(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動き補償ビデオ信号符号化器で用いられる、ビデオ信号の現フレームと前フレームとの間の変位を表す動きベクトルを特定する動きベクトル検知装置であって、
前記現フレームはＰ×Ｑ個の画素（Ｐ及びＱは２より大きい整数）を有する複数の処理ブロックに分けられ、前記Ｐ×Ｑ個の画素は各処理ブロックの中心に位置する中心画素を備え、
前記動きベクトル検知装置は、更に、
前記現フレームに含まれる各々の画素に対して動きベクトルを決定する動きベクトル決定手段であって、前記動きベクトルには前記中心画素に対する動きベクトルである中心動きベクトルが含まれる該動きベクトル決定手段と、
前記現フレーム内の被写体のエッジ位置を検知して、エッジ位置信号を生成する手段と、
前記エッジ位置信号に基づいて境界がエッジを含むまで拡張される可変のフィルタリング窓を有し、前記動きベクトルをメジアンフィルタリングし、前記現フレームに含まれる全ての画素に対して各画素のためのフィルタリング窓を用いてフィルタリングされた動きベクトルを発生するフィルタリング手段と、
前記各処理ブロックに含まれる全ての画素に対する前記フィルタリングされた動きベクトルの中で、同一の値を有する前記フィルタリングされた動きベクトルの数を計数し、前記各処理ブロック内で、計数された数が最も多い第１主ベクトルと、その数が２番目に多い第２主ベクトルとを選択する手段と、
前記第１及び第２主ベクトルに対応する前記各処理ブロックに対して、前フレームの画素データから求められる予測データと現フレームの画素データとの差の大きさを表すエラー関数値を計算し、前記第１主ベクトルと第２主ベクトルの内、エラー関数値が小さくなる方のベクトルを出力動きベクトルとして選択する手段と、
前記各処理ブロックの前記中心動きベクトルと前記第１主ベクトルと前記第１主ベクトルの計数された数とに基づいて、制御信号を発生する手段であって、前記制御信号は、前記各処理ブロックの前記中心動きベクトルと前記第１主ベクトルとが等しく、かつ前記第１主ベクトルの計数された数が予め定められた値以上である場合に第１の値をとり、それ以外の場合に第２の値をとる信号である、該手段と、
前記制御信号に応答して、前記出力動きベクトルと前記中心動きベクトルのどちらかを前記各処理ブロックに対する動きベクトルとして選択する切り替え手段であって、前記制御信号が前記第１の値をとっているときには、前記中心動きベクトルを、前記制御信号が前記第２の値をとっているときには前記出力動きベクトルを前記各処理ブロックに対する動きベクトルとして選択する、該切り替え手段とを有することを特徴とする動きベクトル検知装置。
【請求項２】
動き補償ビデオ信号符号化器で用いられる、ビデオ信号の現フレームと前フレームとの間の変位を表す動きベクトルを特定する動きベクトル検知装置であって、
前記現フレームはＰ×Ｑ個の画素（Ｐ及びＱは２より大きい整数）を有する複数の処理ブロックに分けられ、前記Ｐ×Ｑ個の画素は各処理ブロックの中心に位置する中心画素を備え、
前記動きベクトル検知装置は、更に、
前記現フレームに含まれる各々の画素に対して動きベクトルを決定する動きベクトル決定手段であって、前記動きベクトルには前記中心画素に対する動きベクトルである中心動きベクトルが含まれる該動きベクトル決定手段と、
前記現フレーム内の被写体のエッジ位置を検知して、エッジ位置信号を生成する手段と、
前記エッジ位置信号に基づいて境界がエッジを含むまで拡張される可変のフィルタリング窓を有し、前記動きベクトルをメジアンフィルタリングし、前記現フレームに含まれる全ての画素に対して各画素のためのフィルタリング窓を用いてフィルタリングされた動きベクトルを発生するフィルタリング手段と、
前記各処理ブロックに含まれる全ての画素に対する前記フィルタリングされた動きベクトルの中で、同一の値を有する前記フィルタリングされた動きベクトルの数を計数し、前記各処理ブロック内で、計数された数が最も多い第１主ベクトルと、その数が２番目に多い第２主ベクトルとを選択する手段と、
前記第１及び第２主ベクトルに対応する前記各処理ブロックに対して、前フレームの画素データから求められる予測データと現フレームの画素データとの差の大きさを表すエラー関数値を計算し、前記第１主ベクトルと第２主ベクトルの内、エラー関数が小さくなる方のベクトルを出力動きベクトルとして選択する手段と、
