JP3190529B2 - 映像データ・ブロック変換システム - Google Patents

映像データ・ブロック変換システム

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JP3190529B2
JP3190529B2 JP29362094A JP29362094A JP3190529B2 JP 3190529 B2 JP3190529 B2 JP 3190529B2 JP 29362094 A JP29362094 A JP 29362094A JP 29362094 A JP29362094 A JP 29362094A JP 3190529 B2 JP3190529 B2 JP 3190529B2
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  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
  • Image Processing (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル映像データ
圧縮分野に係り、特にブロック・ベース動き補償を用い
る映像データ圧縮に関する。
【０００２】
【従来の技術】動き補間かまたは動き予測かのいずれか
を含むブロック・ベース動き補償法は、ディジタル映像
システムで送る必要のあるデータ量を節減するためディ
ジタル画像シーケンス符号化に用いられる。映像シーケ
ンスは、連続フレーム間に繰り返す画像情報量が多いの
が通常である。画像フレーム内の被写体の動きを補償す
ることにより、その映像データの高度圧縮を得ることが
できる。ブロック・ベース動き補償法は、最初に映像フ
レームを画像要素（画素）のいくつかのブロックに分け
る。この方法は動きベクトルを用いて連続フレーム間の
これらのブロックの動きを示す。ブロック内の各画素は
同じ移動の動きをすると仮定する。
【０００３】これらの動きベクトルを、エラー信号と共
に、受信装置に送る。次に、この受信装置がそれらの動
きベクトルを用いてその映像ブロックを再生し先に送ら
れたフレームからその対応ブロックを求める。また、こ
れらエラー信号を用いて連続フレーム間の各ブロック内
の画素差を求める。例として、フットボール・ゲームの
映像シーケンスにおけるフットボール画像を取り上げ考
える。このフットボール画像はフレームからフレームに
実質的には同じで変わらない。しかし、この画像フレー
ム内のその位置は変わる。もしこのフットボールの動き
ベクトルが分かると、このフットボール画像をその前フ
レームからこのフットボール画像データを用いて新映像
フレームで再構築することができる。
【０００４】したがって、各新フレームに対し繰り返す
画像データは送らないで、その代わりに動きベクトルを
送ることができる。また、エラー信号を送って別の差、
例えば、このフットボールの方位の変化を求める。動き
補償法は、動き予測法として知られるプロセスを用いて
この動きベクトルを生成する。動き予測法では、現フレ
ーム内のある特定のブロックに対する動きベクトルは、
そのブロック内の画像データを参照フレーム内のずらし
たシフト・ブロックにおけるその画像データにマッチン
グさせることにより求める。この動きベクトルは、その
現フレームからのこのブロックとその参照フレームから
のそのずらしたシフト・ブロックとの間の位置の差を表
す。
【０００５】この参照フレームは、動き補償予測法の場
合のように、前フレームの場合であることも、または、
動き補償補間法の場合のように、前フレームまたは後フ
レームの場合であることも可能である。このブロック・
マッチングを行うために、その全参照フレームを通常そ
のシフト・ブロックに対しサーチすることはしない。と
いうのはそのようなサーチはかなりの計算のパワーと時
間を消費してしまうからである。その代わりに、その参
照フレーム内にサーチ・ウインドウを規定する。動き予
測では、サーチ・ウインドウはその参照フレーム内でそ
の位置と画素のサイズで規定を実施できる。サーチ・ウ
インドウの位置決めをする際に、マッチングしようとす
るそのブロック位置にそのサーチ・ウインドウの中心を
置くような中心決めを行うことは既知である。
【０００６】この方法では、映像ブロック内の画像は前
フレームまたは後フレームでその位置の近傍に見られる
のが最も可能であると仮定する。したがって、このサー
チ・ウインドウ・サイズはそのブロック・サイズの和の
大きさでいずれの方向でもその最も可能な最大ブロック
動きの大きさとなるように選択するのが適している。例
えば、１５×１５画素のブロックで、フレーム間でいず
れの方向でも最大５画素の動きが可能な場合には、その
最大サーチ・ウインドウ・サイズは２５×２５画素とな
る。再び、例としてフットボール・ゲーム映像シーケン
ス内のフットボールの類似を参考にしつつ説明を続ける
が、ここでこのフットボールは説明上映像データ・ブロ
ックを表すとすることができる。参照フレーム内のずら
したシフト・フットボールを見出すためには、動き予測
法は最初にサーチ・ウインドウを次のように規定する。
【０００７】それは、その参照フレームでこのフットボ
ールをサーチ・ウインドウ内に見ることが予期できるよ
うにサーチ・ウインドウを規定する。そして次に、この
フットボールに最も似ているそのウインドウ内の画像に
対しそのサーチ・ウインドウを走査する。このフットボ
ール画像を見付けてしまえば、その参照フレームと現フ
レーム間のその動きを表すフットボールに対する動きベ
クトルが計算できる。ところが、このようなサーチ・ウ
インドウ設置法では、ブロック・マッチングに用いるサ
ーチ・ウインドウ・サイズが補償可能なその動き範囲を
限定してしまう。前記のように規定した２５×２５画素
のサーチ・ウインドウでは、６画素より大きいブロック
の動きをうまく補償することができない。
【０００８】もしこの動き予測法がその適当なずらした
シフト・ブロックを求めることができない場合には、大
きいエラー信号を送る必要があり、動き補償法の利点が
大きく損なわれてしまう。補償可能な動き範囲を広げる
ために、さらに大きな画像の動きを把握できるようにそ
のサーチ・ウインドウ・サイズを拡大することがよく知
られているが、使用するサーチ・ウインドウ・サイズが
大きくなる程計算の時間とパワーがより大きく消費され
てしまう。というのはブロック・マッチングを行うの
に、評価する必要のある候補シフト・ブロックがさらに
多くなるからである。例えば、ブロック・マッチングを
行うのに全数サーチを用いる場合に、２５×２５画素の
サーチ・ウインドウ・サイズから各方向に単一画素だけ
増加させると、候補シフト・ブロック数は２７2 −２５
2 ＝１０４ブロックも増加することになる。
【０００９】計算ロードを大きく増加させないで補償可
能な動き範囲を広げるために、いくつかの試みが行われ
た。全数サーチよりさらに高速のサーチ・アルゴリズム
を使用することが周知である。これらのアルゴリズムに
は、ハイアラーキ・サーチ、対数サーチ、またはコンジ
ュゲート方向サーチがある。このようなアルゴリズムを
用いる動き予測法はブロック・マッチングに必要な計算
数を大きく節減するので、全数サーチ・ルーチンよりさ
らに大きいサーチ・ウインドウを使用することができ
る。ところが、このようなさらに高速サーチ法では、次
のような欠点があり、その適当なシフト・ブロックを見
付けることが保証されず、したがって、下記の課題の解
決が求められている。
【００１０】
【発明の解決しようとする課題】符号化しようとするあ
る特定のブロックに対し前記のアルゴリズムでは、最良
のマッチングを得ることができず、そのために有効な符
号化とならない。さらに、このようなサーチ法では、全
数サーチに比較すると、複雑な画像データ処理が必要に
なる。また、この複雑な画像データ処理は計算上そのシ
ステムのロードとなる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明は、下記のような
新規サーチ・ウインドウ設置法を用いてさらに広い範囲
の動きを補償可能にするよう使用できる動き予測法を提
供し前記課題を克服し技術的進歩を遂げる。映像におけ
る動きが多量であるのは、目的被写体の動きと例えば、
カメラの動きが原因で生ずるようなグローバル動きの組
み合わせに起因する場合が多い。本発明は、全映像フレ
ームのグローバル動きを考慮する位置にそのサーチ・ウ
インドウを置き、その動き要素がグローバル動きにより
生ずる場合にさらにより多量の動きを補償可能にするも
のである。例えば、再びフットボール・ゲーム映像シー
