欠点がある。

【０００６】この欠点を解消するためには、相関値の数
を減らすこと、すなわち、粗いシフト量の変位で動きベ
クトルを検出すればよい。例えば、シフト量の変位を３
の倍数の単位で行うと、同じ検出範囲でも、上述した全
探索手法に比較して、ハードウエア規模は１／９（水平
で１／３、垂直で１／３、計１／９）となる。しかし、
このままでは、動きベクトルの精度が悪いため、粗く検
出された動きベクトルを中心に、さらに細かい精度で動
きベクトルを検出する必要がある。これを具体化したの
が次の階層的手法である。

【０００７】２．階層的手法 階層的手法とは、動きベクトル検出を複数の階層に分
け、最初に粗く検出し、徐々に細かく検出していく手法
である。以下では、２階層の場合を例にとり、装置の構
成を示す図４を参照して説明する。まず、第１の動きベ
クトル検出回路１を使用する第１の階層では、検出範囲
を全探索手法と同じくらいに広くとるが、シフト量の変
位を粗く（例えば３の倍数）して、動きベクトルを検出
する。次に、第２の動きベクトル検出回路２を使用する
第２の階層では動き補償回路３により、第１の階層で得
られた動きベクトルを用いて動き補償回路３により動き
補償を行い（この例では、３の倍数単位のシフト）、そ
の結果を用いて狭い範囲で整数単位、もしくは半整数単
位の動きベクトル検出を行う。このとき、加算回路４に
よって加算され、最終的に得られる動きベクトルは、粗
いシフト変位による動きベクトルと細かいシフト変位に
よる動きベクトルとの和となる。

【０００８】上述した階層的手法による動きベクトル検
出方法は、一見、完全のようにみえるが次のような欠点
がある。すなわち、第１の階層で検出された動きベクト
ルで動き補償を行った信号はブロック状となっている。
このため、動き補償された信号に、ブロック歪が発生す
るのは周知の事実であり、第２の階層において、このブ
ロック歪のある信号が予測フレームとして使用されるた
め、細かいシフト変位による動きベクトル検出を行って
も、正しい動きベクトルを検出することができないとい
う欠点がある。

【０００９】３．漸近的手法 全探索手法による動きベクトル検出は、上述したよう
に、高い検出精度が得られる反面、ハードウエア規模が
大きくなる欠点がある。これに対し、図５にその構成が
示される漸近的手法による動きベクトル検出は、上下左
右、あるいは、１フィールド前、１フレーム前の何れか
の近隣ブロックで検出された動きベクトルの値を中心
に、狭い範囲で動きベクトルを検出する方法である。こ
れは、狭い範囲での動きベクトル検出であるため、全探
索手法に比較して、ハードウエアの規模を著しく小さく
することができる。局部的には当てはまらないが、動き
ベクトルは近隣ブロックの動きベクトルと似ている確率
が高い。このことを利用するのが漸近的手法である。

【００１０】この方法は、図５に装置の構成を示すよう
に、狭い範囲の動きベクトル検出回路５を使用して動き
ベクトルを検出し、その検出された過去の近隣ブロック
で検出された動きベクトルで動き補償回路６を制御し、
これによって動き補償された予測フレームを新たな予測
フレームとして使用する構成をとっている。

【００１１】このため、この方法によっても、動き補償
された信号には、ブロック歪が含まれる。動きベクトル
検出では、ブロック歪を受けた信号が予測フレームとし
て使用されるため、動きベクトルの検出精度が低下す
る。なお、図５において７および８は、漸近的手法によ
る動きベクトル検出回路において構成上必要なそれぞれ
加算回路および遅延回路である。

【００１２】漸近的手法によれば、動く物体が大きい場
合、およびパンニングのように画面全体が一様に動いて
いる場合は高い精度で動きベクトルを検出することがで
きる。しかしながら、動きの不連続部分、すなわち、動
き物体のエッジ部で精度が低下する。また、画像のフラ
ット部分、例えば、空やテキスチュアの繰り返し部分、
例えば、海の波などで、動きベクトルの値が発散する。
このような状態の次に、動きベクトル検出をしやすいブ
ロックがきても、動きベクトルの値が、既に発散してい
るため、収束するまでにある程度の時間が必要となる。
すなわち、この間は、正しい動きベクトルを検出するこ
とができないという欠点がある。

