JP2853973B2 - 階層型動きベクトル検出方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画圧縮の中核技術の
一つである「動きベクトル」の検出方法に関し、とく
に、階層型画像情報に周辺ブロック参照法を適用する検
出方法及びその装置の改良に関する。

【０００２】

【背景説明】

「動画像圧縮」一般に、動画像の情報量は、静止画像に
比べてはるかに膨大であり、情報伝達メディアや蓄積メ
ディアへの利用に際して静止画以上に効率の高い圧縮技
術が求められる。たとえば、画像圧縮の国際標準化委員
会の一つであるＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Gro
up）によって制定された動画像符号化／復号方式（ＭＰ
ＥＧ１及びＭＰＥＧ２；以下これらを総称して「ＭＰＥ
Ｇ」と言う）は、こうした用途に好ましい圧縮技術であ
る。 「時間的冗長性と予測誤差」静止画像では、主に「空間
的冗長性」を使って圧縮を実現している。一方、動画像
圧縮でも空間的冗長性を利用するが「時間的冗長性」の
利用がより重要になる。時間的冗長性とは、動画像を構
成する多数のフレームのうち、時間的に近いフレーム同
士は非常に似通った画像になるという性質のことをい
う。たとえば、アニメーションでは、この性質を利用し
て連続する絵を少しずつ変化させることにより、違和感
のないスムーズな動きを出している。この場合、時間的
に隣り合うフレーム同士には、程度の差こそあれほとん
ど違いがないことが多い。したがって、時間的に近いフ
レームの“異なる部分”（予測誤差と呼ばれる）だけを
伝送または蓄積すれば（言い換えれば、同一の部分を伝
送または蓄積しないようにすれば）、結果として相当に
高い圧縮率を得ることができる。 「フレーム間予測符号化」予測誤差を得るために、いわ
ゆる「フレーム間予測符号化」が行なわれる。これは、
圧縮したいフレームが持つ画像情報を他のフレームから
予測するという方式であり、ＭＰＥＧでは、「順方向予
測」、「逆方向予測」及び「双方向予測」の三つが行な
われる。順方向予測は時間的に近い“過去のフレーム”
と圧縮したい“現在のフレーム”との間の予測誤差を得
るというもの、逆方向予測は時間的に近い“未来のフレ
ーム”と圧縮したい“現在のフレーム”との間の予測誤
差を得るというもの、さらに、双方向予測は“過去のフ
レーム”と“未来のフレーム”との平均値と“現在のフ
レーム”との間の予測誤差を得るというものである。

【０００３】なお、ＭＰＥＧでは、Ｉ、Ｐ及びＢといっ
た３種類のピクチャ・タイプを規定する。Ｉピクチャは
フレーム間予測を行わず（参照フレームを必要とせず）
に生成される画像、Ｐピクチャは順方向予測によって
（過去の１枚のフレームを参照フレームとして）生成さ
れる画像、Ｂピクチャは順方向予測や逆方向予測若しく
は双方向予測によって（過去と未来の２枚のフレームを
参照フレームとして）生成される画像であり、それぞ
れ、Intra-Picture、Predictive-Picture、Bidirection
ally Predictive-Pictureの頭文字をとったものであ
る。 「動きベクトルと動き補償」動画像における動き部分、
たとえば疾走する車両を考えると、時間的に隣り合うフ
レーム間では、車両だけが平行移動し、背景はほとんど
変化しない。このため、動き部分（車両）の画像を画素
値……画像を構成する点（画素）の情報を数値で表した
もの……で見た場合には、時間的に隣り合うフレーム
（便宜的にｎフレームとｎ−１フレーム）同士で異なる
のは、位置の情報（座標情報）だけで、他の情報（たと
えば色情報や輝度情報）にはほとんど変化が見られな
い。したがって、ｎ−１フレームの動き部分（車両）の
画素に、直線的な移動情報である「動きベクトル」を与
えれば、動きベクトル情報のみを送り、予測誤差情報を
ほとんど送る必要がなくなる。動きベクトルを利用して
画像信号をずらす方法を「動き補償」という。単純にフ
レーム間予測符号化を利用するのに比べて伝送情報量を
大幅に減らすことができ、圧縮効率をさらに高めること
ができる。 「ブロック・マッチング法による動きベクトル検出の基
本原理」図４、図５を用いて、動きベクトル検出の基本
原理を説明する。図４において、１００は現在のフレー
ム（上述のｎフレームに相当）であり、このフレーム１
００は、所定サイズ（たとえば１６×１６画素）のブロ
ックに分割されている。ここでは、そのうちの一つのブ
ロック１０１を、動きベクトルの検出対象ブロック（以
下「検出対象ブロック」）として代表する。図５におい
て、１０２は時間的に一つ前のフレーム（上述のｎ−１
フレームに相当）であり、このフレーム１０２には、動
きベクトル探索のための領域（以下「探索領域」）１０
３が設定されている。探索領域１０３のサイズは検出対
象ブロック１０１よりも大きく、たとえば、検出対象ブ
ロック１０１の縦と横の−方向に１６画素を加えるとと
もに＋方向に１５画素を加えた４７×４７画素の大きさ
を有している。

