JP3276073B2 - 動きベクトル検出装置および動きベクトル検出方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル動画像
データの圧縮符号化の手法である動き補償予測符号化に
おいて用いられる動きベクトル検出に関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像の画像符号化を実現する方法とし
て、現在の画面のある部分が１つ前の画面のどの場所か
ら移動したかを示す情報（動きベクトル）を用いて、時
間的な冗長性を削減するという方法がある。この動きベ
クトルを抽出するための１つの方法として、ブロックマ
ッチング法がある。

【０００３】図１６はブロックマッチング法の原理を示
す図である。符号化の対象である対象フレーム画像（対
象フレーム）と動きベクトルを探索する探索フレーム画
像（探索フレーム）とを比較し、対象フレームの符号化
対象ブロックと最も似通った（すなわち最も相関度が高
い）ブロック（ベストマッチブロック）を探索フレーム
の探索範囲内から抽出して、動きベクトルを検出する。
このブロックマッチング法は、画像圧縮符号化の動き補
償予測に広く用いられている。

【０００４】ブロックマッチング法では、１個の符号化
対象ブロックに対し、探索フレームの探索範囲内の複数
の候補ブロックとの相関度をそれぞれ演算し、相関度が
最も高い候補ブロックをベストマッチブロックとして選
択し、ベストマッチブロックと符号化対象ブロックとの
位置の差を、動きベクトルとして検出する。

【０００５】相関度の評価値としては、一般的には、自
乗誤差の累算値（Square Error）や絶対値誤差の累算値
（Absolute Error）が用いられる。符号化対象ブロック
と候補ブロックとの差分値は、その相関度が高いほど小
さくなるので、自乗誤差の累算値や絶対値誤差の累算値
を評価値として用いた場合には、評価値は、相関度が高
いほど小さい値になる。

【０００６】動きベクトル検出の目的は、動き補償予測
符号化において符号量を最も効果的に削減できるブロッ
クを探索フレームから検出することである。したがっ
て、動きベクトルの検出精度が、動きベクトル検出装置
の重要な性能の１つである。しかしながら、動きベクト
ル検出は画像符号化アルゴリズムの中でも特に演算量を
要する処理であり、これをハードウエアで実現する場合
には、処理時間が長いことやハード規模が大きいことに
よって、消費電力が大きいという課題がある。また現状
では、ソフトウエアによるリアルタイム処理は、はなは
な困難である。これらの背景から、検出精度が高く、か
つ、処理効率のよい動きベクトル検出が望まれている。

【０００７】従来の動きベクトル検出装置として、動き
の小さい画像に対しては探索範囲を小さくして動きベク
トル検出のための処理時間を短縮する一方、動きの大き
い画像に対しては探索範囲を大きくすることによって、
検出精度を下げないで、処理効率の向上を図ったものが
ある。

【０００８】例えば、特開平８−３２９６９号公報に開
示された動きベクトル検出装置は、処理ブロックと同位
置における相関評価を行う手段と、同位置の相関評価結
果に応じて探索範囲の大きさを適応的に選択制御する手
段と、探索範囲の各候補ブロックとの相関を評価して動
きベクトル検出を行う手段とを備え、同位置の相関が高
くなるに従って探索範囲を縮小している。これにより、
少ない演算量で動きベクトルを精度よく検出することが
可能になる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
動きベクトル検出装置には、次のような問題がある。

【００１０】カメラ撮影などによる映像では、画面全体
が一定方向に移動するいわゆるパーン画像が頻繁に用い
られる。パーン画像では、画面に映し出された物体自体
は変わらずに、その位置が一定方向に移動する。

【００１１】前記の従来の動きベクトル検出装置では、
処理ブロックと同位置における相関評価によって探索範
囲の大きさを設定しているために、例えばパーン画像に
対しては、同位置における相関度は低いので、常に大き
い探索範囲が設定されてしまう。また、同位置相関評価
を動きベクトル検出に先立ち実行するので、処理が複雑
になるという問題もある。

【００１２】前記の問題に鑑み、本発明は、様々な特徴
を持つ画像に対し、効率的に、かつ、精度よく、動きベ
クトル検出を実行可能にすることを課題とし、特に、パ
ーン画像に対して、正確かつ高速に動きベクトル検出を
実行可能にする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、請求項１の発明が講じた解決手段は、動きベクト
ル検出装置として、対象フレームの符号化対象ブロック
と、探索フレームの探索範囲内の候補ブロックとの相関
度を示す評価値を算出し、これらの相関度評価値を基に
して、前記符号化対象ブロックに対する動きベクトルを
検出する動きベクトル検出手段と、原探索範囲の画素デ
ータを記憶しており、与えられたメモリアドレスに応じ
て画素データを読み出し、前記動きベクトル検出手段に
供給する原探索範囲記憶手段と、探索範囲の，水平方向
の画素幅である第１の探索幅および垂直方向の画素幅で
ある第２の探索幅と、前記探索範囲の原探索範囲に対す
る相対位置を示すオフセット値とを生成する制御手段
と、前記制御手段によって生成された第１および第２の
探索幅並びにオフセット値に基づいて、前記原探索範囲
記憶手段に与えるメモリアドレスを生成するアドレス生
成手段とを備えたものであり、前記制御手段は、前記探
索フレームにおける所定の領域内に前記符号化対象ブロ
ックと類似した部分があると判定したときは、この部分
を含み、かつ、前記原探索範囲よりも小さい領域を前記
探索範囲として定め、第１および第２の探索幅並びにオ
フセット値を生成するものである。

【００１４】請求項１の発明によると、制御手段によっ
て生成された第１および第２の探索幅並びにオフセット
値に基づいて、アドレス生成手段は、探索範囲に対応す
るメモリアドレスを生成する。このメモリアドレスに応
じて原探索範囲記憶手段から読み出された画素データを
用いて、動きベクトル検出手段は、符号化対象ブロック
と探索範囲内の候補ブロックとの相関度を示す評価値を
算出し、動きベクトルを検出する。このため、探索範囲
のサイズおよび位置が、自在に設定できることになり、
効率的に、かつ、精度よく、動きベクトル検出を実行す
ることができる。

