JPH10336668A - 動きベクトル検出装置 - Google Patents

動きベクトル検出装置

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JPH10336668A
JPH10336668A JP14376197A JP14376197A JPH10336668A JP H10336668 A JPH10336668 A JP H10336668A JP 14376197 A JP14376197 A JP 14376197A JP 14376197 A JP14376197 A JP 14376197A JP H10336668 A JPH10336668 A JP H10336668A
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JP
Japan
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motion vector
spatial filter
block
field
frame
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JP14376197A
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Yoichi Fujiwara
陽一 藤原
Tadao Matsuura
忠男 松浦
Hiroshi Kusao
寛 草尾
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Original Assignee
Sharp Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ２次元空間フィルタを適用した画像に対して
サブサンプリング法により動きベクトル検出を行なう動
きベクトル検出装置のフィルタ回路においては、水平垂
直両方向に画素値を遅延しながら、ブロック端において
水平垂直両方向に画素値の折り返し処理を行なう必要が
あるため、メモリからの画素データの読み出しが複雑に
なり、フィルタの回路規模も大きくなる。 【解決手段】 符号化画像上の符号化ブロックと参照画
像上の予測ブロック候補との間のブロックマッチング
を、前記参照画像上の動きベクトル探索領域内の予測ブ
ロック候補に対して行なう動きベクトル検出装置におい
て、符号化ブロックと予測ブロック候補に対して１次元
空間フィルタを水平方向に適用して帯域制限し、帯域制
限された符号化ブロックと予測ブロック候補の中の一部
の画素についてマッチング誤差演算を行ない、動きベク
トル検出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動画像符号化装置の
動きベクトル検出器に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、動画像符号化方式として、ＭＰＥ
Ｇ−１（ＩＳＯ／ＩＥＣ１１１７２）、ＭＰＥＧ−２
（ＩＳＯ／ＩＥＣ１３８１８）などの動き補償予測を用
いたフレーム間符号化方式が蓄積、通信、放送の分野で
用いられつつある。これらの方式においては、動画像シ
ーケンスの各画像を符号化ブロックに分割し、符号化ブ
ロック毎に参照画像から検出した動きベクトルを用いて
予測ブロックを求める、動き補償予測が行なわれてい
る。
【０００３】動きベクトルの検出方式としては、ブロッ
クマッチング方式が一般的である。ブロックマッチング
方式では、動きベクトル探索領域内の予測ブロック候補
に対し、予測ブロック候補と符号化ブロックとの間の誤
差量を計算する。そして、誤差量が最小となる候補を予
測ブロックとし、予測ブロック位置の符号化ブロック位
置からの相対的なズレ量を動きベクトルとする。
【０００４】一般的にブロックマッチング方式では、前
記誤差量を式（１）で表される符号化ブロックの画素と
予測ブロック候補の画素の間の差分絶対値和Ｄi,jとす
る。この時、Ｄi,jを最小とする（ｉ，ｊ）が動きベク
トルとなる。なお、式（１）においては、ブロックサイ
ズをＭ×Ｎとしており、探索領域を水平方向に［−Ｋ：
Ｋ−１］、垂直方向に［−Ｌ：Ｌ−１］としている。ま
た、Ｔは符号化ブロックの画素値、Ｒは探索領域内の画
素値を表している。
【０００５】
【数１】
【０００６】ここで、式（１）の演算にはＭ×Ｎ回の差
分絶対値演算と、Ｍ×Ｎ−１回の加算が必要となる。
【０００７】ブロックサイズをＭ＝３，Ｎ＝４、探索領
域をＫ＝３，Ｌ＝４とした時の動きベクトルの例を、図
１５に示す。図１５は、動きベクトルが（ｉ，ｊ）＝
（＋２，＋１）の場合である。
【０００８】一方、インターレース画像においては、符
号化ブロックをフィールドに分解して、フィールド毎の
動き補償予測を行なうために、フィールド単位の動きベ
クトルの検出が行なわれる。ここで、符号化ブロックの
奇数フィールド成分に対する動きベクトル（以下、奇数
フィールド動きベクトルと呼ぶ）と、符号化ブロックの
偶数フィールド成分に対する動きベクトル（以下、偶数
フィールド動きベクトルと呼ぶ）に対する誤差量を、各
々式（２），（３）に示す。
【０００９】
【数２】
【００１０】
【数３】
【００１１】式（２）において、Ｔm,2rは符号化ブロッ
クにおける奇数フィールドの画素を表すが、Ｒm+i,2r+j
はｊの値によって奇数フィールドの場合と、偶数フィー
ルドの場合がある。同様に、式（３）において、Ｔ
m,2r+1は符号化ブロックにおける偶数フィールドの画素
を表すが、Ｒm+i,2r+1+jはｊの値によって奇数フィール
ドの場合と、偶数フィールドの場合がある。
【００１２】ブロックサイズをＭ＝３，Ｎ＝４、探索領
域をＫ＝３，Ｌ＝４とした時のフィールド単位の動きベ
クトルの例を、図１６に示す。ここで、Ｔ0,0、Ｔ1,0、
Ｔ2,0、Ｔ0,2、Ｔ1,2、Ｔ2,2は、符号化ブロックにおけ
る奇数フィールドの画素、Ｔ0,1、Ｔ1,1、Ｔ2,1、
