JP4597103B2 - 動きベクトル探索方法及び装置 - Google Patents
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Description
現フレーム1において既に処理されている周辺MBの動きベクトルMV1,MV2,MV3の情報から、参照フレーム2の探索領域2aにおいて探索を開始する初期探索中心を決定する。
参照フレーム2の探索領域2aにおいて探索中心から上下左右に1画素ずつずらした4つのMBとブロックマッチング処理を行い、最もテクスチャ(絵柄)が類似しているブロック地点に探索中心を移動させる。ブロックマッチングは、テクスチャの類似度を測るものであり、例えば、ブロック間対応画素のSADを計算し、SADが小さいほど類似度が高いと定義する。
探索中心のSADが最も小さくなるまで、ステップ2の処理を繰り返し、最終的に求められた探索中心を動きベクトルMVとする。
バス制御回路11により、現時刻tにおける画像データの1MB分を外部メモリ22からメモリコントローラ21を介して読み出し、現画像用メモリ12に格納する。
バス制御回路11により、現時刻tに対して1時刻前t-1における画像データの9MB分を外部メモリ22からメモリコントローラ21を介して読み出し、参照画像用メモリ13に格納する。この9MB分は、処理1にて読み出したMBと同じ位置 (座標)の1個のMB分と、上下左右隣接する8個のMB分である。
SAD演算器16により、処理1にて現画像用メモリ12に格納された1MB分の現画像データが読み出され、又、処理2にて参照画像用メモリ13に格納された9MB分の画像データ内において、SAD演算器16から所定の探索アルゴリズムに従って指定(選択)された1MBを示す位置情報(座標:x,y)により、マルチプレクサ14、及びアドレス変換回路15によって、1MB分の参照画像データが読み出され、現画像データと参照画像データに対して、1ライン(16画素:16×8=128ビット)毎に16回、下記の(1)式に従ったSAD演算が行われる。1個のMBのSAD値nSADが得られた時点で、動きベクトル検出器17にSAD値nSADと動きベクトルnMVが送られる。
引き続き、追跡型動き探索アルゴリズムに従って、処理3を繰り返し実行する。
動きベクトル検出器17にて、最小のSAD値Min-SADとなる動きベクトルMVを検出し、バス制御回路11、及びメモリコントローラ21を介して、外部メモリ22に格納する。
順次、現画像と参照画像を各メモリ12,13に格納し、処理3〜処理5を繰り返し、1フレーム(1画面、例えば、VGA(Video Graphics Array、グラフィックス表示の規格):640×480画素、40×30MB数)分の各MBに対する動きベクトル検出を行う。
更に、前記参照画像データのM個のMB分を格納するデータ格納領域を有し、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのM個のMB分を格納する第Nの参照画像用メモリと、前記第1〜第Nの参照画像用メモリからそれぞれ読み出された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第2の選択手段と、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記第1の選択手段で選択された前記現画像データと前記第2の選択手段で選択された前記参照画像データとのSADを求める演算器と、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記演算器で求めた前記SADに基づき動きベクトルを検出する検出器とが設けられている。
前記第2の選択手段は、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第1の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第3の選択手段と、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第4の選択手段と、により構成されている。
そして、前記演算器は、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記第1の選択手段で選択された前記現画像データと、前記第3及び第4の選択手段でそれぞれ選択された前記参照画像データと、を並列演算して前記差分絶対値和を求め、前記検出器は、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記演算器で求めた前記差分絶対値和に基づき前記動きベクトルを検出し、前記動きベクトル検出結果を前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の書き込みポートから入力して前記検出結果格納領域に格納することを特徴とする。