【００１５】そして、請求項２の発明では、前記請求項
１の動きベクトル検出装置において、前記動きベクトル
検出手段は、探索フレームにおいて検出した動きベクト
ルと、この動きベクトルに対応する相関度評価値とを前
記制御手段に供給するものとし、前記制御手段は、前記
動きベクトル検出手段から供給された動きベクトルおよ
び相関度評価値に基づいて、第１および第２の探索幅並
びにオフセット値の生成を行うものとする。

【００１６】請求項２の発明によると、探索範囲の第１
および第２の探索幅並びにオフセット値は、すでに検出
された動きベクトルおよび評価値に基づいて生成される
ので、探索範囲のサイズおよび位置を決めるために、動
きベクトル検出に先立って新たな処理を行う必要がな
い。また、動きベクトルは画像の動きを表すものなの
で、動きベクトルとこれに対応する相関度評価値とを基
にして探索範囲の設定を行うことによって、特に、画像
が一定方向に動くパーン画像に対して、適切な探索範囲
の設定が可能になる。

【００１７】さらに、請求項３の発明では、前記請求項
２の動きベクトル検出装置における制御手段は、対象フ
レームの前フレームにおける当該符号化対象ブロックと
同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基準ブロ
ックとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する相関度
評価値に基づいて、探索範囲のサイズを設定するものと
する。

【００１８】請求項３の発明によると、対象フレームの
前フレームにおける当該符号化対象ブロックと同一位置
またはその近傍にある範囲設定基準ブロックに対応する
相関度評価値によって、当該符号化対象ブロックの，探
索フレームとの関連の度合いはある程度予測できるの
で、この範囲設定基準ブロックの相関度評価値によって
探索範囲のサイズを設定することによって、特に、画像
が一定方向に動くパーン画像に対して、適切な探索範囲
の設定が可能になる。

【００１９】また、請求項４の発明では、前記請求項２
の動きベクトル検出装置における制御手段は、対象フレ
ームの前フレームにおける当該符号化対象ブロックと同
一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基準ブロッ
クとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する動きベク
トルに基づいて、探索範囲の位置を設定するものとす
る。

【００２０】請求項４の発明によると、対象フレームの
前フレームにおける当該符号化対象ブロックと同一位置
またはその近傍にある範囲設定基準ブロックに対応する
動きベクトルによって、当該符号化対象ブロックの動き
はある程度予測できるので、この範囲設定基準ブロック
の動きベクトルによって探索範囲の位置を設定すること
によって、特に、画像が一定方向に動くパーン画像に対
して、適切な探索範囲の設定が可能になる。

【００２１】そして、請求項５の発明では、前記請求項
２の動きベクトル検出装置における制御手段は、対象フ
レームの前フレームにおける当該符号化対象ブロックと
同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基準ブロ
ックとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する相関度
評価値が示す相関度が相対的に低いときは、原探索範囲
を探索範囲として設定する一方、相対的に高いときは、
探索範囲のサイズを前記原探索範囲よりも小さく設定
し、かつ、その探索範囲の位置を前記範囲設定基準ブロ
ックに対応する動きベクトルを基にして設定するものと
する。

【００２２】また、請求項６の発明では、前記請求項１
の動きベクトル検出装置におけるオフセット値は、原探
索範囲の探索起点を始端とし、探索範囲の探索起点を終
端とするベクトルの成分とする。

【００２３】そして、請求項７の発明では、前記請求項
１の動きベクトル検出装置におけるアドレス生成手段
は、クロックを計数する第１のカウンタと、前記第１の
探索幅と前記第１のカウンタの計数値とを比較し、一致
したとき、前記第１のカウンタの計数値をリセットする
とともにカウントアップ信号を出力する比較器と、前記
カウントアップ信号を計数する第２のカウンタと、前記
オフセット値と前記第１および第２のカウンタの計数値
とに基づいて、所定の計算式に従って、前記原探索範囲
記憶手段に供給するメモリアドレスを生成するメモリア
ドレス変換部とを備えているものとする。

【００２４】また、請求項８の発明では、前記請求項１
の動きベクトル検出装置において、前記制御手段は、第
１および第２の探索幅並びにオフセット値に加えて、当
該探索範囲の，水平方向のサブサンプル度合を表す第１
のサブサンプル数および垂直方向のサブサンプル度合を
表す第２のサブサンプル数を生成するものとし、前記ア
ドレス生成手段は、前記原探索範囲記憶手段に与えるメ
モリアドレスの生成を、前記制御手段によって生成され
た第１および第２の探索幅、第１および第２のサブサン
プル数並びにオフセット値に基づいて行うものとする。

【００２５】また、請求項９の発明が講じた解決手段
は、符号化対象ブロックに対し、動きベクトルを検出す
る方法として、探索フレームにおける所定の領域内に、
前記符号化対象ブロックと類似した部分があるか否かを
判定する第１のステップと、前記第１のステップにおい
て類似した部分があると判定したとき、探索フレームに
おいて、この類似した部分を含み、かつ、前記所定の領
域よりも小さい第１の領域を、動きベクトル検出のため
の探索範囲として設定する第２のステップと、前記第１
のステップにおいて類似した部分がないと判定したと
き、前記第１の領域よりも大きな領域を、動きベクトル
検出のための探索範囲として設定する第３のステップと
を備えており、前記第１のステップは、対象フレームの
前フレームにおける当該符号化対象ブロックと同一位置
またはその近傍のブロックを範囲設定基準ブロックと
し、前記判定を、この範囲設定基準ブロックに対して検
出した動きベクトルに対応する相関度評価値を基にして
行うものとし、前記第２のステップは、探索範囲の位置
を、前記範囲設定基準ブロックに対して検出した動きベ
クトルを基にして設定するものである。