Ｔ0,3、Ｔ1,3、Ｔ2,3は、符号化ブロックにおける偶数
フィールドの画素であり、図１６は、奇数フィールド動
きベクトルが（ｉ，ｊ）＝（＋２，＋１）、偶数フィー
ルド動きベクトルが（ｉ，ｊ）＝（−３，＋２）の場合
を示している。
【００１３】なお、以下では、図１６に示すフィールド
動きベクトル対して、図１５に示す動きベクトルをフレ
ーム動きベクトルと呼ぶ。
【００１４】ブロックマッチング方式においては、予測
ブロック候補の選び方について様々なアルゴリズムが提
案されており、文献「信学技報ＣＡＳ９５−４３，ＶＬ
Ｄ９５−４３，ＤＳＰ９５−７５（１９９５−０６）ｐ
ｐ．９３−９９」にその一部が解説されている。
【００１５】ブロックマッチング方式の中で最も精度の
高い動きベクトル検出方式としては、全探索法が知られ
ており、前記文献中に解説されている。全探索法では、
動きベクトル探索領域内の全ての予測ブロック候補に対
して、予測ブロック候補と符号化ブロックとの間の誤差
量を計算する。すなわち、式（１）に表されるＤi,jの
計算を、−Ｋ≦ｉ＜Ｋ，−Ｌ≦ｊ＜Ｌの全ての（ｉ，
ｊ）の組合せに対して実行する。
【００１６】ＭＰＥＧの場合、ブロックサイズはＭ＝Ｎ
＝１６となるが、例として探索領域をＫ＝Ｌ＝１６とす
ると、式（１）に示すフレーム動きベクトル検出のため
の誤差量演算について、全探索法における１ブロックあ
たりの演算量は、差分絶対値演算回数Ｍ×Ｎ×２Ｋ×２
Ｌ＝２６２１４４回、加算回数（Ｍ×Ｎ−１）×２Ｋ×
２Ｌ＝２６１１２０回という膨大なものになる。
【００１７】以上で述べた膨大な演算回数を低減する手
法として、サブサンプリング法が知られており、前記文
献中で解説されている。サブサンプリング法において
は、符号化ブロック内の画素を所定のパターンに間引
き、限られた画素についてのみ誤差演算を実行する。
【００１８】ブロック内の画素を水平方向，垂直方向共
に１／４に間引いた場合には、フレーム動きベクトル検
出のための誤差量は式（４）で表されるＤＳi,jとな
る。
【００１９】
【数４】
【００２０】よって、Ｍ＝Ｎ＝１６，Ｋ＝Ｌ＝１６の
時、サブサンプリング法を用いた時のフレーム動きベク
トルに対する１予測ブロック候補あたりの差分絶対値演
算回数は（Ｍ／４）×（Ｎ／４）＝１６回、加算回数は
｛（Ｍ／４）×（Ｎ／４）−１｝＝１５回となる。これ
を全ての（ｉ，ｊ）の組合せに対して実行するため、サ
ブサンプリング法におけるフレーム動きベクトル検出の
ための１ブロックあたりの差分絶対値演算回数は１６×
２Ｋ×２Ｌ＝１６３８４回、加算回数は１５×２Ｋ×２
Ｌ＝１５３６０回となり、式（１）を用いた全探索法に
おける演算量と比較して大幅に演算量を削減することが
できる。
【００２１】なお、サブサンプリング法は、間引きによ
って誤差量演算を行なう画素を減らしているのであり、
予測ブロック候補数は全探索法と同一である。すなわ
ち、予測ブロック候補数を減らし演算量を削減する階層
的探索法とは異なる方式である。ここで、階層的探索法
についても前記文献中に解説されている。
【００２２】サブサンプリング法においては、誤差演算
に使用する画素を間引くため誤差演算の精度が低下し、
その結果導出される動きベクトルの精度が低下するとい
う問題が生じる。特に、細かなテクスチャを多く含む画
像は高周波成分を多く含むため、上記の検出精度の低下
は顕著になる。このため、符号化ブロックと予測ブロッ
ク候補に２次元低域通過フィルタを適用してから間引き
を行ない誤差演算を実行する方法が特開平２−２７４０
８３「動ベクトル検出装置」に開示されている。
【００２３】前記特開平２−２７４０８３においては、
空間フィルタとして次式の伝達関数で表される２次元低
域通過フィルタを使用した場合が開示されている。
【００２４】
【数５】
【００２５】ここで、Ｚは水平方向の遅延演算子、Ｗは
垂直方向の遅延演算子である。また、間引きパターンと
しては、図１７に示すものが開示されている。
【００２６】
【発明が解決しようとする課題】式（５）に示すような
２次元フィルタにおいては、隣接画素値が存在しないブ
ロック端において、画素値の折り返し処理を行なう必要
がある。図１４に、ブロック端における折り返し処理の
例を示す。
【００２７】図１４（ａ）は、フィルタを適用するブロ
ックの左上隅の画素（黒丸で示す）とその周辺の画素を
示している。この図において、ブロックの左上隅の画素
に３×３タップ２次元フィルタを適用するためには、破
線で囲まれた領域の画素データが必要となる。しかし、
ブロック境界の外側には画素が存在しないため、一般的
には、図１４（ｂ）に示すように、ブロック内の画素値
を外側に折り返し、ブロック外に仮想的に画素を設定す
ることによって、ブロック端の画素に対するフィルタ処
理を行なう。図１４（ｂ）において、同じ模様の画素は
同一画素値を有する。
【００２８】２次元フィルタにおいては、画素値を水
平，垂直両方向に遅延しながら、ブロック端においては
上記の折り返し処理を行なわなければならない。このよ
うな処理を行なうためには、メモリから画素データを読
み出す際に非常に複雑なアドレス制御が必要になり、こ
のためフィルタの回路規模が大きくなってしまう。
【００２９】さらに、インターレース画像における動領
域においては、飛び越し走査によって被写体の動きとは
関係のない垂直方向の高周波成分が発生する。図１８
に、飛び越し走査によって生じる垂直方向の高周波成分
の例を示す。図１８（ａ）は、静止している時の被写体
を示す。図１８（ｂ）は、（ａ）の物体が水平方向に移
動した場合を示している。この時、楕円で囲んだ領域に
おいて垂直方向の高周波成分が発生している。このよう
な場合には、フィルタ後の画素値が高周波成分の影響を
受け、動きベクトルを誤検出することがある。
【００３０】また、前記特開平２−２７４０８３におい
ては、フィールドの概念がないため、フィールド動きベ
クトルを検出することができない。
【００３１】以上の点に鑑み、本発明は、フィルタの回
路規模が小さく制御も簡単で、インターレース画像にお
いても正確な動きベクトル検出が可能で、フレーム動き