【００１３】また、この方法は、いわば、近隣ブロック
との差分動きベクトルを検出する方法ともいえる。従っ
て、差分動きベクトルの検出範囲が狭いために、動きベ
クトルに大きな変化がある部分では、ＤＰＣＭに似たス
ロープオーバロードを生ずる。すなわち、動きベクトル
の大きな変化に追従することはできないという欠点もあ
る。

【００１４】４．勾配法 上述した全探索手法、階層的手法および漸近的手法はい
ずれもパターンマッチング法に基づく動きベクトル検出
手法であった。これに対し、勾配法は、物体が移動して
いるとき、物体の移動は、図６に示すように、物体のエ
ッジの移動として表現することができ、そこには、エッ
ジの傾き、フレーム差および動きベクトルの相互間にエ
ッジの傾き＝フレーム差／動きベクトル すなわち、動
きベクトル＝フレーム差／エッジの傾きの関係があるこ
とに基づいて、動きベクトルはフレーム差とエッジの傾
きの比で求めることができる。エッジの傾きとは画素間
差であり、このとき、動きベクトルはフレーム差と画素
間差の比となる。この関係が成り立つのは、図６から明
らかなようにエッジがなまった波形となっていることが
必要である（通常の動きエッジはカメラの蓄積効果によ
りなまっている）。

【００１５】また、図６は１次元的な表現であるが、こ
れを２次元的な表現に拡張するには、エッジの傾きを水
平の画素間差、垂直の画素間差として、それぞれ求める
ようにすればよい。すなわち、フレーム差はスカラ量で
あるが、エッジの傾きはベクトル量であるため、２次元
への拡張は容易に理解できる。

【００１６】この勾配法による動きベクトル検出は、ブ
ロック構造をもたず、いわば、画素単位で動きベクトル
を検出することができるという長所がある反面、画像の
平坦部、または、緩やかな変化部でエッジの傾きが０、
または小さな値になり、従って、動きベクトルを求める
には上式からフレーム差を０で割る、または小さな値で
割るなどのケースが生ずる。その結果、画像に含まれる
ノイズの影響を受けやすいということになる。

【００１７】上述のように、勾配法では、エッジがなま
った波形であることが必要であるが、撮像管を用いたテ
レビジョンカメラで撮影された画像では、カメラの蓄積
効果によりエッジがなまっているため問題はない。しか
しながら、ＣＣＤカメラのように、電気的シャッタ効果
が得られるカメラで撮影された画像、フイルム画像ある
いはコンピュータグラフィックス（ＣＧ）画像について
は、エッジのなまりが少なく、正しい動きベクトルを検
出することは困難である。低域通過フィルタ（ＬＰＦ）
をかけて、エッジのなまりを作る方法もあるが、これに
も限界があり、この手法によって高速に移動する物体の
動きベクトルを検出することは困難である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】以上説明した、４種類
の動きベクトル検出のための４つの手法について、それ
ぞれの手法がもっている欠点を整理すると次のようにな
る。 １．全探索手法 動きベクトルの検出精度が最も高い反面、ハードウエア
規模が著しく大きくなる。 ２．階層的手法 上位階層での動きベクトルによる動き補償に依存してブ
ロック歪が生じ、このブロック歪のために、下位階層の
動きベクトル検出精度が低下する。 ３．漸近的手法 動きが急激に変化する部分で、動きの変化に追従でき
ず、この部分の検出精度が低下する。また、近隣ブロッ
クの動きベクトルによる動き補償のためブロック歪が生
じ、このブロック歪のために動きベクトルの検出精度が
低下する。 ４．勾配法 この手法の原理に基づくもので、画像のフラット部や緩
やかな変化部でノイズの影響を受けやすいという欠点が
あるほか、電子シャッタ付きカメラで撮影された画像、
フイルム画像あるいはＣＧ画像では検出精度が低下す
る。また、高速に移動する物体でも検出精度が低下す
る。