前記中心動きベクトル及び前記第１主ベクトルに応答して、前記中心動きベクトルと前記第１主ベクトルとが互いに同一の場合は第１制御信号を発生し、そうでないときは第２制御信号を発生する手段と、
前記第１主ベクトルの数を予め定められた値と比較して、第１主ベクトルの数が予め定められた値より大きいかあるいは等しい場合は第３制御信号を発生し、そうでないときは、第４制御信号を発生する手段と、
前記第１、第２、第３、及び第４制御信号に応答して、前記第１及び第３制御信号が印加された場合は第１選択信号を発生し、そうでないときは第２選択信号を発生する手段と、
前記各処理ブロックに対する動きベクトルとして、前記第１選択信号に対しては前記中心動きベクトルを、前記第２選択信号に対しては前記出力動きベクトルを選択する切り替え手段とを有することを特徴とする動きベクトル検知装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は動きベクトルを検知装置に関する。特に、適応的フィルタリング窓を用いるメジアンフィルタ（median filter）によって動きベクトルを特定する動きベクトル検知装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精細度テレビやビデオ電話システムのような様々な電子／電気応用分野に於いては、映像信号をディジタル信号で伝送する必要がある。映像信号をディジタル信号で表すことは大量のディジタルデータの発生につながる。しかし、通常、伝送チャンネルとして使用することのできる周波数帯域幅は限られているため、映像信号をそのチャンネルを通じて伝送するためには伝送データの量を圧縮するか、または減らす必要がある。多様なビデオ信号圧縮技法の中で、動き補償フレーム間符号化技法が有効な圧縮技法の１つと知られている。この方法は、信号の圧縮のために２つの隣接するビデオフレーム間のビデオ信号の時間的冗長度を利用している。
【０００３】
動き補償フレーム間符号化技法に於いて、現フレームデータは現フレームと前フレームの間の動きの推定に基づいて、前フレームから予測される。この推定された動きは前フレームと現フレームの間の画素の変位を表す２次元動きベクトルによって表される。本技術分野に提案されている動きベクトル推定技法の中の１つに、ブロック整合アルゴリズムがある（J.R.Jainらによる、“Displacement Measurement and Its Applications in Interframe Image Coding”,IEEE Transactions on Communications COM-29,No.12(1981年12月)参照）。
【０００４】
ブロック整合アルゴリズムによれば、現フレームは複数の同じ大きさの探索ブロックに分けられる。典型的には、探索ブロックの大きさは８×８乃至３２×３２画素の間にある。現フレーム内の探索ブロックに対する動きベクトルを特定するため、現フレーム内の探索ブロックと、この探索ブロックと同じの大きさを有する複数の各候補ブロックとの間で類似度計算が行われる。この候補ブロックは、一般に前フレーム内の探索領域に含まれ、この探索領域の大きさは探索ブロックより更に大きい。平均絶対エラー（mean absolute error）または平均２乗エラー（mean square error）のようなエラー関数が、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度を測定するのに用いられる。こうして動きベクトルは、探索ブロックと最適整合ブロック、即ち、“エラー”または差が最小となるような候補ブロックとの間の変位を表すベクトルとして定義される。
【０００５】
このような動き推定では、探索ブロックに対応する全探索領域内で、ただ１つの最小平均絶対エラーがみつかることが好ましい、または都合がよい。しかし、しばしばブロック整合に於いて同じ最小差を有するものが多数みつかる場合がある。この場合、ＭＰＥＧ（Moving Picture Expert Group）では、標準的な方法ではないが、それらの中の最も高い優先順位を有する最小エラー（即ち、最初に発見されたもの）を除いて、他の同じ値の最小エラーは全て捨てることを提案している。従って、このような方法では、探索ブロックとその対応する探索領域の間で、動きベクトルを正確に検知することは難しい。
【０００６】