ケンスにおける動くフットボールの画像を考える。
【００１２】このフットボールの動きはほとんどの場合
カメラの動きと目的被写体の動きとによるもので、その
ためブロック・マッチング・プロセスにおいてこのフッ
トボール画像が適当なサイズのサーチ・ウインドウでも
その範囲外に出てしまう。このカメラの動きを考慮して
参照フレームの位置にそのサーチ・ウインドウを置く
と、このサーチ・ウインドウはこのフットボール画像を
非常に含入し易くなり、好都合な補償が容易になる。そ
のために、本発明の方法では時々グローバル動きベクト
ルを生成しそのデータを動き予測デバイスに送る。
【００１３】ブロック・マッチングを行うために、この
動き予測デバイスはこのグローバル動きベクトルを用い
て１以上の参照フレーム内にシフト・ブロックを見付け
ることができるようなサーチ・ウインドウを規定する。
そして、この動き予測デバイスはこの規定したサーチ・
ウインドウ内にそのシフト・ブロックを識別する。本発
明は、動き補償予測法と動き補償補間の両者ともにコン
パチブルな方法であり、さらに、ブロック・マッチング
において全数サーチ法でも、あるいはまた高速サーチ法
でも使用可能な方法である。
【００１４】
【実施例】本発明は、以下に説明するようにグローバル
動きを用いることにより、ブロック・ベース動き補償に
用いる現在の動き予測法を向上するものである。このグ
ローバル動きは、例えば、カメラの動きに起因するもの
であり、これはブロック・マッチング・プロセスでサー
チ・ウインドウを規定する際に支援となる。以下の図１
で、本発明の動き予測方法を用いる新規映像符号器回路
１００を説明する。図１は、映像符号器回路１００を示
すブロック図で、これはブロック・ベース動き補償を用
いるディジタル表示の画像フレーム・シーケンスを符号
化する映像符号器回路１００である。ただし、このブロ
ック図は、あくまで説明のために単純化した図で、種々
のディジタル回路の特徴の表示は無いが、それらは本シ
ステムに本来固有のものと考えるべきである。
【００１５】例えば、種々の機能ブロックに対するタイ
ミングやシーケンスの制御機構ならびに内蔵された蓄積
要素、例えば、バッファやメモリを図示していない。し
かしながら、本発明のシステムにおいてこのようなディ
ジタル回路の使用に関する詳細は、周知でありまた当業
者には明白である。この映像符号器回路１００は、その
入力１０１で映像の時間的フレームに対応する映像デー
タを受信する。映像フレームには複数の画像エレメン
ト、すなわち、画素がある。映像符号器回路１００の入
力１０１に入力する際のこの映像フレームのディジタル
表示は、そのフレーム内の各画素の画素映像データから
できている。この画素映像データには、通常クロミナン
スの色値と輝度値がある。
【００１６】さらに、映像フレームは画素ブロックに分
割でき、フレームの映像符号器回路１００による処理を
ブロックで、ブロック・ベースにより行う。この映像符
号器回路１００は、その出力１０２で図示していないが
後続する蓄積または伝送メディアでの伝送のためビット
・ストリームの圧縮符号化ディジタル信号を生成する。
この圧縮符号化ディジタル信号は、ＭＰＥＧ１、ＭＰＥ
Ｇ２またはいずれか他の画像データ伝送規格に準拠して
適宜符号化できるが、これはブロック・ベースの動き補
償の予測や補間を含むデータ圧縮法で具体的に利用でき
る設計の画像データ伝送規格である。これについては、
例えば、次の規格文献を参照のこと。
【００１７】例えば、ＡＮＳＩ規格ＩＳＯ−ＩＥＣ Ｄ
ＩＳ １１１７２、“約１．５Ｍｂｉｔ／ｓｅｃにおよ
ぶディジタル蓄積メディアの動画と関連音声の符号化”
である。図１に示す映像符号器回路１００は、動き補償
予測方法を用いてデータを圧縮し符号化する。この映像
フレームのブロックを処理する際には、この映像符号器
回路１００は、特定の映像データ・ブロックを直接符号
化するか、または動き補償予測を用いてこのブロックを
符号化する。うまく補償できない映像ブロックは直接符
号化する。この映像符号器回路１００における機能要素
は次のように相互結合される。
【００１８】映像フレーム蓄積装置１０３は次の動作が
できるように結合する。それは（“新ブロック”）符号
化しようとする映像の新ブロックに対応する映像データ
と位置データの両者を動きエスティメータ１０４に送
り、さらにまた、この同じ新ブロック映像データを減算
ノード１０５と符号化デバイス１０７の両者にも送るよ
うに結合される。この映像フレーム蓄積装置１０３には
ディタルのメモリまたはバッファがあり、これは１以上
のフレームに対応する映像データを蓄積し、また各蓄積
フレーム内の映像ブロックのブロック位置データを生成
しまた蓄積するように使用できる。またこの動きエステ
ィメータ１０４は次の動作ができるように結合する。
【００１９】それはブロック映像データをその映像フレ
ーム蓄積装置１０３から受信しおよびグローバル動きデ
ータをグローバル動きエスティメータ１０６から受信す
るように結合する。この動きエスティメータ１０４に
は、処理手段、例えば、マイクロプロセッサがありまた
さらに関係付けられたメモリ回路があり、グローバル動
きデータを用いてブロック・マッチングを行いさらに動
きベクトルを生成するこの両者ができるよう使用でき
る。さらに、この動きエスティメータ１０４には動き補
償手段があってこれがシフト・ブロック・データをこの
減算ノード１０５に提供する。本発明の一実施例では、
この動きエスティメータ１０４内の処理手段は、図４で
後述するフローチャート３００に見合うようブロック・
マッチングと動きベクトル生成を実行するようプログラ
ムされる。
【００２０】さらに、この動きエスティメータ１０４
は、ブロック映像データをこの減算ノード１０５に送る
よう結合しまた符号化デバイス１０７とこのグローバル
動きエスティメータ１０６の両者に動きベクトル・デー
タを送るよう結合する。さらにまた、この動きエスティ
メータ１０４は、参照フレーム蓄積バッファ１０８およ
び新フレーム蓄積バッファ１０９に結合する。この新フ
レーム蓄積バッファ１０９は加算ノード１１０とこの参
照フレーム蓄積バッファ１０８間に結合する。この新フ
レーム蓄積バッファ１０９と参照フレーム蓄積バッファ
１０８は、少なくとも１映像フレームに対応する映像デ
ータを保持するのに十分な蓄積スペースを持つ。
【００２１】この減算ノード１０５は次の動作ができる
ように結合する。それは新ブロック映像データをこの映
像フレーム蓄積装置１０３から受信するように結合しさ
らにまたシフト・ブロック映像データをこの動きエステ
ィメータ１０４から受信するように結合する。さらにま
た、この減算ノード１０５はこの符号化デバイス１０７
に結合する。この減算ノード１０５には、例えば、バッ
ファのようなデータ蓄積手段があり、さらにまたその動
きエスティメータ１０４と映像フレーム蓄積装置１０３
から受信した２映像データ・ブロック間の画素の輝度と
クロミナンスの差を表すエラー信号を生成するエラー信
号生成手段がある。さらにまた、この符号化デバイス１
０７は次の動作ができるように結合する。
【００２２】それは、この減算ノード１０５からそのエ
ラー信号を受信し、さらにこの動きエスティメータ１０
４から動きベクトル・データを受信し、さらにまたこの
映像フレーム蓄積装置１０３からブロック映像データを
受信するように結合する。さらに、この符号化デバイス
１０７はエラー信号をこの加算ノード１１０に送るよう
に結合し、さらにまたこの符号化デバイス１０７には符
号化映像データをビット・ストリームで送信する出力１
０２がある。また、この符号化デバイス１０７には、符
号化ビット・ストレームを送信するようＭＰＥＧ１、
ＭＰＥＧ２、または他の符号化規格に準拠して映像デー
タを符号化し復号化する符号化・復号化手段がある。こ
れらの規格で符号化できるデバイスは既知である。さら
にこのような符号化法に関する情報については、ここに
引例とする前記ＡＮＳＩ規格ＩＳＯ−ＩＥＣを参照のこ
と。
【００２３】このグローバル動きエスティメータ１０６
は、動きベクトルをこの動きエスティメータ１０４から
受信するよう結合し、さらにまたそのグローバル動きベ
クトルを動きエスティメータ１０４に送信するよう結合
する。このグローバル動きエスティメータには、処理手
段とさらにまた関係付けられた回路があり、これは複数
の運動ベクトルを蓄積するようさらにまたそこから全体
の映像フレーム内の共通動き要素を表すグローバル動き
ベクトルを計算するよう使用できる。ここではこのグロ
ーバル動きエスティメータ１０６を別個の要素として説
明しているが、このグローバル動きエスティメータの処