【００１９】本発明は、一般に、高速に動く物体はその
速度が速ければ速いほど画像がぼけており、高速に動く
物体の動きベクトルはその精度を低くしてもよいという
着眼に基づいて、上述した全探索手法の高い精度と階層
的手法のハードウエア化の容易さとを持ち合わせ、かつ
上述した４つの手法がそれぞれ有する欠点を排除した新
規な動きベクトル検出装置を提供することをその目的と
する。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明においては、高速に動く物体は画像がぼけて
いるため、検出精度を高めるよりは、検出範囲を広くと
ることの方が重要であり、、その動きベクトルを広い検
出範囲で低精度に検出（粗く探索するの意味、以下同
じ）する方が、狭い検出範囲で高精度に検出（細かく探
索するの意味、以下同じ）するよりも結果として参照フ
レームと予測フレームとで動き補償を行った結果の相関
値が高くなり、逆に、低速に動く物体の動きベクトルは
狭い検出範囲で高精度に検出する方が動き補償を行った
結果の相関値が高くなるという関係を有効に利用して構
成している。なお、動く物体の動きベクトルを広い検出
範囲、高精度に検出したのでは、検出装置のハードウエ
ア規模が著しく大きくなることは、上述の全探索手法の
ところで述べたとおりである。

【００２１】すなわち、本発明動きベクトル検出装置
は、参照フレームと予測フレームとの間でパターンマッ
チングを行って動きベクトルを検出する装置において、
広い検出範囲でかつ粗い精度で動きベクトル検出を行う
第１の動きベクトル検出回路と、狭い検出範囲でかつ細
かい精度で動きベクトル検出を行う第２の動きベクトル
検出回路と、前記第１および第２の動きベクトル検出回
路のそれぞれにおいてパターンマッチングを行った結果
の相関値の高低を比較する比較器と、前記第１および第
２の動きベクトル検出回路のうち前記比較器により前記
相関値が高いと判断された動きベクトル検出回路からの
動きベクトルを該装置の出力として選択的に出力する切
換器とを具えて構成したことを特徴とするものである。

【００２２】また、本発明動きベクトル検出装置は、参
照フレーム信号入力端子と、予測フレーム信号入力端子
と、第１の動きベクトル検出回路と、前記参照フレーム
信号入力端子と前記第１の動きベクトル検出回路の一方
の入力端子との間に介挿された第１のダウンサンプリン
グ回路と、前記予測フレーム信号入力端子と前記第１の
動きベクトル検出回路の他方の入力端子との間に介挿さ
れた第２のダウンサンプリング回路と、一方の入力端子
が前記参照フレーム信号入力端子に、および他方の入力
端子が前記予測フレーム信号入力端子にそれぞれ接続さ
れた第２の動きベクトル検出回路と、一方および他方の
入力端子が前記第１および第２の動きベクトル検出回路
の各相関値出力端子にそれぞれ接続され、前記第１およ
び第２の動きベクトル検出回路のうち相関値が高い方の
動きベクトル検出回路を識別して該識別結果を制御信号
として出力する比較器と、一方および他方の入力端子が
前記第１および第２の動きベクトル検出回路の各動きベ
クトル出力端子にそれぞれ接続され、前記比較器から供
給される前記制御信号を受信し、その受信した制御信号
に従って前記第１および第２の動きベクトル検出器のい
ずれか一方の動きベクトル出力を該装置の出力動きベク
トルとして出力する切換器と、該切換器の出力が供給さ
れ、そこから出力動きベクトルが取り出される出力端子
とを具えて構成したことを特徴とするものである。

【００２３】また、本発明動きベクトル検出装置は、前
記参照フレーム信号入力端子と前記第１のダウンサンプ
リング回路との間に第１の低域通過フィルタが、また、
前記予測フレーム信号入力端子と前記第１のダウンサン
プリング回路との間に第２の低域通過フィルタがそれぞ
れ介挿されていることを特徴とするものである。

