JP4570532B2 - 動き検出装置、動き検出方法、集積回路およびプログラム - Google Patents

動き検出装置、動き検出方法、集積回路およびプログラム Download PDF

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Description

本発明は、参照ピクチャを用いて動き検出を行う動き検出装置に関するものである。
近年、音声、画像、その他の画素値を統合的に扱うマルチメディア時代を迎え、従来からの情報メディア、つまり新聞、雑誌、テレビ、ラジオ、電話等の情報を人に伝達する手段がマルチメディアの対象として取り上げられるようになってきた。一般に、マルチメディアとは、文字だけでなく、図形、音声、特に画像等を同時に関連づけて表すことをいうが、上記従来の情報メディアをマルチメディアの対象とするには、その情報をディジタル形式にして表すことが必須条件となる。
ところが、上記各情報メディアの持つ情報量をディジタル情報量として見積もってみると、文字の場合1文字当たりの情報量は1〜2バイトであるのに対し、音声の場合1秒当たり64Kbits(電話品質)、さらに動画については1秒当たり100Mbits(現行テレビ受信品質)以上の情報量が必要となり、上記情報メディアでその膨大な情報をディジタル形式でそのまま扱うことは現実的では無い。例えば、テレビ電話は、64Kbit/s〜1.5Mbit/sの伝送速度を持つサービス総合ディジタル網(ISDN : Integrated Services Digital Network)によってすでに実用化されているが、テレビ・カメラの映像をそのままISDNで送ることは不可能である。
そこで、必要となってくるのが情報の圧縮技術であり、例えば、テレビ電話の場合、ITU‐T(国際電気通信連合 電気通信標準化部門)で勧告されたH.261やH.263規格の動画圧縮技術が用いられている。また、MPEG‐1規格の情報圧縮技術によると、通常の音楽用CD(コンパクト・ディスク)に音声情報とともに画像情報を入れることも可能となる。
ここで、MPEG(Moving Picture Experts Group)とは、ISO/IEC(国際標準化機構 国際電気標準会議)で標準化された動画像信号圧縮の国際規格であり、MPEG‐1は、動画像信号を1.5Mbpsまで、つまりテレビ信号の情報を約100分の1にまで圧縮する規格である。また、MPEG‐1規格では対象とする品質を伝送速度が主として約1.5Mbpsで実現できる程度の中程度の品質としたことから、さらなる高画質化の要求をみたすべく規格化されたMPEG‐2では、動画像信号を2〜15MbpsでTV放送品質を実現する。さらに現状では、MPEG‐1、MPEG‐2と標準化を進めてきた作業グループ(ISO/IEC JTC1/SC29/WG11)によって、MPEG‐1、MPEG‐2を上回る圧縮率を達成し、更に物体単位で符号化・復号化・操作を可能とし、マルチメディア時代に必要な新しい機能を実現するMPEG‐4が規格化された。MPEG‐4では、当初、低ビットレートの符号化方法の標準化を目指して進められたが、現在はインタレース画像も含む高ビットレートも含む、より汎用的な符号化に拡張されている。
更に、2003年に、ISO/IECとITU‐Tが共同でより高圧縮率の画像符号化方式として、MPEG‐4AVCおよびH.264が標準化されている(例えば、非特許文献1参照)。H.264規格は、現在HD(High Definition)画像などに適したHigh Profile対応の改正規格案を策定中である。H.264規格のアプリケーションとしては、MPEG‐2やMPEG‐4と同様にディジタル放送、DVD(Digital Versatile Disk)プレーヤ/レコーダ、ハードディスクプレーヤ/レコーダ、カムコーダ、テレビ電話などに広がることが予想されている。
一般に動画像の符号化では、時間方向および空間方向の冗長性を削減することによって情報量の圧縮を行う。そこで時間的な冗長性の削減を目的とする画面間予測符号化では、前方または後方のピクチャを参照してブロック単位で動きの検出および予測画像の作成を行い、得られた予測画像と符号化対象ピクチャとの差分値に対して符号化を行う。ここで、ピクチャとは1枚の画面を表す用語であり、プログレッシブ画像ではフレームを意味し、インタレース画像ではフレームもしくはフィールドを意味する。ここで、インタレース画像とは、1つのフレームが時刻の異なる2つのフィールドから構成される画像である。インタレース画像の符号化や復号化処理においては、1つのフレームをフレームのまま処理したり、2つのフィールドとして処理したり、フレーム内のブロック毎にフレーム構造またはフィールド構造として処理したりすることができる。
参照画像を持たず画面内予測符号化を行うものをIピクチャと呼ぶ。また、1枚の参照画像のみを参照し画面間予測符号化を行うものをPピクチャと呼ぶ。また、同時に2枚の参照画像を参照して画面間予測符号化を行うことのできるものをBピクチャと呼ぶ。Bピクチャは表示時間が前方もしくは後方から任意の組み合わせとして2枚のピクチャを参照することが可能である。参照画像(参照ピクチャ)は符号化の基本単位であるマクロブロックごとに指定することができるが、符号化を行ったビットストリーム中に先に記述される方の参照ピクチャを第1参照ピクチャ、後に記述される方を第2参照ピクチャとして区別する。ただし、これらのピクチャを符号化する場合の条件として、参照するピクチャが既に符号化されている必要がある。
Pピクチャ又はBピクチャの符号化には、動き補償画面間予測符号化が用いられている。動き補償画面間予測符号化とは、画面間予測符号化に動き補償を適用した符号化方式である。動き補償とは、単純に参照フレームの画素値から予測するのではなく、ピクチャ内の各部の動き量(以下、これを動きベクトルと呼ぶ)を検出し、当該動き量を考慮した予測を行うことにより予測精度を向上すると共に、データ量を減らす方式である。例えば、符号化対象ピクチャの動きベクトルを検出し、その動きベクトルの分だけシフトした予測値と符号化対象ピクチャとの予測残差を符号化することによりデータ量を減している。この方式の場合には、復号化の際に動きベクトルの情報が必要になるため、動きベクトルも符号化されて記録又は伝送される。
動きベクトルはマクロブロック単位で検出されており、具体的には、符号化対象ピクチャ側のマクロブロック(基準ブロック)を固定しておき、参照ピクチャ側のマクロブロック(参照ブロック)を探索範囲内で移動させ、基準ブロックと最も似通った参照ブロックの位置を見つけることにより、動きベクトルが検出される。
図14は、従来の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。
この画像符号化装置800は、動き検出部801と、マルチフレームメモリ802と、減算器803と、減算器804と、動き補償部805と、符号化部806と、加算器807と、動きベクトルメモリ808と、動きベクトル予測部809とを備えている。
動き検出部801は、マルチフレームメモリ802から出力される動き検出参照画素MEpを画面信号Vinと比較し、動きベクトルMVと参照フレーム番号RNを出力する。
参照フレーム番号RNは、複数の参照画像の中から選択された、符号化対象画像に対して参照される参照画像を特定するための識別信号である。
動きベクトルMVは、動きベクトルメモリ808に一時的に記憶されたのち近傍動きベクトルPvMVとして出力される。この近傍動きベクトルPvMVは、動きベクトル予測部809にて予測動きベクトルPdMVを予測するために参照される。
減算器804は、動きベクトルMVから予測動きベクトルPdMVを減算し、その差を動きベクトル予測差分DMVとして出力する。
一方、マルチフレームメモリ802は、参照フレーム番号RNおよび動きベクトルMVで示される画素を動き補償参照画素MCp1として出力し、動き補償部805は小数画素精度の参照画素を生成して参照画面画素MCp2を出力する。減算器803は、画面信号Vinから参照画面画素MCp2を減算し、画面予測誤差DPを出力する。
符号化部806は、画面予測誤差DPと動きベクトル予測差分DMVと参照フレーム番号RNを可変長符号化し、符号化信号Strを出力する。なお、符号化時に、画面予測誤差DPの復号化結果である復号画面予測誤差RDPも同時に出力する。復号画面予測誤差RDPは画面予測誤差DPに符号化誤差が重畳されたものであり、画像復号化装置で符号化信号Strを復号化して得られる画面間予測誤差と一致する。
加算器807は、参照画面画素MCp2に復号画面予測誤差RDPを加算し、復号画面RPとしてマルチフレームメモリ802に記憶させる。但し、マルチフレームメモリ802の容量を有効に利用するため、マルチフレームメモリ802に記憶されている画面の領域は不要な場合は開放され、またマルチフレームメモリ802に記憶する必要が無い画面の復号画面RPはマルチフレームメモリ802に記憶されない。
図15は、従来の画像復号化装置を説明するためのブロック図である。なお、同図において、図14と同一の符号を付して示すものは、図14と同一のものを示し、その説明を省略する。
図15に示す従来の画像復号化装置900は、図14の従来の画像符号化装置800で符号化された符号化信号Strを復号化して復号画面信号Voutを出力するものであり、マルチフレームメモリ901と、動き補償部902と、加算器903と、加算器904と、動きベクトルメモリ905と、動きベクトル予測部906と、復号化部907とを有している。
復号化部907は、符号化信号Strを復号化し、復号画面予測誤差RDP、動きベクトル予測差分DMV、および参照フレーム番号RNを出力する。