【０００４】いま、探索領域１０３内で、検出対象ブロ
ック１０１を水平／垂直方向に所定画素数（一般には１
画素）ずつずらしながら、重なり合う画素間の画素値の
差分を順次に求めていくと、探索領域１０３の内部を一
巡した段階で、すべての画素の差分値の合計を表す値
（たとえば、差分値の絶対値の和や差分値の自乗の和）
が最小となる部分領域１０４が見つかる。この部分領域
１０４は、ｎフレームの検出対象ブロック１０１との相
関性が最も高い領域であり、その大きさは検出対象ブロ
ック１０１と同一（ここでは１６×１６画素）である。
したがって、二つのブロック１０１、１０４がマッチン
グしているから、検出対象ブロック１０１の中心から部
分領域ブロック１０４の中心へと向かうベクトル１０５
を求め、このベクトル１０５を検出対象ブロック１０１
の「動きベクトル」とすればよい。 「ブロック・マッチング法の検出精度」ブロック・マッ
チング法は、基本的にフレーム間予測誤差エントロピー
の低減を実現するための動き量検出を狙いとしている。
このため、検出精度に関しては検出誤りの発生頻度が高
く、元々の被写体の動きに即した正確な動き量の検出に
至っていないのが現状である。 「周辺ブロック参照法」周辺ブロック参照法は、ブロッ
ク・マッチング法の検出精度を高めるための技術であ
り、要するに、検出対象ブロックの予測動き量を初期偏
位ベクトルとして検出する際に、周辺に位置するいくつ
かのブロックの確定済み動きベクトルを参照するという
ものである。以下、周辺ブロックの中で、動きベクトル
検出のために参照されるブロックを単に「参照ブロッ
ク」と言う。

【０００５】図６において、升目の一つ一つはブロック
を表している。いま、ｅを予測動き量を検出しようとす
る検出対象ブロックとすると、Ａ〜Ｄがそれに対する参
照ブロックになる。なお、残りのｆ〜ｉのブロックも検
出対象ブロックのまわりに位置する周辺ブロックである
が、参照ブロックにはならない。これは、ブロックのス
キャン順を「……Ａ→Ｂ→Ｃ→Ｄ→ｅ→ｆ→ｇ→ｈ→ｉ
……」と想定しているからで、アルファベットの小文字
を付したブロックは、動きベクトルがまだ確定していな
いブロック（言い換えればこれから検出対象ブロックに
なるブロック）だからである。

【０００６】参照ブロックで検出された動きベクトルに
基づいて、検出対象ブロックの初期偏位ベクトルを得る
には、たとえば、参照ブロックのそれぞれの動き量の平
均値を検出対象ブロックの初期偏位とする方法や、参照
ブロックにおける動き補償誤差を判定条件として、これ
が最小となる参照ブロックの動き量を検出対象ブロック
の初期偏位とする方法、若しくは、参照ブロックの動き
量による検出対象ブロックの動き補償誤差を判定条件と
して、これが最小となる参照ブロックの動き量を検出対
象ブロックの初期偏位とする方法など、いろいろ知られ
ている。

【０００７】

【従来の技術】電子情報通信学会論文誌（Ｄ−II Vol.
Ｊ72−Ｄ−II No.３ pp.395−403 1989年3月）に
は、階層型画像情報を用いた動画像における動きベクト
ル検出方式が記載されている。この論文の技術では、検
出精度を改善するために、周辺ブロック参照法を適用し
ている。

【０００８】図７は階層型画像情報の模式図である。図
７において、「０」、「ｈ」及び「ｈ＋１」は代表的に
示す三つの階層画像であり、０は最下層の画像、ｈは任
意の中位階層の画像、ｈ＋１は画像ｈの一つ上層の画像
である。画像０を原画像とすると、画像ｈの画素密度は
画像０の画素密度よりも少なく、画像ｈ＋１の画素密度
はさらに少なくなるように設定されている。好ましい例
によれば、画像ｈ＋１の画素密度は画像ｈの画素密度の
１／２である。これは、画像ｈの周波数帯域とサンプリ
ング周波数を１／２にして得られた画像に相当する。