【００２４】また、本発明動きベクトル検出装置は、そ
れぞれ異なる程度の広い検出範囲でかつ粗い精度で動き
ベクトル検出を行う第１から第Ｎ−１までの動きベクト
ル検出回路と、狭い検出範囲でかつ細かい精度で動きベ
クトル検出を行う第Ｎの動きベクトル検出回路と、前記
第１から第Ｎまでの動きベクトル検出回路のそれぞれに
おいてパターンマッチングを行った結果の相関値の高低
を比較する比較器と、前記第１から第Ｎまでの動きベク
トル検出回路のうち前記比較器により前記相関値が最高
の値を示すと判断された動きベクトル検出回路からの動
きベクトルを該装置の出力として選択的に出力する切換
器とを具えて構成したことを特徴とするものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下に添付図面を参照し、実施の
形態に基づいて本発明を詳細に説明する。図１は、本発
明動きベクトル検出装置の一実施形態をブロック図にて
示している。本実施形態においては、高速物体の動きは
２の倍数精度で、低速物体の動きは整数精度で検出する
ものとする（すべての諸元については、表１参照）。ま
た、以下の説明においては、検出範囲を広く、かつ粗い
精度で検出する動きベクトル検出を広域動きベクトル検
出といい、また、検出範囲を狭く、かつ細かい精度で検
出する動きベクトル検出を狭域動きベクトル検出とい
う。

【００２６】図１において、参照フレーム信号入力端子
９および予測フレーム信号入力端子１０にそれぞれ供給
される参照フレーム信号および予測フレーム信号は、低
域通過フィルタおよびダウンサンプリング回路（それぞ
れ１１，１２および１３，１４）による信号処理を受
け、後述するように広域動きベクトル検出が可能な信号
になる。

【００２７】ここで、参照フレーム信号と予測フレーム
信号は、高能率符号化方式においては、それぞれ入力信
号と少なくとも１フレーム遅延した信号である。また、
１フレーム遅延した信号は、局部復号信号（ローカルデ
コーダ出力信号）を１フレーム遅延したものであっても
よい。さらに、画像のディジタル化に関する国際規格で
あるＭＰＥＧで標準化されたメインプロファイルに応用
するなら、少なくとも１フレーム未来の信号であっても
よい。なお、このフレーム遅延はフイールド遅延に置き
換えて実施してもよい。

【００２８】参照フレーム信号と予測フレーム信号は、
それぞれ、低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１１および１３
を通過した後それぞれダウンサンプリング回路１２およ
び１４によってダウンサンプリングが施される。ＬＰＦ
は、ダウンサンプリングを行う前の前置フィルタであ
り、これをどのような構成で実現するかは問わないが、
一例として、図２に示すような構成のフィルタを用いて
実現することができる。このフィルタは、１画素遅延回
路２０、加算器２１、１ライン遅延回路２２および加算
器２３により構成され、２次元的に２×２に配列された
４画素の加算平均をとるフィルタである。動きベクトル
の検出では、パターンマッチングにより参照フレーム信
号と予測フレーム信号との差の絶対値がブロック内で加
算されるため、言い換えると、加算により狭帯域のＬＰ
Ｆが構成されるため、前値フィルタとしてのＬＰＦに高
度なフィルタを用いる必要はない。

【００２９】ダウンサンプリング回路１２および１４
は、水平に半分、垂直に半分に画素を間引く回路であ
る。このようにすることで、ダウンサンプリング後の検
出範囲が、ダウンサンプリング前の検出範囲の１／４と
なり、さらに、信号速度がもとの信号の１／４となるた
め、ハイビジョンのような高速の信号でも並列処理が不
要となる。このため、広域動きベクトル検出のハードウ
エア規模を著しく小さくすることができる。

【００３０】ダウンサンプリング回路１２および１４を
通過した、それぞれ参照フレーム信号および予測フレー
ム信号は広域ベクトル検出用の広域動きベクトル検出回
路１５に供給される。ここで、広域動きベクトル検出の
検出精度は、ダウンサンプリング前では２の倍数精度で
あったものが、ダウンサンプリング後では整数精度とな
る。また、動きベクトル検出のブロックサイズが、ダウ
ンサンプリング前では１６×１６であったものがダウン
サンプリング後では８×８となる。ただし、１６×１６
のサイズも可能で、この場合は、正方形に配列された４
つのブロックで広域動きベクトルの値が同じ値になる。
どちらを採用するかは必要に応じ選択すればよい。ま
た、動きベクトル検出は、パターンマッチング法による
動きベクトル検出のＬＳＩが入手できる現状であり、こ
こでは、動きベクトルの検出手法についての説明は省略
する。