加算器904は、動きベクトル予測部906から出力される予測動きベクトルPdMVと動きベクトル予測差分DMVを加算し、動きベクトルMVを復号する。
マルチフレームメモリ802は、参照フレーム番号RNおよび動きベクトルMVで示される画素を動き補償参照画素MCp1として出力し、動き補償部902は小数画素精度の参照画素を生成して参照画面画素MCp2を出力する。加算器903は、参照画面画素MCp2に復号画面予測誤差RDPを加算し、加算結果を復号画面RP(復号画面信号Vout)としてマルチフレームメモリ901に記憶させる。但し、マルチフレームメモリ901の容量を有効に利用するため、マルチフレームメモリ901に記憶されている画面の領域は不要な場合は開放され、またマルチフレームメモリ901に記憶する必要が無い画面の復号画面RPはマルチフレームメモリ901に記憶されない。以上のようにして、復号画面信号Vout、すなわち復号画面RPを符号化信号Strから正しく復号化することができる。
ところで、図14に示す従来の画像符号化装置800をLSI(Large Scale Integration)に実装するための構成が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。上記特許文献1において示されているように、画像符号化装置をLSIなどで実装する場合には、図14に示す従来の画像符号化装置800のマルチフレームメモリ802は、LSI外の外部フレームメモリと、動き検出部801でブロックマッチング探索時に直接アクセスされるLSI内部のローカルメモリに分割して実装される。
図16は、LSIを用いて構成される画像符号化装置を説明するための説明図である。なお、同図において、図14に示す従来の画像符号化装置800と同一の符号を付して示すものは、図14と同一のものを示し、その説明を省略する。
画像符号化装置800aは、LSI810と、外部マルチフレームメモリ820とから構成される。外部マルチフレームメモリ820はLSI810に接続されるメモリである。
LSI810は、画像符号化装置800のマルチフレームメモリ802以外の各構成要素を備え、マルチフレームメモリ802の代わりに参照用ローカルメモリ811を備えている。参照用ローカルメモリ811は、動き検出部801でブロックマッチング探索時に直接アクセスされるLSI810内部のローカルメモリである。なお、図16では、参照用ローカルメモリ811および動き検出部801以外のLSI810に含まれる各構成要素を省略している。
図16において動き検出部801が動き検出を行う場合、まず外部マルチフレームメモリ820から探索対象となる画像領域が外部接続バスBus1を介して参照用ローカルメモリ811に転送される。次に参照用ローカルメモリ811から内部バスBus2を介してデータが読み出され、動き検出部801によって動き検出が行われる。このような構成をとることによって、外部接続バスBus1の画素転送量やLSI810の内部メモリ容量を削減している。
図17は、上述の外部マルチフレームメモリ820および参照用ローカルメモリ811を有する画像符号化装置の構成を詳細に示す構成図である。
画像符号化装置800aは、画像符号化装置800のマルチフレームメモリ802の代わりに、外部マルチフレームメモリ820および参照用ローカルメモリ811を備えるとともに、これらを制御するための参照メモリ制御部812を備えている。
前述の図14の画像符号化装置800の動作と同様、加算器807からの加算結果である復号画面RPは、外部マルチフレームメモリ820に記憶される。次に、外部マルチフレームメモリ820は、動き補償予測等で用いる領域を参照用ローカルメモリ811に出力する。また、参照メモリ制御部812は、前述の外部マルチフレームメモリ820と参照用ローカルメモリ811間のデータ転送を制御する。
このような画像符号化装置800aにおいて、動き検出部801、参照用ローカルメモリ811、および参照メモリ制御部812から従来の動き検出装置850が構成される。
ここで、上記の画像符号化装置800aの応用例を説明する。
図18は、H.264レコーダを実現するAV処理装置のブロック図である。
AV処理装置700は、メモリ710と、ディジタル圧縮された音声及び画像を再生するDVDレコーダやハードディスクレコーダなどとして構成されるLSI720とを備えている。
メモリ710は、音声と画像を示すストリームデータStや、符号化データや復号化データなどのデータを格納するメモリであり、図17に示す外部マルチフレームメモリ820の領域を含むものである。
LSI720は、バスBと、画像符号化復号化部721と、音声符号化復号化部722と、画像処理部723と、画像入出力部724と、音声処理部725と、音声入出力部726と、ストリーム入出力部727と、メモリ入出力部728と、AV制御部729とを備えている。
バスBは、ストリームデータStや、音声・画像の復号データなどのデータを転送するために用いられる。ストリーム入出力部727は、前述のストリームデータStを入力し、バスBを介して出力する。画像符号化復号化部721は、バスBに接続されており、画像の符号化及び復号化を行う。音声符号化復号化部722は、バスBに接続されており、音声の符号化及び復号化を行う。メモリ入出力部728は、バスBに接続されており、メモリ710に対するデータ信号の入出力インターフェースを図る。
画像処理部723は、バスBに接続されており、画像信号に対してプレ処理及びポスト処理を行う。画像入出力部724は、画像処理部723で処理されたもしくは画像処理部723で処理されずに通過された画像信号を、外部に画像入出力信号VSとして出力したり、外部からの画像入出力信号VSを取り込んだりする。
音声処理部725は、バスBに接続されており、音声信号に対してプレ処理及びポスト処理を行う。音声入出力部726は、音声処理部725で処理されたもしくは音声処理部725で処理されずに通過された音声信号を、外部に音声入出力信号ASとして出力したり、外部からの音声入出力信号ASを取り込んだりする。AV制御部729は、LSI720の全体制御を行う。
ここで、このようなAV処理装置700の符号化動作を説明する。まず、画像入出力信号VSが画像入出力部724に入力され、音声入出力信号ASが音声入出力部726に入力される。
画像処理部723は、画像入出力部724に入力された画像入出力信号VSに対して、フィルタ処理や符号化のための特徴量抽出などを行い、処理された画像入出力信号VSを、メモリ入出力部728を介してメモリ710に原画像として格納する。次に、画像符号化復号化部721は、メモリ入出力部728を介して、メモリ710から原画像と参照画像を取得するとともに、メモリ710に対して、画像符号化復号化部721で符号化した画像ストリームデータ(符号化信号Str)と局所復元データを送信する。
ここで、画像符号化復号化部721は、図17に示す画像符号化装置800aの外部マルチフレームメモリ820を除く各構成要素と、図15に示す画像復号化装置900(マルチフレームメモリ901をローカルメモリに置き換えたもの)とを備えている。
一方、音声処理部725は、音声入出力部726に入力された音声入出力信号ASに対して、フィルタ処理や符号化のための特徴量抽出などを行い、処理された音声入出力信号ASを、メモリ入出力部728を介してメモリ710に原音声データとして格納する。次に、音声符号化復号化部722は、メモリ入出力部728を介して、メモリ710から原音声データを取り出して符号化し、音声ストリームデータとしてメモリ710に格納する。
最後に、画像ストリームデータ、音声ストリームデータ及びその他のストリーム情報は、一つのストリームデータStとして処理され、ストリーム入出力部727を介して出力される。そして、このようなストリームデータStは、光ディスクやハードディスクなどの蓄積メディアに書き込まれる。
特許第2963269号公報 ISO/IEC 14496-10, International Standard: "Information technology - Coding of audio-visual objects - Part 10 : Advanced video coding"(2004-10-01)
しかしながら、上記特許文献1の画像符号化装置に備えられた動き検出装置では、外部マルチフレームメモリ820の総データ転送レートのうち、動き検出のために使用されるデータ転送レートが大きな割合を占めることがあり、その結果、AV処理装置のシステム全体が破綻してしまう可能性があるという問題がある。
H.264規格では、画面間予測符号化を行う際には、多くのピクチャを参照しても良いことになっているため、高画質を求める場合にはフレーム構造のピクチャでは規格上最高16枚、フィールド構造のピクチャでは最高32枚ものピクチャを参照することが考えられる。従って、参照されるピクチャの枚数(参照枚数)が多い場合には、図16における外部接続バスBus1のデータ転送能力がボトルネックとなることが当然考えられる。
図19は、動き検出のために参照されるピクチャの枚数を説明するための説明図である。
MPEG−2やMPEG−4では図19(a)で示すように、例えばBピクチャB5に対して、PピクチャP3とPピクチャP6の2枚のピクチャしか参照されない。ところが、H.264では図19(b)に示すように、例えばBピクチャB5に対して、IピクチャI0とBピクチャB1とBピクチャB2とPピクチャP3とBピクチャB4とPピクチャP6の6枚のピクチャが参照されることがある。ここで、もともとピクチャの参照枚数をMPEG−2と同様の枚数に制限をかけた符号化を行うことも可能ではあるが、この場合には、外部マルチフレームメモリ820(メモリ710)のデータ転送能力に関わりなく画一的に画質が低下する。したがって、高画質を求める場合にはやはり参照枚数を増やす必要がある。