そして、前記外部メモリから読み出された前記現画像データの1個のMB分を前記第1の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×M個のMB分を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリに格納し、前記第1の現画像用メモリから前記現画像データを読み出して前記第1の選択手段で選択すると共に、前記第1〜第N-1の参照画像用メモリから前記参照画像データを読み出して前記第2の選択手段で選択し、前記第1の選択手段で選択した前記現画像データと、前記第2の選択手段で選択した前記参照画像とから、前記演算器で前記SADを演算し、前記演算結果から前記検出器で前記動きベクトルを検出する、動きベクトル探索処理を行っている間に、前記外部メモリから読み出された次の前記現画像データを前記第2の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのM個のMB分を前記第Nの参照画像用メモリに格納する。
前記第2の選択手段として、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第1の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第3の選択手段と、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第4の選択手段と、を使用する。
そして、前記外部メモリから読み出された前記現画像データの1個のMB分を前記第1の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×M個のMB分を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第1の書き込みポートから入力して前記データ格納領域に格納し、前記第1の現画像用メモリから前記現画像データを読み出して前記第1の選択手段で選択すると共に、前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第1及び第2の読み出しポートから前記参照画像データを読み出して前記第3及び第4の選択手段で選択し、前記第1の選択手段で選択した前記現画像データと、前記第3及び第4の選択手段で選択した前記参照画像と、を前記演算器で並列演算して前記差分絶対値和を求めてこの演算結果を出力し、前記演算結果から前記検出器で前記動きベクトルを検出し、前記動き検出結果を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第2の書き込みポートから入力して前記検出結果格納領域に格納する、動きベクトル探索処理を行っている間に、前記外部メモリから読み出された次の前記現画像データを前記第2の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのM個のMB分を前記第Nの参照画像用メモリに格納することを特徴とする。
図1は、本発明の実施例1を示す動きベクトル探索装置の概略の構成図である。
この動きベクトル探索装置30は、例えば、MPEG4エンコーダ等に使用されるモジュール構成の装置であり、バス制御回路31と、このバス制御回路31に接続され、現時刻における画像データの1MB分を格納するための2バンク構成の第1、第2の現画像用メモリ32−0,32−1と、バス制御回路31に接続され、現時刻に対して1時刻前の画像データの(N-1)×M個のMB分(例えば、N=4、M=3の9MB分)を格納するためのNバンク構成(例えば、N=4)の第1〜第4の参照画像用メモリ33−0〜33−3とを備えている。4バンク構成の第1〜第4の参照画像用メモリ33−0〜33−3は、各M個のMBデータ(例えば、M=3のMBデータ)をデータ格納領域33aに格納する128ビット出力のシングルポートメモリ(Single Port Memory)によりそれぞれ構成されている。シングルポートメモリは、一時にデータ書き込み又は読み出し動作のいずれかのみ可能なメモリであり、例えば、随時読み書き可能なメモリ(以下「RAM」という。)で構成されている。2バンク構成の第1、第2の現画像用メモリ32−0,32−1も、各1MBデータを格納する128ビット出力のシングルポートメモリによりそれぞれ構成されている。
本実施例1の動きベクトル探索装置30では、以下の(a)〜(h)のような動きベクトル探索処理1〜8が行われる。
バス制御回路31により、現時刻tにおける画像データの1MB分をメモリコントローラ41の制御で外部メモリ42から読み出し、バス40を介して現画像用メモリ32−0に格納する。
バス制御回路31により、現時刻tに対して1時刻前t-1における画像データの9MB分をメモリコントローラ41の制御で外部メモリ42から読み出し、バス40を介して参照画像用メモリ33−0〜33−2に格納する。この9MBは、処理1にて読み出したMBと同じ位置 (座標:x,y)のMBと上下左右隣接する8MBである。