【００２６】請求項９の発明によると、探索フレームに
おける所定の領域内に、符号化対象ブロックと類似した
部分があるか否かを判定し、あると判定したとき、探索
フレームにおいて、この類似した部分を含み、かつ、前
記所定の領域よりも小さい領域を動きベクトル検出のた
めの探索範囲として設定するので、特に、画像が一定方
向に動くパーン画像に対して、適切な探索範囲の設定が
可能になる。これによって、効率的に、かつ、精度よ
く、動きベクトル検出を実行することができる。

【００２７】また、請求項１０の発明が講じた解決手段
は、符号化対象ブロックに対し、動きベクトルを検出す
る方法として、探索フレームにおける所定の領域内に、
前記符号化対象ブロックと類似した部分があるか否かを
判定する第１のステップと、前記第１のステップにおい
て類似した部分があると判定したとき、探索フレームに
おいて、この類似した部分を含み、かつ、前記所定の領
域よりも小さい第１の領域を、動きベクトル検出のため
の探索範囲として設定する第２のステップと、前記第１
のステップにおいて類似した部分がないと判定したと
き、前記第１の領域よりも大きな領域を、動きベクトル
検出のための探索範囲として設定する第３のステップと
を備えており、前記第１のステップは、符号化対象ブロ
ックの一部を少なくとも含む単位領域と、探索フレーム
における当該符号化対象ブロックと同一位置の近傍に設
けた，前記単位領域と同一サイズの複数の比較領域とに
対し、所定の画素演算をそれぞれ行い、これらの演算結
果を基にして前記判定を行うものとし、前記第２のステ
ップは、前記所定の画素演算の演算結果から、前記複数
の比較領域のうち前記単位領域と最も類似するものを求
め、この比較領域の位置を基にして、探索範囲の位置を
設定するものである。

【００２８】請求項１０の発明によると、探索フレーム
における所定の領域内に、符号化対象ブロックと類似し
た部分があるか否かを判定し、あると判定したとき、探
索フレームにおいて、この類似した部分を含み、かつ、
前記所定の領域よりも小さい領域を動きベクトル検出の
ための探索範囲として設定するので、特に、画像が一定
方向に動くパーン画像に対して、適切な探索範囲の設定
が可能になる。これによって、効率的に、かつ、精度よ
く、動きベクトル検出を実行することができる。

【００２９】また、請求項１１の発明が講じた解決手段
は、動きベクトル検出方法として、動きベクトル検出の
ための探索範囲を設定するステップと、符号化対象ブロ
ックに対し、前記探索範囲内の候補ブロックとの相関度
を基にして、動きベクトルを検出するステップとを備
え、前記探索範囲設定ステップは、対象フレームの前フ
レームにおける当該符号化対象ブロックと同一位置また
はその近傍のブロックを範囲設定基準ブロックとし、探
索範囲の位置を、この範囲設定基準ブロックに対して検
出した動きベクトルを基にして設定するものである。

【００３０】請求項１１の発明によると、対象フレーム
の前フレームにおける当該符号化対象ブロックと同一位
置またはその近傍にある範囲設定基準ブロックに対応す
る動きベクトルによって、当該符号化対象ブロックの動
きはある程度予測できるので、この範囲設定基準ブロッ
クの動きベクトルによって探索範囲の位置を設定するこ
とによって、適切な探索範囲の設定が可能になる。

【００３１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面を参照して説明する。

【００３２】（第１の実施形態） 図１は時間的に連続した３枚のフレーム画像を示す図で
あり、カメラを右から左に動かして撮影した，いわゆる
パーン画像を表している。パーン画像では、一般的に、
ごく短い時間でみた場合には、画面上の物体は一定速度
で動いているといえる。したがって、本実施形態では、
対象フレーム（フレーム（１））の符号化対象ブロック
ＣＢに対する動きベクトルＭＶを検出する際に、探索フ
レーム（フレーム（０））における符号化対象ブロック
ＣＢと同一位置のブロックＡＢを範囲設定基準ブロック
とし、この範囲設定基準ブロックＡＢに対して検出した
動きベクトルＢＭＶおよびそのときの相関度評価値ＢＡ
Ｅを基にして、探索範囲のサイズおよび位置を設定す
る。これにより、図１に示すように、探索フレーム内
で、符号化対象ブロックＣＢの画像が存在したと推定さ
れる位置に絞って、動きベクトル検出のための探索範囲
を設定することができる。したがって、動きベクトル検
出を正確かつ高速に実行することができる。

【００３３】図２は本実施形態に係る動きベクトル検出
のための探索範囲を示す概略図である。本実施形態で
は、探索範囲のサイズは２種類とする。図２はＭＰＥＧ
などの画像符号化規格における一般的なサイズ（水平方
向１６画素、垂直方向１６画素）の符号化対象ブロック
ＣＢに対する探索範囲の例を示しており、同図中、
（ａ）は大きい探索範囲Ｗの例としての水平方向４６画
素、垂直方向４６画素の探索範囲を、（ｂ）は小さい探
索範囲Ｓの例としての水平方向３０画素、垂直方向３０
画素の探索範囲を示している。

【００３４】小さい探索範囲Ｓの位置は、大きい探索範
囲Ｗを基準にした相対位置によって表す。ここでは、探
索範囲Ｗの探索起点である左上隅を始端とし、探索範囲
Ｓの探索起点である左上隅を終端とするベクトルをオフ
セット（Ｈｏｆｆ，Ｖｏｆｆ）とし、このオフセットの
成分であるオフセット値によって、探索範囲Ｓの位置を
表すものとする。このとき、例えば画像が静止画像であ
って、符号化対象ブロックＣＢの位置に探索範囲Ｓが設
定されたときは、図２（ｂ）に示すように、オフセット
値は、 Ｈｏｆｆ＝８ Ｖｏｆｆ＝８ になる。また、探索範囲の水平方向の画素幅を第１の探
索幅としての探索水平（Ｈ）画素幅とし、探索範囲の垂
直方向の画素幅を第２の探索幅としての探索垂直（Ｖ）
画素幅とする。