またさらに、メディア処理を行う場合には、外部マルチフレームメモリ820には画面間予測符号化処理で用いる参照ピクチャの転送以外の画像処理を始めとし、ストリームデータ処理、オーディオ処理、全体制御処理など多くのアクセス要求が存在するため、データ転送能力が不足し、システムが破綻してしまう可能性がある。
そこで本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであって、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことが可能な動き検出装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明に係る動き検出装置は、ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出する動き検出装置であって、画像データを記憶している外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記画像データのデータ転送量を制限する制限手段と、内部メモリと、前記制限手段により制限されたデータ転送量だけ、前記外部メモリに記憶されている画像データの少なくとも一部を前記内部メモリに転送する転送手段と、前記内部メモリに転送された画像データの少なくとも一部を参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出手段とを備え、前記外部メモリは、前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の複数の参照予定ピクチャを前記画像データとして記憶しており、前記制限手段は、前記外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記参照予定ピクチャの数を設定することにより、前記データ転送量を制限する。
また、上記目的を達成するために、本発明に係る動き検出装置は、ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出する動き検出装置であって、画像データを記憶している外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記画像データのデータ転送量を制限する制限手段と、内部メモリと、前記制限手段により制限されたデータ転送量だけ、前記外部メモリに記憶されている画像データの少なくとも一部を前記内部メモリに転送する転送手段と、前記内部メモリに転送された画像データの少なくとも一部を参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出手段とを備えることを特徴とする。例えば、前記外部メモリは、前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の複数の参照予定ピクチャを前記画像データとして記憶しており、前記制限手段は、前記参照予定ピクチャの数を少なくすることによって前記データ転送量を制限する。
具体的に、外部メモリのデータ転送能力が高いときには、画像データのデータ転送量が制限されないことにより、外部メモリにある複数の参照予定ピクチャの全てを参照ピクチャとして参照して符号化対象ピクチャの動き検出を行うことができ、その動き検出により符号化されたピクチャが復号化されたときには、そのピクチャの画質の低下を防ぐことができる。さらに、外部メモリのデータ転送能力が低いときには、画像データのデータ転送量が制限されて、外部メモリにある複数の参照予定ピクチャのうち例えば1枚の参照予定ピクチャしか参照ピクチャとして内部メモリに転送されないため、外部メモリを他の処理と共用するシステム全体の破綻を防ぐことができる。その結果、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができる。さらに、システム設計者は、外部メモリのアクセス状態をあまり意識することなくシステムを設計することができる。
また、前記制限手段は、前記符号化対象ピクチャと画像データとの間の参照関係を変更することによって前記データ転送量を制限することを特徴としてもよい。
例えば、フィールド構造では外部メモリの画像データを多くのデータ転送量で内部メモリに転送する必要があるが、フレーム構造ではそのデータ転送量は少ない。したがって、本発明のように、フィールド構造をフレーム構造に変更するように参照関係を変更することによっても、前記外部メモリから転送されるべき画像データのデータ転送量は制限され、その結果、上述と同様、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができる。
また、前記動き検出装置は、さらに、前記外部メモリの総データ転送レートのうち、動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する算出手段を備え、前記制限手段は、前記転送手段によって前記外部メモリから転送される画像データのデータ転送レートが前記算出手段により算出されたデータ転送レートに収まるように、前記データ転送量を制限することを特徴としてもよい。
これにより、転送手段によって転送される画像データのデータ転送レートが、動き検出に割当可能なデータ転送レートに収まるため、確実にシステムの破綻を防ぐことができる。
また、前記算出手段は、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートが変動する可能性が発生するタイミングを検出し、前記タイミングに、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出することを特徴としてもよい。
これにより、例えばイベント発生時やシーケンスの開始時などが、動き検出に割当可能なデータ転送レートが変動する可能性が発生するタイミングとして検出され、そのときにそのデータ転送レートの算出が行われるため、随時適切なデータ転送レートを算出して、画像データのデータ転送量を適切に制限することができる。即ち、データ転送量の過剰な制限を防ぐことができるとともに、システムの破綻を確実に防ぐことができる。
また、前記転送手段は、前記画像データに記憶されている画像データを、前記動き検出手段で参照される領域ごとに転送し、前記制限手段は、前記領域を狭くすることにより前記データ転送量を制限することを特徴としてもよい。
これにより、制限手段によってその各領域が狭くされるため、前記外部メモリから転送されるべき画像データのデータ転送量は制限され、その結果、上述と同様、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができる。
なお、本発明は、このような動き検出装置として実現することができるだけでなく、その動き検出装置を含む画像符号化装置や、それらの装置の動作方法、プログラム、そのプログラムを格納する記憶媒体、集積回路としても実現することができる。
本発明の動き検出装置は、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができるという作用効果を奏する。
以下、本発明の実施の形態における動き検出装置を備えた画像符号化装置について、図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明の実施の形態における動き検出装置を備えた画像符号化装置のブロック図である。
本実施の形態における画像符号化装置100は、動き検出部101、減算器103、減算器104、動き補償部105、符号化部106、加算器107、動きベクトルメモリ108、動きベクトル予測部109、参照用ローカルメモリ111、参照メモリ制御部112、外部マルチフレームメモリ120、能力判定部131、および参照ピクチャ設定部132を備えている。
また、本実施の形態における動き検出装置100Aは、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐ装置であって、動き検出部101、参照用ローカルメモリ111、参照メモリ制御部112、能力判定部131、および参照ピクチャ設定部132を備えている。
このような本実施の形態の動き検出装置100Aは、符号化対象ピクチャに対して規格などにより規定される参照ピクチャ(参照予定ピクチャ)の枚数を制限し、その制限された参照ピクチャを用いて符号化対象ピクチャの動き検出を行う。
動き検出部101は、参照用ローカルメモリ111から動き検出参照画素MEp(参照ピクチャまたはその一部の探索領域の画像データ)を取得し、その動き検出参照画素MEpと画面信号Vinとを比較することにより、動きベクトルMVを検出する。そして、動き検出部101は、その動きベクトルMVと、その動きベクトルMVに対応する参照ピクチャ(フレーム)を示す参照フレーム番号RNとを出力する。
即ち、動き検出部101は、画面信号Vinの示す符号化対象ピクチャのマクロブロックごとに、そのマクロブロックと近似する画像を有する領域を、参照用ローカルメモリ111に格納されている参照ピクチャ(または、その参照ピクチャの一部の探索領域)から探索して、つまり参照ピクチャを参照して、その領域を示す動きベクトルMVを検出する。ここで、動き検出部101は、符号化対象ピクチャに対して規格などにより規定される参照ピクチャ(参照予定ピクチャ)の全てを参照することなく、それらの参照ピクチャのうち参照ピクチャ設定部132によって設定された参照ピクチャのみを参照して動きベクトルMVを検出する。