ベクトルとフィールド動きベクトルの両方を求めること
が可能なサブサンプリング法を用いた動きベクトル検出
装置を提供することを目的とする。
【００３２】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１記載の
動きベクトル検出装置においては、符号化画像上の符号
化ブロックと参照画像上の予測ブロック候補との間のブ
ロックマッチングを、前記参照画像上の動きベクトル探
索領域内の予測ブロック候補に対して行なう動きベクト
ル検出装置において、符号化ブロックに対して適用する
１次元空間フィルタと、予測ブロック候補に対して適用
する１次元空間フィルタと、前記符号化ブロックと前記
予測ブロック候補の中の一部の画素について誤差演算を
行ない動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路と
を具備し、符号化ブロックと予測ブロック候補に対して
１次元空間フィルタを水平もしくは垂直方向に適用して
帯域制限し、帯域制限された符号化ブロックと予測ブロ
ック候補の中の一部の画素についてマッチング誤差演算
を行ない、動きベクトル検出することを特徴とする。
【００３３】本発明の請求項２記載の動きベクトル検出
装置においては、インターレース画像において、符号化
画像上のフィールド単位の符号化ブロックと参照画像上
のフィールド単位の予測ブロック候補との間のブロック
マッチングを行なってフィールド単位の動きベクトルを
検出し、かつ、符号化画像上のフレーム単位の符号化ブ
ロックと参照画像上のフレーム単位の予測ブロック候補
との間のブロックマッチングを行なってフレーム単位の
動きベクトルを検出し、前記フィールド単位の動きベク
トルと前記フレーム単位の動きベクトルを適応的に選択
する動きベクトル検出装置において、フィールド単位に
構成されるフィールド符号化ブロックに対して適用する
第１のフィールド用空間フィルタと、前記フィールド符
号化ブロックとマッチング演算を行なうフィールド単位
の予測ブロック候補に対して適用する第２のフィールド
用空間フィルタと、前記フィールド符号化ブロックと前
記予測ブロック候補の中の一部の画素についての誤差演
算を行ない、フィールド単位の動きベクトルを検出する
フィールド用動きベクトル検出回路と、フレーム単位に
構成されるフレーム符号化ブロックに対して適用する第
１のフレーム用空間フィルタと、前記フレーム符号化ブ
ロックとマッチング演算を行なうフレーム単位の予測ブ
ロック候補に対して適用する第２のフレーム用空間フィ
ルタと、前記フレーム符号化ブロックと前記予測ブロッ
ク候補の中の一部の画素についての誤差演算を行ない、
フレーム単位の動きベクトルを検出するフレーム用動き
ベクトル検出回路とを具備し、フィールド単位での動き
ベクトル検出とフレーム単位での動きベクトル検出にお
いて、異なるフィルタを使用することによって、符号化
ブロックと予測ブロック候補に対して、フィールド画像
とフレーム画像で異なる帯域制限を行ない、帯域制限さ
れた符号化ブロックと予測ブロック候補の中の一部の画
素についてマッチング誤差演算を行なうことにより、フ
ィールド単位での動きベクトルとフレーム単位での動き
ベクトルを検出することを特徴とする。
【００３４】本発明の請求項３記載の動きベクトル検出
装置においては、前記第１のフィールド用空間フィルタ
と前記第１のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィ
ルタを用い、前記第２のフィールド用空間フィルタと前
記第２のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィルタ
を用いることを特徴とする。
【００３５】本発明の請求項４記載の動きベクトル検出
装置においては、前記第１のフィールド用空間フィルタ
と前記第２のフィールド用空間フィルタに同一の空間フ
ィルタを用い、前記第１のフレーム用空間フィルタと前
記第２のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィルタ
を用いることを特徴とする。
【００３６】本発明の請求項５記載の動きベクトル検出
装置においては、前記第１のフィールド用空間フィルタ
と前記第２のフィールド用空間フィルタと前記第１のフ
レーム用空間フィルタと前記第２のフレーム用空間フィ
ルタ全てに同一の空間フィルタを用いることを特徴とす
る。
【００３７】本発明の請求項６記載の動きベクトル検出
装置においては、前記空間フィルタとして１次元低域通
過フィルタを使用することを特徴とする。
【００３８】本発明の請求項７記載の動きベクトル検出
装置においては、前記空間フィルタとして２次元低域通
過フィルタを使用することを特徴とする。
【００３９】本発明の請求項８記載の動きベクトル検出
装置においては、前記空間フィルタとして、一部を１次
元フィルタとし、他を２次元フィルタとすることを特徴
とする。
【００４０】本発明の請求項９記載の動きベクトル検出
装置においては、前記動きベクトル検出回路において、
誤差演算に用いる画素群の内、ブロック周辺に位置する
画素の位置を、前記符号化ブロックの端から、前記空間
フィルタのタップ数の１／２を小数点以下切り捨てた値
の画素数分だけブロックの内側に設定することを特徴と
する。
【００４１】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の請求項１におけ
る一実施形態のブロック図を示す。ここで、１は符号化
ブロックの画素を保持する符号化画像フレームメモリ、
２は動きベクトル探索領域の画素を保持する参照画像フ
レームメモリ、３，４は１次元空間フィルタ、５はブロ
ック中の一部の画素を用いてマッチング誤差演算を行な
い動きベクトルを検出する動きベクトル検出回路であ
る。
【００４２】以下、図１の動作を説明する。フレームメ
モリ１には符号化されるフレームの画素データが保持さ
れ、フレームメモリ２には参照画像となるフレームの画