【００３５】図３は本実施形態に係る動きベクトル検出
装置の構成を示す図である。図３において、１０は探索
Ｈ画素幅、探索Ｖ画素幅およびオフセットを基にしてメ
モリアドレスＭＡを生成するアドレス生成手段としての
アドレス生成部、２０は原探索範囲の画像データを格納
する原探索範囲記憶手段としての探索範囲格納メモリ、
３０は符号化対象ブロックと探索範囲内の候補ブロック
との相関度を示す評価値を算出し、最大の相関度に対応
する動きベクトルおよびこの動きベクトルに対応する評
価値を出力する動きベクトル検出手段としての動きベク
トル検出部、４０は動きベクトル検出部３０が出力した
動きベクトルおよび評価値から探索Ｈ画素幅、探索Ｖ画
素幅およびオフセットを決定し、これらをアドレス生成
部１０に出力する制御手段としての制御部、５０は符号
化対象ブロックの画像データを格納する符号化対象ブロ
ック格納メモリである。ここでは、４６×４６画素の大
きい探索範囲Ｗを原探索範囲とする。

【００３６】図４は制御部４０の動作を示すフローチャ
ートである。制御部４０の動作を図４のフローチャート
および図１を参照して説明する。

【００３７】いま、対象フレームにおける符号化対象ブ
ロックＣＢに対し、動きベクトル検出のための探索範囲
を設定するものとする。制御部４０は、探索フレームの
範囲設定基準ブロックＡＢに対する動きベクトルＢＭＶ
およびそのときの相関度評価値ＢＡＥを基にして、探索
範囲を表す探索Ｈ画素幅、探索Ｖ画素幅およびオフセッ
トをアドレス生成部１０に供給する。

【００３８】まずステップＳ１において、範囲設定基準
ブロックＡＢの相関度評価値ＢＡＥとしきい値ＡＥ０と
を比較する。この比較の結果、評価値ＢＡＥがしきい値
ＡＥ０よりも大きいときは、動きベクトルＢＭＶに対応
する相関度が低いことから、探索フレームにおける所定
の領域内に符号化対象ブロックＣＢと類似した部分はな
いと判定して、探索範囲を絞らないで、原探索範囲すな
わち４６×４６画素の大きい探索範囲Ｗを動きベクトル
検出のための探索範囲として設定する（ステップＳ
２）。すなわち、この場合は、探索Ｈ画素幅および探索
Ｖ画素幅はともに「４６」とし、オフセットは（０，
０）とする。

【００３９】範囲設定基準ブロックＡＢの相関度評価値
ＢＡＥがしきい値ＡＥ０よりも大きくないときは、動き
ベクトルＢＭＶに対応する相関度が高いことから、探索
フレームにおける所定の領域内に符号化対象ブロックＣ
Ｂと類似した部分があると判定して、３０×３０画素の
小さい探索範囲Ｓを動きベクトル検出のための探索範囲
として設定する（ステップＳ３）。そして、ステップＳ
４において、範囲設定基準ブロックＡＢの動きベクトル
ＢＭＶの大きさ｜ＢＭＶ（ｘ，ｙ）｜としきい値ＭＶ０
とを比較する。

【００４０】この比較の結果、動きベクトルＢＭＶの大
きさがしきい値ＭＶ０よりも大きいときは、符号化対象
ブロックＣＢの動きは大きいと判定して、この動きベク
トルＢＭＶの成分を用いてオフセットを設定する（ステ
ップＳ５）。具体的には、オフセット（Ｈｏｆｆ，Ｖｏ
ｆｆ）の各成分の値を次のように設定する。

【００４１】 Ｈｏｆｆ＝ｘ＋８ Ｖｏｆｆ＝ｙ＋８ すなわち、この場合は、探索Ｈ画素幅および探索Ｖ画素
幅をともに「３０」とし、かつ、オフセットは（ｘ＋
８，ｙ＋８）とする。

【００４２】一方、動きベクトルＢＭＶの大きさがしき
い値ＭＶ０よりも大きくないときは、符号化対象ブロッ
クＣＢの動きは微小であり、静止画であると判断し、オ
フセットを（８，８）に設定する。すなわち、この場合
は、探索Ｈ画素幅および探索Ｖ画素幅をともに「３０」
とし、かつ、オフセットは（８，８）とする。

【００４３】アドレス生成部１０は、制御部４０から出
力された探索Ｈ画素幅および探索Ｖ画素幅並びにオフセ
ットに基づいて、メモリアドレスＭＡを生成する。動き
ベクトル検出部３０は、符号化対象ブロックＣＢに対
し、探索範囲格納メモリ２０から読み出された探索範囲
の画素データを用いて、動きベクトル検出を行う（ステ
ップＳ１０）。

【００４４】図５はアドレス生成部１０の構成を示すブ
ロック図である。図５に示すように、アドレス生成部１
０は、クロックを計数する第１のカウンタとしてのＨカ
ウンタ１１と、探索Ｈ画素幅とＨカウンタ１１の計数値
とを比較し、一致したとき、Ｈカウンタ１１の計数値を
リセットするとともに、カウントアップ信号ＣＵを出力
する比較器としてのＨ比較器１２と、カウントアップ信
号ＣＵを計数する第２のカウンタとしてのＶカウンタ１
３と、探索Ｖ画素幅とＶカウンタ１３の計数値とを比較
し、一致したとき、動きベクトル検出部３０の動作を終
了させる動作信号を生成するＶ比較器１４と、オフセッ
ト値とＨカウンタ１１およびＶカウンタ１３の計数値と
に基づいて、探索範囲格納メモリ２０のメモリアドレス
ＭＡを生成するメモリアドレス変換部１５とによって構
成されている。制御部４０から供給される開始信号によ
って、Ｈカウンタ１１およびＶカウンタ１３はリセット
され、アドレス生成部１０は動作を開始する。