動き検出部101によって検出された動きベクトルMVは動きベクトルメモリ108に一時的に記憶される。動きベクトル予測部109は、動きベクトルメモリ108に記憶されている動きベクトルMVを近傍動きベクトルPvMVとして取得し、その近傍動きベクトルPvMVを用いて予測動きベクトルPdMVを予測して出力する。
減算器104は、動きベクトルMVから予測動きベクトルPdMVを減算し、その差を動きベクトル予測差分DMVとして出力する。
参照用ローカルメモリ111は、外部マルチフレームメモリ120から参照ピクチャRfPを取得して、その参照ピクチャRfPにおいて参照フレーム番号RNおよび動きベクトルMVで示される領域の画像データを動き補償参照画素MCp1として動き補償部105に出力する。ここで、参照用ローカルメモリ111は、外部マルチフレームメモリ120から参照ピクチャRfP全体を一度に取得せずに、符号化対象マクロブロックの符号化処理ごとに、その符号化対象マクロブロックに対応する参照ピクチャRfPの探索領域を取得する。以下、参照ピクチャRfPとは、参照ピクチャ全体またはその一部の探索領域の画像データを示す。
動き補償部105は、参照用ローカルメモリ111から取得した動き補償参照画素MCp1から小数画素精度の参照画素を生成し、その結果得られる参照画面画素MCp2を出力する。
減算器103は、画面信号Vinから参照画面画素MCp2を減算し、画面予測誤差DPを出力する。
符号化部106は、画面予測誤差DPと動きベクトル予測差分DMVと参照フレーム番号RNとを可変長符号化し、符号化信号Strを出力する。また、符号化部106は、画面予測誤差DPの符号化の際に、その符号化された画面予測誤差DPの復号化も行っており、その復号結果である復号画面予測誤差RDPも出力する。
加算器107は、参照画面画素MCp2に復号画面予測誤差RDPを加算して、加算結果である復号画面RPを外部マルチフレームメモリ120に出力する。
外部マルチフレームメモリ120は、加算器107からの復号画面RPをピクチャ(参照ピクチャ)として格納する。ただし、外部マルチフレームメモリ120の容量を有効に利用するため、外部マルチフレームメモリ120に記憶されている画像領域は不要な場合は開放され、また外部マルチフレームメモリ120に記憶させる必要が無い、つまり参照される予定のない復号画面RPは外部マルチフレームメモリ120に記憶されない。
能力判定部131は、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力(総データ転送レート)を判定するとともに、そのデータ転送能力のうち、動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出して、その算出したデータ転送レートを参照ピクチャ設定部132に通知する。
参照ピクチャ設定部132は、符号化対象ピクチャに対して規格などにより規定される参照ピクチャ(参照予定ピクチャ)のうち、動き検出などの符号化処理を行うために実際に参照される参照ピクチャを、能力判定部131から通知されたデータ転送レートに応じたデータ転送量に基づいて選択する。例えば、参照ピクチャ設定部132は、実際に参照される複数の参照ピクチャを、リスト形式の参照リストとして設定する。そして、参照ピクチャ設定部132は、その設定された参照リストを参照メモリ制御部112および動き検出部101に通知する。
参照メモリ制御部112は、参照ピクチャ設定部132によって設定された参照ピクチャが、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送されるように、外部マルチフレームメモリ120および参照用ローカルメモリ111を制御する。
即ち、本実施の形態における参照ピクチャ設定部132は、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送される参照ピクチャのデータ転送レートが、能力判定部131から通知されたデータ転送レート以下となるように、上記規格などにより規定される参照ピクチャの数を少なくすることで、その参照ピクチャのデータ転送量を制限している。
図2は、本実施の形態の画像符号化装置100を有するAV処理装置の構成を示す構成図である。
AV処理装置200は、外部マルチフレームメモリ120とLSI220とを備えている。
LSI220は、バスB、画像符号化復号化部221、音声符号化復号化部722、画像処理部723、画像入出力部724、音声処理部725、音声入出力部726、ストリーム入出力部727、メモリ入出力部222、およびAV制御部729を備えている。
即ち、本実施の形態におけるAV処理装置200のLSI220は、従来例に示すAV処理装置700のメモリ入出力部728と画像符号化復号化部721の代わりに、メモリ入出力部222と画像符号化復号化部221を備えている。
画像符号化復号化部221は、上述の画像符号化装置100の外部マルチフレームメモリ120以外の各構成要素と、その画像符号化装置100によって符号化された符号化信号Strを復号化する画像復号化装置とを備えている。
メモリ入出力部222は、バスBに接続されており、外部マルチフレームメモリ120に対するデータの入出力インターフェースを図るとともに、画像符号化復号化部221に対して情報信号AIを出力する。情報信号AIは、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力を判定するための動作周波数、メモリバス幅、およびメモリ動作プロトコルなどを示す情報や、音声符号化復号化部722やAV制御部729などの各構成要素による外部マルチフレームメモリ120へのアクセス状態などを示す。
図3は、本実施の形態における動き検出装置100Aの全体的な動作を示すフローチャートである。
まず、動き検出装置100Aの能力判定部131は、データ転送能力(総データ転送レート)を判定するタイミングであるかどうかを判別する(ステップS100)。例えば、能力判定部131は、動き検出部101に入力される画面信号Vinのシーケンスや、ピクチャ、マクロブロックの符号化開始時期、もしくはイベントの発生時期が、データ転送能力を判定するタイミングであると判別する。イベントの発生とは、例えば特殊再生の開始終了などを意味する。
ここで、能力判定のタイミングであると判別すると(ステップS100のYes)、能力判定部131は、無動作時(アクセスされていないとき)の外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力を判定して(ステップS102)、動き検出処理(符号化処理)に割り当てることが可能なデータ転送レートを算出する(ステップS104)。
ステップS104によってデータ転送レートが算出されると、参照ピクチャ設定部132は、そのデータ転送レートに応じたデータ転送量からマージンなどを考慮に入れて、符号化対象ピクチャの動き検出処理に実際に参照される参照ピクチャを所定の設定形式で設定する(S106)。ステップS106によって参照ピクチャが設定されると、参照メモリ制御部112は、その設定された参照ピクチャRfPを外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送させるとともに、動き検出部101は、参照用ローカルメモリ111に転送された参照ピクチャRfPを用いて動き検出を行う(ステップS108)。これにより動き検出部101は、動きベクトルMVと参照フレーム番号RNを決定する。
そして、動き検出装置100Aは、動き検出部101に対する画面信号Vinの入力に応じて動き検出処理を終了すべきか否かを判別し(ステップS110)、終了すべきと判別したときには(ステップS110のYes)、全ての動き検出の処理を終了し、終了すべきでないと判別したときには(ステップS110のNo)、ステップS100からの処理を繰り返し実行する。
なお、動き検出装置100Aは、ステップS100でデータ転送能力を判定するタイミングでないと判別すると(ステップS100のNo)、予め規格などにより規定された参照ピクチャに基づいて、ステップS108からの処理を実行する。
このように本実施の形態における動き検出装置100Aは、AV処理装置200の起動中、常時、情報信号AIに基づいてデータ転送能力を判定するタイミングであるか否かを判別して、動的に参照ピクチャの枚数を制限する。即ち、この動き検出装置100Aは、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートが変動する可能性が発生したときに、そのデータ転送レートの算出を行う。
図4は、図3のステップS102におけるメモリ転送能力の判定処理を詳細に示すフローチャートである。
まず、能力判定部131は、メモリ入出力部222から送信される情報信号AIに基づいて、外部マルチフレームメモリ120の動作周波数を特定する(ステップS200)。なお、動き検出装置100Aが持つ基準クロックを用いたタイミング計測による値を用いて、外部マルチフレームメモリ120の動作周波数を特定しても良いし、内部のPLLの動作を変化させて外部マルチフレームメモリ120の動作周波数と一致するポイントを求めることによりその動作周波数を特定しても良い。また、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的に動作周波数を指定しても良い。