SAD演算器37により、処理1にて現画像用メモリ32−0に格納された1MB分の現画像データがマルチプレクサ34を介して読み出され、又、処理2にて参照画像用メモリ33−0〜33−2に格納された9MB分の画像データ内において、SAD演算器37から所定の追跡型動き探索アルゴリズムに従って指定(選択)された1MBを示す位置情報(座標:x,y)により、マルチプレクサ35及びアドレス変換回路36によって、1MB分の参照画像データが読み出され、現画像データと参照画像データに対して、1ライン(16画素:16×8=128ビット)毎に16回SAD演算が行われる。1MBのSAD値nSADが得られた時点で、SAD値nSADと動きベクトルnMVが動きベクトル検出器38へ送られる。
引き続き所定の追跡型動き探索アルゴリズムに従って、処理3を繰返し実行する。
処理3と処理4の動き探索の処理中に、次の現画像データを現画像用メモリ32−1に、又、参照画像データ(3MB分)を他の1バンクの参照画像用メモリ33−3に書き込んでおく。
動きベクトル検出器38にて、最小のSAD値Min-SADとなる動きベクトルMVを検出し、バス制御回路31、バス40、及びメモリコントローラ41を介して、外部メモリ42に格納する。
動き探索処理中に、順次、現画像データと参照画像データを外部メモリ42から各メモリ32−0,32−1,33−0〜33−3のバンク(32−x、33−x)に格納し、画像データの転送と動き探索の処理を並列に実行する。
処理3〜処理7を繰り返し、1フレーム分の各MBに対する動きベクトルMVの検出を行う。
本実施例1によれば、動き探索の処理中に、順次、現画像データと参照画像データを外部メモリ42から各メモリ32−0,32−1,33−0〜33−3のバンク(32−x、33−x)に格納しておき、画像データの転送と動き探索の処理を並列に実行することで、動きベクトル探索装置30における回路規模をそれほど増大させることなく、且つ、制御プログラムを複雑化することなく、常にSAD演算を含む動き探索の処理が容易に実行可能となる。そのため、動き探索の処理量が大きい場合や、バス40に接続された他の回路とのバスアクセスの混雑度が大きい場合でも、円滑なデータ転送によって動き探索処理が迅速に行われ、画質の低下を防ぎ、結果として画質の向上に繋がるという効果が得られる。
図4は、本発明の実施例2を示す動きベクトル探索装置の概略の構成図であり、実施例1を示す図1中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
本実施例2の動きベクトル探索装置30Aでは、実施例1のシングルポートメモリからなるNバンク(例えば、4バンク)構成の参照画像用メモリ33−0〜33−3と、この出力を切り替える第2の選択手段(例えば、マルチプレクサ(MUX))35とに代えて、デュアルポートメモリ(Dual Port MeMory)からなるNバンク(例えば、4バンク)構成の第1〜第4の参照画像用メモリ33A−0〜33A−3と、この出力を切り替える2個の第3、第4の選択手段(例えば、マルチプレクサ(MUX))35−0,35−1とを設け、実施例1のSAD演算器37に代えて、2個のSAD演算器37−0,37−1を設け、更に、実施例1の動きベクトル検出器38に代えて、これとは構成の異なる動きベクトル検出器38Aを設けている。
2個のSAD演算器37−0,37−1のうち、一方のSAD演算器37−0は、切り替え信号S37−0及び位置情報(座標:x,y)を出力してマルチプレクサ34,35−0の出力データを入力し、SAD演算を行って1MBのSAD値nSAD及び動きベクトルnMVを動きベクトル検出器38Aへ出力する回路である。他方のSAD演算器37−1は、他の位置情報(座標:x,y)を出力してマルチプレクサ34,35−1の出力データを入力し、SAD演算を行って1MB分のSAD値nSAD及び動きベクトルnMVを動きベクトル検出器38Aへ出力する回路である。
本実施例2の動きベクトル探索装置30Aにおいて、2バンク構成の現画像用メモリ32−0,32−1への外部メモリ42からの現画像データの書き込み、SAD演算器37−0,37−1への読み出し、及び、4バンク構成の参照画像用メモリ33A−0〜33A−3への外部メモリ42からの参照画像データの書き込み処理は、実施例1と同様に行われる。
本実施例2によれば、4バンク構成の参照画像用メモリ33A−0〜33A−3をデュアルポートメモリにて構成し、これらの各デュアルポートメモリの2つの第1、第2の読み出しポートから異なる2つのMBデータを、2個のSAD演算器37−0,37−1にて同時に実行する構成にしている。そのため、実施例1よりも更に動き探索の処理量を増やすことができ、動き探索の処理量が大きい場合や、バス40に接続された他の回路とのバスアクセスの混雑度が大きい場合でも、画質の低下を防ぎ、結果として画質の向上に繋がるという効果が得られる。
図5は、本発明の実施例3を示す動きベクトル探索装置の概略の構成図であり、実施例2を示す図4中の要素と共通の要素には共通の符号が付されている。
図6は、図5の動きベクトル検出器38Aにて検出される上及び左の動きベクトルの様子を示す模式図である。