理手段が行う機能を下記のマイクロプロセッサが行うこ
とも可能である。
【００２４】それは、専用マイクロプロセッサかまたは
他の制御機能や動作機能を行うようにそのシステムに含
まれたマイクロプロセッサかのいずれかにより行うこと
も可能である。このグローバル動きエスティメータ１０
６は、その所望の機能が得られるように、図６で後述す
るフローチャート４００に見合うよう適宜プログラムす
ることが可能である。この加算ノード１１０は、この動
きエスティメータ１０４からブロック映像データを受信
しさらにまたこの符号化デバイス１０７からエラー信号
を受信するよう結合する。この加算ノード１１０には、
映像データの補償ブロックを生成するよう映像データ・
ブロックをエラー信号と結合する結合手段がある。この
加算ノードはその補償ブロックを新フレーム・メモリ・
バッファ１０９に送る。
【００２５】以上説明したこの映像符号器回路１００
は、グローバル動き予測によるブロック・ベース動き補
償法を用いて、次のように一度に１ブロックであるが新
映像フレームを処理し符号化するよう動作する。符号化
しようとする映像フレームをまずブロックに分ける。次
に各ブロックの符号化を直接かまたは動き補償予測法を
用いてこの全フレームを符号化するまで行う。動き補償
法を用いて符号化するかどうかの正否の決定は、所定の
基準、ただしこれは通常動き補償時に生成するエラー信
号のサイズに左右されるが、この基準を用いてその制御
回路が行う。その後この次のフレームも同様に処理す
る。ここで注目すべきは、後述するがその種々の要素が
ディジタル信号を用いてデータ交換を行うこと、ただし
その生成は当業者には周知のこと、である。
【００２６】説明を明瞭にするためではあるが、理解す
べきことは、いずれかの要素が、例えば、映像ブロック
または動きベクトルを表すようなデータを他の要素に送
信または他の要素から受信しるという記述は、実際には
この要素はそのデータを含むディジタル信号を送受信し
ていることを指す。一度に１ブロックであるが、映像フ
レームを処理するために処理に先だって各フレームを映
像データ・ブロック、ＤＢi、t 、ここでｉは時間ｔに対
応するフレーム内のブロック・ナンバを表す、に分ける
ようにこの制御回路は指示する。初めに、映像シーケン
スの時間ｔに対応する映像フレーム、Ｆt を規定する映
像データをバッファまたはその映像フレーム蓄積装置１
０３内の他の蓄積手段に蓄積する。この時間ｔは、実際
には次のようにシーケンシャル・フレーム・ナンバを表
す。
【００２７】それは、例えば、Ｆt-1 はＦt の直ぐ前の
フレームを指し、Ｆt+1 はＦt の直ぐ後のフレームを指
す。この制御回路は次のように各フレームをブロックに
分けるよう指示する。それは、各フレームを行当たりの
ブロック数ｍと列当たりのブロック数ｎに分け、そのた
めこのフレームはブロック総数がＮＢ、すなわち、ＮＢ
＝ｍ×ｎ ブロックとなる。この制御回路では、行当た
りのブロック数ｍと列当たりのブロック数ｎを選択する
ためユーザの制御によることが可能である。このブロッ
ク数を決めてしまうと、次にこの映像フレーム蓄積装置
１０３は、１映像フレーム内の各ブロックのブロック位
置値、Ｂi、t を得てそれを蓄積する。本発明の本実施例
では、このブロック位置値を次のように適宜規定するこ
とができる。
【００２８】それは、各ブロックの左上隅画素の画素位
置値で規定する。この画素位置値はその映像フレームを
構成する画素の二次元アレイの位置を占める。この画素
位置は適宜その制御回路により供与可能である。この映
像フレーム蓄積装置１０３は、いずれか適当な方法を用
いて各ブロックｉのブロック位置、ＢＰi、t ＝（ｘ、
ｙ）を求めることができる。例えば、図２はフレームＦ
t ２０１を示し、これは１６行と１６列のブロックに分
けられる。ブロック２０２はフレーム２０１でデータ・
ブロックＤＢ19、tを示す。このフレーム２０１では、第
１のブロック２０３はＤＢ0、t であり、このブロックの
ｉ値は左かれ右へそして上から下へ数える。
【００２９】図３に示すように、ブロック２０２は１５
×１５画素アレイから構成され、例えば、その中の１画
素の左上隅画素２０４を例示する。画素２０４の画素位
置値は、（４５、１５）であり、そのｘ、ｙ座標に対応
する。この座標は次のように決める。画素２０４はブロ
ック２０２の左上隅画素である。ブロック２０２はフレ
ームＦt ２０１の１９番目のブロックであり、これはフ
レームＦt ２０１の４列目と２行目にある。このフレー
ムで、ｘ画素の０ないし１４はブロック２０３と同じ列
すなわち１列目のブロックにあり、ｘ画素の１５ないし
２９は２列目のブロックにあり、ｘ画素の３０ないし４
４は３列目のブロックにあり、さらにｘ画素の４５ない
し５９は４列目のブロックにある。ブロック２０２があ
るのは４列目である。したがってブロック２０２の最左
端画素はｘ座標が４５である。
【００３０】同様にこのフレームで、ｙ画素の０ないし
１４はブロック２０３と同じ行すなわち１行目のブロッ
クにあり、さらにｙ画素の１５ないし２９は２行目のブ
ロックにある。ブロック２０２があるのは２行目であ
る。したがってブロック２０２の最上端画素はｙ座標が
１５である。以上の説明から、ブロック２０２のブロッ
ク位置値は、その左上隅画素２０４の画素値であるか
ら、ＢＰ19、t＝（４５、１５）である。これらのデータ
・ブロックとそれら各ブロック位置値を規定してしまう
と、この制御回路は１ブロック毎に各ブロックＤＢi、t
を処理するように指示する。図１に戻り説明を続ける。
この制御回路は、映像データの新ブロック、ＤＢi、t と
その対応するブロック位置データ、ＢＰi、t をその動き
エスティメータ１０４に送るようこの映像フレーム蓄積
装置１０３に指示する。
【００３１】さらに、この新ブロック映像データＤＢi、
t をその減算ノード１０５に送り、そのバッファにそれ
を蓄積する。次に、この動きエスティメータ１０４はそ
の参照フレーム蓄積バッファ１０８に蓄積した映像フレ
ームからのデータ・ブロック、ＭＢref とＤＢi、t をマ
ッチングするようにブロック・マッチングを行う。この
参照フレーム蓄積バッファ１０８は少なくとも１参照映
像フレームを含む。本実施例では、動き補償予測法を用
いてそのブロックを符号化しようとするので、この参照
フレームは前映像フレーム、Ｆt-1 からできている。動
き補償予測法では、そのシフト・ブロック位置はその前
フレーム内の新ブロックにより規定される映像画像位置
を表す。
【００３２】しかし、この新ブロックを動き補償補間法
を用いて符号化しようとする場合には、この動きエステ
ィメータ１０４はその参照フレーム蓄積バッファ１０８
に蓄積した複数の参照フレーム内のＭＢref を求める。
この複数の参照フレームはその選択した動き補償法に応
じ前映像フレームおよび／または後映像フレームの両者
に対応できる。この場合には、この動きエスティメータ
１０４はこの複数の参照フレームに対するブロック・マ
ッチング・ステップを行う。この動きエスティメータ１
０４は、次のようにし各参照フレームに対しブロック・
マッチングを行うよう動作できる。先ず、この動きエス
ティメータ１０４は、参照フレーム内にサーチ・ウイン
ッドウを規定するが、それはこのサーチ・ウインドウ内
にシフト・ブロックを見付けることが予期できるもので
ある。
【００３３】本発明では、この動きエスティメータ１０
４はそのサーチ・ウインドウの位置を規定する際にグロ
ーバル動きベクトルを用いる。このグローバル動きベク
トルはその映像フレーム、Ｆt 内のすべてのブロックに
共通の動きを表し、詳しくは後述するが、そのグローバ
ル動きエスティメータ１０６により時々供給されるもの
である。その後、この規定したサーチ・ウインドウをそ
の新ブロックＤＢi、tに対するシフト・ブロックＭＢref
を見付けるまでサーチする。シフト・ブロックＭＢref
を見付けけてしまうと、この動きエスティメータ１０
４はその新ブロックに対応する動きベクトルＭＶi、dtを
決める。このｄｔ値はＦt とその参照フレームとのフレ
ーム・ナンバ差を表す。動き予測の場合には、この参照
フレームは通常その前フレームであり、したがってｄｔ
＝１である。
【００３４】この動きベクトルＭＶi、dtは２次元値（ｄ
ｘ、ｄｙ）を持ち、これはその新ブロックＤＢi、t とそ
のシフト・ブロックＭＢref 間の水平シフトの変位値と
垂直シフトの変位値を表す。この２次元の動きベクトル
値（ｄｔ、ｄｙ）は適宜次の計算により求めることがで
きる。それは、その新ブロック位置値ＢＰi、t とそのシ
フト・ブロックＭＢref の左上隅画素の画素位置値との
