JPH0965339A - 画像ブロック動き検出装置 - Google Patents

画像ブロック動き検出装置

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JPH0965339A
JPH0965339A JP7210568A JP21056895A JPH0965339A JP H0965339 A JPH0965339 A JP H0965339A JP 7210568 A JP7210568 A JP 7210568A JP 21056895 A JP21056895 A JP 21056895A JP H0965339 A JPH0965339 A JP H0965339A
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Mitsuyoshi Suzuki
光義 鈴木
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、ハードウェアベースで画像ブロッ
ク動き検出回路の演算性能は固定的であるが、探索範囲
をいくつかの中から選択でき、フィードフォワード式に
制御できるようにする画像ブロック動き検出装置を提供
する。 【解決手段】 本発明による、画像をブロックに分割し
て前または後の画像フレームから動きベクトルを検出す
る両方向および片方向の画像ブロック動き検出装置は、
これから検出を行うブロックに対して予め動きのアクテ
ィビティを求め、これらのアクティビティを基に次に検
出すべきブロックの検出範囲を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は動画像圧縮におけ
る画像ブロックの動き検出に関するものである。より詳
細には、検出を行う画像ブロックに対して予め動きのア
クティビティを求め、これらのアクティビティをもとに
次に検出すべき画像ブロックの検出範囲を制御する画像
ブロック動き検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ＭＰＥＧ等の実時間画像圧縮に
おける画像ブロックの動き検出では、その探索範囲が大
きいほど後に行う圧縮符号化の効率がよくなる。画像ブ
ロックの動き検出は相当な演算量を必要とするために、
一般的には探索の範囲は不十分であり、予め定められた
回路を用いて実行するときは、その探索範囲を演算性能
の最大限に設定して行う。ハードウェアベースのときは
探索は固定的であり、また、ソフトウェアベースのとき
は探索は可変にして、符号化中の画像ブロックの他の符
号化の演算の残り時間を最大限に利用するような方法が
用いられている。
【０００３】図１３は、従来の画像ブロック動き検出装
置を含む符号化装置のブロック図である。図１３におい
て、１は原動画像入力、２は入力バッファメモリ、３は
画像ブロックの動き検出用被符号化画像、４は予測画像
メモリ、５は予測画像、６は画像ブロック動き検出回
路、７は動きベクトル、８は被符号化画像、９は予測画
像、１０は差分符号化器、１１は符号化データ、１２は
送信バッファメモリ、１３は送信データ、１４は局部復
号画像である。
【０００４】次に従来の画像ブロック動き検出装置の動
作について説明する。カメラ等からの符号化を行うべき
原動画像入力１の各フレームは入力バッファメモリ２に
蓄えられ、画像ブロックの動き検出および差分符号化が
実行されるまで保持される。符号化されるべきフレーム
について、まず、入力バッファメモリ２からの画像ブロ
ックの動き検出用被符号化画像３と予測画像メモリ４か
らの予測画像５により、画像ブロック動き検出回路６に
おいて画像ブロックの動き検出を行い、動きベクトル７
を演算する。次に入力バッファメモリ２からの被符号化
画像８と、動きベクトル７をもとに予測画像メモリ４か
ら動き補償された予測画像９により差分符号化器１０に
おいて差分符号化を行う。ここでの符号化データ１１は
送信バッファメモリ１２を経由して送信データ１３とし
て転送され、また、局部復号画像１４は、後の予測用に
予測画像メモリ４に蓄積する。
【０００５】図１４は、ＭＰＥＧにおける予測符号化の
方法を示す図である。Ｂピクチャについては、前のＩピ
クチャまたはＰピクチャと後のＩピクチャまたはＰピク
チャからの両方向動き予測を行う。従って、Ｂピクチャ
の場合は、符号化をすべき参照ブロックに対し、前のフ
レームからのブロックと、後ろのフレームからのブロッ
クの２つのブロックを用いて演算する必要がある。その
ために、前側画像ブロック動き検出回路および後側画像
ブロック動き検出回路の２つが必要となる。一方、Ｐピ
クチャについては、前のＩピクチャまたはＰピクチャか
らの順方向動き予測を行うのみであるので、後方向から
の画像ブロック動き検出回路は不要となる。
【０００６】図１５は、ＭＰＥＧ等の前後双方向からの
フレーム間差分符号化を行う従来の画像ブロック動き検
出回路の周辺を示した図である。それぞれ前後双方向の
予測画像メモリ４ａ，４ｂと画像ブロック動き検出回路
６ａ，６ｂがあり、それぞれ入力バッファメモリ２から
の各画像ブロックの動き検出用被符号化画像３ａ，３ｂ
と予測画像メモリ４ａ，４ｂからの各予測画像５ａ，５
ｂを用いて画像ブロック動き検出回路６ａ，６ｂにおい
てそれぞれ動きベクトル７ａ，７ｂを検出していた。Ｂ
ピクチャの符号化の場合、前側動き検出回路６ａと後側
動き検出回路６ｂの両方が動作し、その結果、前側動き
ベクトル７ａ、後側動きベクトル７ｂ、または前側動き
ベクトル７ａと後側動きベクトル７ｂとを平均化回路１
７で平均した信号のいずれかを選択回路１５によって選
択して予測を行う。Ｐピクチャ符号化の場合、前側画像
ブロック動き検出回路６ａだけが動作し、後側動き検出
回路６ｂは動作せずに遊んだ状態になっていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の画