【０００９】このような階層画像においては、その上位
階層の画像の空間解像度が下位階層に比べて劣化するた
め、上位階層と下位階層では相反する性質を持つことに
なる。すなわち、上位階層では被写体の動きを大局的に
捉えることができ（言い換えれば、上位階層では被写体
の動きを詳細に捉えることができない）、一方、下位階
層ではこの逆に被写体の動きを詳細に捉えることができ
る（言い換えれば、下位階層では被写体の動きを局所的
にしか捉えることができない）。

【００１０】したがって、上位階層で検出された動きベ
クトルに基づいて、下位階層の動きベクトルを逐次検出
すれば、被写体の動きを効率よく、しかも高い精度で検
出することが可能となる。画像ｈの階層（以下「第ｈ階
層」）におけるブロック・マッチングの探索は、一つ上
の画像ｈ＋１の階層（以下「第ｈ＋１階層」）の被従属
ブロック（親ブロック）の検出結果Ｖ_h+1を２倍したも
の（２Ｖ_h+1）を初期偏位ベクトルとして行なう。たと
えば、次式で定義するマッチング評価関数「Ｓ
（ｕ_h′，ｖ_h′）」が最小となるＶ_h′を探索して検出
する。このとき、第ｈ階層での動きベクトルＶ_hは、図
８（ａ）に示すように、Ｖ_h＝Ｖ_h′＋２Ｖ_h+1で与えら
れる。また、マッチングの探索範囲は、階層画像の各層
間の対応を考慮し、親ブロックの検出結果２Ｖ_h+1＝
（２ｕ_h+1，２ｖ_h+1）を中心に、たとえば５×５の範囲
に設定する。

【００１１】

【数１】

【００１２】 但し、初期偏位点：２Ｖ_h+1＝（２ｕ_h+1，２ｖ_h+1） 探索点：Ｖ_h′＝（ｕ_h′，ｖ_h′） 前フレームの画像ｈ：ｆ_t-1,h（ｘ，ｙ） 現フレームの画像ｈ：ｆ_t,h（ｘ，ｙ） 検出動きベクトル：Ｖ_h＝（ｕ_h，ｖ_h） ＝（２ｕ_h+1＋ｕ_h′，２ｖ_h+1＋ｖ_h′） 前出の図７の階層画像では、画像ｈ＋１の解像度が画像
ｈと比べて１／２になっている。このため、初期偏位と
して用いる親ブロックの検出結果Ｖ_h+1も、検出対象の
動きベクトルＶ_hの１／２の解像度でしかないから、親
ブロックの検出結果を２倍し、画像ｈの解像度に合わせ
た後、これを初期偏位ベクトルとして設定する必要があ
る。たとえば、Ｖ_hmax＝０とおくと、各階層のマッチン
グによって検出される動きベクトルＶ_hは、次式のよ
うになる（図８（ｂ）参照）。

【００１３】

【数２】

【００１４】以上のとおり、階層型動きベクトル検出で
は、上位階層で比較的大まかな動きを、下位階層でさら
に詳細な動きを逐次に検出するという作用が得られる
が、各階層間の対応から、マッチングの探索範囲を狭い
範囲（たとえば親ブロックの検出結果を中心に５×５の
範囲）に制限せざるを得ず、このため、とくに一つのブ
ロック内に動きの異なる領域が複数存在する場合には、
各層間の対応付けが追従しきれないという不都合があ
る。

【００１５】図９はその不都合例である。いま、静止背
景上の被写体（ハッチング部）が矢線ベクトル２００の
方向に移動したとき（図９（ａ））、第ｈ＋１階層の親
ブロックにおける最上位階層からの検出過程で動きベク
トルＶ_h+1が検出されたとすると（図９（ｂ））、第ｈ
階層のブロックでは、２Ｖ_h+1を中心として所定範囲
（５×５）の探索を行なうが（図９（ｃ））、２Ｖ_h+1
がＶ_h′の探索範囲を超えていると、静止領域に対応す
るブロック２０１の動きベクトルＶ_h＝０が検出できな
い。