本実施例3によれば、動きベクトルMVの検出結果を外部メモリ42へ転送すると同時に、デュアルポートメモリからなる参照画像用メモリ33B−0〜33B−3の検出結果格納領域33bに格納する構成にしている。そのため、実施例2と同様に、SAD演算を行う際、処理対象としているMBの上及び左の動きベクトルMV1,MV2から探索する際のスタート地点を計算し、探索のスタート地点を計算することにより、動き探索の処理量を減らすことができる。しかも、動きベクトル検出器38Aの内部レジスタ38bの代わりに、デュアルポートメモリからなる参照画像用メモリ33B−0〜33B−3の一部の検出結果格納領域33bへ、動きベクトルMVの検出結果を格納する構成にしているので、同じデータ量を格納する場合、レジスタよりメモリの方が面積的に小さい(例えば、面積比はレジスタ:メモリ≒6:1)ため、面積削減の効果が得られる。
本発明は、上記実施例1〜3に限定されず、種々の利用形態や変形が可能である。この利用形態や変形例としては、例えば、次の(1)、(2)のようなものがある。
(1) N(例えば、4)バンク構成の参照画像用メモリ33−0〜33−3,33A−0〜33A−3,33B−0〜33B−0〜33B−3は、M(例えば、3)個のMB分を格納するデュアルポートメモリであるが、NやMの個数を他の数に変更しても良い。
(2) 探索アルゴリズムは、追跡型動き探索アルゴリズム以外のアルゴリズムに変更しても良い。
32−0,32−1 現画像用メモリ
33−0〜33−3,33A−0〜33A−3,33B−0〜33B−3
参照画像用メモリ
34,35,35−0,35−1 マルチプレクサ
36 アドレス変換回路
37,37−0,37−1 SAD演算器
38,38A 動きベクトル検出器
42 外部メモリ
Claims (4)
- 現時刻における現画像データと前記現時刻に対して1時刻前の参照画像データとを格納する外部メモリから読み出された前記現画像データの1マクロブロック分を格納する第1の現画像用メモリと、
動きベクトル探索処理期間中に、前記外部メモリから読み出された次の前記現画像データの1マクロブロック分を格納する第2の現画像用メモリと、
前記第1及び第2の現画像用メモリからそれぞれ読み出された前記現画像データのいずれか1つを選択する第1の選択手段と、
前記参照画像データのMマクロブロック分(但し、M;2以上の整数)を格納するデータ格納領域をそれぞれ有し、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×Mマクロブロック分(但し、N;2以上の整数)を格納する第1〜第N-1の参照画像用メモリと、
前記参照画像データのMマクロブロック分を格納するデータ格納領域を有し、前記動きベクトル探索処理期間中に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのMマクロブロック分を格納する第Nの参照画像用メモリと、
前記第1〜第Nの参照画像用メモリからそれぞれ読み出された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第2の選択手段と、
前記動きベクトル探索処理期間中に、前記第1の選択手段で選択された前記現画像データと前記第2の選択手段で選択された前記参照画像データとの差分絶対値和を求める演算器と、
前記動きベクトル探索処理期間中に、前記演算器で求めた前記差分絶対値和に基づき動きベクトルを検出する検出器と、
を備えた動きベクトル探索装置であって、
前記各第1〜第Nの参照画像用メモリは、
前記参照画像データのMマクロブロック分を格納するデータ格納領域と、動きベクトル検出結果を格納する検出結果格納領域と、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データを入力して前記データ格納領域に書き込む第1の書き込みポートと、前記動きベクトル検出結果を入力して前記検出結果格納領域に書き込む第2の書き込みポートと、前記データ格納領域に書き込まれた前記参照画像データのうちの異なるマクロブロックデータをそれぞれ読み出して出力する第1及び第2の読み出しポートと、を有するデュアルポートメモリにより構成され、
前記第2の選択手段は、
前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第1の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第3の選択手段と、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第4の選択手段と、により構成され、
前記演算器は、
前記動きベクトル探索処理期間中に、前記第1の選択手段で選択された前記現画像データと、前記第3及び第4の選択手段でそれぞれ選択された前記参照画像データと、を並列演算して前記差分絶対値和を求め、
前記検出器は、
前記動きベクトル探索処理期間中に、前記演算器で求めた前記差分絶対値和に基づき前記動きベクトルを検出し、前記動きベクトル検出結果を前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の書き込みポートから入力して前記検出結果格納領域に格納することを特徴とする動きベクトル探索装置。 - 現時刻における現画像データと前記現時刻に対して1時刻前の参照画像データとを格納する外部メモリから読み出された前記現画像データの1マクロブロック分をそれぞれ格納する2バンク構成の第1及び第2の現画像用メモリと、