次に、能力判定部131は、上述と同様に、情報信号AIに基づいて、外部マルチフレームメモリ120とメモリ入出力部222(参照用ローカルメモリ111)とを接続するメモリバスのビット幅を特定する(ステップS202)。なお、ダミーアクセスにより書込みと読出し動作を行った結果でどのビットが有効であるかを調査することによりビット幅を特定しても良い。また、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的にビット幅を指定しても良い。
さらに、能力判定部131は、上述と同様に、情報信号AIに基づいて、外部マルチフレームメモリ120に対するメモリアクセスのプロトコルを特定する(ステップS204)なお、上述と同様に、ダミーアクセスを行うことによりプロトコルを特定しても良いし、外部マルチフレームメモリ120が持つメーカコードの読み取りからプロトコルを特定しても良い。また、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的にプロトコルを指定しても良い。
そして、能力判定部131は、ステップS200〜S204での特定結果から、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力、つまり総データ転送レートを判定する(ステップS206)。
なお、ステップS200〜S204の処理順序はどのような順序であってもよい。また、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的にデータ転送能力を指定しても良い。
図5は、図3のステップS104におけるデータ転送レートの算出処理を詳細に示すフローチャートである。
まず、能力判定部131は、メモリ入出力部222から送信される情報信号AIに基づいて、動き検出処理以外に同時実行される処理を特定する(ステップS300)。なお、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的に同時実行処理を指定しても良い。
次に、能力判定部131は、同時実行処理に割り当てられるデータ転送レートを決定する(ステップS302)。例えば、能力判定部131は、各処理に対して固有のデータ転送レートを記憶しておき、ステップS300で特定された同時実行処理に対応するデータ転送レートを、その記憶しているデータ転送レートの中から決定する。なお、能力判定部131は、ステップS300で特定された同時実行処理に実際に使用されているデータ転送レートを検出しても良い。
さらに、能力判定部131は、図3に示すステップS102で判定されたデータ転送能力(総データ転送レート)から、ステップS302で決定された同時実行処理に割り当てられるデータ転送レートを減算する(ステップS304)。
そして、能力判定部131は、ステップS304で求められた差を、動き検出処理の同時実行数で除算する(ステップS306)。例えば、2つの画面信号Vinに対して動き検出処理(符号化処理)が同時に行われているときには、能力判定部131は、ステップS304で求められた差を2で除算する。
これにより、1つの動き検出処理に割当可能なデータ転送レートが算出される。
なお、AV処理装置200を設計する設計者やユーザが明示的に同時実行処理を指定する場合は、AV制御部729やその他のシステム制御を行うコントローラなどからレジスタ設定を行うことなどによって実現される。
また、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートの算出に関しては、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送状態に基づいて算出するのではなく、例えばMPEG−2からH.264の符号化規格へのストリーム変換などに基づいて算出してもよい。つまり、低電力もしくは高速で行いたい時には割当可能なデータ転送レートが少なくなるように算出し、最大限圧縮率を上げたいときには割当可能なデータ転送レートが多くなるように算出する。
ここで、図3のステップS108における転送処理および動き検出処理について詳細に説明する。
図6は、転送処理および動き検出処理の概要を説明するための説明図である。なお、図6中、縦軸は処理時刻を示し、横軸はパイプラインステージを示す。
参照ピクチャ設定部132によって参照ピクチャRfP1〜RfPNが設定されると、参照メモリ制御部112は、まず、参照ピクチャRfP1を外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送する。
動き検出部101は、その参照用ローカルメモリ111に転送された参照ピクチャRfP1を参照して動き検出処理を行う。また、このとき、参照メモリ制御部112は、次の参照ピクチャRfP2を外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送しておく。
動き検出部101は、その参照用ローカルメモリ111に転送された参照ピクチャRfP2を参照して動き検出処理を行い、参照メモリ制御部112は、さらに次の参照ピクチャRfP3を外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送しておく。
このように、参照メモリ制御部112および動き検出部101は、それぞれ転送処理と動き検出処理をパイプライン処理により実行する。
図7は、参照メモリ制御部112によって行われる転送処理を示すフローチャートである。
まず、参照メモリ制御部112は、参照ピクチャRfPに関する処理ループの値nを0に初期化する(ステップS400)。次に、参照メモリ制御部112は、n枚目の参照ピクチャRfPが参照ピクチャ設定部132で設定された参照リストに含まれているかどうかを判別する(ステップS402)。参照リストに含まれていると判別したときには(ステップS402のYes)、参照メモリ制御部112は、n枚目の参照ピクチャRfPを外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送する(ステップS404)。そして、参照メモリ制御部112は、符号化対象ピクチャに対して規格やアルゴリズムなどにより規定された全ての参照ピクチャについてステップS402の処理が行われたか否か、即ち転送処理を継続すべきか否かを判別する(ステップS406)。
一方、ステップS402で参照リストに含まれていなと判別したときには(ステップS402のNo)、参照メモリ制御部112は、n枚目の参照ピクチャRfPを転送することなくステップS406の処理を実行する。
参照メモリ制御部112は、ステップS406で継続すべきと判別したときには(ステップS406のYes)、nに対してインクリメントを行い(ステップS408)、ステップS402からの処理を繰り返し実行する。また、継続すべきでないと判別したときには(ステップS406のNo)、参照メモリ制御部112は全ての転送処理を終了する。
図8は、動き検出部101によって行われる動き検出処理を示すフローチャートである。
まず、動き検出部101は、参照ピクチャRfPに関する処理ループの値nを0に初期化する(ステップS450)。次に、動き検出部101は、n枚目の参照ピクチャRfPが参照ピクチャ設定部132で設定された参照リストに含まれているかどうかを判別する(ステップS452)。参照リストに含まれていると判別したときには(ステップS452のYes)、動き検出部101は、n枚目の参照ピクチャRfPに対して動き検出を行う(ステップS454)。そして、動き検出部101は、符号化対象ピクチャに対して規格やアルゴリズムなどにより規定された全ての参照ピクチャについてステップS452の処理が行われたか否か、即ち動き検出処理を継続すべきか否かを判別する(ステップS456)。
一方、ステップS452で参照リストに含まれていないと判別したときには(ステップS452のNo)、動き検出部101は、n枚目の参照ピクチャRfPに対して動き検出を行うことなくステップS456の処理を実行する。
動き検出部101は、ステップS456で継続すべきと判別したときには(ステップS456のYes)、nに対してインクリメントを行い(ステップS458)、ステップS452からの処理を繰り返し実行する。また、継続すべきでないと判別したときには(ステップS456のNo)、動き検出部101は全ての動き検出処理を終了する。
このような本実施の形態における動き検出処理を従来の動き検出処理と比較して説明する。
図9は、従来の動き検出処理を示すフローチャートである。
従来の動き検出部は、nを初期化して(ステップS950)、n枚目の参照ピクチャRfPに対して動き検出を行う(ステップS952)。そして、動き検出部は、規格やアルゴリズムなどにより規定された全ての参照ピクチャRfPに対してステップS952の処理を実行したか否か、即ち動き検出処理を継続すべきか否かを判別し(ステップS954)、継続すべきと判別したときには(ステップS954のYes)、nに対してインクリメントを行って(ステップS956)、ステップS952からの処理を繰り返し実行する。
このような従来の動き検出処理と比較して、本実施の形態の動き検出処理では、処理内容に大きな違いがなく、図8に示すステップS452の処理が含まれていることだけが異なる。したがって、本実施の形態の動き検出処理を、従来の基本的な動き検出処理から簡単に実現することができる。