【００３１】一方、参照フレーム信号入力端子９および
予測フレーム信号入力端子１０にそれぞれ供給される参
照フレーム信号および予測フレーム信号は、それぞれ狭
域動きベクトル検出用の狭域動きベクトル検出回路１６
にも供給される。狭域動きベクトル検出回路の構成は、
上記広域動きベクトル検出回路のそれと同じでＬＳＩ化
されている。しかし、ハイビジョンのような高速な信号
をそのまま現状のＬＳＩで扱うことはできず、並列処理
を必要とする。本発明の実施形態では４個並列とし、同
一の回路を４系統設けることを前提としている。このた
め、ハードウエア規模が増大するが、ここでは、検出範
囲を狭くしてその増大を防いでいる。動きベクトル検出
用のＬＳＩは、通常、動きベクトルとそのときの相関値
を出力する。ここで、相関値とはパターンマッチングを
行い参照フレーム信号とシフトした予測フレーム信号と
の間のフレーム差分の絶対値の総和である。

【００３２】広域動きベクトル検出回路１５および狭域
動きベクトル検出回路１６から出力される相関値と動き
ベクトルは、それぞれ比較器１７と切換器１８に供給さ
れる。比較器１７においては、広域動きベクトル検出回
路１５と狭域動きベクトル検出回路１６から供給される
両相関値の高低を比較し、高い相関値を出力している動
きベクトル検出回路を表す識別信号を制御信号として出
力する。また、切換器１８は、この制御信号によって制
御され、高い相関値を出力している方の動きベクトル検
出回路からの動きベクトルをその出力端子から取り出せ
るように切り換え制御を行い、得られた動きベクトル
を、装置の最終的な検出動きベクトルとして、その出力
端子１９から取り出す。

【００３３】ここで、、ダウンサンプリング後の広域動
きベクトル検出のブロックサイズに１６×１６を採用し
た場合は、狭域動きベクトル検出のブロックサイズ（１
６×１６）とサイズが一致するため比較回路１７の動作
に不都合は生じないが、ダウンサンプリング後の広域動
きベクトル検出のブロックサイズに８×８を採用した場
合は、狭域動きベクトル検出のブロックサイズ（１６×
１６）とサイズが一致しない。このため、広域動きベク
トル検出回路１５の相関値出力を４倍するか、あるい
は、狭域動きベクトル検出回路１６の相関値出力を４で
割り、相関値のスケールを合わせる必要がある。さらに
この場合、ブロックサイズを一致させるのに伴い、広域
動きベクトル検出回路１５の動きベクトル出力を、水
平、垂直とも２倍にし、狭域動きベクトル検出回路１６
の動きベクトル出力とスケールを合わせる必要がある。

【００３４】本発明の原理によれば、広域動きベクトル
検出の検出範囲に狭域動きベクトル検出の検出範囲が含
まれ、いわば、動きの遅い物体の動きベクトルは、これ
らの両者で検出されることになる。以下では、この場合
の取り扱いについて検討する。

【００３５】広域動きベクトル検出で狭域動きベクトル
検出の検出範囲に含まれる動きベクトルが検出され、こ
の値が、狭域動きベクトル検出で検出された動きベクト
ルと異なる場合の扱いについては、次のＡからＣまでの
３つの選択肢が考えられる。 Ａ：とにかく、相関の高い方の動きベクトルを出力す
る。 Ｂ：狭域動きベクトル検出で検出された動きベクトルを
出力する。 Ｃ：広域動きベクトル検出で出力された相関値と狭域動
きベクトル検出で検出された相関値の差が小であるとき
（あるスレッショルド以下のとき）は、狭域動きベクト
ル検出側の動きベクトルを出力し、それ以外のときは相
関値の高い方の動きベクトルを出力する。 これら、３つの選択肢には相互に優劣をつけ難いが、し
いて言えばＣの手法がよいのではないかと考えられる。

【００３６】以上説明した本発明の実施形態では、広域
動きベクトル検出の検出精度を２の倍数、狭域動きベク
トル検出の検出精度を整数精度としたが、これらに、従
来技術として説明した階層的手法を適用してさらに検出
精度を細かくすることも可能である。ＭＰＥＧを始め、
多くの勧告は半整数精度となっており、世界の勧告に検
出精度を合わせるなら、本発明においても、広域動きベ
クトル検出を整数精度、狭域動きベクトル検出を半整数
精度とすることもできる。また、最近では、半整数精度
を導入した動きベクトル検出用のＬＳＩも開発されてい
る。

