(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビデオ信号の現フレームと前フレームとの間で最適の動きベクトルを決定し、現フレームは複数の同一の大きさの探索ブロックに分割され、前フレームは対応する個数の探索領域を含み、前記各探索領域は複数の同一の大きさの候補ブロックを有する最適動きベクトル決定方法において、当該方法が：
ブロックマッチング方式により現フレーム内の各探索ブロックの動きベクトルを検出する第１過程と；
探索ブロックを探索ブロックの中心に位置する中心領域と中心領域の外面に位置する境界領域に分割する第２過程と；
探索ブロックの動きベクトルをその中心領域の最適動きベクトルとして決定する第３過程と；
探索ブロックとこれに隣接した１つ以上の探索ブロックの動きベクトルを用いて、探索ブロックの境界領域の最適動きベクトルを決定する第４過程と；
を含む動きベクトル決定方法であって、
前記探索ブロックの境界領域が４つのエッジ領域と４つのコーナ領域とを含み、各コーナ領域は探索ブロックのコーナに位置し、各エッジ領域は２つのコーナ領域の間の探索ブロックのエッジに沿って位置し、前記各コーナ領域は３つの隣接探索ブロックを有し、前記各エッジ領域は１つの隣接探索ブロックを有し、
前記各コーナ領域の最適動きベクトルは、探索領域とこれに隣接した３つの探索ブロックの４つの動きベクトルの平均をとることによって決定し、前記各エッジ領域の最適動きベクトルは探索ブロックとこれに隣接した１つの探索ブロックの２つの動きベクトルの平均をとることによって決定することを特徴とする動きベクトル決定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は映像符号化システムに用いるための動き補償方法に関し、特に、復号化した映像信号に現れるブロッキング現象を除去し得る改善された動きベクトル決定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、ディジタル化したビデオ信号を伝送する場合には、アナログで伝送する場合よりも高精度を維持することができる。一連の映像「フレーム」から成る映像信号をディジタル形態で表現する場合、特に、高精細度テレビジョン（ＨＤＴＶ）システムの場合には相当量のデータが発生する。しかし、通常の伝送チャネルの有効周波数帯域幅は制限されているため、相当量のディジタルデータを伝送するためにはデータ量を圧縮または減らす必要がある。多様な圧縮技法のうち、統計的符号化技法と時間的及び空間的圧縮技法とを組合わせたハイブリッド符号化技法が最も効果的であることが知られている。
【０００３】
大部分のハイブリッド符号化技法は、動き補償ＤＰＣＭ（差分パルス符号変調），２次元ＤＣＴ（離散コサイン変換），ＤＣＴ係数の量子化及びＶＬＣ（可変調符号化）を用いる。動き補償されたＤＰＣＭは現フレームと前フレームとの間の物体の動きを推定し、物体の動きによって現フレームを予測して、現フレームと予測値との間の差を表す差分信号を生成する。
【０００４】
動き補償されたＤＰＣＭデータのように映像データ間の空間的冗長性を減らすか除去する２次元ＤＣＴは、ディジタル映像データのブロック、例えば、８ｘ８画素のブロックを一組の変換係数データに変換する。
【０００５】
詳述すれば、動き補償ＤＰＣＭにおいては、現フレームと前フレームとの間にて推定した物体の動きによって、現フレームを前フレームから予測する。推定した動きは前フレームと現フレームとの間の画素の変位を表す２次元の動きベクトルで表すことができる。
【０００６】
物体の変位を推定する方法は幾つか提案されており、一般にこれらの方法は２つに類別することができる。その１つは画素逐次方式であり、もう１つはブロックマッチング方式である。本発明はブロックマッチング方式に関連するものである。
【０００７】
ブロックマッチング方式においては、現フレームを複数の探索ブロックに分割する。探索ブロックの大きさは８ｘ８から３２ｘ３２の範囲まで多様である。現フレーム内の探索ブロックの動きベクトルを決定するためには、現フレームの探索ブロックと前フレーム内でより大きい探索領域に含まれている複数の同一の大きさの候補ブロックの各々との類似性計算を行う。平均絶対誤差（ＭＡＥ）または平均２乗誤差（ＭＳＥ）のような誤差関数は、現フレームの探索ブロックと探索領域内の各候補ブロックとの間の類似性計算を行なうのに用いられる。動きベクトルは、最小誤差関数を生成する探索ブロックと候補ブロックとの間の変位を表す。
【０００８】