【００１６】そこで、前出論文の技術では、「周辺ブロ
ック参照法」を階層的に適用し、親ブロックの検出結果
を中心点とする探索点（図１０（ａ）の◎印参照）のほ
かに、親ブロックと境界を接する四つの周辺ブロック
（図１０（ａ）の☆印参照）の検出結果を新たな探索点
に加えている。これによれば、親ブロックの検出結果と
は別に、周辺ブロックの検出結果を探索点として参照で
きるから、親ブロックの検出結果を中心とする探索範囲
が狭くても、周辺ブロックの動きに対応する相対的な動
きが、その探索範囲内であれば、実際の動きに十分に追
従した検出（図１０（ｂ）の●印参照）を行なうことが
できる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前出論文の
技術は、親ブロックと境界を接する全ての周辺ブロック
（図１０（ａ）の☆印参照）を参照ブロックとするもの
であるが、参照ブロックの数が多いと、それだけ参照メ
モリへのアクセス量が増え、その結果、メモリのバンド
幅が大きくなり、ＬＳＩ化した場合のピン数の増加を招
くという不都合がある。また、演算処理のオーバーヘッ
ドが増大するから、とくに、画像サイズが大きく、演算
量の多いＨＤ／ＵＤ（High Definition／Ultra Definit
ion）画像に適用すると、回路規模がきわめて増大する
という不都合がある。なお、参照ブロックの数を減らせ
ば、かかる不都合を低減できるが、単に減らしただけで
は、動きベクトルの推定精度が大幅に低下するという新
たな不都合を招く。

【００１８】

【目的】そこで、本発明は、大幅な精度低下を招くこと
なく、参照ブロック数を少なくしてメモリアクセス量の
削減を図ることを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の方法発明
は、原画像と同一または近い解像度を有する最下位の第
１階層画像と、この第１階層画像の解像度に対して段階
的に解像度が低下する上位側の第２〜第ｍ階層画像とを
用い、上位側の任意階層で検出された親ブロックの動き
ベクトルに基づいて、該任意階層の一つ下位の階層の検
出対象ブロックの動きベクトルを検出する際に、前記検
出対象ブロックと同一階層内の各ブロックのうち、該検
出対象ブロックの直近に位置する周辺ブロックの動きベ
クトルを参照する場合は、前記周辺ブロックの数を１個
を含む少ない個数に制限するとともに、該周辺ブロック
の位置を少なくとも一つの隣接階層間で異ならせること
を特徴とする。

【００２０】請求項２記載の方法発明は、請求項１記載
の発明において、前記検出対象ブロックの動きベクトル
の検出に際し、一つ上位の層の親ブロックの周辺に位置
する周辺ブロック（上位層周辺ブロック）の動きベクト
ルも参照する場合は、該上位層周辺ブロックの数も１個
を含む少ない個数に制限するとともに、該上位層周辺ブ
ロックの位置を少なくとも一つの隣接階層間で異ならせ
ることを特徴とする。

【００２１】請求項３記載の装置発明は、原画像と同一
または近い解像度を有する最下位の第１階層画像を格納
する第１階層メモリと、この第１階層画像の解像度に対
して段階的に解像度が低下する上位側の第２〜第ｍ階層
画像を格納する第２〜第ｍ階層メモリと、上位側の任意
階層で検出された親ブロックの動きベクトルに基づい
て、該任意階層の一つ下位の階層の検出対象ブロックの
動きベクトルを検出する動きベクトル検出手段と、前記
検出対象ブロックと同一階層内の各ブロックのうち、該
検出対象ブロックの直近に位置する周辺ブロックの動き
ベクトルを参照する動きベクトル参照手段とを備え、前
記周辺ブロックの数を１個を含む少ない個数に制限する
とともに、該周辺ブロックの位置を少なくとも一つの隣
接階層間で異ならせることを特徴とする。

【００２２】請求項４記載の装置発明は、請求項３記載
の発明において、一つ上位の層の親ブロックの周辺に位
置する周辺ブロック（上位層周辺ブロック）の動きベク
トルを参照する第２の動きベクトル参照手段を備え、該
上位層周辺ブロックの数を１個を含む少ない個数に制限
するとともに、該上位層周辺ブロックの位置を少なくと
も一つの隣接階層間で異ならせることを特徴とする。

【００２３】

【作用】請求項１または３記載の発明では、検出対象ブ
ロックの動きベクトル検出に際して参照する周辺ブロッ
クの数が少ないため、参照メモリへのアクセスが減り、
信号処理のオーバーヘッドが減少する。したがって、処
理時間の十分な確保が可能になるから、とくに、処理量
の多い高精細動画像（たとえば、ＨＤ／ＵＤ画像）に適
用して好適な技術が実現される。

【００２４】また、周辺ブロックを少ない数に制限した
ことによる動きベクトルの推定精度の低下問題は、少な
くとも一つの隣接階層間で周辺ブロックの位置パターン
を異ならせることによって解決される。このようにする
と、同隣接階層間の周辺ブロックが互いに補間し合う関
係となり、仮に、隣接する二つの階層を一つの階層とし
て見た場合、この一つの階層は、実質的に両階層の周辺
ブロック（たとえば１階層の周辺ブロックが２個であれ
ば２×２個の周辺ブロック）を含むことになるからであ
る。したがって、この場合には、４個の周辺ブロックを
参照するのと略同程度の精度が得られるから、周辺ブロ
ック数を少なくしたことによる精度低下が抑えられる。