間の差を計算して求める。図２と図３で例示すると、例
えば、ブロック２０２（ＤＢ19、t）は、ブロック位置値
がＢＰ19,t＝（４５、１５）である。さらに、シフト・
ブロックはブロック２０２に対応するブロックとして識
別しさらにまたそのシフト・ブロックＭＢref の左上隅
画素の画素位置は（５０、２１）であると仮定すると、
この動きベクトルＭＶ19、dt ＝（ｄｘ、ｄｙ）＝（＋
５、＋６）となる。
【００３５】前述のことを行うよう次にその動きエステ
ィメータ１０４が用いるブロック・マッチングと動きベ
クトル生成の方法を例示する機能ブロック・ダイアグラ
ムを図４で説明する。そこで、この動き補償器である動
きエスティメータ１０４におけるそのシフト・ブロック
映像データＭＢref をその減算ノード１０５に送る。ま
た、下記に説明する目的のために、このシフト・ブロッ
ク映像データをその加算ノード１１０にも送る。輝度デ
ータとクロミナンス・データの両データを持つこのシフ
ト・ブロック映像データＭＢref をこの減算ノード１０
５において画素ベースによりその映像フレーム蓄積装置
１０３から受信し蓄積した新ブロック映像データＤＢi、
t から画素の減算を行う。
【００３６】そこで得られたエラー信号ＥＲＲＯＲは、
このシフト・ブロックＭＢref とその新ブロックＤＢi、
t の差を表す。次ぎに、この信号ＥＲＲＯＲをその符号
化デバイス１０７に送る。この動きエスティメータ１０
４はその動きベクトルＭＶi、dtをその符号化デバイス１
０７に送る。また、下記に説明する目的のために、この
動きベクトルをそのグローバル動きエスティメータ１０
６にも送る。この符号化デバイス１０７にはディジタル
回路があり、これにはマイクロプロセッサが含まれ、こ
れがその映像符号器出力１０２にＭＰＥＧ１、ＭＰＥＧ
２あるいは他の規格に準拠するディジタル信号を生成す
ることができる。また、この符号化デバイス１０７はそ
の映像フレーム蓄積バッファ１０３からこの新ブロック
映像データＢＤi、t を受信する。
【００３７】次ぎに、この制御回路は、そのブロックの
動き補償バージョン、すなわち、動きベクトルと信号Ｅ
ＲＲＯＲを符号化し送る必要があるかその正否を決め
る。もしその必要がない場合、この制御回路はその符号
化デバイス１０７にその新ブロック映像データＤＢi,t
を符号化するように指示する。しかし、この動き補償ブ
ロックを送ろうとする場合には、この制御回路はその符
号化デバイス１０７にその動きベクトルＭＶi、dtと信号
ＥＲＲＯＲを送るため符号化するよう指示する。次ぎ
に、この符号化データを符号器回路出力１０２に送り、
図示していないが、１以上の受信デバイスに送信する。
いずれの場合でも、この符号化データをそのブロックの
動き補償バージョンを送ったかその正否を示すよう適当
な信号と共にビット・ストリームで送る。
【００３８】送信後、この新ブロックＤＢi、t を新フレ
ーム蓄積バッファ１０９にその現フレームを組み込むた
めに蓄積する。もしこのブロックの動き補償バージョン
を送信ずみの場合、この加算ノード１１０は、その符号
化デバイス１０７からその符号化エラー信号の復号化バ
ージョンを受信し、この動きエスティメータ１０４から
受信したＭＢref にそのエラー信号を加算する。そこで
得られたブロックは、補償ブロックと呼ばれるが、この
補償ブロックはその新ブロックＤＢi、t に非常に似たブ
ロックである。この補償ブロックをその新フレーム蓄積
バッファ１０９内のその新ブロック位置値ＢＰi、t に対
応する位置に置く。しかし、もしこのブロックの動き補
償バージョンを送信ずみでない場合、この新ブロック映
像データＤＢi、t をその動きエスティメータ１０４から
その新フレーム蓄積バッファ１０９に直接送ることがで
きる。
【００３９】このようにして、このフレームＦt をその
新フレーム蓄積バッファ１０９内に組み込むが、これは
結局はその参照フレーム蓄積バッファ１０８に入れられ
る。この符号化デバイス１０７と加算ノード１１０の動
作と共に、このグローバル動きエスティメータ１０６は
その動きベクトルＭＶi、dtを受信する。この動きベクト
ルＭＶi、dtをそのグローバル動きエスティメータ１０６
内のバッファ、スタックまたはメモリに受信する。以上
の説明のように、映像符号器回路１００の行うプロセス
を各フレームの各ブロックＤＢi、t に対し全映像フレー
ム（ｉ＝ＮＢ）をこの映像符号器回路１００が符号化し
てしまうまで繰り返す。この全フレームＦt を処理して
しまうと、この制御回路はその新フレーム蓄積バッファ
１０９に次ぎのことをさせる。
【００４０】それは、この新フレーム蓄積バッファ１０
９が時間ｔ＋１に対応する次ぎのフレームを処理するた
めそのフレームＦt に対応する映像データをこの参照フ
レーム蓄積バッファ１０８に送る。さらに、その次ぎの
フレームを処理する前に、このグローバル動きエスティ
メータ１０６は新グローバル動きベクトルを生成しそれ
をその動きエスティメータ１０４に送る。このグローバ
ル動きエスティメータ１０６は、Ｆt の処理時に蓄積し
た動きベクトルを用いてそのグローバル動きベクトルを
生成する。このグロ−バル動きベクトルは、カメラの動
きによる映像シーケンスのフレームの各ブロックに共通
する動き成分を近似する。この動きエスティメータ１０
４は、次フレームの最初のブロックに対し（ＤＢ0、t+1
）新映像データ・ブロックを受信する前に、このグロ
ーバル動きベクトルＧＭＶを受信し蓄積する。
【００４１】このグローバル動きエスティメータを、図
６で後述するように前記機能を実行するようプログラム
することができる。また、図１でその映像符号器回路１
００を説明したが、これは一例であり、本発明のグロー
バル動き予測の方法と装置は、ブロック・マッチングを
行い符号化しようとするブロックと１以上の参照フレー
ム内のシフト・ブロック間の動きベクトルを計算するい
ずれのブロック・ベース映像動き補償デバイスにも利用
可能であるが、それは最初にその参照フレームにサーチ
・ウインドウを規定することにより行うものである。そ
の一例として、ここに引例とする米国特許第５、１５
１、７８４号を挙げる。
【００４２】この特許は、ブロック・ベース映像データ
を符号化するため動き補償予測と動き補償補間の両者を
用いるよう使用できる動き補償デバイスを組み込んだ映
像符号器回路を例示しているが、本発明の方法はこのよ
うな利用に容易に適用可能である。図４は、本発明のブ
ロック・マッチングを行うためグローバル動きベクトル
を用いる動き補償デバイスの機能的フロー・チャートを
示す図である。このフロー・チャートは図１に示す動き
エスティメータ１０４により適宜実施可能である。とこ
ろで、このフロー・チャートは、動き補償予測と動き補
償補間の両者を用いる他の映像符号器回路にもコンパチ
ブルな機能設計となっている。この動きエスティメータ
内の処理手段とメモリ手段（プロセッサ）は、ブロック
・マッチングと動きベクトルの生成を行うため図４に示
すステップ実施のプログラムを行う。
【００４３】先ず、最初のステップ３０２において、こ
のプロセッサはフレームＦt 内のブロックｉに新ブロッ
ク映像データＤＢi、t を受信する。次ぎに、ステップ３
１０において、その参照フレーム内にサーチ・ウインド
ウＡref を規定する。サーチ・ウインドウＡref は、Ｄ
Ｂi、t に対しシフト・ブロックＭＢref をその範囲内に
持つ参照フレームの一部を表した映像データである。そ
の参照フレーム内のサーチ・ウインドウＡref の位置は
次ぎのように規定する。それは、最初にこの新ブロック
位置ＢＰi、t をＡref の中心位置に置き、次ぎにその蓄
積したグローバル動きベクトルＧＭが規定する量だけず
らす、つまりシフトさせて規定する。
【００４４】ここで注目点は、このグローバル動きベク
トルＧＭはこの現フレームとその直前フレームＦt-1 間
のグローバル動きを表すよう規格化することである。し
たがって、もしこの参照フレームがその直前フレームで
ない場合、そのグローバル動きベクトルの目盛り調整を
それに応じてする必要がある。目盛り調整は適宜線形と
することができる。例えば、もしその参照フレームが時
間ｔ−２に対応する場合、そのＡref の位置を決める前
にこのグローバル動きベクトルを重複して行う必要があ
る。、同様に、動き補償補間では、この参照フレームを
後フレームとすることができ、この場合はそのグローバ
ル動きベクトルを逆に返す必要がある。
【００４５】規格化グローバル動きベクトルを蓄積し次
ぎに目盛り調整をすることより、このプロセッサは補間
モードと予測モードの両モーデでこのグローバル動きベ