素データが保持される。
【００４３】まず、フレームメモリ１から符号化ブロッ
クの画素データＴm,nが出力され、１次元空間フィルタ
３に入力される。１次元空間フィルタ３は入力ブロック
の空間周波数帯域を制限して出力し、帯域制限された符
号化ブロックＴ’を出力する。
【００４４】以上の動作と並行して、参照画像フレーム
メモリ２から動きベクトル（ｉ，ｊ）に対応する予測ブ
ロック候補の画素値Ｒm+i,n+jが出力され、１次元空間
フィルタ４に入力される。１次元空間フィルタ４は、符
号化ブロックＴに対して行なったのと同一の帯域制限を
予測ブロック候補Ｒに対して行ない、帯域制限された予
測ブロック候補Ｒ’を出力する。
【００４５】動きベクトル検出回路５は、帯域制限され
た符号化ブロックの画素データＴ’、帯域制限された予
測ブロック候補の画素データＲ’の一部を用いてマッチ
ング誤差演算を行ない、誤差量が最小となる予測ブロッ
ク候補を検出し、その時の（ｉ，ｊ）を動きベクトルと
して出力する。
【００４６】次に、図６に図１における動きベクトル検
出回路５のブロック図を示す。ここで、６，７はブロッ
ク内の画素データを所定のパターンに間引く画素間引き
回路、８は間引かれた画素データを用いてブロック間の
マッチング誤差量を計算する誤差量計算回路、９は前記
誤差量の最小値を検出して、動きベクトルを決定する動
きベクトル決定回路である。
【００４７】以下、図６の動作を説明する。ブロックの
画素データＴ’，Ｒ’は、間引き回路６，７に入力さ
れ、所定のパターンに間引かれたブロックＴ”，Ｒ”が
出力される。誤差量演算回路８において、間引かれたブ
ロックＴ”とＲ”の間における誤差演算が行なわれ誤差
量ＤＳi,jが出力される。動きベクトル決定回路９は、
（ｉ，ｊ）を変化しながら計算されるＤＳi,jの最小値
を検出し、最小値に対応する（ｉ，ｊ）を動きベクトル
として出力する。
【００４８】本発明の請求項１および９の実施形態とし
て、ブロックサイズをＭ＝Ｎ＝１６とした時の間引きパ
ターンとフィルタ係数の例を図９に示す。ここで、黒丸
は誤差計算に用いられる画素、白丸は間引かれる画素で
ある。
【００４９】図９（ａ）は、水平方向のみに１／４間引
きを行ない、空間フィルタとして［１，２，１］／４の
１次元３タップ低域通過ＦＩＲフィルタを水平方向に適
用する場合である。
【００５０】この時、水平方向に帯域制限された符号化
ブロックは式（６）で表される。
【００５１】
【数６】
【００５２】同様に、水平方向に帯域制限された予測ブ
ロック候補は式（７）で表される。
【００５３】
【数７】
【００５４】よって、サブサンプリング法における誤差
量ＤＳi,jは、式（８）で表される。
【００５５】
【数８】
【００５６】ただし、式（８）におけるＴ’，Ｒ’とし
ては、式（６），（７）を各々用いる。
【００５７】以上の誤差量演算を全ての（ｉ，ｊ）の組
合せに対して行ない、誤差量ＤＳi,j,が最小になる
（ｉ，ｊ）を求める。これが動きベクトルであり、図６
における動きベクトル決定回路９から出力される。
【００５８】図９（ｂ）は、水平垂直方向共１／４間引
きを行ない、空間フィルタとして［１，２，１］／４の
１次元３タップ低域通過ＦＩＲフィルタを水平方向に適
用する場合である。
【００５９】この時のサブサンプリング法における誤差
量ＤＳi,jは、式（９）で表される。
【００６０】
【数９】
【００６１】ただし、式（９）におけるＴ’，Ｒ’とし
ては、式（６），（７）を各々用いる。
【００６２】図９（ｂ）においては、垂直方向にも間引
きを行なっているが、１次元空間フィルタを水平方向に
適用するだけでも大きな効果が得られる。また、１次元
空間フィルタを垂直方向に適用しても同様の効果を得る
ことができる。
【００６３】図９（ｃ）は、垂直方向に１／４間引きを
行ない、空間フィルタとして［１，２，１］／４の１次
元３タップ低域通過ＦＩＲフィルタを垂直方向に適用す
る場合である。
【００６４】この時、垂直方向に帯域制限された符号化
ブロックは式（１０）で表される。
【００６５】
【数１０】
【００６６】同様に、垂直方向に帯域制限されてた予測
ブロック候補は式（１１）で表される。
【００６７】
【数１１】
【００６８】よって、サブサンプリング法における誤差
量ＤＳi,jは、式（１２）で表される。
【００６９】
【数１２】
【００７０】ただし、式（１２）におけるＴ’，Ｒ’と
しては、式（１０），（１１）を各々用いる。
【００７１】図１３に、水平方向に１次元フィルタを使
用した時のブロック端における折り返し処理を示す。図
１３（ａ）は、ブロックの左上隅の画素とその周辺の画
素を示しており、図１３（ｂ）は３タップ１次元フィル
タを適用する場合における折り返し処理を示す。図１３
において、黒丸はフィルタを適用する画素、破線枠はフ
ィルタ処理に必要な周辺画素を示す。図１３（ｂ）にお
いて、同じ模様の画素は同一の画素値を有する。
【００７２】１次元フィルタを使用した時は、水平方向
もしくは垂直方向にのみ画素値を遅延すればよいので、
ブロック端における折り返し処理も水平方向もしくは垂
直方向のみになる。このため、１次元フィルタにおいて
は、２次元フィルタに比較してフィルタ回路を大幅に簡
素化ができる。
【００７３】さらに、図９（ａ），（ｂ），（ｃ）にお
いては、誤差計算に用いる画素（黒丸で示している）
を、ブロック端からフィルタのタップ数の１／２の小数
点以下を切り捨てた値（図においては１）の画素数以上
ブロックの内側に位置するよう設定しており、この場
合、フィルタ処理に必要な画素が全てブロック内に存在
するため、ブロック端における折り返し処理が不要にな
る。よって、フィルタ回路とその制御を、さらに大幅に
簡略化することが可能となる。
【００７４】図２に、本発明の請求項２における一実施
形態のブロック図を示す。ここで、１０，１１はフィー
ルド単位に構成された符号化ブロックと予測ブロック候
補に対して適用する空間フィルタ、１２，１３はフレー
ム単位に構成された符号化ブロックと予測ブロック候補
に対して適用する空間フィルタ、１４はフィールド単位