【００３７】また、上述した実施形態においては、広域
動きベクトル検出は１段だけであるが、ダウンサンプリ
ングの程度を変えたもの、例えば、水平、垂直とも１／
４としたものをも加えて、動きベクトル検出の精度を３
段（一般にはＮ段）以上にすると、ハードウエア規模を
抑えて、さらに広範囲な動きベクトル検出が可能とな
る。

【００３８】最後に、本発明によるハードウエアの節約
の程度を検証するために、表１に示す諸元を例にとり、
本発明と従来技術として説明した全探索手法のそれぞれ
のハードウエア規模を比較する。この諸元は、ハイビジ
ョン高能率符号化装置において、望ましい諸元である。
ただし、ハードウエア規模は、演算量と信号速度を乗じ
た値で評価する。ここでは、両者の相対的な比較である
から、演算量として計算すべき相関値の数、また、信号
速度として並列処理の数を使用すれば、ハードウエア規
模を求めるという目的を達することができる。すなわ
ち、 （ハードウエア規模）＝（計算すべき相関値の数）×
（並列処理の数） で評価する。

【００３９】

【表１】

【００４０】表１の諸元に従った本発明および全探索手
法による動きベクトル検出において、ブロックサイズお
よび検出範囲は同じであると仮定する。ただし、本発明
では広域動きベクトルが２の倍数精度で検出されること
から、検出範囲は２の倍数値だけをとる。このため、検
出範囲の上端が偶数となり、全探索手法の奇数値より１
だけ小さい。しかし、このことによって、ハードウエア
規模の評価値が大きく変わるものではない。

【００４１】本発明においては、表１の諸元に従い、広
域動きベクトル検出の検出範囲で２の倍数は６４個、垂
直の検出範囲では３２個、よって、計算すべき相関値の
数は６４×３２＝２，０４８となる。また、水平、垂直
ともにダウンサンプリングされており、並列処理数は１
である。以上の結果から、広域動きベクトルを計算する
ためのハードウエア規模の評価値は２，０４８となる。
同様の算出法（３２×１６×４）で狭域動きベクトル検
出のハードウエア規模を評価すると、２，０４８にな
り、両者の和をとって、本発明におけるハードウエア規
模は４，０９６と評価できる。一方、従来技術である全
探索手法では、ハードウエア規模は１２８×６４×４＝
３２，７６８となり、本発明によってハードウエア規模
を小さくできるという効果はきわめて大きいことが理解
できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明動きベクトル検出装置によって検
出される動きベクトルの精度を、ハイビジョンの動きベ
クトル検出の場合について、それが動きベクトル検出信
号として十分に満足し得るものかどうかを検証する。

【００４３】いま、ハイビジョンの水平有効ラインを
１，９２０画素で標本化する（スタジオ規格）と、フレ
ームあたり６４画素で移動する物体は画面の左右を１秒
（１９２０÷６４÷３０frame/sec ）で横切ることにな
る。このような速い動きは、人の目には線になって映る
が、それ以前に、シーン自体が大きくぼけている。ぼけ
た物体であれば、動きベクトルの検出精度を高くする必
要がないのは当然である。一方、フレームあたり１６画
素で移動する物体の動きは、画面の左右を４秒で横切る
速さに相当する。従って、画像のぼけは少なく、これよ
りも遅い動きベクトルはより高い精度で検出する方がよ
い。本発明装置によって検出される動きベクトルは、こ
の主旨に沿って十分に満足し得るものであることが分か
る。

【００４４】このように、本発明は、ハイビジョンのよ
うな高速の信号の場合、ハードウエア規模を小さくでき
るという効果を大きく発揮する。その理由は、広域動き
ベクトルを検出するとき、ダウンサンプリングによって
並列処理をしなくてもよいことによる。反対に、標準テ
レビジョン（水平走査線５２５本）では、もともと、並
列処理を必要としないため、本発明を用いてもそれほど
大きな効果は得られない。

【００４５】以上説明したように、本発明動きベクトル
検出装置によれば、それにより検出された動きベクトル
は、動きベクトルを検出しようとする画像（例えば、ハ
イビジョン）に対し、十分に理に合っていて、しかも装
置のハードウエア規模を大幅に縮小することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明動きベクトル検出装置の一実施形態をブ
ロック図にて示している。