符号化映像データは通常の伝送チャネルを経て、映像信号復号化システムに含まれている映像信号復号化器へ伝送され、この映像信号復号化器は符号化処理とは逆の処理を行って、元の映像データを再構成する。しかし、この再構成した映像データでは、受信段にてブロックの境界線が目立つようになるブロッキング現象が起こる。このようなブロッキング現象はフレームをブロック単位で符号化するために発生する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の主な目的は、映像信号のブロック境界で発生するブロッキング現象を除去して、システムにより処理される映像の画質を改善し得る、映像符号化システムで用いるための動き補償用の動きベクトル決定方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、ビデオ信号の現フレームと前フレームとの間で最適の動きベクトルを決定し、現フレームは複数の同一の大きさの探索ブロックに分割され、前フレームは対応する個数の探索領域を含み、前記各探索領域は複数の同一の大きさの候補ブロックを有する最適動きベクトル決定方法において、当該方法が、ブロックマッチング方式により現フレーム内の各探索ブロックの動きベクトルを検出する第１過程と、探索ブロックを探索ブロックの中心に位置する中心領域と中心領域の外面に位置する境界領域に分割する第２過程と、探索ブロックの動きベクトルをその中心領域の最適動きベクトルとして決定する第３過程と、探索ブロックとこれに隣接した１つ以上の探索ブロックの動きベクトルを用いて、探索ブロックの境界領域の複数の最適動きベクトルを決定する第４過程とを含むことを特徴とする動きベクトル決定方法にある。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適実施について図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明による動き補償装置１５０を含むディジタルビデオ信号圧縮用の符号化装置１０のブロック図を示す。ここで、ディジタルビデオ信号はビデオ信号の複数フレームを含むものとする。
【００１２】
符号化装置１０は第１フレームメモリ１００、減算器１０２、映像信号符号器１０５、エントロピー符号器１０７、映像信号復号器１１３、加算器１１５、第２フレームメモリ１２４及び動き補償装置１５０を備えている。
【００１３】
入力ビデオ信号中に含まれる現フレームは、ラインＬ９を経て減算器１０２及びラインＬ１０を経て動き補償器１５０に連結されている第１フレームメモリ１００に格納される。格納された現フレームはブロック単位で読み出されるが、ここで、ブロックの大きさは８ｘ８乃至３２ｘ３２画素の範囲まで多様である。
【００１４】
本発明による動き補償装置１５０は、まず、通常のブロックマッチング方式を用いて現フレームの各探索ブロックに対する動きベクトルを検出し、この動きベクトルは現フレームに含まれる各探索ブロックと第２フレームメモリ１２４から供給される前フレーム内の対応する探索領域に含まれる最も類似している候補ブロックとの間の空間的変位を表す。また、動き補償装置１５０は探索ブロックとこれに隣接する探索ブロックの動きベクトルを用いて、各探索ブロックに含まれている画素の最適動きベクトルを決定する。その後、動き補償装置１５０は決定した最適の動きベクトルを用いて、第２フレームメモリ１２４から前フレームの対応する画素値を読出して、予測した現フレームを供給する。探索ブロックの動きベクトルはラインＬ２０を経てエントロピー符号器１０７へ、また予測した現フレーム信号はラインＬ３０を経て減算器１０２及び加算器１１５へ供給される。動き補償装置１５０の詳細な動作は、図２及び図３を参照して後に詳述する。
【００１５】
動き補償装置１５０から供給される予測された現フレーム信号は、減算器１０２においては、ラインＬ９を経て供給される現フレーム信号から差引かれ、結果データ、即ち、現フレームの画素値と予測した現フレームの画素値との間の差を表す誤差信号が、映像信号符号器１０５へ供給され、ここで、誤差信号は例えば、ＤＣＴ及び公知の量子化方法を用いて量子化変換係数に符号化される。
【００１６】
その後、量子化変換係数はエントロピー符号器１０７及び映像信号復号器１１３へ伝送される。映像信号復号器１１３は逆量子化及び逆離散コサイン変換を用いて、映像信号符号器１０５から供給される量子化変換係数を再構成誤差信号に変換する。加算器１１５においては、映像信号復号器１１３から供給される再構成誤差信号と動き補償装置１５０から供給される予測した現フレーム信号とが合成され、これから得られる再構成された現フレーム信号が第２フレームメモリ１２４に前フレーム信号として格納される。
【００１７】
エントロピー符号器１０７においては、映像信号符号器１０５から供給される量子化変換係数と動き補償器１５０からラインＬ２０を経て供給される動きベクトルとが可変長符号化により共に符号化される。符号化された信号は送信機( 図示せず) を経て伝送される。
【００１８】
図２には、図１に示した動き補償装置１５０を詳細に示してある。動き補償装置１５０は動き推定器２０９、メモリ２１０、領域形成ブロック２１３、最適動きベクトル決定ブロック２１６及び動き補償器２１９を備えている。
【００１９】
まず、動き推定器２０９は、第１フレームメモリ１００からの現フレーム信号及び第２フレームメモリ１２４からの前フレーム信号を検索し、通常のブロックマッチング技法を用いて、現フレームの各探索ブロックと前フレームにおける最も類似しているブロックとの間の空間的変位を表す動きベクトルを検出する。動き推定器２０９からの各探索領域の動きベクトルは図１に示したエントロピー符号器１０７及びメモリ２１０へ供給され、メモリ２１０には現フレームの探索ブロックの動きベクトルが格納される。
【００２０】