【００４５】図５に示すアドレス生成部１０の動作につ
いて、図６〜図８を参照して説明する。

【００４６】図６は探索範囲格納メモリ２０に格納され
た原探索範囲と動きベクトル検出のための探索範囲との
関係を表す図である。ここでは、図６に示すように、探
索範囲格納メモリ２０は原探索範囲として水平１２画素
×垂直８画素の画素データを格納しており、動きベクト
ル検出のための探索範囲として、探索Ｈ画素幅が８、探
索Ｖ画素幅が６、オフセットが（２，１）の探索範囲が
設定されているものとする。

【００４７】図７は図６に示す２次元の画素データを探
索範囲格納メモリ２０の１次元のアドレス空間にマッピ
ングした結果を示す図である。アドレス生成部１０は、
動きベクトル検出のための探索範囲の画素データを探索
範囲格納メモリ２０から読み出すためのメモリアドレス
ＭＡを生成する。

【００４８】図８はアドレス生成部１０の動作を示すタ
イミングチャートである。図８に示すように、開始信号
が入力されると、Ｈカウンタ１１はクロックの計数を開
始する。Ｈカウンタ１１の計数値が探索Ｈ画素幅に相当
する値に達すると、Ｈ比較器１２はカウントアップ信号
ＣＵを出力し、これによりＨカウンタ１１の計数値はリ
セットされる。Ｖカウンタ１３はカウンタアップ信号Ｃ
Ｕを計数する。Ｖカウンタ１３の計数値が探索Ｖ画素幅
に相当する値に達すると、Ｖ比較器１４は動作信号を出
力する。

【００４９】メモリアドレス変換部１５は、オフセット
（Ｈｏｆｆ，Ｖｏｆｆ）が入力されると、探索範囲格納
メモリ２０に格納された原探索範囲の水平方向の画素幅
Ｈｍａｘおよび垂直方向の画素幅Ｖｍａｘから、動きベ
クトル検出のための探索範囲の起点となるアドレスＳＡ
０を求める。この起点アドレスＳＡ０は、次式によって
求められる。

【００５０】 ＳＡ０＝Ｈｍａｘ×Ｖｏｆｆ＋Ｈｏｆｆ 図６の例では、 ＳＡ０＝１２×１＋２＝１４ となる。

【００５１】そして、メモリアドレス変換部１５は、次
式に基づいてメモリアドレスＭＡを求める。

【００５２】 ＭＡ＝ＳＡ０＋Ｈｍａｘ×（Ｖカウンタ１３の計数値） ＋Ｈカウンタ１１の計数値 この結果、メモリアドレスＭＡは図８に示すように変化
する。例えば、図７に示すように、起点アドレスＳＡ０
から探索Ｈ画素幅分までは、起点アドレスＳＡ０にＨカ
ウンタ１１の計数値を加算することによって、メモリア
ドレスＭＡが得られる。次のクロック入力によって、Ｈ
カウンタ１１の計数値は０に、Ｖカウンタ１３の計数値
は１になる。このとき、メモリアドレスＭＡは、 ＭＡ＝１４＋１２×１＋０＝２６ となる。

【００５３】以上のように、本実施形態によると、パー
ン画像に対しても、精度よく、かつ効率的に動きベクト
ル検出を行うことができる。

【００５４】なお、本実施形態では、探索フレームにお
ける符号化対象ブロックと同一位置にあるブロックを範
囲設定基準ブロックとして用いたが、この代わりに、探
索フレームにおける符号化対象ブロックと同一位置の近
傍のブロックを範囲設定基準ブロックとして用いてもか
まわない。また、探索フレームよりもさらに前のフレー
ムにおける符号化対象ブロックと同一位置またはその近
傍にあるブロックを範囲設定基準ブロックとして用いて
もよい。

【００５５】また、本実施形態では、探索範囲のサイズ
は２種類としたが、これ以上の種類のサイズを設定して
もかまわない。また、範囲設定基準ブロックの動きベク
トル成分の大きさなどを評価指標として、探索Ｈ画素幅
や探索Ｖ画素幅を可変にすることも実施可能である。

【００５６】（第１の実施形態の変形例） 第１の実施形態において、サブサンプルを併せて適用す
ることも可能である。この場合、制御部４０は、探索Ｈ
画素幅、探索Ｖ画素幅およびオフセット値に加えて、探
索範囲の，第１のサブサンプル数としての水平方向のサ
ブサンプル数ＤＨおよび第２のサブサンプル数としての
垂直方向のサブサンプル数ＤＶを、アドレス生成部１０
に入力する。

【００５７】図９は本変形例に係る制御部４０の動作を
示すフローチャートである。図４と異なるのは、探索範
囲のサイズおよび位置の設定に加えて、サブサンプルの
有無を指定している点である。すなわち、大きい探索範
囲Ｗを設定するステップＳ２Ａ、および小さい探索範囲
Ｓを符号化対象ブロックＣＢの位置以外に設定するステ
ップＳ５Ａでは、サブサンプルありを指定する一方、小
さい探索範囲Ｓを符号化対象ブロックＣＢの位置に設定
するステップＳ６Ａでは、サブサンプルなしを指定す
る。

【００５８】図１０は本変形例に係る動きベクトル検出
のための探索範囲を示す概略図である。ここでは、水平
方向のサブサンプル数ＤＨおよび垂直方向のサブサンプ
ル数ＤＶはともに２とする。同図中、（ａ）はサブサン
プルありが指定された大きい探索範囲Ｗの例を、（ｂ）
はサブサンプルありが指定された小さい探索範囲Ｓの例
を、（ｃ）はサブサンプルなしが指定された小さい探索
範囲Ｓの例を示している。ステップＳ６Ａにおいて、小
さい探索範囲Ｓを符号化対象ブロックＣＢの位置に設定
するのは、符号化対象ブロックＣＢの動きが微小である
と判定したからである。この場合には、探索の精度を下
げることは好ましくないので、図１０（ｃ）に示すよう
に、サブサンプルなしを指定する。