【００２５】請求項２または４記載の発明では、上位層
周辺ブロックを参照する場合にも、オーバヘッドを少な
くして十分な処理時間の確保が可能になるとともに、該
上位層周辺ブロック数を少なくしたことによる精度低下
も抑えられる。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図３は本発明に係る階層型動きベクトル検
出装置の一実施例の原理構成図である。なお、以下の説
明では、３階層の階層型画像に適用した例であるが、こ
の階層数に限定されるものではない。

【００２７】図１において、１０〜３０は、階層毎に設
けられた動きベクトル検出部であり、図面下側の動きベ
クトル検出部３０は３階層型画像の第１層目の画像（最
下位層画像）に対応し、図面中央の動きベクトル検出部
２０は同画像の第２層目の画像（中間層画像）に対応
し、さらに、図面上側の動きベクトル検出部１０は同画
像の第３層目の画像（最上位層画像）に対応している。
以下、説明の都合上、図面上側の動きベクトル検出部１
０を「最上位層動きベクトル検出部」、図面中央の動き
ベクトル検出部２０を「中位層動きベクトル検出部」、
さらに、図面下側の動きベクトル検出部３０を「最下位
層動きベクトル検出部」と呼称する。

【００２８】各部の構成は、中位層動きベクトル検出部
２０と最下位層動きベクトル検出部３０が同一で、最上
位層動きベクトル検出部１０が一部異なっている。すな
わち、最上位層動きベクトル検出部１０は、二つの画像
メモリ１０ａ、１０ｂ、動きベクトル／評価値メモリ１
０ｃ及び動きベクトル評価器１０ｄを含み、一方、中位
層動きベクトル検出部２０（最下位層動きベクトル検出
部３０）は、二つの画像メモリ２０ａ、２０ｂ（３０
ａ、３０ｂ）、動きベクトル／評価値メモリ２０ｃ（３
０ｃ）及び動きベクトル評価器２０ｄ（３０ｄ）に加
え、動きベクトル伸長器２０ｅ（３０ｅ）を構成に含
む。

【００２９】動きベクトル検出部１０（２０または３
０）に含まれる二つの画像メモリ１０ａ、１０ｂ（２０
ａ、２０ｂまたは３０ａ、３０ｂ）の一方は、現フレー
ムの画像信号（以下、単に「現フレーム」と言う）の格
納用、他方は参照フレーム（たとえば、時間的に一つ前
のフレーム）の画像信号（以下、単に「参照フレーム」
と言う）の格納用であり、特に限定しないが、図では、
左側の画像メモリ１０ａ（２０ａまたは３０ａ）を現フ
レーム格納用、右側の画像メモリ１０ｂ（２０ｂまたは
３０ｂ）を参照フレーム格納用としている。

【００３０】ここで、画像メモリ１０ａ、１０ｂ、２０
ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂの解像度（画素密度）は、
下位側から上位側へといくにつれて段階的に低くなって
いる。すなわち、最下位層動きベクトル検出部３０の画
像メモリ３０ａ、３０ｂに格納された画像は「高解像度
画像」であり、また、中位層動きベクトル検出部２０の
画像メモリ２０ａ、２０ｂに格納された画像は「中解像
度画像」であり、さらに、最上位層動きベクトル検出部
１０の画像メモリ１０ａ、１０ｂに格納された画像は
「低解像度画像」である。

【００３１】したがって、高解像度画像を格納する画像
メモリ３０ａ、３０ｂは、発明の要旨に記載の「第１階
層メモリ」として機能し、中解像度画像と低解像度画像
を格納する残りの画像メモリ１０ａ、１０ｂ、２０ａ、
２０ｂは、発明の要旨に記載の「第２〜第ｍ階層メモ
リ」としての機能を有している。各画像の画素密度は、
「高」、「中」、「低」の順に段階的に低くなるように
設定すればよいが、設計容易性の点で、一定の倍率で変
化するようにした方が望ましい。たとえば、高解像度画
像の画素密度を原画像と同一の（または近い）解像度に
するとともに、この高解像度画像の画素を１／４間引い
たものを中解像度画像とし、さらに、中解像度画像の画
素を１／４間引いたものを低解像度画像としてもよい。
この場合、低解像度画像の画素密度は、高解像度画像の
１／１６になる。