像ブロック動き検出回路例においては、画像ブロックの
動き検出の範囲が固定的であり、画像の状況によらなか
ったため、大きな探索範囲が必要なブロックに対して検
出した動きベクトルが適切でなく、画質が劣化するなど
の問題点があった。また、Ｐピクチャ符号化の場合、後
側動き検出回路は動作せずに遊んだ状態になっておりハ
ードウエア的に無駄があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は上記のような問
題点を解決するためになされたもので、動き探索範囲お
よびサブサンプル密度、半画素精度検出のオン／オフを
可変にし、これから検出を行うブロックに対して予め動
きのアクティビティを求め、これらのアクティビティを
もとに次に検出すべきブロックの検出方法を制御するよ
うに構成される。また、画像ブロックの動き検出を行わ
ないフレーム内予測時の時間を利用して動きベクトルを
検出し、順方向フレーム間画像ブロックの動き検出時に
使用されない逆方向フレーム間画像ブロックの動き検出
回路を用いることによって、両方向フレーム間画像ブロ
ックの動き検出時よりも検出範囲を拡大するように構成
される。
【０００９】また、本発明はハードウェアベースで画像
ブロック動き検出回路の演算性能は固定的であるが、探
索範囲をいくつかの中から選択できるようにし、フィー
ドフォワード式に制御できるように構成される。また、
ＭＰＥＧは前後両方向のフレーム間予測差分符号化であ
るため、前方向画像ブロック動き検出のみのときに画像
ブロックの動き検出範囲を拡大し、フレーム内符号化の
ときも画像ブロックの動き検出を制御するように構成さ
れる。
【００１０】具体的には、本発明は、画像をブロックに
分割して前または後の画像フレームから動きベクトルを
検出する両方向および片方向の画像ブロック動き検出装
置において：検出を行うブロックに対して予め動きのア
クティビティを求め、これらのアクティビティをもとに
次に検出すべきブロックの検出範囲を制御するように構
成される。
【００１１】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：アクティビティは、画像ブロックの画像
ブロック動き検出用符号化画像のブロックの各画素の分
散によって計算されるように構成される。
【００１２】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：アクティビティは、画像ブロックの画像
ブロック動き検出用符号化画像と予測画像の動きベクト
ルを０としたときのブロック内画像の差分絶対値和によ
って計算されるように構成される。
【００１３】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：画像のアクティビティを用いて画像ブロ
ックの動き検出用被符号化画像のサブサンプリングによ
る範囲拡大探索、通常の整数精度探索、半画素精度探索
の内から、いずれかを選択して動き探索を行うように構
成される。
【００１４】さらに、本発明は、画像をブロックに分割
して前または後の画像フレームから動きベクトルを検出
する両方向および片方向の画像ブロック動き検出装置に
おいて：画像ブロックの動き検出用被符号化画像を１／
２，１／４等のサブサンプリングすることにより、同一
演算器を用いて、画像ブロックの動き検出用被符号化画
像をサブサンプリングしないときに比べて動きの探索範
囲を拡大できるように構成される。
【００１５】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：次の式で得られる分散σを画像のアクテ
ィビティとして用い、第１の閾値Ｔ１，第２の閾値Ｔ
２、第３の閾値Ｔ３を設け（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）、この
分散σが第１の閾値Ｔ１より小さいときは１／４サンプ
リング、第１の閾値Ｔ１と第２の閾値Ｔ２との間にある
時は１／２サンプリング、第２の閾値Ｔ２と第３の閾値
Ｔ３との間にある時はサンプリングなし、第３の閾値Ｔ
３より大きいときは半画素精度で動き探索を行うように
構成される。
【００１６】
【数２】
【００１７】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：サブサンプリングなしのときは、予測画
像メモリにｙi、jに各対応する画素を入れておくことに
より、評価関数Ｅ7を次の式から得るように構成され
る。
【００１８】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜のとき、評価関
数 Ｅ7＝ΣＺi,j（i=l〜16,j=l〜16） ここで、Ｚi,jは、被探索ブロック ｘi,jは、被探索ブロックの画素 ｙi,jは、被符号化ブロックの画素。
【００１９】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：１／２サブサンプリングのときは、ｉが
偶数の縦ラインについて予測画像メモリにｙi、jにｙ
iー1、jを入れておき、評価関数Ｅ5、Ｅ6を次の式から求
めるように構成される。
【００２０】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、j=1
〜16）のとき：評価関数 Ｅ5＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、j=1〜16）のと
き：評価関数 Ｅ6＝ΣＺi,j。
【００２１】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：１／４サブサンプリングのとき、ｙ
2n+1、2m+2、ｙ2n+2、2m+1、ｙ2n+2、2m+2（ｍ＝0,1,
2...、ｎ＝0,1,2...）の予測画像メモリにｙ2n+1、2m+1