このように本実施の形態では、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力が高いときには、即ち、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートが十分あるときには、参照ピクチャの枚数が制限されないことにより、外部マルチフレームメモリ120にある複数の参照予定ピクチャの全てを参照ピクチャとして参照して符号化対象ピクチャの動き検出を行うことができ、その動き検出により符号化されたピクチャが復号化されたときには、そのピクチャの画質の低下を防ぐことができる。さらに、外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力が低いときには、即ち、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートが少ないときには、参照ピクチャの枚数が制限されて、外部メモリにある複数の参照予定ピクチャのうち例えば1枚の参照予定ピクチャしか参照ピクチャとして内部メモリに転送されないため、外部マルチフレームメモリ120を他の処理と共用するシステム全体の破綻を防ぐことができる。その結果、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができる。さらに、システム設計者は、外部メモリのアクセス状態をあまり意識することなくシステムを設計することができる。
つまり、本実施の形態では、外部マルチフレームメモリ120へアクセス可能なデータ転送能力を最大限利用することが出来るようになり、データ転送レートに余裕がある時には動き検出で参照されるピクチャ枚数を増やすことが出来るようになるので、動き検出装置100Aを用いたAVレコーダなどにおいてシステム動作を破綻させることが無い範囲で符号化画質を最大限に高めることが可能となる。さらに、本実施の形態に示した方法では、GOP(Group Of Picture)構造を変更することなくピクチャ枚数を最適なものにすることが可能となる。
以上に説明したように、動き検出装置100Aと外部マルチフレームメモリ120とが接続された状態において、データ転送能力を最大限利用したシステムを構成することができるようになり、動き検出装置100Aを用いたAVレコーダなどのシステム設計者が接続する外部マルチフレームメモリ120の転送能力をあまり意識することなく最良の符号化画質を得ることが可能となる。
(変形例1)
ここで、上記実施の形態における第1の変形例を説明する。
上記実施の形態の参照ピクチャ設定部132は、符号化対象ピクチャに対して参照される複数の参照ピクチャを参照リストとして設定した。本変形例に係る参照ピクチャ設定部は、実際に参照される参照ピクチャの最大数(設定枚数)を設定する。そして、参照ピクチャ設定部は、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送された参照ピクチャの枚数がその設定枚数に達したときに、参照メモリ制御部112に参照ピクチャの転送を停止させる。
この場合、本変形例に係る動き検出部は、参照ピクチャ設定部によって設定された設定枚数の参照ピクチャに基づいて動き検出処理を行う。
図10は、本変形例に係る動き検出部によって行われる動き検出処理を示すフローチャートである。
まず、動き検出部は、参照ピクチャ設定部によって設定された設定枚数Nが0でないか否かを判別する(ステップS500)。設定枚数Nが0でないと判別したときには(ステップS500のYes)、動き検出部は、参照ピクチャRfPに関する処理ループの値nを0に初期化する(ステップS502)。一方、設定枚数Nが0であると判別したときには(ステップS500のNo)、動き検出部は、符号化対象ピクチャを画面内予測するための処理を実行する(ステップS504)。
ステップS502でnが初期化されると、動き検出部は、nがNよりも小さいか否かを判別する(ステップS506)。動き検出部は、Nよりも小さいと判別したときには(ステップS506のYes)、n枚目の参照ピクチャRfPに対して動き検出を行って(ステップS508)、nに対してインクリメントを行い(ステップS510)、ステップS506からの処理を繰り返し実行する。一方、N以上であると判別したときには(ステップS506のNo)、n枚目の参照ピクチャRfPに対して動き検出を行うことなく動き検出処理を終了する。
このように本変形例においても、参照ピクチャの最大数を設定することにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(変形例2)
ここで、上記実施の形態における第2の変形例を説明する。
上記実施の形態では、動き検出装置100Aは、AV処理装置200が起動中、データ転送能力を判定するタイミングであるか否かを随時判別し、そのタイミングであるときにデータ転送能力の判定、および動き検出処理に割当可能なデータ転送レートの算出を行った。即ち、上記実施の形態の動き検出装置100Aは、AV処理装置200の起動中、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートを動的に変更させていた。
本変形例に係る動き検出装置は、AV処理装置の起動時、つまり動き検出装置の初期化時にのみデータ転送能力の判定等を行う。即ち、本変形例に係る動き検出装置は、AV処理装置の起動中には、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートを変更させずに固定させる。
図11は、本変形例に係る動き検出装置の全体的な動作を示すフローチャートである。
本変形例に係る動き検出装置の能力判定部は、AV処理装置の起動時に、情報信号AIに基づいて、無動作時(アクセスされていないとき)の外部マルチフレームメモリ120のデータ転送能力を判定して(ステップS600)、動き検出処理(符号化処理)に割当可能なデータ転送レートを算出する(ステップS602)。
ステップS602によってデータ転送レートが算出されると、動き検出装置の参照ピクチャ設定部は、そのデータ転送レートに応じたデータ転送量からマージンなどを考慮に入れて、符号化対象ピクチャの動き検出処理に実際に参照される参照ピクチャを設定する(ステップS604)。ステップS604で参照ピクチャが設定されると、動き検出装置は、その設定された参照ピクチャRfPを外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送させるとともに、参照用ローカルメモリ111に転送された参照ピクチャRfPを用いて動き検出を行う(ステップS606)。
そして、動き検出装置は、画面信号Vinの入力に応じて動き検出処理を終了すべきか否かを判別し(ステップS608)、終了すべきと判別したときには(ステップS608のYes)、全ての動き検出処理を終了し、終了すべきでないと判別したときには(ステップS608のNo)、ステップS604からの処理を繰り返し実行する。
このように本変形例に係る動き検出装置は、AV処理装置の起動時に、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートを算出し、AV処理装置の起動中は、その起動時に算出されたデータ転送レートに応じた参照ピクチャを設定する。つまり、動き検出装置は、AV処理装置が起動中であるときは、AV処理装置にイベントが発生しても、データ転送レートを改めて算出することなく、起動時に算出されたデータ転送レートに応じた参照ピクチャを設定する。また、本変形例におけるステップS604〜S608の処理は、上記実施の形態の図3に示すステップS106〜S110の処理と同様である。
なお、本変形例では、AV処理装置の起動時にデータ転送レートを算出したが、AV処理装置をシステム設計者が設計する時点で、外部マルチフレームメモリ120に応じて動き検出処理に割当可能なデータ転送レートを固定的に定めても良い。
(変形例3)
ここで、本実施の形態における第3の変形例を説明する。
上記実施の形態では、参照ピクチャ設定部は、規格などにより規定された参照ピクチャのうち、実際に参照される参照ピクチャを選択して設定し、上記変形例1では、参照ピクチャ設定部は、実際に参照される参照ピクチャの最大数を設定した。
本変形例の参照ピクチャ設定部は、動き検出処理に割当可能なデータ転送レートに応じて符号化信号StrのGOP(Group Of Picture)構造を変更する。例えば、参照ピクチャ設定部はGOP構造をフィールド構造からフレーム構造に変更する。
図12は、GOP構造が変更されることを説明するための模式図である。
例えば、規格などに従って生成されるべき符号化信号Strは、図12(a)に示すようにフィールド構造となる。このような符号化信号Strでは、フィールドIt1,Pb1がIピクチャを構成し、フィールドBt2,Bb2と、フィールドBt3,Bb3と、フィールドBt5,Bb5と、フィールドBt6,Bb6とがそれぞれBピクチャを構成し、フィールドPt4,Pb4とフィールドPt7,Pb7とがそれぞれPピクチャを構成する。また、各フィールドは、フィールドIt1,Pb1,Pt4,Pb4,Bt2,Bb2,Bt3,Bb3,Pt7,Pb7,Bt5,Bb5,Bt6,Bb6の順で符号化され、図12(a)に示す順序で表示される。また、フィールドIt1,Pb1,Bt2,Bb2,Bt3,Bb3は符号化済みではあるが参照には用いられなくなったフィールドであり、フィールドPt4,Pb4,Bt5,Bb5,Pt7,Pb7は符号化における参照のために用いられるフィールドであり、フィールドBt6は現在の符号化対象のフィールドである。さらに、フィールドBb6は符号化されていないフィールドである。
即ち、BピクチャのフィールドBt6を符号化する場合、PピクチャのフィールドPt4,Pb4、PピクチャのフィールドPt7,Pb7、およびBピクチャのフィールドBt5,Bb5の6枚のフィールドが参照ピクチャとして参照される。さらに、BピクチャのフィールドBb6を符号化する場合にも、上述と同様、PピクチャのフィールドPt4,Pb4、PピクチャのフィールドPt7,Pb7、およびBピクチャのフィールドBt5,Bb5の6枚のフィールドが参照ピクチャとして参照される。したがって、フィールド構造では、Bピクチャの符号化(動き検出)を行うにあたり、6ピクチャ分の画像データを転送する必要がある。