【００３２】次に、画像メモリ以外の各部の機能を説明
する。まず、最上位層動きベクトル検出部１０の動きベ
クトル評価器１０ｄは、一方の画像メモリ１０ａから読
み出した現フレームの検出対象ブロックの画像（図５の
符号１０１参照）と、他方の画像メモリ１０ｂから読み
出した探索領域（図５の符号１０３参照）の画像とに基
づき、公知の手法（前述のブロックマッチング法参照）
によって検出対象ブロックの動きベクトルを検出するも
ので、検出された動きベクトルと評価値は、動きベクト
ル／評価値メモリ１０ｃに書き込まれる。

【００３３】中位層動きベクトル検出部２０の動きベク
トル評価器２０ｄ（または最下位層動きベクトル検出部
３０の動きベクトル評価器３０ｄ）は、一方の画像メモ
リ２０ａ（３０ａ）から読み出した現フレームの検出対
象ブロックの画像と、他方の画像メモリ２０ｂ（３０
ｂ）から読み出した探索領域の画像とに基づき、公知の
手法によって検出対象ブロックの動きベクトルを検出す
る点で、最上位層の動きベクトル評価器１０ｄと類似す
るが、第１に、一つ上の階層の親ブロックの動きベクト
ルを初期偏位ベクトルとする点で相違する。

【００３４】すなわち、中位層動きベクトル検出部２０
の動きベクトル評価器２０ｄ（または最下位層動きベク
トル検出部３０の動きベクトル評価器３０ｄ）には、動
きベクトル伸長器２０ｅ（３０ｅ）によって所定の伸長
処理を施された一つ上の階層の親ブロックの動きベクト
ル１０ｆ（２０ｆ）……１０ｆ′または２０ｆ′は伸長
処理後の動きベクトル……が入力しており、動きベクト
ル評価器２０ｄ（３０ｄ）は、親ブロックの動きベクト
ル１０ｆ′（２０ｆ′）で指示されるベクトルに対応す
る探索領域（ｘ）を設定し、その領域内の画像を画像メ
モリ２０ｂ（３０ｂ）から読み込み、領域（ｘ）の中で
評価が最も高いベクトルＶｘを探し出し、その探索結果
のベクトルＶｘと評価値ｘとを動きベクトル／評価値メ
モリ２０ｃ（３０ｃ）に書き込む点で相違する。探索領
域ｘを必要最小限の大きさにすることで、無駄な探索処
理を回避できる。したがって、中位層と最下位層の動き
ベクトル評価器２０ｄ、３０ｄは、上位側の階層で検出
された親ブロックの動きベクトルに基づいて、一つ下位
の階層の検出対象ブロックの動きベクトルを検出する
「動きベクトル検出手段」としての機能を有している。

【００３５】また、第２に、同一階層内の周辺ブロック
の動きベクトルを参照する点で相違する。すなわち、動
きベクトル／評価値メモリ２０ｃ（３０ｃ）にすでに書
き込まれている周辺ブロックの動きベクトルを、参照動
きベクトル２０ｇ（３０ｇ）として少なくとも一つ読み
出し、この参照動きベクトル２０ｇ（３０ｇ）に対応し
た探索領域（Ｙ_i）（ｉは参照動きベクトルの識別番
号）の画像を、画像メモリ２０ｂ（３０ｂ）から読み出
す。そして、領域（Ｙ_i）の中で最も評価の高いベクト
ルＶｙを探し出し、その探索結果の動きベクトルＶｙ_i
と評価値ｙ_iとを動きベクトル／評価値メモリ２０ｃ
（３０ｃ）に書き込む。最後に、親ブロックの動きベク
トルを参照したときの評価値ｘと、周辺ブロックの動き
ベクトルを参照したときの評価値ｙ_i（たとえば二つの
周辺ブロックを参照した場合にはｙ₁、ｙ ₂）との中で最
も評価の高いベクトルＶｚを当該階層画像の検出対象ブ
ロックにおける動きベクトル２０ｆ（３０ｆ）として確
定し、一つ下の階層へ出力するとともに、動きベクトル
／評価値メモリ２０ｃ（３０ｃ）に書き込む。したがっ
て、中位層と最下位層の動きベクトル評価器２０ｄ、３
０ｄは、検出対象ブロックと同一階層内の各ブロックの
うち、該検出対象ブロックの直近に位置する周辺ブロッ
クの動きベクトルを参照する「動きベクトル参照手段」
としての機能も有している。