に帯域制限された符号化ブロックと予測ブロック候補内
の一部の画素データを用いてマッチング演算を行ない、
奇数フィールド動きベクトルと偶数フィールド動きベク
トルを検出するフィールド用動きベクトル検出回路、５
はフレーム単位に帯域制限された符号化ブロックと予測
ブロック候補内の一部の画素データを用いてマッチング
演算を行ない、フレーム動きベクトルを検出するフレー
ム用動きベクトル検出回路であり、図１の動きベクトル
検出回路と同一のものである。なお、図１と同一の機能
を有するブロックには同一の番号を付している。
【００７５】図７に、図２におけるフィールド用動きベ
クトル検出回路１４のブロック図を示す。ここで、１
５，１６はブロック内の画素データを所定のパターンに
間引く画素間引き回路、１７は間引かれた画素データを
用いてフィールド単位にブロック間のマッチング誤差量
を計算する誤差量計算回路、１８は符号化ブロックの奇
数フィールドに対する誤差量の最小値を検出して、奇数
フィールド動きベクトルを決定する動きベクトル決定回
路、１９は符号化ブロックの偶数フィールドに対する誤
差量の最小値を検出して、偶数フィールド動きベクトル
を決定する動きベクトル決定回路である。
【００７６】ここで、本発明の請求項２における実施形
態として、ブロックサイズをＭ＝Ｎ＝１６とした時の間
引きパターンとフィルタ係数の例を、図１０（ａ）に示
す。図において、図９と同様に、黒丸は誤差計算に用い
られる画素である。また、白色の丸は奇数フィールドの
画素、斜線の丸は偶数フィールドの画素を表している。
なお、図１０（ａ）においては、フィルタとして２次元
空間フィルタを用いているが、もちろん１次元空間フィ
ルタを用いても構わない。
【００７７】以下、図１０（ａ）を用いて図２と図６と
図７の動作について説明する。図２において、フレーム
メモリ１からはフレーム単位に符号化ブロックの画素Ｔ
m,nが読み出され、フィールド用空間フィルタ１０，フ
レーム用空間フィルタ１２に入力される。ここで、フィ
ールド用空間フィルタ１０においては、図１０（ａ）に
示すフィルタ係数（Ａ）が適用され、フレーム用空間フ
ィルタ１２においては、フィルタ係数（Ｂ）が適用され
る。
【００７８】ここで、フィルタ係数（Ａ）においては２
行目と４行目のフィルタ係数が全て０である。これは、
図１０（ｂ）に示すように、符号化ブロックを奇数フィ
ールドと偶数フィールドに分解し、各々にフィルタ係数
（Ｃ）を適用することに等しい。もちろん、２行目と４
行目のフィルタ係数は０以外の値をとっても構わない
が、その場合は、図１０（ｂ）に示すように符号化ブロ
ックをフィールド単位に分解することはできない。
【００７９】図１０（ａ）に示すフィルタ係数（Ａ）を
適用した時の、帯域制限された符号化ブロックの画素デ
ータは式（１３）で表される。一方、フィルタ係数
（Ｂ）を適用した時の、帯域制限された符号化ブロック
の画素データは式（１４）で表される。
【００８０】
【数１３】
【００８１】
【数１４】
【００８２】符号化ブロックと同様に、図２において、
フレームメモリ２から読み出された予測ブロック候補の
画素データがフィールド用空間フィルタ１１，フレーム
用空間フィルタ１３に入力され帯域制限される。ここ
で、図１０（ａ）に示すフィルタ係数（Ａ）を適用した
時の、帯域制限された予測ブロック候補の画素データは
式（１５）で表される。一方、フィルタ係数（Ｂ）を適
用した時の、帯域制限された予測ブロック候補の画素デ
ータは式（１６）で表される。
【００８３】
【数１５】
【００８４】
【数１６】
【００８５】上記のように空間フィルタによって帯域制
限された符号化ブロックと予測ブロック候補の画素デー
タは、図２のフィールド用動きベクトル検出回路１４と
フレーム用動きベクトル検出回路５に入力され、各々動
きベクトルが検出される。
【００８６】まず、図７に示すフィールド用動きベクト
ル検出回路１４において、式（１３），（１５）に各々
示す帯域制限されたフィールド単位の符号化ブロックと
予測ブロック候補の画素データは図７の画素間引き回路
１５，１６において、図１０（ａ）に示すパターンに間
引かれ、符号化ブロック内の奇数フィールドの画素に対
する誤差量ＤＳｏi,jと、偶数フィールドの画素に対す
る誤差量ＤＳｅi,jが、誤差量計算回路１７において算
出される。ここで、誤差量ＤＳｏi,j，ＤＳｅi,jは、各
々式（１７），（１８）で表される。式（１７），（１
８）における添字の４ｐは、ブロック内の画素が水平方
向に１／４に間引かれることを表し、添字の８ｑは、ブ
ロック内の画素は同一フィールド上で垂直方向に１／４
に間引かれるため（図１０（ｂ））、フレーム上（図１
０（ａ））では垂直方向に１／８に間引かれることを示
す。
【００８７】
【数１７】
【００８８】
【数１８】
【００８９】一方、図６に示すフレーム用動きベクトル
検出回路５においては、式（１４），（１６）に各々示
す帯域制限されたフレーム単位の符号化ブロックと予測
ブロック候補の画素データは図６の画素間引き回路６，
７において、図１０（ａ）に示すパターンに間引かれ、
フレーム単位の符号化ブロックに対する誤差量ＤＳi,j
が、誤差量計算回路８において算出される。ここで、誤
差量ＤＳi,jは、式（１９）で表される。
【００９０】
【数１９】
【００９１】図７の動きベクトル決定回路１８，１９、
および、図６の動きベクトル決定回路９においては、誤
差量ＤＳｏi,j、ＤＳｅi,j、ＤＳi,jの最小値を検出す
ることによって、奇数フィールド動きベクトル，偶数フ
ィールド動きベクトル，フレーム動きベクトルを各々決
定する。
【００９２】本実施形態においては、フレーム単位の動
きベクトルを検出する時にはフレーム画像に対してフィ
ルタを適用し、フィールド単位の動きベクトルを検出す
る時にはフィールド画像に対してフィルタを適用する。
すなわち、動きベクトル検出単位に合ったフィルタを適
用するため、インターレース画像に対しても精度の良い
動きベクトルを検出することが可能となる。
【００９３】さらに、図１０においては、誤差計算に用