【００５９】本変形例に係るアドレス生成部１０の動作
について、図１１〜図１３を参照して説明する。

【００６０】図１１は探索範囲格納メモリ２０に格納さ
れた原探索範囲と動きベクトル検出のための探索範囲と
の関係を表す図である。ここでは、図１１に示すよう
に、動きベクトル検出のための探索範囲として、探索Ｈ
画素幅が６、探索Ｖ画素幅が４、オフセットが（０，
０）、サブサンプルＤＨ，ＤＶがともに２の探索範囲が
設定されているものとする。

【００６１】図１２は図１１に示す２次元の画素データ
を探索範囲格納メモリ２０の１次元のアドレス空間にマ
ッピングした結果を示す図である。

【００６２】図１３はアドレス生成部１０の動作を示す
タイミングチャートである。本変形例では、メモリアド
レス変換部１５は、次式に基づいてメモリアドレスＭＡ
を求める。

【００６３】 ＭＡ＝ＳＡ０＋Ｈｍａｘ×（Ｖカウンタ１３の計数値）×ＤＶ ＋（Ｈカウンタ１１の計数値）×ＤＨ この結果、メモリアドレスＭＡは図１２に示すように変
化する。

【００６４】なお、サブサンプルＤＨ，ＤＶの設定によ
り、画像の回転や拡大／縮小に対応した動きベクトル検
出についても、本発明は容易に適用可能である。

【００６５】（第２の実施形態） 本発明の第２の実施形態は、探索フレームにおいて、符
号化対象ブロックと同一位置の近傍に，当該符号化対象
ブロックと同一サイズの複数のブロックを設けて、符号
化対象ブロックと、探索フレームに設定した複数のブロ
ックとに対し、所定の画素演算をそれぞれ行い、これら
の演算結果を基にして、動きベクトル検出のための探索
範囲のサイズおよび位置を設定するものである。ここで
は、所定の画素演算として、ブロック内の画素データの
累算演算を行うものとする。

【００６６】図１４は本実施形態に係る探索フレームに
おけるブロック設定の一例を示す図である。図１４で
は、単位領域としての１６×１６画素の符号化対象ブロ
ックＣＢに対して、探索フレームに比較領域としての１
６×１６画素の９個のブロックＳＢ０〜ＳＢ８を設定し
ている。

【００６７】本実施形態に係る動きベクトル検出装置
は、第１の実施形態と同様に、図３のように構成され
る。ただし、制御部４０は、動きベクトル検出部３０か
ら出力された動きベクトルおよび評価値は入力とせず、
この代わりに、各フレームの画像データを入力する。

【００６８】図１５は本実施形態に係る動きベクトル検
出装置における制御部４０の動作を示すフローチャート
である。まずステップＳ２１において、符号化対象ブロ
ックＣＢおよび探索フレームに設定された各ブロックＳ
Ｂ０〜ＳＢ８に対して、ブロック内の画素データの累算
演算を行う。ステップＳ２２において、符号化対象ブロ
ックの累算演算結果ＡＣ（ＣＢ）と、探索フレームの各
ブロックの累算演算結果ＡＣ（ＳＢｎ）（ｎ＝０〜８）
との差の絶対値の最小値ＳＡｍｉｎと、しきい値ＳＡ０
とを比較する。この比較の結果、最小値ＳＡｍｉｎがし
きい値ＳＡ０よりも大きいときは、探索フレームにおけ
る所定の領域内に符号化対象ブロックＣＢと類似した部
分はないと判定して、探索範囲を絞らないで、４６×４
６画素の大きい探索範囲Ｗを動きベクトル検出のための
探索範囲として設定する（ステップＳ２３）。すなわ
ち、この場合は、探索Ｈ画素幅および探索Ｖ画素幅はと
もに「４６」とし、オフセットは（０，０）とする。

【００６９】最小値ＳＡｍｉｎがしきい値ＳＡ０よりも
大きくないときは、探索フレームにおける所定の領域内
に符号化対象ブロックＣＢと類似した部分があると判定
して、３０×３０画素の小さい探索範囲Ｓを動きベクト
ル検出のための探索範囲として設定する（ステップＳ２
４）。そして、ステップＳ２５において、ブロックＳＢ
ｋの累算演算結果と、符号化対象ブロックＣＢの累算演
算結果との差の絶対値が最小になるとき、ブロックＳＢ
ｋの位置に探索範囲Ｓが設定されるように、オフセット
を設定する。

【００７０】例えば、符号化対象ブロックＣＢと同一位
置にブロックＳＢ０を設定し、その周囲にブロックＳＢ
１〜ＳＢ８を設定した場合には、ブロックＳＢ０の累算
演算結果と符号化対象ブロックＣＢの累算演算結果との
差の絶対値が最小になるときは、オフセットとして
（８，８）を設定する。また、ブロックＳＢ０の右下に
位置するブロックＳＢ８の累算演算結果と符号化対象ブ
ロックＣＢの累算演算結果との差の絶対値が最小になる
ときは、オフセットとして（１６，１６）を設定する。

【００７１】以上のように、本実施形態によると、前フ
レームにおいて検出した動きベクトルを用いないでオフ
セットを設定するため、動きベクトル検出を行う当初の
フレームからオフセットを設定できるので、第１の実施
形態よりもさらに効率的に動きベクトル検出を行うこと
ができる。

【００７２】なお、符号化対象ブロックの一部を単位領
域とし、この単位領域と同一サイズの複数の比較領域を
設定し、これらに対して所定の画素演算をそれぞれ行っ
てもかまわない。また、この単位領域に、符号化対象ブ
ロックの近傍の領域を含めてもかまわない。さらに、こ
の単位領域はいかなる形状であってもかまわない。