【００３６】ここで、本実施例のポイントについて述べ
る。本実施例では、周辺ブロックの動きベクトルを参照
する場合、参照ブロック数を４個未満の少ない数（好ま
しくは１個または２個）に制限する。これによれば、冒
頭の従来例の４個（図１０の☆印参照）に比べて、参照
メモリのアクセス量を大幅に削減できる。参照ブロック
を２個とした場合、参照ブロックの組み合わせパターン
は、全部で２８通り（８×７÷２通り）になる。実際に
は、動きベクトルが確定した処理済みのブロックしか参
照できないのと、ＭＰＥＧでは左のブロックの検出結果
との差分符号化を考慮に入れなければならないから、直
前のブロックの結果を常に参照することが望ましい。し
たがって、画像の左上から順に処理していくとすると、
参照ブロックの位置は、検出対象ブロックの「左と左
上」、「左と上」または「左と右上」の３種類となる。
または、画像の右上から順に処理していくとすると、参
照ブロックの位置は、検出対象ブロックの「右と右
上」、「右と上」または「右と左上」の３種類となる。
図２は位置パターン毎の参照ブロックの検出結果の移入
イメージである。同図（ａ）は「左と左上」の場合、同
図（ｂ）は「左と上」の場合、同図（ｃ）は「左と右
上」の場合である。左下がりのハッチングは検出対象ブ
ロックを、ドットは参照ブロックを表している。なお、
矢印は移入方向を示している。

【００３７】ところで、単に参照ブロックの数を少なく
しただけでは、動きベクトルの推測精度の低下を免れな
い。この対策として、本実施例では、参照ブロックの位
置パターンを隣接階層画像間で異ならせている。たとえ
ば、図３に示すように、ある階層画像（便宜的にｊ層；
処理順は右上から）における位置パターンが「左上と
右」（☆印）であったとすると、その一つ下または一つ
上の階層画像（便宜的にｉ層；処理順は左上から）にお
ける位置パターンを「左と右上」（☆印）にする。な
お、◎印は移入対象の検出対象ブロックである。このよ
うにすると、同隣接階層画像間の参照ブロック（☆印）
が補間し合う関係となるから、各層での参照ブロックを
２個に制限したにも関わらず、たとえば、図３の例で
は、「左上」、「左」、「右」及び「右上」の４個の参
照ブロックを用いた場合と略同等の推測精度が得られ
る。なお、参照ブロックの位置パターンを異ならせるの
は、全ての隣接階層画像間であってもよいし、または、
一部の階層画像間であってもよい。要は、少なくとも一
つの隣接階層画像間で位置パターンを異ならせればよ
い。

【００３８】ちなみに、図３の処理手順は、まず、ブロ
ック（ｍ，ｎ）におけるベクトルＶ _m,nを用いたときの
評価値（ブロックマッチング誤差値）をＦ（Ｖ_m,n）と
すると、ｊ層では、Ｍｉｎ｛Ｆ（Ｖ_m-1,n-1），Ｆ（Ｖ
_m,n），Ｆ（Ｖ_m+1,n）｝となるベクトルＶをブロック
（ｍ，ｎ）の真のベクトルとし、次いで、ブロック（ｍ
−１，ｎ）におけるベクトルの計算を行い、ｍが下限に
達したら、ｎを１インクリメントしてｍを上限に戻した
後、以上の処理を繰り返す。

【００３９】一方、ｉ層では、Ｍｉｎ｛Ｆ
（Ｖ_m-1,n），Ｆ（Ｖ_m,n），Ｆ（Ｖ_m+1,n-1）｝となる
ベクトルＶをブロック（ｍ，ｎ）の真のベクトルとし、
次いで、ブロック（ｍ＋１，ｎ）におけるベクトルの計
算を行い、ｍが上限に達したら、ｎを１インクリメント
してｍを下限に戻した後、以上の処理を繰り返すという
処理を行う。

【００４０】または、ｊ層では、Ｍｉｎ｛Ｆ（Ｖ
_m-1,n+1），Ｆ（Ｖ_m,n），Ｆ（Ｖ_m+1,n）｝となるベク
トルＶをブロック（ｍ，ｎ）の真のベクトルとしてもよ
い。この場合には、次いで、ブロック（ｍ−１，ｎ）に
おけるベクトルの計算を行い、ｍが下限に達したら、ｎ
を１デクリメントしてｍを上限に戻した後、以上の処理
を繰り返す。

【００４１】以上のとおり、本実施例では、参照ブロッ
クの数を少なくしても、動きベクトルの推測精度の大幅
な低下を招かない。したがって、画質の劣化を視覚的許
容範囲に抑えながら、メモリアクセス量の削減を図るこ
とができ、とくに、ＨＤ／ＵＤ画像に適用して好ましい
有用な技術を提供できる。なお、以上の実施例では、検
出対象ブロックと同一階層内のブロックを参照ブロック
としているが、これに限るものではない。一つ上位の層
の親ブロックの周辺に位置する周辺ブロック（上位層周
辺ブロック）の動きベクトルを参照してもかまわない。
この場合には、たとえば、図１の信号１０ｆ、２０ｆを
上位層周辺ブロックの数だけ増やせばよい。したがっ
て、上位層周辺ブロックを参照する場合には、中位層と
最下位層の動きベクトル評価器２０ｄ、３０ｄは、発明
の要旨に記載の「第２の動きベクトル参照手段」の機能
も兼ね備えることになる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、大幅な精度低下を招く
ことなく、参照ブロック数を少なくしてメモリアクセス
量を削減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】一実施例の概念的な要部全体構成図である。