この時、現フレーム信号は領域形成ブロック２１３へも供給され、ここで、各探索ブロックは境界領域と中心領域とに分割される。図３には、本発明の好適実施例によって領域形成ブロック２１３にて行なう領域形成法を示してある。図３に示すように、各探索ブロック、例えば、１６ｘ１６画素の探索ブロックＳＢ５は、この探索ブロックＳＢ５の中心に位置する例えば１２ｘ１２画素の中心領域ＣＲ５と、この中心領域ＣＲ５の外面に沿って位置する画素からなる境界領域とに分割され、境界領域は４つのエッジ領域ＥＲ５ー１乃至ＥＲ５ー４及び４つのコーナ領域ＣＲ５ー１乃至ＣＲ５ー４を含み、各エッジ領域は１２ｘ２画素から構成され、各コーナ領域は２ｘ２画素から構成される。現フレームにおける中心、エッジ及びコーナ領域の位置を表す領域情報は最適動きベクトル決定ブロック３１６へ供給される。
【００２１】
最適動きベクトル決定ブロック２１６は、メモリ２１０から現フレームの探索ブロックの動きベクトルを受け取って、領域形成ブロック２１３から供給された領域情報に応じて、各探索ブロックとこれに隣接する探索ブロックの動きベクトルを用いて各探索ブロックの領域の最適動きベクトルを決定する。詳述すれば、２つの探索ブロック（例えば、ＳＢ５とＳＢ２）の間の境界に沿って位置するエッジ領域（例えば、ＥＲ５ー１）の最適動きベクトルは２つの探索ブロック、即ち、ＳＢ５とＳＢ２の動きベクトルの平均をとることによって得られる。同様に、エッジ領域ＥＲ５ー２乃至ＥＲ５ー４の最適動きベクトルは、２つの探索ブロックＳＢ５とＳＢ４、ＳＢ５とＳＢ６及びＳＢ５とＳＢ８の動きベクトルのそれぞれ平均をとることによって決定される。一方、コーナ領域の最適動きベクトルはコーナ領域を含んでいる探索ブロックの動きベクトルとコーナ領域で探索ブロックに隣接している探索ブロックの動きベクトルの平均をとることによって得られる。例えば、コーナ領域ＣＲ５ー１の最適動きベクトルは探索ブロックＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ４及びＳＢ５の動きベクトルの平均をとることによって得られる。また、コーナ領域ＣＲ５ー２乃至ＣＲ５ー４の最適動きベクトルは探索ブロックＳＢ２乃至ＳＢ９の動きベクトルに基いて決定される。中心領域（例えば、ＣＲ５）の最適動きベクトルと同様に、中心領域ＣＲ５を含んでいる探索ブロック（例えば、ＳＢ５）の動きベクトルはその最適動きベクトルとして割り当てられる。
【００２２】
本発明の前述した方法において、互いに隣接するコーナ領域（例えば、ＣＲ１ー１、ＣＲ２ー１、ＣＲ４ー１及びＣＲ５ー１）はこれらのコーナ領域を含む探索ブロック（例えば、ＳＢ１、ＳＢ２、ＳＢ４及びＳＢ５）の動きベクトルの平均をとることによって決定された同一の最適動きベクトルを有し、互いに隣接するエッジ領域（例えば、ＥＲ２ー１及びＥＲ５ー１）は、これらのエッジ領域を含む探索ブロック（例えば、ＳＢ２及びＳＢ５）の動きベクトルの平均をとることによって計算した最適動きベクトルを共有する。
【００２３】
現フレームの各探索ブロックの最適動きベクトルは、動き補償器２１９へ供給される。
動き補償器２１９は最適動きベクトル決定ブロック２１６から供給される最適動きベクトルを用いて、図１に示された第２フレームメモリ１２４から前フレームの対応する各画素値を読出して、予測した現フレーム信号をラインＬ３０を経て図１に示した減算器１０２及び加算器１１５へ供給する。
【００２４】
本発明による符号化装置１０に対応するディジタルビデオ信号復号化装置においては、符号化装置１０から伝送された動きベクトルに基いて、領域形成ブロック２１３及び最適動きベクトル決定ブロックに関連して説明したことと同様な方法で最適動きベクトルを再構成することによって、誤差信号及び動きベクトルを表す伝送符号化信号に基づく現フレーム信号の再構成を可能とする。
【００２５】
上記において、本発明の特定の実施例について説明したが、本発明に記載した特許請求の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の変更を加え得ることは勿論である。
【００２６】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、映像信号のブロック境界で発生するブロッキング現象を除去して、システムにより処理される映像の画質を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動き補償装置を用いた映像信号符号化システムのブロック図である。
【図２】図１に示された動き補償装置の詳細ブロック図である。
【図３】本発明の動き補償装置で行われる境界領域形成を説明するための図である。
【符号の説明】
１００  第１フレームメモリ
１０２  差分器
１０５  映像信号符号器
１０７  エントロピー符号器
１１３  映像信号復号器
１１５  加算器
１２４  第２フレームメモリ
１５０  動き補償装置
２０９  動き推定器
２１０  メモリ
２１３  領域形成ブロック
２１６  最適動きベクトル決定ブロック
２１９  動き補償器
【図１】
0003725232.tif 000002
【図２】
0003725232.tif 000003
【図３】
0003725232.tif 000004