の数値を入れておき、評価関数Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4を次
の式から求めるように構成される。
【００２２】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、
ｊ：偶数）のとき：評価関数 Ｅ1＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶数）のと
き：評価関数 Ｅ2＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：奇数）のと
き：評価関数 Ｅ3＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：偶数）のと
き：評価関数 Ｅ4＝ΣＺi,j。
【００２３】さらに、本発明は、入力バッファメモリ、
予測画像メモリ、画像ブロック動き検出回路を含む画像
ブロック動き検出装置において、さらに、アクティビテ
ィ演算回路を設け、入力バッファメモリからの被符号化
画像と予測画像メモリからの予測画像からアクティビテ
ィを計算しその結果に基づいて画像ブロック動き検出回
路の探索範囲を制御するように構成される。
【００２４】さらに、本発明は、画像をブロックに分割
して前または後の画像フレームから動きベクトルを検出
する両方向および片方向の画像ブロック動き検出装置に
おいて：順方向フレーム間画像ブロックの動き検出時
に、使用していない方の逆方向フレーム間画像ブロック
動き検出演算器を用いて、両方向フレーム間画像ブロッ
クの動き検出時よりも検出範囲を拡大するように構成さ
れる。
【００２５】さらに、本発明は、画像ブロック動き検出
装置において：前方向の予測画像メモリからの予測画像
を後方向の画像ブロック動き検出回路に転送できるよう
に結線し、前方向のフレーム間符号化と同時に、後方向
の画像ブロック動き検出回路中で予測画像処理の演算の
半分を行わせるように構成される。
【００２６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．以下、この発明の実施の一形態を図１に
ついて説明する。図１は、本発明の実施の一形態による
画像ブロック動き検出装置の構成を示す図である。図１
において、１６はアクティビティ演算回路、１５は画像
ブロックの動き検出制御コマンドである。図１３の従来
例と同一または類似の部分には同一符号を付してその重
複説明を省略する。
【００２７】次に動作について説明する。従来例におい
て説明された構成要素と同一のものは同様に動作するの
で、ここでは動作の重複説明を省略し、本願発明の特徴
部分のみについて述べる。
【００２８】画像ブロックの動き検出に先立って、画像
ブロックの動きを検出すべき第（Ｎ＋１）ブロックから
先の第（Ｎ＋Ｋ）ブロックまでのＫ個のブロック分につ
いて、入力バッファメモリ２からの画像ブロックの動き
検出用被符号化画像３と予測画像メモリ４からの予測画
像５を用い、アクティビティ演算回路１６でＫ個のブロ
ックに関するアクティビティを演算する。このアクティ
ビティは、例えば、画像ブロックの動き検出用被符号化
画像３と予測画像５の動きベクトルを０にしたときのブ
ロック内各画素の差分絶対値和や、画像ブロックの動き
検出用被符号化画像３のブロックの各画素の分散などを
用いて表すことができる。アクティビティ演算回路１６
で探索範囲を決定し、画像ブロックの動き検出制御コマ
ンド１５として画像ブロック動き検出回路６の探索範囲
を制御する。
【００２９】図２は、この発明による動き探索範囲を変
化させる例を示す図である。ここでは、例えば、ブロッ
クの大きさを１６×１６とし、その２５６画素の差分絶
対値和等の評価値が最小となるベクトルを求める。図２
の（ａ）は予測画像５の探索範囲を水平方向に（−１６
〜＋１５）、垂直方向に（−１６〜＋１５）としたもの
であり、ベクトル（−１６、−１６）から（＋１５、＋
１５）までを縦方向、および横方向に順次シフトしつつ
各ベクトルにおける評価値を求め、２５６の全評価値の
中から最小のベクトルを動きベクトルとして決定する。
この場合の演算量を差分絶対値和を演算する回数で表わ
すと２５６（画素数）×２５６（ベクトル数）＝６５５
３６／ブロックとなる。
【００３０】同様に、図２の（ｂ）は探索範囲を水平方
向に（−３２〜＋３１）、垂直方向に（−１６〜＋１
５）としたもので、演算量は１３１０７２／ブロックと
なる。
【００３１】また、図２の（ｃ）は探索範囲を水平方向
に（−３２〜＋３１）、垂直方向に（−３２〜＋３１）
としたもので、演算量は２６２１４４／ブロックとな
る。これらの図２の（ａ）〜図２の（ｃ）において、演
算量は探索範囲の面積に比例する。本発明では、従来の
方法で（ｂ）の探索範囲を丁度演算できる能力の画像ブ
ロック動き検出回路を用い（ａ）または（ｃ）の探索範
囲の画像ブロックの動き検出も行わせるようにした点に
特徴がある。
【００３２】図３は、この発明による第（Ｎ＋１）ブロ
ックから第（Ｎ＋Ｋ）ブロックまでのＫ個のブロックの
アクティビティ（画像ブロックの動き検出用被符号化画
像３と予測画像５の動きベクトルを０にしたときのブロ
ック内各画素の差分絶対値和）を示したものである。Ｋ
個のブロックの平均値Ａより上方に閾値Ｔ１、平均値Ａ
より下方に閾値Ｔ２をとる。ここで、第（Ｋ＋１）ブロ
ックの閾値Ｔ１，Ｔ２、その前の第（Ｎ＋１）〜第（Ｎ
＋Ｋ）のＫ個のブロックのアクティビティの平均値Ａ
に、例えば、あらかじめ定められた固定数値αを加算、
減算した値からＴ１＝Ａ＋α、Ｔ２＝Ａ−αと求められ
る。
【００３３】これにより、平均的には、ブロック内各画
素の差分絶対値和は閾値Ｔ１〜Ｔ２の範囲に入るものが
多く、これらは２０４８点（２４μｓ）となる。また、
閾値Ｔ１より大きいもの（４０９６点，４８μｓ）と閾
値Ｔ２より小さいもの（１０２４点，１２μｓ）が平均
されて２４μｓ／ＭＢ（マイクロブロック）となるよう