【００７３】なお、所定の画素演算として、累算演算の
他に、例えば、隣接画素の差分の累算演算、画素の分散
演算、画素の周波数分布演算などを用いてもよい。ま
た、演算結果に対して、領域の位置に応じた重み付けを
施してもかまわない。

【００７４】

【発明の効果】以上のように本発明によると、探索範囲
のサイズおよび位置が自在に設定できるので、効率的
に、かつ、精度よく、動きベクトル検出を実行すること
ができる。また、すでに検出された動きベクトルとこれ
に対応する相関度評価値とを基にして探索範囲の設定を
行うので、特に、画像が一定方向に動くパーン画像に対
して、適切な探索範囲の設定が可能になる。

【００７５】また、探索フレームにおいて、符号化対象
ブロックと類似した部分を含む領域を動きベクトル検出
のための探索範囲として設定するので、特に、画像が一
定方向に動くパーン画像に対して、適切な探索範囲の設
定が可能になる。

【００７６】さらに、対象フレームの前フレームにおけ
る当該符号化対象ブロックと同一位置またはその近傍に
ある範囲設定基準ブロックに対応する動きベクトルおよ
び相関度評価値によって、探索範囲のサイズおよび位置
を設定するので、適切な探索範囲の設定が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態を説明するための図で
あり、パーン画像を表す時間的に連続した３枚のフレー
ム画像を示す図である。

【図２】本発明の第１の実施形態に係る動きベクトル検
出における探索範囲を示す概略図であり、（ａ）は大き
い探索範囲の例、（ｂ）は小さい探索範囲の例を示す図
である。