【図２】一実施例の周辺ブロック参照による検出結果の
移入イメージ図である。

【図３】一実施例の参照ブロックの位置パターンを異な
らせた隣接階層画像の概念図である。

【図４】動きベクトル検出の基本原理図（その１）であ
る。

【図５】動きベクトル検出の基本原理図（その２）であ
る。

【図６】同一階層における参照ブロックの概念図であ
る。

【図７】階層型画像の模式図である。

【図８】階層型画像における動きベクトル検出の概念図
である。

【図９】階層型画像における不都合説明図である。

【図１０】周辺ブロック参照法を階層的に適用した従来
技術の概念図である。

【符号の説明】

１０ａ、１０ｂ：画像メモリ（第１階層メモリ） ２０ａ、２０ｂ、３０ａ、３０ｂ：画像メモリ（第２〜
第ｍ階層メモリ） ２０ｄ、３０ｄ：動きベクトル評価器（動きベクトル検
出手段、動きベクトル参照手段、第２の動きベクトル参
照手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花村 剛 東京都渋谷区代々木４丁目36番19号 株 式会社グラフィックス・コミュニケーシ ョン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 森田 一彦 東京都渋谷区代々木４丁目36番19号 株 式会社グラフィックス・コミュニケーシ ョン・ラボラトリーズ内 (72)発明者 山田 恭裕 東京都渋谷区代々木４丁目36番19号 株 式会社グラフィックス・コミュニケーシ ョン・ラボラトリーズ内 (56)参考文献 特開 平３−4686（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−247190（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−78292（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原画像と同一または近い解像度を有する最
   下位の第１階層画像と、この第１階層画像の解像度に対
   して段階的に解像度が低下する上位側の第２〜第ｍ階層
   画像とを用い、 上位側の任意階層で検出された親ブロックの動きベクト
   ルに基づいて、該任意階層の一つ下位の階層の検出対象
   ブロックの動きベクトルを検出する際に、 前記検出対象ブロックと同一階層内の各ブロックのう
   ち、該検出対象ブロックの直近に位置する周辺ブロック
   の動きベクトルを参照する場合は、 前記周辺ブロックの数を１個を含む少ない個数に制限す
   るとともに、 該周辺ブロックの位置を少なくとも一つの隣接階層間で
   異ならせることを特徴とする階層型動きベクトル検出方
   法。
2. 【請求項２】前記検出対象ブロックの動きベクトルの検
   出に際し、 一つ上位の層の親ブロックの周辺に位置する周辺ブロッ
   ク（上位層周辺ブロック）の動きベクトルも参照する場
   合は、 該上位層周辺ブロックの数も１個を含む少ない個数に制
   限するとともに、 該上位層周辺ブロックの位置を少なくとも一つの隣接階
   層間で異ならせることを特徴とする請求項１記載の階層
   型動きベクトル検出方法。
3. 【請求項３】原画像と同一または近い解像度を有する最
   下位の第１階層画像を格納する第１階層メモリと、 この第１階層画像の解像度に対して段階的に解像度が低
   下する上位側の第２〜第ｍ階層画像を格納する第２〜第
   ｍ階層メモリと、 上位側の任意階層で検出された親ブロックの動きベクト
   ルに基づいて、該任意階層の一つ下位の階層の検出対象
   ブロックの動きベクトルを検出する動きベクトル検出手
   段と、 前記検出対象ブロックと同一階層内の各ブロックのう
   ち、該検出対象ブロックの直近に位置する周辺ブロック
   の動きベクトルを参照する動きベクトル参照手段とを備
   え、 前記周辺ブロックの数を１個を含む少ない個数に制限す
   るとともに、 該周辺ブロックの位置を少なくとも一つの隣接階層間で
   異ならせることを特徴とする階層型動きベクトル検出装
   置。
4. 【請求項４】一つ上位の層の親ブロックの周辺に位置す
   る周辺ブロック（上位層周辺ブロック）の動きベクトル
   を参照する第２の動きベクトル参照手段を備え、 該上位層周辺ブロックの数を１個を含む少ない個数に制
   限するとともに、 該上位層周辺ブロックの位置を少なくとも一つの隣接階
   層間で異ならせることを特徴とする請求項３記載の階層
   型動きベクトル検出装置。