に閾値を決定すれば、３３ｍＳで全てのＭＢの動き検出
を完了できる。
【００３４】画像ブロックの動きを検出すべき第（Ｎ＋
１）ブロックは、閾値Ｔ２より小さく、すなわち、小さ
い検索範囲で適当な動きベクトルが検出できると推定で
きる場合は、図２の（ａ）のように１０２４点探索を行
う。もし、画像ブロックの動き検出すべき第（Ｎ＋１）
ブロックが閾値Ｔ１より上の場合は（ｃ）４０９６点探
索、Ｔ１とＴ２の間の場合は（ｂ）２０４８点の探索を
行う。
【００３５】一方、１フレームの符号化時間は、カメラ
からの１フレームの時間と同じで、ＮＴＳＣの場合３３
ｍＳである。ＭＰＥＧ２では、これを横４５（７２０画
素）ＭＢ（マイクロブロック）×縦３０ＭＢ（４８０ラ
イン）＝１３５０ＭＢのマイクロブロックに分割するの
で、１ＭＢ当たりの演算時間は３３ｍＳ／１３５０ＭＢ
＝２４μｓ／ＭＢとなる。したがって、２４μｓで２０
４８点検索できる動き検出回路を用いれば、１０２４点
探索には１２μｓ、４０９６点探索には４８μｓかか
る。アクティビティ制御を行うことによって、図４のよ
うに、ｌフレーム符号化時間内に、１３５０ＭＢ全ての
動き検出ができ、探索範囲拡大が必要なＭＢに対して、
それだけ多くの時間を割り当てることができる。
【００３６】図５は、本発明による画像ブロックの動き
検出のタイミングを示す図である。図５の横軸は時刻、
縦軸はフレーム番号およびブロック番号である。本例で
は、１フレームのブロック数はＭ個であり、時刻０に第
Ｌフレームの第１ブロックの動き検出を開始する。従来
例では、点線で示すように、１フレーム符号化時間が終
了する時に、第Ｌフレームの第Ｍブロックの画像ブロッ
クの動き検出が丁度終了するような傾斜の直線となる。
従来例においては、上述のように、移動平均を用いるこ
とで、閾値Ｔｌよりも大きいもの（４８μｓ）にかたよ
ったり、閾値Ｔ２よりも小さいもの（１２μｓ）にかた
よったりしないで、両者が平均的に発生するため、１フ
レーム時間でちょうど全てのＭＢの動きの検出が完了す
るように制御できる。
【００３７】一方、本発明による画像ブロックの動き検
出演算のタイミングは、直線で示すように、従来例と比
べて早くなったり、遅くなったりする動作を繰り返す。
フレーム間差分符号化は、一点鎖線で示すように、上記
のタイミングより少し遅れて処理される。図１におい
て、動き補償フレーム間差分符号化部１０は、画像ブロ
ック動き検出回路６で計算された動きベクトルを用い
て、前側または後側のフレームメモリ４より動きベクト
ル分シフトした位置からのブロックを用い、それに対し
て差分をとり、ＤＣＴ量子化を行う。したがって、予測
符号化は画像ブロック動き検出の後で行うことになる。
予測符号化も３３ｍＳでｌフレーム分行うので、やはり
２４μＳ／ＭＢである（図５のグラフの１フレーム間差
分符号化（予測符号化）の傾きは、１ＭＢ／２４μｓと
なる）。予測符号化の時期は、動き検出が固定速度（点
線）のときは、動き検出の直後であればいつでもよい
が、動き検出が可変速度（実線）のときは、最悪の時で
も、予測符号化が動き検出よりも後になるように予め遅
延時間を設定しなければならない。
【００３８】実施の形態１のメリットとしては、アクテ
ィビティの小さいＭＢに対しては、１０２４点でも十分
に適切な動きベクトルを探索でき、画質を劣化させない
ようにでき、逆にアクティビティが大きく、広範囲を探
索しなければならないＭＢに対しては、４０９６点を演
算する時間を割り当てることができ、画質を向上させる
ことができることである。
【００３９】実施の形態２．画像ブロックの動き検出用
被符号化画像３をサブサンプリングして動き探索の演算
に行うことによって、演算量を削減することができる。
図６の（ａ）は２５６画素のうちの半分の１２８画素だ
けを用い動き探索を行うため、全画素を用いて行う場合
の画像ブロックの動き検出演算器を用いると、図２の
（ｂ）の２０４８点探索が行える。なお、実施の形態２
においては、サブサンプリングがない場合、図２（ａ）
の１０２４点探索ができる画像ブロックの動き検出器を
用いると仮定している。この仮定のもとでは、１／２サ
ブサンプリングの場合、図２（ｂ）の２０４８点探索が
可能となり、１／４サブサンプリングの場合、図２
（ｃ）の４０９６点探索が可能となる。
【００４０】以下に、図６を用いて実施の形態２の具体
的な動作説明を行う。（ａ）に示す前フレームまたは後
フレームの被探索ブロック（１６×１６）は、フレーム
メモリ内からシフトレジスタ等で、縦方向にシフトされ
る。１点評価が終わると、画素が上にシフトするので、
１つ下の位置が評価でき、これを繰り返すことによって
縦１ラインの評価ができる。縦１ライン終了後は横に１
つずらし、同じことを繰り返す。縦方向に３２回、横方
向に３２回行えば１０２４点の評価値を全て求められ
る。１０２４点の中で評価値が最も小さくなる点のベク
トルが求める動きベクトルとなる。
【００４１】評価の方法は、図６の（ｃ）に示すサブサ
ンプリングなしの被符号化ブロック（２５６画素）をあ
らかじめ全てレジスタに入れておき、図６（ｂ）中の２
５６個のＰＥ（プロセッサエレメント）により上記被探
索ブロックとの各画素の差分絶対値を求め合計する。こ
のときの計算過程は、図７、図８に示される。図７にお
いて被探索ブロックの各画素ｘi、jは、前フレームまた
は後フレームメモリからのデータがシフトレジスタでシ
フトされたものである。被符号化ブロックのｙi、jは被
符号化画像フレームメモリからあらかじめ転送され、そ
のＭＢの探索が全て完了するまで変化しない。図８は、
評価関数を求めるまでの回路構成をを示す図である。
【００４２】図９は、本発明のアクティビティの平均を
求める回路を示す図である。第（Ｎ＋１）の画像ブロッ
クの動き検出を始める前に、第（Ｎ＋１）の動きの点に
関する評価関数を求め、それをシフトレジスタでシフト
する。第（Ｎ＋１）〜（Ｎ＋Ｋ−１）の動き０に関する