前記第1及び第2の現画像用メモリからそれぞれ読み出された前記現画像データのいずれか1つを選択する第1の選択手段と、
前記参照画像データのMマクロブロック分(但し、M;2以上の整数)を格納するデータ格納領域をそれぞれ有し、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×Mマクロブロック分(但し、N;2以上の整数)を格納するNバンク構成の第1〜第Nの参照画像用メモリと、
前記第1〜第Nの参照画像用メモリからそれぞれ読み出された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第2の選択手段と、
前記第1の選択手段で選択された前記現画像データと前記第2の選択手段で選択された前記参照画像データとを演算して差分絶対値和の演算結果を出力する演算器と、
前記演算結果に基づき動きベクトルを検出する検出器と、を用い、
前記外部メモリから読み出された前記現画像データの1マクロブロック分を前記第1の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×Mマクロブロック分を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリに格納し、
前記第1の現画像用メモリから前記現画像データを読み出して前記第1の選択手段で選択すると共に、前記第1〜第N-1の参照画像用メモリから前記参照画像データを読み出して前記第2の選択手段で選択し、
前記第1の選択手段で選択した前記現画像データと、前記第2の選択手段で選択した前記参照画像とから、前記演算器で前記差分絶対値和を演算し、前記演算結果から前記検出器で前記動きベクトルを検出する、動きベクトル探索処理を行っている間に、
前記外部メモリから読み出された次の前記現画像データを前記第2の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのMマクロブロック分を前記第Nの参照画像用メモリに格納する動きベクトル探索方法であって、
前記各第1〜第Nの参照画像用メモリとして、
前記参照画像データのMマクロブロック分を格納するデータ格納領域と、動きベクトル検出結果を格納する検出結果格納領域と、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データを入力して前記データ格納領域に書き込む第1の書き込みポートと、前記動きベクトル検出結果を入力して前記検出結果格納領域に書き込む第2の書き込みポートと、前記データ格納領域に書き込まれた前記参照画像データのうちの異なるマクロブロックデータをそれぞれ読み出して出力する第1及び第2の読み出しポートと、を有するデュアルポートメモリを使用し、
前記第2の選択手段として、
前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第1の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第3の選択手段と、前記第1〜第Nの参照画像用メモリの前記第2の読み出しポートからそれぞれ出力された前記参照画像データのいずれか1つを選択する第4の選択手段と、を使用し、
前記外部メモリから読み出された前記現画像データの1マクロブロック分を前記第1の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された前記参照画像データの(N-1)×Mマクロブロック分を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第1の書き込みポートから入力して前記データ格納領域に格納し、
前記第1の現画像用メモリから前記現画像データを読み出して前記第1の選択手段で選択すると共に、前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第1及び第2の読み出しポートから前記参照画像データを読み出して前記第3及び第4の選択手段で選択し、
前記第1の選択手段で選択した前記現画像データと、前記第3及び第4の選択手段で選択した前記参照画像と、を前記演算器で並列演算して前記差分絶対値和を求めてこの演算結果を出力し、前記演算結果から前記検出器で前記動きベクトルを検出し、前記動き検出結果を前記第1〜第N-1の参照画像用メモリの前記第2の書き込みポートから入力して前記検出結果格納領域に格納する、動きベクトル探索処理を行っている間に、
前記外部メモリから読み出された次の前記現画像データを前記第2の現画像用メモリに格納すると共に、前記外部メモリから読み出された次の前記参照画像データのMマクロブロック分を前記第Nの参照画像用メモリに格納することを特徴とする動きベクトル探索方法。 - 前記1マクロブロックは16×16画素の矩形領域、前記Mは3、及び、前記Nは4であることを特徴とする請求項1記載の動きベクトル探索装置。
- 前記1マクロブロックは16×16画素の矩形領域、前記Mは3、及び、前記Nは4であることを特徴とする請求項2記載の動きベクトル探索方法。
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