いる画素（黒丸で示している）の位置を、図９と同様に
設定することによって、ブロック端における折り返し処
理を不要にしている。
【００９４】図３に、本発明の請求項３における一実施
形態のブロック図を示す。ここで、２０は符号化ブロッ
クに対して適用する空間フィルタ、２１は予測ブロック
候補に対して適用する空間フィルタである。なお、図
１，図２と同一の機能を有するブロックには同一の番号
を付している。
【００９５】図３と、図２の差異は、図２においては、
空間フィルタがフィールド用空間フィルタとフレーム用
空間フィルタに分かれていたのに対して、図３において
は、共通のフィルタを使用している点のみであり、ブロ
ック図の動作自体は同一なので、ここでは動作の説明に
ついては割愛する。
【００９６】図１１に、本発明の請求項３の第１の実施
形態として、ブロックサイズをＭ＝Ｎ＝１６とした時の
間引きパターンとフィルタ係数の例を示す。ここで、図
９と同様に、黒丸は誤差計算に用いられる画素である。
また、白色の丸は奇数フィールドの画素、斜線の丸は偶
数フィールドの画素を表している。
【００９７】図１１においては、水平１次元フィルタを
適用している。図１８（ｂ）に示す動領域において、フ
レーム単位に垂直方向の空間フィルタを適用すること
は、偶数ラインと奇数ラインを混合することに相当する
ため、フィールド動きベクトルの検出精度が低下するこ
とになる。従って、図１１に示すような水平１次元フィ
ルタを適用し、垂直方向の高周波成分はフィルタを通過
させた方が、フィールド動きベクトルの検出精度が向上
する。このように、フィールド用空間フィルタとフレー
ム用空間フィルタを共通化する場合には、１次元フィル
タが有効である。
【００９８】図１２に、本発明の請求項３の第２の実施
形態として、ブロックサイズをＭ＝Ｎ＝１６とした時の
間引きパターンとフィルタ係数の例を示す。ここで、図
９と同様に、黒丸は誤差計算に用いられる画素である。
また、白色の丸は奇数フィールドの画素、斜線の丸は偶
数フィールドの画素を表している。
【００９９】図１２においては、２次元フィルタを適用
している。ここで、図１２に示すフィルタは、垂直方向
の通過帯域が水平方向の通過帯域よりも広くなってお
り、インターレース画像の動領域において発生する垂直
方向の高周波成分の大部分はフィルタを通過する。この
ため、インターレース画像における奇数ラインと偶数ラ
インの混合の影響を小さくすることができ、動領域か静
止領域かに関わらず、空間フィルタの効果を得ることが
できるため、精度の良い動きベクトルを検出することが
可能となる。
【０１００】すなわち、図１２に示す実施形態は、図１
１に示す実施形態における１次元フィルタの有効性を確
認しつつ、かつ、垂直方向にも適度な帯域制限を行な
い、フレーム動きベクトルの検出精度を向上させるもの
である。
【０１０１】なお、図１２においては、フレーム単位の
２次元フィルタを適用したが、図１０（ａ）に示すフィ
ルタ係数（Ａ）のようなフィールド単位の２次元フィル
タを適用することによっても、インターレースによって
発生する垂直方向の高周波成分のフィルタ後の画素値に
対する影響を低減することができる。
【０１０２】また、図１１，図１２においても、誤差計
算に用いる画素（黒丸で示している）の位置を、図９と
同様に設定することによって、ブロック端における折り
返し処理を不要にしている。
【０１０３】図３において、図７の構成を持つフィール
ド用動きベクトル１４と、図６の構成を持つフレーム用
動きベクトル検出回路５は、図８の構成を持つフレーム
／フィールド兼用の動きベクトル検出回路に統合するこ
とができる。すなわち、図８の構成により、奇数フィー
ルド動きベクトルと、偶数フィールド動きベクトルと、
フレーム動きベクトルとを同時に検出することができ
る。
【０１０４】図８において、２２は奇数フィールド動き
ベクトルに対する誤差量ＤＳｏi,jと偶数フィールド動
きベクトルに対する誤差量ＤＳｅi,jとを加算してフレ
ーム動きベクトルに対する誤差量ＤＳi,jを算出する加
算器、２３はフレーム動きベクトルに対する誤差量ＤＳ
i,jの最小値を検出してフレーム動きベクトルを検出す
る動きベクトル決定回路である。なお、図７と同一の機
能を有するブロックには同一の番号を付している。
【０１０５】図１１，図１２においては、奇数フィール
ド動きベクトル（ｉ，ｊ）に対する予測ブロック候補の
画素データと、偶数フィールド動きベクトル（ｉ，ｊ）
に対する予測ブロック候補の画素データとは、フレーム
動きベクトル（ｉ，ｊ）に対する予測ブロック候補の画
素データを構成しており、さらに、本実施形態において
は、フィールド動きベクトル検出に用いる空間フィルタ
とフレーム動きベクトル検出に用いる空間フィルタとを
共通化しているため、式（２０）の関係が成立する。
【０１０６】
【数２０】
【０１０７】よって、フィールド用動きベクトル検出回
路内の誤差量計算回路において算出される奇数フィール
ド動きベクトルに対する誤差量ＤＳｏi,jと偶数フィー
ルド動きベクトルに対する誤差量ＤＳｅi,jとを加算す
ることによって、フレーム動きベクトルに対する誤差量
ＤＳi,jを算出することができ、フレーム動きベクトル
を検出することが可能となる。
【０１０８】このため、図３におけるフレーム用動きベ
クトル検出回路の中の画素間引き回路，誤差量計算回路
が不要になり、大幅に回路規模を縮小することが可能と
なる。
【０１０９】図４に、本発明の請求項４における一実施
形態のブロック図を示す。２４はフィールド単位のブロ
ックに適用する空間フィルタ、２５はフレーム単位のブ
ロックに適用する空間フィルタである。
【０１１０】式（１７），（１８），（１９）に示す誤
差演算において、帯域制限された符号化ブロックの画素
値Ｔｆｉ’，Ｔｆｒ’は（ｉ，ｊ）の値に依存しない。
このため、誤差演算開始前に１度だけ符号化ブロックに
対してフィルタ処理を行ない、得られた画素値Ｔｆ
ｉ’，Ｔｆｒ’を動きベクトル検出回路内に保持して使