評価関数は、それぞれ第（Ｎ−Ｋ＋２）〜Ｎの動き検出
を始める前に求まっている。
【００４３】評価関数は、ベクトル（ｈ，ｖ）の関数で
あり、ｈ、ｖは探索範囲の値をとる。従って、Ｅ（ｈ，
ｖ）が最小となるベクトル（ｈ0，ｖ0）が求める動きベ
クトルである。アクティビティとして、ベクトル
（０，０）（動きなし）の点を用いると、アクティビテ
ィの平均Ａは次の式で与えられる。
【００４４】
【数３】
【００４５】ここで、Ｅｉ（０，０）は第ｉＭＢの動き
なしの点の評価関数である。
【００４６】（１）サブサンプリングなしのときは、次
のように、ｙi、jに各対応する画素を入れておくことに
より、評価結果Ｅ7が得られる。
【００４７】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜のとき：評価関
数 Ｅ7＝ΣＺi,j（i=l〜16,j=l〜16）・・・２５６
点。
【００４８】（２）１／２サブサンプリングのとき、ｉ
が偶数の縦ラインについてｙi、jにｙiー1、jを入れてお
き、Ｅ5、Ｅ6を求めることにより、１回に２点（横に２
つ分）の結果がえられ、同一時間で２倍の領域を探索で
きる。縦ライン終了後、横に２画素分ずらしてこれを繰
り返す。これにより同一時間で縦３２×横６４（１０２
４）の領域を探索できる。
【００４９】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、j=1
〜16）のとき：評価関数 Ｅ5＝ΣＺi,j・・・１２８点 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、j=1〜16）のと
き：評価関数 Ｅ6＝ΣＺi,j・・・１２８点。
【００５０】（３）１／４サブサンプリングのとき、ｙ
2n+1、2m+2、ｙ2n+2、2m+1、ｙ2n+2、2 m+2（ｍ＝0,1,
2...、ｎ＝0,1,2...）のレジスタにｙ2n+1、2m+1の数値
を入れておき、Ｅ1、Ｅ2、Ｅ3、Ｅ4を求め、１回に４点
（横２×縦２）の結果が得られ同一時間で４倍の領域を
探索できる。この場合、被探索ブロックレジスタは１回
探索後、縦に２画素シフトする。また縦ライン終了後、
横に２画素分ずらしてこれを繰り返す。これにより同一
時間で縦６４×６４（４０９６）の領域を探索できる。
【００５１】Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、
ｊ：偶数）のとき：評価関数 Ｅ1＝ΣＺi,j・・・６４
点 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶数）のと
き：評価関数 Ｅ2＝ΣＺi,j・・・６４点 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：奇数）のと
き：評価関数 Ｅ3＝ΣＺi,j・・・６４点 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：偶数）のと
き：評価関数 Ｅ4＝ΣＺi,j・・・６４点。
【００５２】同様に、図６の（ｂ）は２５６画素のうち
の４分の１の６４画素だけを用い動き探索を行うため、
図２の（ｃ）の４０９６点探索が行える。以上述べたよ
うに、このような検索方法によって、探索点が拡大する
メリットが得られる。
【００５３】実施の形態３．画像ブロックの動き検出用
被符号化画像３のブロックの各画素の分散Ｓが小さい場
合は各画素の変化がほとんどなく、かなり荒いサブサン
プリングでも検出された動きベクトルでの差分は小さ
く、後のフレーム間差分符号化における符号化効率を低
下させることはない。逆に、画像ブロックの動き検出用
被符号化画像３のブロックの各画素の分散Ｓが大きい場
合は各画素が大きく変化しているためサブサンプリング
をすると最適でない動きベクトルを検出しフレーム間差
分が大きくなり圧縮効率の低下を招く。
【００５４】本実施の形態では、画像ブロックの動き検
出用被符号化画像３のブロックの各画素の分散Ｓをアク
ティビティとして閾値Ｔ１、Ｔ２およびＴ３（０＜Ｔ１
＜Ｔ２＜Ｔ３を定め、分散Ｓが閾値Ｔ１より小さいとき
は１／４サブサンプリング、Ｔ１とＴ２の間のときは１
／２サブサンプリング、Ｔ２とＴ３の間のときはサブサ
ンプリングなし、Ｔ３より大きいときは半画素精度で動
き探索を行うよう制御するよう構成される。
【００５５】次に具体的な例を示す。図１０は上記の平
均μ、分散σを計算するための参考図を示す。図１０に
示すように、被符号化画素の各画素の値をｙi、j（ｉ＝
１〜１６、ｊ＝１〜１６）とすると、平均μおよび分散
σは以下の式で求めることができる。
【００５６】
【数４】
【００５７】ここでｙi、jはデジタルで８ビットとする
と０〜２５５の数値をとる。分散σは、各画素の変化の
激しさを示す値である（σ＝０ならば全て同一の値）。
従ってσが小さい場合、サブサンプリングによる精度の
悪さのデメリットが減少する分、サブサンプリングによ
り探索範囲拡大が有利になる。逆にσが大きい場合、サ
ブサンプリングで悪くなった画素による精度の悪さが大
きくなりデメリットが増加する。閾値の例としては、た
とえば、Ｔ３＝５、Ｔ４＝１０、Ｔ５＝１５程度に取る
ことができる。探索範囲は実施の形態２に従う。すなわ
ち、サブサンプリングなしのとき横３２×縦３２（１０
２４点）、１／２サブサンプリングのとき横６４×縦３
２（２０４８点）、１／４サブサンプリングのとき横６
４×縦６４（４０９６点）となる。
【００５８】実施の形態４．図１１は、前後双方向から
のフレーム間差分符号化における本発明による画像ブロ
ック動き検出回路の周辺を示した図である。前方向の予
測画像メモリ４ａからの予測画像５ａを後方向の画像ブ
ロック動き検出回路６ｂに転送できるように構成し、前
方向のフレーム間符号化時に後方向の検出回路６ｂが半
分の演算を行うようにした。このとき、Ｐピクチャの動
き検出時は、後側の画像ブロック動き検出回路６ｂが動