【図２】図１中の低域通過フィルタの構成の一例を示し
ている。

【図３】全探索手法による動きベクトル検出について、
その原理を示している。

【図４】階層的手法による動きベクトル検出装置の構成
を示している。

【図５】漸近的手法による動きベクトル検出装置の構成
を示している。

【図６】勾配法による動きベクトル検出の原理を示して
いる。

【符号の説明】 ９ 参照フレーム信号入力端子 １０ 予測フレーム信号入力端子 １１，１３ 低域通過フィルタ １２，１４ ダウンサンプリング回路 １５ 広域動きベクトル検出回路 １６ 狭域動きベクトル検出回路 １７ 比較器 １８ 切換器 １９ 出力端子 ２０ １画素遅延回路 ２１，２３ 加算器 ２２ １ライン遅延回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 参照フレームと予測フレームとの間でパ
   ターンマッチングを行って動きベクトルを検出する装置
   において、広い検出範囲でかつ粗い精度で動きベクトル
   検出を行う第１の動きベクトル検出回路と、狭い検出範
   囲でかつ細かい精度で動きベクトル検出を行う第２の動
   きベクトル検出回路と、前記第１および第２の動きベク
   トル検出回路のそれぞれにおいてパターンマッチングを
   行った結果の相関値の高低を比較する比較器と、前記第
   １および第２の動きベクトル検出回路のうち前記比較器
   により前記相関値が高いと判断された動きベクトル検出
   回路からの動きベクトルを該装置の出力として選択的に
   出力する切換器とを具えて構成したことを特徴とする動
   きベクトル検出装置。
2. 【請求項２】 参照フレーム信号入力端子と、予測フレ
   ーム信号入力端子と、第１の動きベクトル検出回路と、
   前記参照フレーム信号入力端子と前記第１の動きベクト
   ル検出回路の一方の入力端子との間に介挿された第１の
   ダウンサンプリング回路と、前記予測フレーム信号入力
   端子と前記第１の動きベクトル検出回路の他方の入力端
   子との間に介挿された第２のダウンサンプリング回路
   と、一方の入力端子が前記参照フレーム信号入力端子
   に、および他方の入力端子が前記予測フレーム信号入力
   端子にそれぞれ接続された第２の動きベクトル検出回路
   と、一方および他方の入力端子が前記第１および第２の
   動きベクトル検出回路の各相関値出力端子にそれぞれ接
   続され、前記第１および第２の動きベクトル検出回路の
   うち相関値が高い方の動きベクトル検出回路を識別して
   該識別結果を制御信号として出力する比較器と、一方お
   よび他方の入力端子が前記第１および第２の動きベクト
   ル検出回路の各動きベクトル出力端子にそれぞれ接続さ
   れ、前記比較器から供給される前記制御信号を受信し、
   その受信した制御信号に従って前記第１および第２の動
   きベクトル検出器のいずれか一方の動きベクトル出力を
   該装置の出力動きベクトルとして出力する切換器と、該
   切換器の出力が供給され、そこから出力動きベクトルが
   取り出される出力端子とを具えて構成したことを特徴と
   する動きベクトル検出装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、該装置は、前記参照フレーム信号入力端子と前
   記第１のダウンサンプリング回路との間に第１の低域通
   過フィルタが、また、前記予測フレーム信号入力端子と
   前記第１のダウンサンプリング回路との間に第２の低域
   通過フィルタがそれぞれ介挿されていることを特徴とす
   る動きベクトル検出装置。
4. 【請求項４】 参照フレームと予測フレームとの間でパ
   ターンマッチングを行って動きベクトルを検出する装置
   において、それぞれ異なる程度の広い検出範囲でかつ粗
   い精度で動きベクトル検出を行う第１から第Ｎ−１まで
   の動きベクトル検出回路と、狭い検出範囲でかつ細かい
   精度で動きベクトル検出を行う第Ｎの動きベクトル検出
   回路と、前記第１から第Ｎまでの動きベクトル検出回路
   のそれぞれにおいてパターンマッチングを行った結果の
   相関値の高低を比較する比較器と、前記第１から第Ｎま
   での動きベクトル検出回路のうち前記比較器により前記
   相関値が最高の値を示すと判断された動きベクトル検出
   回路からの動きベクトルを該装置の出力として選択的に
   出力する切換器とを具えて構成したことを特徴とする動
   きベクトル検出装置。