用することにより、（ｉ，ｊ）を変化した時の各誤差演
算において、Ｔに関するフィルタ処理を実行する必要が
なくなる。よって、符号化ブロックに対して適用する空
間フィルタと、予測ブロック候補に対して適用する空間
フィルタを共通にして、回路規模をさらに縮小すること
ができる。
【０１１１】図４においては、図２における空間フィル
タ１０，１１を空間フィルタ２４に統合し、図２におけ
る空間フィルタ１２，１３を空間フィルタ２５に統合し
ている。
【０１１２】図５に、本発明の請求項５における一実施
形態のブロック図を示す。２６は誤差演算に用いる全て
の画素に対して適用する空間フィルタである。
【０１１３】図５においては、図４と同様に、符号化ブ
ロックに対して適用する空間フィルタと、予測ブロック
候補に対して適用する空間フィルタを共通にして、回路
規模を縮小している。
【０１１４】すなわち、図５においては、図３における
空間フィルタ２０，２１を空間フィルタ２６に統合して
いる。
【０１１５】以上で述べた実施形態においては、間引き
の間隔について、１／２や１／４の等間隔を例として挙
げているが、それ以外のいかなるパターンを用いること
ができる。
【０１１６】さらに、空間フィルタについて、３タップ
１次元ＦＩＲフィルタと３×３タップ２次元ＦＩＲフィ
ルタを例として挙げているが、それ以外のタップ数やフ
ィルタ係数を有するフィルタを用いてもよい。
【０１１７】また、符号化ブロックに適用する空間フィ
ルタと、予測ブロック候補に適用する空間フィルタを、
特性の異なるフィルタに設定してもよく、一方を１次元
空間フィルタ、他方を２次元空間フィルタに設定するこ
とも可能である。
【０１１８】
【発明の効果】本発明における請求項１においては、１
次元フィルタを用いることによって、ブロック端での画
素データの折り返し処理などが簡単にできるため、２次
元フィルタに比較してフィルタ回路の規模を小さくし、
制御も単純化することができ、サブサンプリング法を適
用する場合において、高精度の動きベクトルを検出する
ことが可能となる。
【０１１９】本発明における請求項２においては、フレ
ーム単位の動きベクトル検出とフィールド単位の動きベ
クトル検出に対して、別々の空間フィルタを適用するた
め、インターレース画像の性質に適合した帯域制限を行
なうことができ、インターレース画像に対してサブサン
プル法を適用する場合において、高精度の動きベクトル
を検出することが可能となる。
【０１２０】本発明における請求項３においては、イン
ターレース画像の性質に適合した水平，垂直方向の帯域
制限を行なうことで、インターレース画像に対してサブ
サンプル法を適用する際に、単一の空間フィルタで、検
出精度を低下することなくフレーム動きベクトルとフィ
ールド動きベクトルを検出することが可能となる。すな
わち、フィルタ回路の個数を減少でき、動きベクトル検
出装置全体の回路規模を縮小できる。
【０１２１】さらに、単一の空間フィルタを使用するた
め、奇数フィールドに対する誤差量と偶数フィールドに
対する誤差量とを加算することによって、フレームに対
する誤差量を算出することができる。このため、フレー
ム用動きベクトル検出回路における誤差演算回路や画素
間引き回路が不要となり、フレーム用動きベクトル検出
回路を大幅に縮小することが可能となる。
【０１２２】本発明における請求項４，５においては、
符号化ブロック用空間フィルタと予測ブロック候補用空
間フィルタを共通にするため、回路規模を大幅に縮小す
ることが可能となる。
【０１２３】本発明における請求項６においては、請求
項１と同様に、回路構成を単純化することができる。
【０１２４】本発明における請求項７においては、水平
垂直両方向における高周波成分を抑圧することができる
ため、１次元フィルタよりも高精度の動きベクトルを検
出することができる。
【０１２５】本発明における請求項９においては、間引
きの間隔と、誤差演算に使用する画素の位置の設定によ
って、ブロック端における画素値の折り返し処理を不要
にできるため、フィルタ回路をより小さく制御を単純に
することが可能となる。
【０１２６】なお、本発明をＭＰＥＧテスト画像「Ｔａ
ｂｌｅ Ｔｅｎｎｉｓ」６０フレームに適用して動きベ
クトルを検出し、この動きベクトルを用いてＭＰＥＧ−
２の標準符号化方式である「Ｔｅｓｔ Ｍｏｄｅｌ」で
符号化シミュレーションを行なったところ、従来のサブ
サンプリング法を用いた場合に比較して、フレームあた
りの平均で０．８デシベルの復号画像のＳＮ比向上が認
められ、主観評価においても著しい画質改善があること
を確認している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の請求項１における実施形態のブロック
図である。
【図２】本発明の請求項２における実施形態のブロック
図である。
【図３】本発明の請求項３における実施形態のブロック
図である。
【図４】本発明の請求項４における実施形態のブロック
図である。
【図５】本発明の請求項５における実施形態のブロック
図である。
【図６】フレーム用動きベクトル検出回路のブロック図
である。
【図７】フィールド用動きベクトル検出回路のブロック
図である。
【図８】図６と図７を統合したフレーム／フィールド兼
用動きベクトル検出回路のブロック図である。
【図９】本発明の請求項１における間引きパターンとフ
ィルタ係数の実施形態である。
【図１０】本発明の請求項２における間引きパターンと
フィルタ係数の実施形態である。
【図１１】本発明の請求項３における間引きパターンと
フィルタ係数の第１の実施形態である。
【図１２】本発明の請求項３における間引きパターンと
フィルタ係数の第２の実施形態である。
【図１３】ブロック端の画素に対する１次元フィルタ処
理における画素値の折り返し処理を説明する図である。
【図１４】ブロック端の画素に対する２次元フィルタ処
理における画素値の折り返し処理を説明する図である。
【図１５】ブロックマッチングを説明する概念図であ
る。
【図１６】フィールド単位のブロックマッチングを説明
する概念図である。