作しないで遊ぶ状態になる。すなわち、図１２に示すよ
うに、前側画像ブロック動き検出回路６ａだけでの探索
範囲は図１２の（ａ）のように中心（０，０）に対し、
（−１６，−１６）〜（＋１５，＋１５）の１０２４点
となる。
【００５９】一方、Ｐピクチャのとき、前側画像ブロッ
ク動き検出回路６ａで（−３２，−１６）〜（−１，＋
１５）の１０２４点、後側画像ブロック動き検出回路６
ｂで（０，−１６）〜（＋３１，＋１５）の１０２４点
の範囲を探索することによって、結果として（−３２，
−１６）〜（＋３１，＋１５）の２０４８点の探索を行
うことができる。
【００６０】図１２の構成は図７、図８と同じである
が、前側画像ブロック動き検出回路６ａの被探索ブロッ
クにｘi、jの代わりにｘi-16、jを入れ、後側動き探索器
６ｂにはＸi、jの代わりにｘi+16、jを入れる点が異な
る。
【００６１】このときの探索範囲の割り当ては、例え
ば、前方向用画像ブロック動き検出回路６ａが図１２の
（ｂ）の左側の部分（水平方向のベクトルがマイナスの
部分、後方向用画像ブロック動き検出回路６ｂが図１２
の（ｂ）の右側の部分（水平方向のベクトルが０とプラ
スの部分）となるように行う。
【００６２】なお、前方向と後方向の予測画像メモリ４
ａ，４ｂおよび画像ブロック動き検出回路６ａ，６ｂ
は、交互に前後を切り替える必要がある。図１１の構成
図においては、前側Ｉ／Ｐ予測画像メモリと後側Ｉ／Ｐ
予測画像メモリとを有する。しかし、実際は、図１４の
各フレームに示すように、例えば、Ｉ0ピクチャを前側
フレームメモリ、Ｐ3ピクチャを後側フレームメモリに
入れて、Ｂ4ピクチャ、Ｂ5ピクチャを符号化した後、Ｐ
6ピクチャは前側のＩ0ピクチャに上書きし、Ｂ4、Ｂ5符
号化のとき、前側フレームメモリにＰ6ピクチャ、後側
フレームメモリにＰ3ピクチャが入り、逆になる。した
がって、このときは、前後の画像ブロック動き検出回路
を切り替える必要がある。
【００６３】図１１には後方向の予測画像メモリ４ｂか
らの予測画像５ｂを前方向の画像ブロック動き検出回路
６ａに転送できる経路も示してある。これは、後側に画
像ブロック動き検出回路６ｂを前側画像ブロック動き検
出回路６ａ用に用いるには、前側の被探索画素をｘi、j
として入力する必要があるので、その経路が必要となる
ためである。この発明により、前方向のフレーム間符号
化時に、図２の（ａ）の１０２４点探索を行うことので
きる画像ブロック動き検出回路を用いて、（ｂ）２０４
８点探索を行うことができる。このように、本発明にお
いては、探索範囲を広げることによって、より適切な動
きベクトルを検出することができ、符号化効率（圧縮
率）を上げることができる。
【００６４】
【発明の効果】本発明によれば、探索点の範囲およびサ
ブサンプリングの度合を可変にし、アクティビティによ
る制御を行ったこと、また、前方向だけのフレーム間符
号化時に後方向用の画像ブロック動き検出回路も利用し
たことにより、同一演算能力をもつ画像ブロック動き検
出回路により精度の高い動きベクトルを求めることがで
き圧縮率および画質の良い画像圧縮装置を得ることがで
きる。
【００６５】また、本発明による画像ブロック動き検出
装置は、同一の演算規模の画像ブロックの動き検出回路
を用いても、従来に比べて符号化すべきフレーム全体と
してバランスのとれた適した動きベクトルを検出でき
る。
【００６６】本発明は、アクティビティの小さいＭＢに
対しては、１０２４点でも十分に適切な動きベクトルを
探索でき、画質を劣化させないようにでき、逆にアクテ
ィビティが大きく、広範囲を探索しなければならないＭ
Ｂに対しては、４０９６点を演算する時間を割り当てる
ことができ、画質を向上させることができることであ
る。
【００６７】本発明は、検出を行うブロックに対して予
め動きのアクティビティを求め、これらのアクティビテ
ィをもとに次に検出すべきブロックの検出範囲を制御す
るので、より適切な動きベクトルを検出することがで
き、符号化効率（圧縮率）を上げることができる。
【００６８】さらに、本発明において、アクティビティ
は、画像ブロックの画像ブロック動き検出用符号化画像
のブロックの各画素の分散によって計算されるので、よ
り適切な動きベクトルを検出することができ、符号化効
率（圧縮率）を上げることができる。
【００６９】さらに、本発明において、アクティビティ
は、画像ブロックの画像ブロック動き検出用符号化画像
と予測画像の動きベクトルを０としたときのブロック内
画像の差分絶対値和によって計算されるので、より適切
な動きベクトルを検出することができ、符号化効率（圧
縮率）を上げることができる。
【００７０】さらに、本発明は、画像のアクティビティ
を用いて画像ブロックの動き検出用被符号化画像のサブ
サンプリングによる範囲拡大探索、通常の整数精度探
索、半画素精度探索の内から、いずれかを選択して動き
探索を行うので、より適切な動きベクトルを検出するこ
とができ、符号化効率（圧縮率）を上げることができ
る。
【００７１】さらに、本発明は、画像ブロックの動き検
出用被符号化画像を１／２，１／４等のサブサンプリン
グするので、同一演算器を用いた場合でも、画像ブロッ
クの動き検出用被符号化画像をサブサンプリングしない
ときに比べて動きの探索範囲を拡大できる。
【００７２】さらに、本発明は、次の式で得られる分散
σを画像のアクティビティとして用い、第１の閾値，第
２の閾値、第３の閾値を設け、この分散σが第１の閾値
より小さいときは１／４サンプリング、第１の閾値と第
２の閾値との間にある時は１／２サンプリング、第２の
閾値と第３の閾値との間にある時はサンプリングなし、
第３の閾値より大きいときは半画素精度で動き探索を行
うので、より適切な動きベクトルを検出することがで
き、符号化効率（圧縮率）を上げることができる。
【００７３】
【数５】
【００７４】さらに、本発明は、サブサンプリングなし
のときは、予測画像メモリにｙi、jに各対応する画素を