【図３】本発明の実施形態に係る動きベクトル検出装置
の構成を示す図である。

【図４】第１の実施形態に係る制御部の動作を示すフロ
ーチャートである。

【図５】アドレス生成部の構成を示すブロック図であ
る。

【図６】探索範囲格納メモリに格納された最大探索範囲
と動きベクトル検出のための探索範囲との関係を表す図
である。

【図７】図６に示す２次元の画素データを探索範囲格納
メモリの１次元のアドレス空間にマッピングした結果を
示す図である。

【図８】第１の実施形態に係るアドレス生成部の動作を
示すタイミングチャートである。

【図９】第１の実施形態の変形例に係る制御部の動作を
示すフローチャートである。

【図１０】第１の実施形態の変形例に係る動きベクトル
検出における探索範囲を示す概略図である。

【図１１】探索範囲格納メモリに格納された原探索範囲
と動きベクトル検出のための探索範囲との関係を表す図
である。

【図１２】図１１に示す２次元の画素データを探索範囲
格納メモリの１次元のアドレス空間にマッピングした結
果を示す図である。

【図１３】第１の実施形態の変形例に係るアドレス生成
部の動作を示すタイミングチャートである。

【図１４】本発明の第２の実施形態に係る探索フレーム
における比較領域の設定の一例を示す図である。

【図１５】本発明の第２の実施形態に係る制御部の動作
を示すフローチャートである。

【図１６】ブロックマッチングを示す図である。

【符号の説明】

ＣＢ 符号化対象ブロック ＡＢ 範囲設定基準ブロック ＢＭＶ 範囲設定基準ブロックの動きベクトル ＢＡＥ 範囲設定基準ブロックの相関度評価値 Ｈｏｆｆ，Ｖｏｆｆ オフセット値 ＭＡ メモリアドレス ＣＵ カウントアップ信号 ＤＨ 水平方向のサブサンプル数（第１のサブサンプル
数） ＤＶ 垂直方向のサブサンプル数（第２のサブサンプル
数） ＳＢ０〜ＳＢ８ ブロック（比較領域） １０ アドレス生成部（アドレス生成手段） １１ Ｈカウンタ（第１のカウンタ） １２ Ｈ比較器（比較器） １３ Ｖカウンタ（第２のカウンタ） １５ メモリアドレス変換部 ２０ 探索範囲格納メモリ（原探索範囲記憶手段） ３０ 動きベクトル検出部（動きベクトル検出手段） ４０ 制御部（制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 敏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電 器産業株式会社内 (56)参考文献 特開 平７−143492（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−340538（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−237660（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 対象フレームの符号化対象ブロックと、
   探索フレームの探索範囲内の候補ブロックとの相関度を
   示す評価値を算出し、これらの相関度評価値を基にし
   て、前記符号化対象ブロックに対する動きベクトルを検
   出する動きベクトル検出手段と、 原探索範囲の画素データを記憶しており、与えられたメ
   モリアドレスに応じて画素データを読み出し、前記動き
   ベクトル検出手段に供給する原探索範囲記憶手段と、 探索範囲の，水平方向の画素幅である第１の探索幅およ
   び垂直方向の画素幅である第２の探索幅と、前記探索範
   囲の原探索範囲に対する相対位置を示すオフセット値と
   を生成する制御手段と、 前記制御手段によって生成された第１および第２の探索
   幅並びにオフセット値に基づいて、前記原探索範囲記憶
   手段に与えるメモリアドレスを生成するアドレス生成手
   段とを備え、 前記制御手段は、 前記探索フレームにおける所定の領域内に前記符号化対
   象ブロックと類似した部分があると判定したときは、こ
   の部分を含み、かつ、前記原探索範囲よりも小さい領域
   を前記探索範囲として定め、第１および第２の探索幅並
   びにオフセット値を生成するものである動きベクトル検
   出装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、 前記動きベクトル検出手段は、探索フレームにおいて 検出した動きベクトルと、この動
   きベクトルに対応する相関度評価値とを前記制御手段に
   供給するものであり、 前記制御手段は、 前記動きベクトル検出手段から供給された動きベクトル
   および相関度評価値に基づいて、第１および第２の探索
   幅並びにオフセット値の生成を行うものであることを特
   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、 前記制御手段は、 対象フレームの前フレームにおける当該符号化対象ブロ
   ックと同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基
   準ブロックとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する
   相関度評価値に基づいて、探索範囲のサイズを設定する
   ものであることを特徴とする動きベクトル検出装置。
4. 【請求項４】 請求項２記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、 前記制御手段は、 対象フレームの前フレームにおける当該符号化対象ブロ
   ックと同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基
   準ブロックとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する
   動きベクトルに基づいて、探索範囲の位置を設定するも
   のであることを特徴とする動きベクトル検出装置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、 前記制御手段は、 対象フレームの前フレームにおける当該符号化対象ブロ
   ックと同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基
   準ブロックとし、前記範囲設定基準ブロックに対応する
   相関度評価値が示す相関度が相対的に低いときは、原探
   索範囲を探索範囲として設定する一方、相対的に高いと
   きは、探索範囲のサイズを前記原探索範囲よりも小さく
   設定し、かつ、その探索範囲の位置を前記範囲設定基準
   ブロックに対応する動きベクトルを基にして設定するこ
   とを特徴とする動きベクトル検出装置。
6. 【請求項６】 オフセット値は、原探索範囲の探索起点
   を始端とし、探索範囲の探索起点を終端とするベクトル
   の成分であることを特徴とする請求項１記載の動きベク
   トル検出装置。
7. 【請求項７】 請求項１記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、 前記アドレス生成手段は、 クロックを計数する第１のカウンタと、 前記第１の探索幅と前記第１のカウンタの計数値とを比
   較し、一致したとき、前記第１のカウンタの計数値をリ
   セットするとともに、カウントアップ信号を出力する比
   較器と、 前記カウントアップ信号を計数する第２のカウンタと、 前記オフセット値と、前記第１および第２のカウンタの
   計数値とに基づいて、所定の計算式に従って、前記原探
   索範囲記憶手段に供給するメモリアドレスを生成するメ
   モリアドレス変換部とを備えていることを特徴とする動
   きベクトル検出装置。
8. 【請求項８】 請求項１記載の動きベクトル検出装置に
   おいて、 前記制御手段は、 第１および第２の探索幅並びにオフセット値に加えて、
   当該探索範囲の，水平方向のサブサンプル度合を表す第
   １のサブサンプル数および垂直方向のサブサンプル度合
   を表す第２のサブサンプル数を生成するものであり、 前記アドレス生成手段は、 前記原探索範囲記憶手段に与えるメモリアドレスの生成
   を、前記制御手段によって生成された第１および第２の
   探索幅、第１および第２のサブサンプル数並びにオフセ
   ット値に基づいて行うものであることを特徴とする動き
   ベクトル検出装置。
9. 【請求項９】 符号化対象ブロックに対し、動きベクト
   ルを検出する方法であって、 探索フレームにおける所定の領域内に、前記符号化対象
   ブロックと類似した部分があるか否かを判定する第１の
   ステップと、 前記第１のステップにおいて類似した部分があると判定
   したとき、探索フレームにおいて、この類似した部分を
   含み、かつ、前記所定の領域よりも小さい第１の領域
   を、動きベクトル検出のための探索範囲として設定する
   第２のステップと、 前記第１のステップにおいて類似した部分がないと判定
   したとき、前記第１の領域よりも大きな領域を、動きベ
   クトル検出のための探索範囲として設定する第３のステ
   ップとを備えており、 前記第１のステップは、 対象フレームの前フレームにおける当該符号化対象ブロ
   ックと同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基
   準ブロックとし、前記判定を、この範囲設定基準ブロッ
   クに対して検出した動きベクトルに対応する相関度評価
   値を基にして行うものであり、 前記第２のステップは、 探索範囲の位置を、前記範囲設定基準ブロックに対して
   検出した動きベクトルを基にして設定するものであるこ
   とを特徴とする動きベクトル検出方法。
10. 【請求項１０】 符号化対象ブロックに対し、動きベク
    トルを検出する方法であって、 探索フレームにおける所定の領域内に、前記符号化対象
    ブロックと類似した部分があるか否かを判定する第１の
    ステップと、 前記第１のステップにおいて類似した部分があると判定
    したとき、探索フレームにおいて、この類似した部分を
    含み、かつ、前記所定の領域よりも小さい第１の領域
    を、動きベクトル検出のための探索範囲として設定する
    第２のステップと、 前記第１のステップにおいて類似した部分がないと判定
    したとき、前記第１の領域よりも大きな領域を、動きベ
    クトル検出のための探索範囲として設定する第３のステ
    ップとを備えており、 前記第１のステップは、 符号化対象ブロックの一部を少なくとも含む単位領域
    と、探索フレームにおける当該符号化対象ブロックと同
    一位置の近傍に設けた，前記単位領域と同一サイズの複
    数の比較領域とに対し、所定の画素演算をそれぞれ行
    い、これらの演算結果を基にして前記判定を行うもので
    あり、 前記第２のステップは、 前記所定の画素演算の演算結果から、前記複数の比較領
    域のうち前記単位領域と最も類似するものを求め、この
    比較領域の位置を基にして、探索範囲の位置を設定する
    ものであることを特徴とする動きベクトル検出方法。
11. 【請求項１１】 動きベクトル検出のための探索範囲を
    設定するステップと、 符号化対象ブロックに対し、前記探索範囲内の候補ブロ
    ックとの相関度を基にして、動きベクトルを検出するス
    テップとを備え、 前記探索範囲設定ステップは、 対象フレームの前フレームにおける当該符号化対象ブロ
    ックと同一位置またはその近傍のブロックを範囲設定基
    準ブロックとし、探索範囲の位置を、この範囲設定基準
    ブロックに対して検出した動きベクトルを基にして設定
    するものであることを特徴とする動きベクトル検出方
    法。