クトルをブロック・マッチング動作に適宜適用できる。
このサーチ・ウインドウＡref のサイズは下記のような
大きさにする必要がある。それは、そのシフト・ブロッ
クを確実にその内に含有するよう十分に大きいサイズで
あり、また一方でそのブロック・マッチング機能がその
動きエスティメータ処理手段に不当にロードとならない
よう十分に小さいサイズであることが好ましい。サーチ
・ウインドウＡref のサイズは、映像フレーム間の被写
体の最大動きを考慮する所定数で、その利用の場合なら
びに他の因子に左右されるものである。
【００４６】特定の利用状況においてこの適当なサイズ
決定は当業者には明らかである。さらにまた、ステップ
３１０に関連して図５を説明するが、この図５はそのサ
ーチ・ウインドウＡref の新しい規定法を示す図であ
る。図５でこのフレームＦt からの所定のブロック３５
４は、その参照フレーム、これは適宜前フレームの場合
であるが、この参照フレームからシフト・ブロック３５
１を識別するようブロック・マッチングする。データ・
ブロック、ＤＢi、t の画像は、この参照フレームのブロ
ック３５１の位置からブロック３５４で示されるＤＢi、
t 位置に動いたと仮定する。このＤＢi、t の画像の動き
は、実質部がカメラの動きにまたはグローバル動きのあ
る他のソースに起因するものである。この参照フレーム
３５２は、符号化しようとする映像フレーム、つまりＤ
Ｂi、t がそこから生じたのであるが、その映像フレーム
と同じ寸法である。
【００４７】このサーチ・ウインドウＡref の設置は、
最初にそのブロック３５４のブロック位置をその中心と
してこのサーチ・ウインドウを置き、これを中心サーチ
・ウインドウ３５６で図示する。次ぎに、このサーチ・
ウインドウをそのグローバル動きベクトル３５５だけシ
フトさせるが、これをシフトしたサーチ・ウインドウ３
５３で図示する。このグローバル動きベクトル３５５
は、フレーム内のすべてのブロックに共通の動き成分、
例えば、カメラの動きに起因するが、これを表す。この
グローバル動きベクトル３５５は時々図６で後述する方
法により適宜供給できる。本発明はこのサーチ・ウイン
ドウ位置規定の際にグローバル動きを用いることにより
従来技術に明白な向上を提供するものである。
【００４８】図５で説明すると、従来のサーチ・ウイン
ドウ設置法は、実質的にこの新ブロック３５４位置を中
心としてそのまわりを囲んでサーチ・ウインドウを置く
方法で、この従来法は中心サーチ・ウインドウ３５６で
図示した方法であり、例えば、次のここで引例とする報
告があり、参照のこと。ジェーン（Ｊａｉｎ）ら、“フ
レーム間画像符号化におけるシフト変位測定とその利
用”、２９ ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎ ｏｎ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、１７９９ー１８０８
頁、（１９８１年）である。この中心サーチ・ウインド
ウ３５６はそのシフト・ブロック３５１を含まないこと
が分かる。このシフト・ブロックを見付けなければ、そ
の動きエスチメータが映像圧縮を有効に支援することは
できない。
【００４９】従来法のこの中心サーチ・ウインドウ３５
６はシフト・ブロック３５１を包含するように拡大する
ことは当然可能である。しかし、前述のように、このサ
ーチ・ウインドウ拡大はブロック・マッチングに要する
計算数を大きく増加する。さらに、映像シーケンスはほ
とんどまたは全くカメラの動きを持たない場合も多いの
で、スチル・シーケンスでさらに小さいサーチ・ウイン
ドウが適当な場合に、このサーチ・ウインドウを拡大す
ることは無駄なことである。グローバル動きを用いるこ
とにより、このサーチ・ウインドウは大きいカメラ動き
シーケンスでもそのシフト・ブロックをなおまだ包含可
能な妥当なサイズとすることができる。したがって、カ
メラ動きやグローバル動きがある場合、本発明のグロー
バル動きを用いることによりさらに広い範囲の動きを考
慮できるので、動き補償法を実質的に向上させるもので
ある。
【００５０】図４に戻り説明を続ける。このサーチ・ウ
インドウＡref のサイズと位置を選択してしまうと、そ
の動きエスティメータは、ステップ３１２、３１４およ
び３１６で所定の基準を用いてそのサーチ・ウインドウ
内のシフト・ブロックＭＢref を識別する。参照フレー
ム内のシフト・ブロック識別は従来周知で、例えば、前
記ジェーンの報告の１７９９−１８０８頁を参照のこ
と。このシフト・ブロックは、そのＤＢi、t と比べて最
小の画像差を持つそのサーチ・ウインドウ内のデータ・
ブロックである。ステップ３１２において、最小画像差
の候補ブロックを決めるためにこのブロックＤＢi、t を
そのサーチ・ウインドウ内のいくつかの候補シフト・ブ
ロックと比較する。ステップ３１４において、この候補
ブロックに対するデータをその参照フレーム蓄積手段、
例えば、図１に示す参照フレーム蓄積バッファ１０８か
ら必要に応じ検索する。
【００５１】この画像差は、この新ブロックＤＢi、t の
全画素輝度値と各候補シフト・ブロックの全画素輝度値
間の平均絶対差または平均二乗誤差を適宜構成する。さ
らに、このブロック・マッチングに関する情報に対して
は、例えば、次の２件の報告を挙げることができ、これ
らを参照のこと。前記ジェーンの報告の１８００頁、さ
らに、スリニバサン（Ｓｒｉｎｉｖａｓａｎ）ら、“有
効動き予測に基ずく予測符号化”、Ｐｒｏｃ．Ｉｎｔ´
ｌ Ｃｏｎｆ．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ、５２１
−２６頁（アムステルダム、１９８４年５月１４−１７
日）である。このような画像比較をステップ３１２で行
なうようなサーチ・ウインドウ内の候補ブロックの選択
は、所定の方法体系により指図される。このサーチ方法
体系は適宜全数サーチとすることができ、ここではその
新ブロックとそのサーチ・ウインドウ内のあらゆる規定
化可能なブロックを全て比較する。
【００５２】この全数サーチは好ましい場合が多いが、
というのは最小のエラーを持つそのサーチ・エリアのブ
ロックを見付けることが保証されるからである。または
別のサーチ方法体系として、対数サーチ、ハイアラーキ
・サーチまたは既知の他のサーチ法が可能であり、これ
らのサーチ方法体系に関する情報には、例えば、下記の
３件の報告を挙げることができ、これらを参照のこと。
前記ジェーンらの報告、さらに、前記スリニバサンらの
報告、さらにまた、ビアリング（Ｂｉｅｒｌｉｎｇ）、
“ハイアラーキ・ブロック・マッチングによるシフト変
位予測”、Ｐｒｏｃ．Ｖｉｓｕａｌ Ｃｏｍｍｕｎｉｃ
ａｔｉｏｎｓ ａｎｄ Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｉ
ｎｇ ´８８（ＳＰＩＥ、１９８８年９月９−１１日）
である。
【００５３】このシフト・ブロックＢＭref を識別して
しまうと、ステップ３１８においてその動きエスティメ
ータ１０４はこの新ブロックＤＢi,t に対しその動きベ
クトルＭＶi、dtを導く。この動きベクトルはこの新ブロ
ック位置ＢＰi、t とそのシフト・ブロックＭＢref の左
上隅画素すなわち第１画素の画素位置間のシフト変位と
規定する。その後、ステップ３２０において、このシフ
ト・ブロックをその符号化回路の例えば、前述の図１の
減算ノード１０５や加算ノード１１０のような他の要素
に送る。ステップ３２２において、この動きベクトルＭ
Ｖi、dtをその符号化回路のグローバル動きエスティメー
タや例えば、前述の図１の符号化デバイスのような他の
要素にも送る。動き補償予測の場合は１参照フレームの
みを用いるのに対し、動き補償補間の場合は１以上の参
照フレームを用いてブロック・マッチングを行う。
【００５４】したがって動き補償補間の場合には、ステ
ップ３２４において、このプロセッサはブロック・マッ
チングを行うため他の参照フレームがあるかその存否を
決める必要がある。ステップ３２４において、もしこの
プロセッサが他のブロック・マッチング・ステップを行
う必要を決めた場合には、このプロセッサはステップ３
２６を行う。ステップ３２６において、このプロセッサ
はブロック・マッチングに次の参照フレームを使用でき
るようにその参照フレーム蓄積手段に指示する。そして
次に、このプロセッサはステップ３１０に戻りその次の
参照フレーム内にサーチ・ウインドウを規定する。しか
し、ステップ３２４で否定回答の場合には、このプロセ
ッサはステップ３２８を行う。
【００５５】ステップ３２８において、このプロセッサ