入れておくことにより、Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜、評
価関数 Ｅ7＝ΣＺi,jによって、評価結果を得るので、
より適切な動きベクトルを検出することができ、符号化
効率（圧縮率）を上げることができる。
【００７５】さらに、本発明は、１／２サブサンプリン
グのときは、ｉが偶数の縦ラインについて予測画像メモ
リにｙi、jにｙiー1、jを入れておき、Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙ
i,j｜のときの評価関数Ｅ5＝ΣＺi,j、およびＺi,j＝｜
ｘi,j−ｙi,j｜のときの評価関数Ｅ6＝ΣＺi,jが得られ
るので、より適切な動きベクトルを検出することがで
き、符号化効率（圧縮率）を上げることができる。
【００７６】さらに、本発明は、１／４サブサンプリン
グのとき、予測画像メモリにｙ2n+1 、2m+1の数値を入れ
ておき、Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶
数）のときの評価関数Ｅ1＝ΣＺi,j、Ｚi,j＝｜ｘi,j−
ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶数）のときの評価関数Ｅ2＝
ΣＺi,j、Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：奇
数）のときの評価関数Ｅ3＝ΣＺi,j、およびＺi,j＝｜
ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：偶数）のときの評価関
数Ｅ4＝ΣＺi,jが得られるので、より適切な動きベクト
ルを検出することができ、符号化効率（圧縮率）を上げ
ることができる。
【００７７】さらに、本発明は、入力バッファメモリ、
予測画像メモリ、画像ブロック動き検出回路を含む画像
ブロック動き検出装置に、さらに、アクティビティ演算
回路を設け、入力バッファメモリからの被符号化画像と
予測画像メモリからの予測画像からアクティビティを計
算しその結果に基づいて画像ブロック動き検出回路の探
索範囲を制御するので、より適切な動きベクトルを検出
することができ、符号化効率（圧縮率）を上げることが
できる。
【００７８】さらに、本発明は、順方向フレーム間画像
ブロックの動き検出時に、使用していない方の逆方向フ
レーム間画像ブロック動き検出演算器を用いて、両方向
フレーム間画像ブロックの動き検出時よりも検出範囲を
拡大できるので、より適切な動きベクトルを検出するこ
とができ、符号化効率（圧縮率）を上げることができ
る。
【００７９】さらに、本発明は、前方向の予測画像メモ
リからの予測画像を後方向の画像ブロック動き検出回路
に転送できるように結線し、前方向のフレーム間符号化
と同時に、後方向の画像ブロック動き検出回路中で予測
画像処理の演算の半分を行わせるので、より適切な動き
ベクトルを検出することができ、符号化効率（圧縮率）
を上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の一形態による画像ブロック動
き検出装置の構成を示す図である。
【図２】 本発明の動き探索範囲を示す図である。
【図３】 本発明の各ブロックのアクティビティを示す
図である。
【図４】 アクティビティ制御による動き検出のタイミ
ングチャートを示す図である。
【図５】 本発明の画像ブロックの動き検出のタイミン
グを示す図である。
【図６】 本発明の被検出ブロックのサブサンプリング
を示す図である。
【図７】 本発明の探索方法を示す図である。
【図８】 本発明の探索方法を示す図である。
【図９】 本発明のアクティビティの平均を求める回路
を示す図である。
【図１０】 本発明の実施の一形態における平均μ、分
散σを計算するための参考的な図である。
【図１１】 本発明の実施の一形態における前後双方向
画像ブロック動き検出装置を示す図である。
【図１２】 前側画像ブロック動き検出回路だけでの探
索範囲と前側および後側の両画像ブロック動き検出回路
での探索範囲の比較を示す図である。
【図１３】 従来例による画像ブロック動き検出装置を
含む符号化装置の構成を示す図である。
【図１４】 一般的なＭＰＥＧの予測符号化方法を示す
図である。
【図１５】 従来例の前後双方向画像ブロック動き検出
装置を示す図である。
【符号の説明】
２ 入力バッファメモリ ４，４ａ，４ｂ 予測画像メモリ ６，６ａ，６ａ 画像ブロック動き検出回路 １０ 差分符号化器 １２ 送信バッファメモリ １５ 選択回路 １６ アクティビティ演算回路 １７ 平均化回路

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 画像をブロックに分割して前または後の
    画像フレームから動きベクトルを検出する両方向および
    片方向の画像ブロック動き検出装置において：検出を行
    うブロックに対して予め動きのアクティビティを求め、
    これらのアクティビティをもとに次に検出すべきブロッ
    クの検出範囲を制御することを特徴とする画像ブロック
    動き検出装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の画像ブロック動き検出装
    置において：前記アクティビティは、画像ブロックの画
    像ブロック動き検出用符号化画像のブロックの各画素の
    分散によって計算されることを特徴とする画像ブロック
    動き検出装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の画像ブロック動き検出装
    置において：前記アクティビティは、画像ブロックの画
    像ブロック動き検出用符号化画像と予測画像の動きベク
    トルを０としたときのブロック内画像の差分絶対値和に