参照ピクチャ設定部は、このようなフィールド構造の符号化信号Strを、図12(b)に示すように、フレーム構造に変更する。このような符号化信号Strでは、各ピクチャは、IピクチャI1、PピクチャP4、BピクチャB2、BピクチャB3、PピクチャP7、BピクチャB5、BピクチャB6の順で符号化され、図12(b)に示す順序で表示される。また、ピクチャI1,B2,B3は符号化済みではあるが参照には用いられなくなったピクチャであり、ピクチャP4,B5,P7は符号化における参照のために用いられるピクチャであり、ピクチャB6は現在の符号化対象のピクチャである。
即ち、BピクチャB6を符号化する場合、PピクチャP4、PピクチャP7及びBピクチャB5の3枚のピクチャが参照ピクチャとして参照される。したがって、フレーム構造では、Bピクチャの符号化(動き検出)を行うにあたり、3ピクチャ分の画像データを転送する必要がある。
このように本変形例では、AV処理装置において参照ピクチャのデータ転送レートが十分に確保できない場合には、図12(b)に示すようなGOP構造とすることによって、即ち参照関係を変更することによって、システムの破綻を防ぐことができる。なお、本例では、IピクチャやPピクチャを超えた参照も認めないGOP構造を仮定している。
(変形例4)
ここで、上記実施の形態における第4の変形例を説明する。
上記実施の形態の参照ピクチャ設定部132は、符号化対象ピクチャに対して実際に参照される参照ピクチャを参照リストとして設定し、変形例1の参照ピクチャ設定部は、実際に参照される参照ピクチャの最大数を設定した。即ち、上記実施の形態および変形例1では、参照ピクチャの枚数を制限することにより、その参照ピクチャのデータ転送レートを、外部マルチフレームメモリ120の動き検出処理に割当可能なデータ転送レートに抑えた。
本変形例の参照ピクチャ設定部は、参照ピクチャの枚数を制限せずに、参照ピクチャの動き検出の対象となる範囲(探索範囲)を狭くする。このように探索範囲を狭くすることによって、参照ピクチャのデータ転送量は少なくなる。その結果、その参照ピクチャのデータ転送レートを、外部マルチフレームメモリ120の動き検出処理に割当可能なデータ転送レートに収めることができる。
図13は、探索範囲を狭くすることを説明するための説明図である。
符号化対象ピクチャに対する動き検出処理は例えばマクロブロックごとに行われる。参照ピクチャの探索範囲は、図13(a)に示すように、検出対象マクロブロックに対応する位置にあるマクロブロックを中心とする3×3マクロブロックである。
参照メモリ制御部112は、参照ピクチャのこの探索範囲の画像データを、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送し、参照用ローカルメモリ111に記憶させる。動き検出部101は、参照用ローカルメモリ111に記憶されている探索範囲の画像データを用いて、検出対象マクロブロックの画像に最も近似する画像を有する領域を、この探索範囲から検出する。
ここで、符号化対象ピクチャの検出対象マクロブロックが右隣に移ると、図13(b)に示すように、参照ピクチャ中の探索範囲も1マクロブロック分だけ右側に移る。
即ち、参照メモリ制御部112は、移行された探索範囲に新たに含まれる領域(図中、網掛けされた領域)の画像データを、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送し、参照用ローカルメモリ111に記憶させる。さらに、参照メモリ制御部112は、参照用ローカルメモリ111に記憶されている既に探索範囲から外れた領域の画像データを、その参照用ローカルメモリ111から消去させる。
このように、参照メモリ制御部112は、検出対象マクロブロックが切り替わるごとに、探索範囲に新たに含まれる領域の画像データを、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送する。この新たに含まれる領域の画像データは3マクロブロックである。したがって、簡単のため画面境界部分の転送も内部マクロブロック領域と同様の転送が行われるとすれば、参照ピクチャが100マクロブロックから構成されている場合、1参照ピクチャあたり300マクロブロック分の画像データが転送される。
本変形例に係る参照ピクチャ設定部は、探索範囲を3×3マクロブロックから2×3マクロブロックとするように、参照メモリ制御部112および動き検出部101に指示する。
このような指示を受けた参照メモリ制御部112は、図13(c)に示すように、2×3マクロブロックを探索範囲として、その探索範囲の画像データを、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送し、参照用ローカルメモリ111に記憶させる。動き検出部101は、上述と同様、参照用ローカルメモリ111に記憶されている探索範囲の画像データを用いて、検出対象マクロブロックの画像に最も近似する画像を有する領域を、この探索範囲から検出する。
ここで、符号化対象ピクチャの検出対象マクロブロックが右隣に移ると、図13(d)に示すように、参照ピクチャ中の探索範囲も1マクロブロック分だけ右側に移る。つまり、参照メモリ制御部112は、上述と同様、検出対象マクロブロックが切り替わるごとに、探索範囲に新たに含まれる領域(図中、網掛けされた領域)の画像データを、外部マルチフレームメモリ120から参照用ローカルメモリ111に転送する。この新たに含まれる領域の画像データは2マクロブロックである。したがって、前述と同様に画面境界部分の転送も内部マクロブロック領域と同様の転送が行われるとすれば、参照ピクチャが100マクロブロックから構成されている場合、1参照ピクチャあたり200マクロブロック分の画像データが転送される。
このように、探索範囲を狭くすることによって、参照メモリのデータ転送量を少なくすることができ、その結果、その参照ピクチャのデータ転送レートを、外部マルチフレームメモリ120の動き検出処理に割当可能なデータ転送レートに収めることができる。
なお、上記各実施の形態に示すブロック図(図1や図2など)の各機能ブロックは典型的には集積回路であるLSIとして実現される。これらは個別に1チップ化されても良いし、一部又は全てを含むように1チップ化されても良い(例えばメモリ以外の機能ブロックが1チップ化されていても良い。)が、図1の外部マルチフレームメモリ120や図2のメモリ120は、大量のデータを保持する必要があるため、一般的にはLSIに外付けする大容量のDRAMなどで実装されるが、技術の向上により1パッケージ化や1チップ化されることも有り得る。
ここでは、LSIとしたが、集積度の違いにより、IC、システムLSI、スーパーLSI、ウルトラLSIと呼称されることもある。また、集積回路化の手法はLSIに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセサで実現してもよい。LSI製造後に、プログラムすることが可能なFPGA(Field Programmable Gate Array)や、LSI内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサーを利用しても良い。さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりLSIに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
本発明の動き検出装置は、復号化されるピクチャの画質を画一的に低下させることなくシステムの破綻を防ぐことができるという効果を奏し、接続される外部マルチフレームメモリの転送能力を最大限利用した動き検出を行うことができるようになり、例えばH.264規格を用いた複数の参照ピクチャを用いた画面間予測画像符号化を行うDVDレコーダやハードディスクレコーダやカムコーダ等を実現するために有効である。
本発明の実施の形態における動き検出装置を備えた画像符号化装置のブロック図である。 同上の画像符号化装置を有するAV処理装置の構成を示す構成図である。 同上の動き検出装置の全体的な動作を示すフローチャートである。 同上のメモリ転送能力の判定処理を詳細に示すフローチャートである。 同上のデータ転送レートの算出処理を詳細に示すフローチャートである。 同上の転送処理および動き検出処理の概要を説明するための説明図である。 同上の参照メモリ制御部によって行われる転送処理を示すフローチャートである。 同上の動き検出部によって行われる動き検出処理を示すフローチャートである。 従来の動き検出処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態における第1の変形例に係る動き検出部によって行われる動き検出処理を示すフローチャートである。 同上の第2の変形例に係る動き検出装置の全体的な動作を示すフローチャートである。 同上の第3の変形例に係るGOP構造が変更されることを説明するための模式図である。 同上の第4の変形例に係る探索範囲を狭くすることを説明するための説明図である。 従来の画像符号化装置の構成を示すブロック図である。 従来の画像復号化装置を説明するためのブロック図である。 従来のLSIを用いて構成される画像符号化装置を説明するための説明図である。 従来の外部マルチフレームメモリおよび参照用ローカルメモリを有する画像符号化装置の構成を詳細に示す構成図である。 従来のH.264レコーダを実現するAV処理装置のブロック図である。 動き検出のために参照されるピクチャの枚数を説明するための説明図である。