は補償しようとする現フレーム内にさらに新ブロックが
あるかその存否を決める。この情報は適宜その制御回路
により供給可能である。もしさらには存在しない場合、
ステップ３３０において、このプロセッサはそのグロバ
ル動きエスティメータから新グローバル動きベクトルＧ
ＭＶを検索する。このグローバル動きエスティメータは
下記の図６で説明する方法で適宜動作できる。ステップ
３３２において、この新グローバル動きベクトルを、そ
の次の映像フレームを処理するためその動きエスティメ
ータ１０４内にＧＭとして蓄積するが、ただしこの映像
フレームは動き補償予測では通常Ｆt+1である。その
後、この動きエスティメータ１０４はステップ３０２を
行う。ところが、ステップ３２８で肯定回答の場合に
は、この動きエスティメータ１０４は直接ステップ３０
２に進みこの現フレームからさらにブロックを受信す
る。
【００５６】図６は、本発明の新グローバル動き予測プ
ログラムを示す機能的フロー・ダイアグラム例の図であ
る。このプログラムを、図１で説明したグローバル動き
エスティメータ１０６のようなグローバル動きエスティ
メータ内の処理手段が行う。このグローバル動きエステ
ィメータは適宜ディジタル・マイクロプロセッサとする
ことができるが、これには関係付けられたメモリとバッ
ファの構成があり、これはそのソフトウェアを実行しさ
らに他の要素から適当なデータを受信しまた他の要素に
適当なデータを送信することができる。このような回路
は従来周知である。一実施例をあげると、このプログラ
ムを行うのに要するマイクロプロセッサは専用マイクロ
プロセッサとすることができる。
【００５７】しかしながら、このグローバル動き予測計
算は比較的単純でありまたこれは映像フレーム当たり一
度のみ生ずるものであるため、このプログラムは共用マ
イクロプロセッサでも実行可能であり、それに例えば、
この全符号器回路のタイミングと制御用のマイクロプロ
セッサを挙げることができる。本質的に、このグローバ
ル動きエスティメータは、その全フレームのあらゆるブ
ロックに共通する動き成分を予測して映像フレームにグ
ローバル動きベクトルを生成する。この動き成分は通常
カメラの動きまたはパニングにより引き起こされる。本
発明のこのグローバル動きエスティメータは、現グロー
バル動き成分を計算するためその前フレームに関係付け
られたブロック動きベクトルを用いる。
【００５８】図６に本発明によりグローバル動きエステ
ィメータが行うステップを例示しているが、本実施例の
最初の動作は、先ず前フレームの符号化時に蓄積した動
きベクトルの平均値を取り上げ共通動きベクトルを規定
する。次に、新グローバル動きベクトルを図４で説明し
た動作をするようにプログラムした動きエスティメータ
に送る。このグローバル動きを予測するため他の方法
も、当業者により容易に利用可能である。ステップ４０
１において、ブロック・ベース・動きエスティメータか
ら動きベクトル・データを受信するが、これはあるフレ
ームとｄｔフレームだけ離れた参照フレーム間のブロッ
クｉの動きベクトルＭＶi、dtを規定する動きベクトル・
データである。この動きエスティメータは前述の図４に
より適宜動作してブロック・マッチングと動きベクトル
生成を行うことができる。
【００５９】ステップ４０１において、またこの受信動
きベクトルを連続フレーム間の動きを表すように規格化
する。規格化動きベクトルは、式、ＭＶi、dt／ｄｔ、た
だしここでｄｔはこの現フレーム・ナンバからその参照
フレーム・ナンバを減じた値である、により得られる。
ステップ４０２において、この規格化動きベクトルＭＶ
i、dtをそのフレームの動きベクトル合計ＭＶＴに加え
る。または、この動きベクトルＭＶi、dtを、後述するよ
うに、別のグローバル動きベクトル計算法を容易にする
ためメモリに蓄積できる。ステップ４０３において、そ
の現フレームに対し受信した動きベクトル・ナンバを追
跡するようにカウンタＣを進める。ステップ４０４にお
いて、このグローバル動きエスティメータはこの現ブロ
ックｉに対し他の動きベクトルを受信するように戻るこ
とができる。
【００６０】もしこの符号器回路が動き補償補間を用い
る場合には、複数、ただし通常２であるが、の動きベク
トルを映像データの各新ブロックの処理時に生成する。
制御回路は、その適当な決定がステップ４０４でできる
ようにこの情報をそのグローバル動きエスティメータに
提供する。もしこのブロックｉに対する動きベクトルが
さらにこれ以上無い場合には、ステップ４０５を行う。
ステップ４０５において、このグローバル動きエスティ
メータは、動き補償をしようとする現映像フレームの他
のブロックがあるかの存否、すなわちこのフレームＦt
に対し他の動きベクトルが予期されるかの正否を決め
る。もしこの現フレームに他の動きベクトルが予期され
る場合には、このプログラムはステップ４０１に戻りそ
の動き予測デバイスから次の動きベクトルＭＶi、dtを待
つ。
【００６１】しかし、もしこのフレームに他の動きベク
トルが予期されない場合には、このグローバル動きエス
ティメータはステップ４０６を行う。ステップ４０６に
おいて、この現フレームに対しその共通動きベクトルを
計算する。この共通動きベクトルは、このフレームに対
し受信したベクトル・ナンバ、Ｃでその動きベクトル合
計を割って求めた動きベクトル平均値とすることがで
き、つまり、ＭＶＴ／Ｃである。または、この共通動き
ベクトルは適宜動きベクトルの中央値または後述の適宜
他の値とすることができる。ステップ４０７において、
このグローバル動きベクトルＧＭＶをその次のフレー
ム、これは動き補償予測の場合にはフレームＦt+1 であ
るが、この次のフレームを予測する動きに用いるように
生成する。
【００６２】この動きベクトルは受信される場合に規格
化されるので、そこで得られたグローバル動きベクトル
もまたすでに規格化されている。前述のように、このグ
ローバル動きベクトルはいずれの参照フレームに対して
もそこにブロック・マッチングができるようにその動き
エスティメータで目盛り調整が可能である。このグロー
バル動きベクトルＧＭＶはステップ４０６で計算された
共通動きベクトルと適宜することができる。しかし注目
点としては、グローバル動きベクトルを生成するため複
数の共通動きベクトルを用いるとさらに高度なグローバ
ル動き予測法が可能となる。ステップ４０８において、
このグローバル動きベクトルをブロック・ベース動き補
償を行うよう使用できる動きエスティメータへの結合に
送る。
【００６３】この動きエスティメータ１０４は、前記図
４で説明した本発明の動き予測法を適宜行うことができ
る。この機能ブロック４０９において、このカウンタＣ
とグローバル動きエスティメータの動きベクトル合計Ｍ
ＶＴをその次の映像フレームのグローバル動きベクトル
計算を準備するよう再初期化する。本グローバル動き予
測法の別の実施例では、ステップ４０６において、複数
の蓄積した動きベクトルからの動きベクトル中央値をそ
の共通動きベクトルに提供できる。この実施例では、図
６のステップ４０２にその動きベクトルＭＶi、dtを蓄積
する動作を含む。したがって、ステップ４０６には、こ
の中央値を求めるためそのいくつかの蓄積した動きベク
トルを解析する動きベクトル解析ステップがある。前記
ステップは容易に実施可能である。
【００６４】さらに、別の実施例では、このグローバル
動きベクトルをヒストグラムから適宜求めることができ
る。この方法では、フレーム処理内の繰り返し生起の最
大の動きベクトルがそのグローバル動きベクトルを構成
する。この実施例を行うために、ステップ４０２には可
能な動きベクトル値テーブルのヒストグラムを更新する
ヒストグラム更新ステップがある。例えば、もし ＭＶ
i、dt＝（０、＋３）である場合、可能な動きベクトル値
テーブル内の（０、＋３）に対する生起インデックスを
１だけインクリメントする。可能な動きベクトルの集団
を各新フレームに対し適宜生成し、それによりその動き
ベクトル値ＭＶi、dtを表示ずみでない限りその集団に加
える。
【００６５】例えば、もし ＭＶi、dt＝（０、＋３）で
その値に対する生起インデクスが無い場合、（０、＋
３）を加えてそのインデクスを１にインクリメントす
る。さらに、ステップ４０５には最大生起インデクスに
対しそのテーブルを走査するテーブル走査ステップがあ
る。そして生起が最大の動きベクトル値がその共通動き
ベクトルと決められる。もちろん前記実施のためプログ
ラムの実現は容易に可能である。この実施例の有用なこ
ともまた明白である。映像フレーム内のほとんどの被写
体（そしてブロック）は独立した動きを示すものではな