【図１７】従来例の間引きパターンを示す図である。
【図１８】飛び越し走査によって生じる垂直方向の高周
波成分を説明する図である。
【符号の説明】
１ フレームメモリ ２ フレームメモリ ３ １次元空間フィルタ ４ １次元空間フィルタ ５ 動きベクトル検出回路

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 符号化画像上の符号化ブロックと参照画
    像上の予測ブロック候補との間のブロックマッチング
    を、前記参照画像上の動きベクトル探索領域内の予測ブ
    ロック候補に対して行なう動きベクトル検出装置におい
    て、 符号化ブロックに対して適用する１次元空間フィルタ
    と、予測ブロック候補に対して適用する１次元空間フィ
    ルタと、前記符号化ブロックと前記予測ブロック候補の
    中の一部の画素について誤差演算を行ない動きベクトル
    を検出する動きベクトル検出回路とを具備し、 符号化ブロックと予測ブロック候補に対して１次元空間
    フィルタを水平もしくは垂直方向に適用して帯域制限
    し、帯域制限された符号化ブロックと予測ブロック候補
    の中の一部の画素についてマッチング誤差演算を行な
    い、動きベクトル検出することを特徴とする動きベクト
    ル検出装置。
  2. 【請求項２】 インターレース画像において、符号化画
    像上のフィールド単位の符号化ブロックと参照画像上の
    フィールド単位の予測ブロック候補との間のブロックマ
    ッチングを行なってフィールド単位の動きベクトルを検
    出し、かつ、符号化画像上のフレーム単位の符号化ブロ
    ックと参照画像上のフレーム単位の予測ブロック候補と
    の間のブロックマッチングを行なってフレーム単位の動
    きベクトルを検出し、前記フィールド単位の動きベクト
    ルと前記フレーム単位の動きベクトルを適応的に選択す
    る動きベクトル検出装置において、 フィールド単位に構成されるフィールド符号化ブロック
    に対して適用する第１のフィールド用空間フィルタと、
    前記フィールド符号化ブロックとマッチング演算を行な
    うフィールド単位の予測ブロック候補に対して適用する
    第２のフィールド用空間フィルタと、前記フィールド符
    号化ブロックと前記予測ブロック候補の中の一部の画素
    についての誤差演算を行ない、フィールド単位の動きベ
    クトルを検出するフィールド用動きベクトル検出回路
    と、フレーム単位に構成されるフレーム符号化ブロック
    に対して適用する第１のフレーム用空間フィルタと、前
    記フレーム符号化ブロックとマッチング演算を行なうフ
    レーム単位の予測ブロック候補に対して適用する第２の
    フレーム用空間フィルタと、前記フレーム符号化ブロッ
    クと前記予測ブロック候補の中の一部の画素についての
    誤差演算を行ない、フレーム単位の動きベクトルを検出
    するフレーム用動きベクトル検出回路とを具備し、 フィールド単位での動きベクトル検出とフレーム単位で
    の動きベクトル検出において、異なるフィルタを使用す
    ることによって、符号化ブロックと予測ブロック候補に
    対して、フィールド画像とフレーム画像で異なる帯域制
    限を行ない、帯域制限された符号化ブロックと予測ブロ
    ック候補の中の一部の画素についてマッチング誤差演算
    を行なうことにより、フィールド単位での動きベクトル
    とフレーム単位での動きベクトルを検出することを特徴
    とする動きベクトル検出装置。
  3. 【請求項３】 前記第１のフィールド用空間フィルタと
    前記第１のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィル
    タを用い、前記第２のフィールド用空間フィルタと前記
    第２のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィルタを
    用いることを特徴とする請求項２記載の動きベクトル検
    出装置。
  4. 【請求項４】 前記第１のフィールド用空間フィルタと
    前記第２のフィールド用空間フィルタに同一の空間フィ
    ルタを用い、前記第１のフレーム用空間フィルタと前記
    第２のフレーム用空間フィルタに同一の空間フィルタを
    用いることを特徴とする請求項２記載の動きベクトル検
    出装置。
  5. 【請求項５】 前記第１のフィールド用空間フィルタと
    前記第２のフィールド用空間フィルタと前記第１のフレ
    ーム用空間フィルタと前記第２のフレーム用空間フィル
    タ全てに同一の空間フィルタを用いることを特徴とする
    請求項２記載の動きベクトル検出装置。
  6. 【請求項６】 前記空間フィルタとして１次元低域通過
    フィルタを使用することを特徴とする請求項２，３，
    ４，５記載の動きベクトル検出装置。
  7. 【請求項７】 前記空間フィルタとして２次元低域通過
    フィルタを使用することを特徴とする請求項２，３，
    ４，５記載の動きベクトル検出装置。
  8. 【請求項８】 前記空間フィルタとして、一部を１次元
    フィルタとし、他を２次元フィルタとすることを特徴と
    する１，２，３，４，５，６，７記載の動きベクトル検
    出装置。
  9. 【請求項９】 前記動きベクトル検出回路において、誤
    差演算に用いる画素群の内、ブロック周辺に位置する画
    素の位置を、前記符号化ブロックの端から、前記空間フ
    ィルタのタップ数の１／２を小数点以下切り捨てた値の
    画素数分だけブロックの内側に設定することを特徴とす
    る請求項１，２，３，４，５，６，７，８記載の動きベ
    クトル検出装置。
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