    よって計算されることを特徴とする画像ブロック動き検
    出装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の画像ブロック動き検出装
    置において：画像のアクティビティを用いて画像ブロッ
    クの動き検出用被符号化画像のサブサンプリングによる
    範囲拡大探索、通常の整数精度探索、半画素精度探索の
    内から、いずれかを選択して動き探索を行うことを特徴
    とする画像ブロック動き検出装置。
  5. 【請求項５】 画像をブロックに分割して前または後の
    画像フレームから動きベクトルを検出する両方向および
    片方向の画像ブロック動き検出装置において：画像ブロ
    ックの動き検出用被符号化画像を１／２，１／４等のサ
    ブサンプリングすることにより、同一演算器を用いて、
    画像ブロックの動き検出用被符号化画像をサブサンプリ
    ングしないときに比べて動きの探索範囲を拡大できるよ
    うにしたことを特徴とする画像ブロック動き検出装置。
  6. 【請求項６】 請求項５記載の画像ブロック動き検出装
    置において：次の式で得られる分散σを画像のアクティ
    ビティとして用い、第１の閾値Ｔ１，第２の閾値Ｔ２、
    第３の閾値Ｔ３を設け（Ｔ１＜Ｔ２＜Ｔ３）、この分散
    σが第１の閾値Ｔ１より小さいときは１／４サンプリン
    グ、第１の閾値Ｔ１と第２の閾値Ｔ２との間にある時は
    １／２サンプリング、第２の閾値Ｔ２と第３の閾値Ｔ３
    との間にある時はサンプリングなし、第３の閾値Ｔ３よ
    り大きいときは半画素精度で動き探索を行うことを特徴
    とする画像ブロック動き検出装置。 【数１】
  7. 【請求項７】 請求項５記載の画像ブロック動き検出装
    置において：サブサンプリングなしのときは、予測画像
    メモリにｙi、jに各対応する画素を入れておくことによ
    り、評価結果Ｅ7を次の式から得るようにしたことを特
    徴とする画像ブロック動き検出装置。 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜のとき：評価関数 Ｅ7＝ΣＺ
    i,j（i=l〜16,j=l〜16） ここで、Ｚi,jは、被探索ブロック ｘi,jは、被探索ブロックの画素 ｙi,jは、被符号化ブロックの画素
  8. 【請求項８】 請求項５記載の画像ブロック動き検出装
    置において：１／２サブサンプリングのときは、ｉが偶
    数の縦ラインについて予測画像メモリにｙi、jにｙiー1、j
    を入れておき、Ｅ5、Ｅ6を次の式から求めるようにした
    ことを特徴とする画像ブロック動き検出装置。 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、j=1〜16）のと
    き：評価関数 Ｅ5＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、j=1〜16）のと
    き：評価関数 Ｅ6＝ΣＺｉ，ｊ
  9. 【請求項９】 請求項５記載の画像ブロック動き検出装
    置において：１／４サブサンプリングのとき、ｙ
    ２ｎ＋１、２ｍ＋２、ｙ2n+2、2m+1、ｙ2n+2、2m+2（ｍ＝
    0,1,2...、ｎ＝0,1,2...）の予測画像メモリにｙ
    2n+1、2m+1の数値を入れておき、評価関数Ｅ1、Ｅ2、
    Ｅ3、Ｅ4を次の式から求めるようにしたことを特徴とす
    る画像ブロック動き検出装置。 Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶数）のと
    き：評価関数 Ｅ1＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：奇数、ｊ：偶数）のと
    き：評価関数 Ｅ2＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：奇数）のと
    き：評価関数 Ｅ3＝ΣＺi,j Ｚi,j＝｜ｘi,j−ｙi,j｜（ｉ：偶数、ｊ：偶数）のと
    き：評価関数 Ｅ4＝ΣＺi,j
  10. 【請求項１０】 入力バッファメモリ、予測画像メモ
    リ、画像ブロック動き検出回路を含む画像ブロック動き
    検出装置において、 さらに、アクティビティ演算回路を設け、 前記入力バッファメモリからの被符号化画像と前記予測
    画像メモリからの予測画像からアクティビティを計算し
    その結果に基づいて画像ブロック動き検出回路の探索範
    囲を制御することを特徴とする画像ブロック動き検出装
    置。
  11. 【請求項１１】 画像をブロックに分割して前または後
    の画像フレームから動きベクトルを検出する両方向およ
    び片方向の画像ブロック動き検出装置において：順方向
    フレーム間画像ブロックの動き検出時に、使用していな
    い方の逆方向フレーム間画像ブロック動き検出演算器を
    用いて、両方向フレーム間画像ブロックの動き検出時よ
    りも検出範囲を拡大することを特徴とする画像ブロック
    動き検出装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の画像ブロック動き検
    出装置において：前方向の予測画像メモリからの予測画
    像を後方向の画像ブロック動き検出回路に転送できるよ
    うに結線し、前方向のフレーム間符号化と同時に、後方
    向の画像ブロック動き検出回路中で予測画像処理の演算
    の半分を行わせることを特徴とする画像ブロック動き検
    出回路。
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