いと仮定できる。例えば、ほとんどのシーンのバックグ
ラウンド被写体は比較的静的である。
【００６６】ところが、カメラの動きつまりグローバル
動きがある場合、無い場合には静的であったこれらの被
写体はすべて同じ動きベクトルを持つことになる。正し
く同じ動きベクトルを持ち独立して動く被写体は数でそ
の静的被写体に勝ることはほとんど無いので、映像フレ
ーム内の生起が最大の動きベクトルはそのグローバル動
きを表すと仮定される。以上の説明は、本発明の一実施
例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本
発明の種々の変形例が考えら得るが、それらはいずれも
本発明の技術的範囲に包含される。なお、特許請求の範
囲に記載した参照番号は発明の容易なる理解のためで、
その技術的範囲を制限するよう解釈されるべきではな
い。
【００６７】
【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によるグロー
バル動きを用いてサーチ・ウインドウを設置することに
より従来のサーチ・ウインドウ拡大などによるブロック
・マッチングに要する計算増加などの無駄が無くカメラ
動きなどさらに広い範囲を考慮でき動き補償を向上させ
有効なディジタル圧縮システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の新ブロック・ベース動き補
償システムを用いる映像符号器回路を示すブロック図で
ある。
【図２】標準的映像データ符号化法による映像フレーム
の画素ブロック分割を示す図である。
【図３】標準的映像データ符号化法による映像フレーム
の画素ブロック分割を示す図である。
【図４】本発明の動き予測デバイスの行うステップを示
す機能的フローダイアグラムである。
【図５】本発明によりさらに有効にブロック・マッチン
グを行うため参照フレーム内にサーチ・ウインドウを規
定するよう本発明のグローバル動きベクトルを使用する
グローバル動き使用法を示す図である。
【図６】本発明のディジタル映像圧縮システムに用いる
グローバル動きベクトルを生成するよう使用できるグロ
ーバル動きエスティメータの動作を示す機能的フローダ
イアグラムである。
【符号の説明】
１００ 映像符号器回路 １０１ 入力 １０２ 出力 １０３ 映像フレーム蓄積装置（バッファ） １０４ 動きエスティメータ １０５ 減算ノード １０６ グローバル動きエスティメータ １０７ 符号化デバイス １０８ 参照フレーム蓄積バッファ １０９ 新フレーム蓄積バッファ １１０ 加算ノード ２０１ フレーム ２０２ ブロック ２０３ ブロック ２０４ 画素 ３００ フローダイアグラム ３５１ シフト・ブロック ３５２ 参照フレーム ３５３ （シフト）サーチ・ウインドウ ３５４ ブロック ３５５ グローバル動きベクトル ３５６ 中心サーチ・ウインドウ ４００ フローダイアグラム
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 カスパー ホーン アメリカ合衆国、97006 オレゴン、ビ ーバートン、サウスウェスト エスチュ アリー ドライブ 205番 16368 (56)参考文献 特開 平２−231886（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−130489（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−13091（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−22280（ＪＰ，Ａ) 米国特許5151784（ＵＳ，Ａ)

Claims (21)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 現在の映像データ・フレームを規定する
    複数のブロックの中の１ブロックの映像データ・ブロッ
    クを伝送メディアで伝送するため圧縮符号化ディジタル
    ・ビット・ストリームに変換する映像データ・ブロック
    変換方法において、 （Ａ）グローバル動きベクトルを生成するグローバル動
    きベクトル生成ステップと、 （Ｂ）符号化しようとするこの映像データ・ブロックに
    対応する映像データと位置データの両データを生成する
    映像・位置両データ生成ステップと、 （Ｃ）符号化しようとするこの映像データ・ブロックに
    対応するシフト・ブロックを識別するため所定の基準を
    用いてブロック・マッチングを実施するブロック・マッ
    チング・ステップで、このシフト・ブロックは参照フレ
    ーム内に位置を占めるようなブロックであるブロック・
    マッチング・ステップと、 を有し、 前記（Ｃ）ブロック・マッチング・ステップは、前記グ
    ローバル動きベクトルを用いてこの参照フレーム内にサ
    ーチ・ウインドウを規定するサーチ・ウインドウ規定ス
    テップを有することを特徴とする映像データ・ブロック
    変換方法。
  2. 【請求項２】 さらに、（Ｄ）この参照フレーム内のそ
    のシフト・ブロック位置とこのブロック位置データによ
    り規定される動きベクトルを生成する動きベクトル生成
    ステップと、 （Ｅ）前記動きベクトルを蓄積する動きベクトル蓄積ス
    テップと、 （Ｆ）前記動きベクトルを伝送するためビット・ストリ
    ームに符号化する動きベクトル符号化ステップと、 （Ｇ）符号化しようとする複数のブロックに対しステッ
    プ（Ｂ）ないしステップ（Ｆ）を繰り返す反復ステップ
    で、前記複数のブロックは１映像データ・フレームの中
    の少なくとも一部を構成する複数のブロックである前記
    反復ステップとを有することを特徴とする請求項１に記
    載の方法。
  3. 【請求項３】 前記グローバル動きベクトル生成ステッ
    プは、さらに、このグローバル動きベクトルを生成する
    ために前記ステップ（Ｅ）から複数の先に蓄積した動き
    ベクトルを使用する蓄積動きベクトル使用ステップを有
    し、 （Ｈ）複数の映像データ・フレームに対しステップ
    （Ａ）ないしステップ（Ｇ）を繰り返す反復ステップを
    有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記複数の先に蓄積した動きベクトル
    は、映像データ・フレームの符号化時に蓄積した動きベ
    クトルを有することを特徴とする請求項３に記載の方
    法。
  5. 【請求項５】 複数の前記先に蓄積した動きベクトルを
    使用する前記グローバル動きベクトル生成ステップは、
    さらに、このグローバル動きベクトルを生成するためこ
    の複数の前記先に蓄積した動きベクトルの平均値を使用
    するステップを有することを特徴とする請求項３に記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 複数の前記先に蓄積した動きベクトルを
    使用する前記グローバル動きベクトル生成ステップは、
    さらに、このグローバル動きベクトルを生成するためこ
    の複数の前記先に蓄積した動きベクトルの中央値を使用
    するステップを有することを特徴とする請求項３に記載
    の方法。
  7. 【請求項７】 複数の前記先に蓄積した動きベクトルを
    使用する前記グローバル動きベクトル生成ステップは、
    さらに、このグローバル動きベクトルを生成するためこ
    の複数の前記先に蓄積した動きベクトルの中で生ずる繰
    り返し生起が最大の動きベクトルを使用するステップを
    有することを特徴とする請求項３に記載の方法。
  8. 【請求項８】 所定の基準を用いて複数の候補シフト・
    ブロックからそのシフト・ブロックを識別するような、
    現在の映像データ・フレーム内の映像データ・ブロック
    に対応する参照フレーム内の映像データのシフト・ブロ
    ックの位置を求める映像データ・シフト・ブロック位置
    決定装置（１０４、１０６）において、 （Ａ）処理手段とメモリ手段を有する動きエスティメー
    タ（１０４）で、この処理手段はグローバル動きベクト
    ルを用いてその参照フレーム内にサーチ・ウインドウを
    規定しこのサーチ・ウインドウで位置を占める複数の候
    補シフト・ブロックを識別し各候補シフト・ブロックを
    その映像データ・ブロックと比較してシフト・ブロック
    位置を決めるよう動作できる手段である前記動きエステ