符号の説明
100 画像符号化装置
100A 動き検出装置
101 動き検出部
103 減算器
104 減算器
105 動き補償部
106 符号化部
107 加算器
108 動きベクトルメモリ
109 動きベクトル予測部
111 参照用ローカルメモリ
112 参照メモリ制御部
120 外部マルチフレームメモリ
131 能力判定部
132 参照ピクチャ設定部

Claims (18)

  1. ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出する動き検出装置であって、
    画像データを記憶している外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記画像データのデータ転送量を制限する制限手段と、
    内部メモリと、
    前記制限手段により制限されたデータ転送量だけ、前記外部メモリに記憶されている画像データの少なくとも一部を前記内部メモリに転送する転送手段と、
    前記内部メモリに転送された画像データの少なくとも一部を参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出手段と
    を備え、
    前記外部メモリは、前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の複数の参照予定ピクチャを前記画像データとして記憶しており、
    前記制限手段は、前記外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記参照予定ピクチャの数を設定することにより、前記データ転送量を制限する
    ことを特徴とする動き検出装置。
  2. 前記制限手段は、前記参照予定ピクチャの転送に必要なデータ転送レートが、前記外部メモリのデータ転送能力以下となるように、前記外部メモリから転送されるべき前記参照予定ピクチャの数を設定する
    ことを特徴とする請求項1記載の動き検出装置。
  3. 前記制限手段は、前記外部メモリに記憶されている前記複数の参照予定ピクチャから、前記転送手段により参照ピクチャとして転送される1つまたは複数の参照予定ピクチャを選択することによって、前記複数の参照予定ピクチャの数を設定する
    ことを特徴とする請求項2記載の動き検出装置。
  4. 前記制限手段は、前記外部メモリに記憶されている前記複数の参照予定ピクチャの数よりも小さい最大数を設定し、前記転送手段により参照ピクチャとして転送された参照予定ピクチャの数が前記最大数に達したときに、前記転送手段による転送を停止させる
    ことを特徴とする請求項2記載の動き検出装置。
  5. 前記転送手段は、前記制限手段によって前記最大数が0に設定されたときには、前記複数の参照予定ピクチャの何れも参照ピクチャとして転送せず、
    前記動き検出手段は、符号化対象ピクチャに対する面内符号化のために、前記符号化対象ピクチャの動き検出を禁止する
    ことを特徴とする請求項4記載の動き検出装置。
  6. 前記制限手段は、前記符号化対象ピクチャと画像データとの間の参照関係を、フィールド構造の参照関係からフレーム構造の参照関係に変更することによって前記データ転送量を制限する
    ことを特徴とする請求項1記載の動き検出装置。
  7. 前記動き検出装置は、さらに、
    前記外部メモリの総データ転送レートのうち、動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する算出手段を備え、
    前記制限手段は、前記転送手段によって前記外部メモリから転送される画像データのデータ転送レートが前記算出手段により算出されたデータ転送レートに収まるように、前記データ転送量を制限する
    ことを特徴とする請求項1記載の動き検出装置。
  8. 前記算出手段は、
    前記外部メモリの総データ転送レートを特定する転送能力特定手段と、
    前記転送能力特定手段により特定された総データ転送レートのうち、動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出するレート算出手段とを備える
    ことを特徴とする請求項7記載の動き検出装置。
  9. 前記転送能力特定手段は、前記外部メモリのデータ転送に使用されるバスの幅、前記外部メモリの動作周波数、および前記外部メモリの動作プロトコルを用いて、前記総データ転送レートを特定する
    ことを特徴とする請求項8記載の動き検出装置。
  10. 前記レート算出手段は、
    動き検出以外の目的で前記外部メモリに対して、前記転送手段による転送と同時にアクセスを行う同時実行処理を特定し、特定した同時実行処理に基づいて、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する
    ことを特徴とする請求項9記載の動き検出装置。
  11. 前記レート算出手段は、
    前記総データ転送レートのうち前記同時実行処理に割り当てられるデータ転送レートを、前記総データ転送レートから減算して、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する
    ことを特徴とする請求項10記載の動き検出装置。
  12. 前記レート算出手段は、
    前記減算によって得られる差を、同時に行われる動き検出の処理の数で除算することにより、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する
    ことを特徴とする請求項11記載の動き検出装置。
  13. 前記算出手段は、前記動き検出装置の初期化時に、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する
    ことを特徴とする請求項7記載の動き検出装置。
  14. 前記算出手段は、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートが変動する可能性が発生するタイミングを検出し、前記タイミングに、前記動き検出に割当可能なデータ転送レートを算出する
    ことを特徴とする請求項7記載の動き検出装置。
  15. 前記転送手段は、前記外部メモリに記憶されている画像データを、前記動き検出手段で参照される領域ごとに転送し、
    前記制限手段は、前記参照予定ピクチャの転送に必要なデータ転送レートが、前記外部メモリのデータ転送能力以下となるように、前記領域の大きさを設定することにより前記データ転送量を制限する
    ことを特徴とする請求項1記載の動き検出装置。
  16. ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出する動き検出方法であって、
    前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の、外部メモリから転送されるべき参照予定ピクチャの数を、前記外部メモリのデータ転送能力に応じて設定する制限ステップと、
    前記制限ステップで設定された数の参照予定ピクチャを、前記外部メモリから内部メモリに転送する転送ステップと、
    前記内部メモリに転送された参照予定ピクチャを参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出ステップと
    を含むことを特徴とする動き検出方法。
  17. ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出する集積回路であって、
    画像データを記憶している外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記画像データのデータ転送量を制限する制限手段と、
    内部メモリと、
    前記制限手段により制限されたデータ転送量だけ、前記外部メモリに記憶されている画像データの少なくとも一部を前記内部メモリに転送する転送手段と、
    前記内部メモリに転送された画像データの少なくとも一部を参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出手段と
    を備え、
    前記外部メモリは、前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の複数の参照予定ピクチャを前記画像データとして記憶しており、
    前記制限手段は、前記外部メモリのデータ転送能力に応じて、前記外部メモリから転送されるべき前記参照予定ピクチャの数を設定することにより、前記データ転送量を制限する
    ことを特徴とする集積回路。
  18. ピクチャを符号化するために符号化対象ピクチャの画像の動きを検出するためのプログラムであって、
    前記符号化対象ピクチャの動き検出のために参照される予定の、外部メモリから転送されるべき参照予定ピクチャの数を、前記外部メモリのデータ転送能力に応じて設定する制限ステップと、
    前記制限ステップで設定された数の参照予定ピクチャを、前記外部メモリから内部メモリに転送する転送ステップと、
    前記内部メモリに転送された参照予定ピクチャを参照することにより前記符号化対象ピクチャの動き検出を行う動き検出ステップと
    をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
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