    ィメータと、 （Ｂ）前記動きエスティメータに結合し処理手段と蓄積
    手段を有するグローバル動きエスティメータ（１０６）
    で、前記処理手段はグローバル動きベクトルを生成する
    よう動作できる手段である前記グローバル動きエスティ
    メータとを有することを特徴とする映像データ・シフト
    ・ブロック位置決定装置。
  9. 【請求項９】 前記動きエスティメータは、さらに、動
    き補償予測を行う動き補償予測手段を有することを特徴
    とする請求項８に記載の装置。
  10. 【請求項１０】 前記動きエスティメータは、さらに、
    動き補償補間を行う動き補償補間手段を有することを特
    徴とする請求項８に記載の装置。
  11. 【請求項１１】 複数の画素を有する映像データの複数
    のフレームを伝送メディアで伝送するため圧縮符号化デ
    ィジタル・ビット・ストリームに変換する映像符号器回
    路（１００）で、各画素は画素の映像データを持ち、さ
    らに複数の画素がブロックを規定するような前記映像符
    号器回路において、 （Ａ）映像データ・フレームから符号化しようとする映
    像ブロックを生成するよう動作できる映像フレーム蓄積
    装置（１０３）で、前記ブロックは現在の映像データ・
    フレーム内に位置を占めるようなブロックである前記映
    像フレーム蓄積装置と、 （Ｂ）前記映像フレーム蓄積装置に結合し符号化しよう
    とする映像ブロックに対応する映像データを受信する動
    き予測手段（１０４）で、前記動き予測手段はその参照
    フレーム内に位置を占めるシフト・ブロックを識別する
    よう符号化しようとするその映像ブロックとその参照フ
    レーム内のブロック間のブロック・マッチングを行い符
    号化しようとするそのブロック位置およびその参照フレ
    ーム内のそのシフト・ブロック位置により規定される動
    きベクトルを生成するよう動作でき、さらにまたグロー
    バル動きベクトルを用いてブロック・マッチングを行う
    よう動作できる前記動き予測手段と、 （Ｃ）前記動き予測手段に結合して参照フレーム映像デ
    ータを前記動き予測手段に提供しかつ１以上の参照フレ
    ームに対応する映像データを蓄積する前記第１のバッフ
    ァ（１０８）と、 （Ｄ）前記動き予測手段に結合しかつ前記第１のバッフ
    ァに結合して現フレーム映像データを前記第１のバッフ
    ァに提供しかつ現フレームに対応する映像データを蓄積
    する前記第２のバッファ（１０９）と、 （Ｅ）前記映像フレーム蓄積装置に結合してブロック映
    像データを受信しかつ前記動き予測手段に結合してシフ
    ト・ブロック映像データを受信する減算ノード（１０
    ５）で、２映像データ・ブロック間の画像の映像データ
    差を表すエラー信号を生成するよう動作できる前記減算
    ノードと、 （Ｆ）前記減算ノードに結合してエラー信号を受信しか
    つ前記動き予測手段に結合して動きベクトルを受信する
    符号化デバイス（１０７）で、ブロック・エラー信号と
    動きベクトル・データから映像データをビット・ストリ
    ームに符号化するよう動作できる前記符号化デバイスと
    を有することを特徴とする映像符号器回路。
  12. 【請求項１２】 さらに、前記動き予測手段に結合して
    そのグローバル動きベクトルを前記動き予測手段に提供
    するグローバル動き予測手段（１０６）を有し、前記グ
    ローバル動き予測手段は映像フレーム間のそのグローバ
    ル動きを表すグローバル動きベクトル・データを生成す
    るよう動作できることを特徴とする請求項１１に記載の
    システム。
  13. 【請求項１３】 前記グローバル動き予測手段はその動
    き予測手段から動きベクトルを受信するよう動作可能に
    結合し、さらに前記グローバル動き予測手段は複数の受
    信動きベクトルからグローバル動きベクトルを生成する
    よう動作できることを特徴とする請求項１２に記載のシ
    ステム。
  14. 【請求項１４】 前記動き予測手段は、さらに、動き補
    償予測を実施する動き補償予測手段を有することを特徴
    とする請求項１１に記載の映像符号化回路。
  15. 【請求項１５】 前記動き予測手段は、さらに、動き補
    償補間を実施する動き補償補間手段を有することを特徴
    とする請求項１１に記載の映像符号化回路。
  16. 【請求項１６】 ブロック・ベース動き予測デバイスに
    おいてブロック・マッチングに用いる蓄積参照映像フレ
    ーム内にサーチ・ウインドウを規定するサーチ・ウイン
    ドウ規定方法で、このブロック・ベース動き予測デバイ
    スはブロック・マッチングを行いその参照映像フレーム
    内のシフト・ブロックと現在の映像デ ータ・フレーム内
    の新映像データ・ブロックとの間のシフト変位を表す動
    きベクトルを生成するよう動作できるデバイスである前
    記サーチ・ウインドウ規定方法において、 （Ａ）複数のデータ・ブロックを有する映像データ・フ
    レームからその新データ・ブロックに対し動きベクトル
    を生成する動きベクトル生成ステップと、 （Ｂ）メモリに前記動きベクトルを蓄積する動きベクト
    ル蓄積ステップと、 （Ｃ）映像データの前記フレーム内に複数の前記データ
    ・ブロックに対し複数の動きベクトルを生成し蓄積して
    しまうまでステップ（Ａ）とステップ（Ｂ）を繰り返す
    反復ステップと、 （Ｄ）前記複数の蓄積した動きベクトルからグローバル
    動きベクトルを生成するグローバル動きベクトル生成ス
    テップと、 （Ｅ）符号化しようとする映像データ・フレーム内に位
    置を占める映像データ・ブロックを識別する映像データ
    ・ブロック識別ステップと、 （Ｆ）蓄積参照映像フレーム内に位置を占めるサーチ・
    ウインドウを規定するサーチ・ウインドウ規定ステップ
    で、このサーチ・ウインドウ位置はそのグローバル動き
    ベクトルに少なくとも部分的に左右されるような前記サ
    ーチ・ウインドウ規定ステップとを有することを特徴と
    するサーチ・ウインドウ規定方法。
  17. 【請求項１７】 ステップ（Ｆ）において規定しようと
    する前記サーチ・ウインドウ位置は、符号化しようとす
    る映像データのそのフレーム内の前記映像データ・ブロ
    ック位置に少なくとも部分的に左右されることを特徴と
    する請求項１６に記載の方法。
  18. 【請求項１８】 所定の方法を用いてそのグローバル動
    きベクトルを生成する前記グローバル動きベクトル生成
    ステップは、さらに、その複数の蓄積動きベクトルの平
    均値を計算する動きベクトル平均値計算ステップを有す
    ることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  19. 【請求項１９】 所定の方法を用いてそのグローバル動
    きベクトルを生成する前記グローバル動きベクトル生成
    ステップは、さらに、その複数の蓄積動きベクトルの中
    央値を決める動きベクトル中央値決定ステップを有する
    ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
  20. 【請求項２０】 所定の方法を用いてそのグローバル動
    きベクトルを生成する前記グローバル動きベクトル生成
    ステップは、さらに、その複数の蓄積動きベクトル内の
    生ずる繰り返し生起が最大の動きベクトルを決める繰り
    返し最大動きベクトル決定ステップを有することを特徴
    とする請求項１６に記載の方法。
  21. 【請求項２１】 そのグローバル動きを生成する前記グ
    ローバル動き生成ステップは、さらに、複数の可能な動
    きベクトルに対し生起インデックスのテーブルを生成す
    るインデックス・テーブル生成ステップを有し、および
    その動きベクトルを蓄積する前記動きベクトル蓄積ステ
    ップは、前記インデックス・テーブルのその動きベクト
    ルに対応する生起インデックスをインクリメントするイ
    ンデックス・インクリメント・ステップを有することを
    特徴とする請求項２０に記載の方法。
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