【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、適応的フィルタリング窓を採用したメジアンフィルタによって、動きベクトルを正確に特定するための改良された動きベクトル検知装置を提供することである。
【０００７】
【課題を達成するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によると、現フレームはＰ×Ｑ個の画素（Ｐ及びＱは２より大きい整数）を有する複数の処理ブロックに分けられ、このＰ×Ｑ個の画素からなる処理ブロックはその中心に位置する中心画素を備え、更に、前記現フレームに含まれる各々の画素に対して動きベクトルを決定する動きベクトル決定手段であって、前記動きベクトルには前記中心画素に対する動きベクトルである中心動きベクトルが含まれる該動きベクトル決定手段と、前記現フレーム内の被写体のエッジ位置を検知して、エッジ位置信号を生成する手段と、前記エッジ位置信号によって可変のフィルタリング窓を有し、前記動きベクトルをメジアンフィルタリングし、前記現フレームに含まれる全ての画素に対するフィルタリングされた動きベクトルを発生するフィルタリング手段と、前記各処理ブロックに含まれる全ての画素に対する前記フィルタリングされた動きベクトルの中で、同一の値を有する前記フィルタリングされた動きベクトルの数を計数し、前記各処理ブロック内で、計数された数が最も多い第１主ベクトルと、その数が２番目に多い第２主ベクトルとを選択する手段と、前記第１及び第２主ベクトルに基づいた前記各処理ブロックに対するエラー関数を計算し、前記第１主ベクトルと第２主ベクトルの内、エラー関数が小さくなる方のベクトルを出力動きベクトルとして選択する手段と、前記各処理ブロックの前記中心動きベクトルと前記第１主ベクトルと前記第１主ベクトルの計数された数とに基づいて、制御信号を発生する手段と、前記制御信号に応答して、前記出力動きベクトルと前記中心動きベクトルのどちらかを前記各処理ブロックに対する動きベクトルとして選択する切り替え手段とを有することを特徴とする動きベクトル検知装置が提供される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明による動きベクトル検知装置について、添付の図面を参照してより詳しく説明する。
【０００９】
図１及び図２に、現フレームに含まれる複数の処理ブロックの各々に対する動きベクトルを特定するための、本発明による動きベクトル検知装置のブロック図を示す。各処理ブロックはＰ×Ｑ個の画素（例えば、７×７）を有する。
【００１０】
現フレームデータは入力ディジタルビデオ信号としてフレームメモリ１００及び動き推定器２００に入力される。フレームメモリ１００からの前フレームデータもまた、動き推定器２００に入力される。
【００１１】
この動きベクトル推定器２００は、ブロック整合アルゴリズムを用いて現フレームに含まれる各画素に対する動きベクトルを特定する働きをする。より詳細に述べると、現フレームに含まれるある画素（“目標画素”）に対する動きベクトルを特定するために、目標画素を基準として用いてＭ×Ｎ個の画素（例えば、３×３）の探索ブロックが設定される。目標画素が、探索ブロックの中心と一致するようにされる。この探索ブロックは本技術分野では公知のブロック整合アルゴリズムを用いて、前フレーム内の対応する探索領域に含まれる全ての候補ブロックとブロック単位で比較される。ブロック整合アルゴリズムを用いて得られた探索ブロックに対する変位は、目標画素の動きベクトルとして割り当てられる。現フレーム内に含まれる各画素に対応する各々の動きベクトルは、動き推定器２００からメジアンフィルタ３００へ入力され、更に処理される。またこの動きベクトル推定器２００は、中心画素の動きベクトルを、本発明に従って比較器５１０へと伝える。各々の中心画素は、Ｐ及びＱが両方とも奇数の整数の場合、各処理ブロックの中心に位置する画素であり、ＰまたはＱの何れか１つが偶数の整数の場合は各処理ブロックの中心に位置する２つの画素の何れか一方であり、Ｐ及びＱが両方とも偶数の場合は中心に位置する４つの画素の中の何れかである。即ち、中心画素は処理ブロックの中心に位置する最大４つの画素の中の１つである。
【００１２】
図１及び図２に示されているように、現フレームデータは、現フレーム内に於ける被写体のエッジ位置を検知する働きをするエッジ検知器４００へも入力される。このエッジ検知器４００は、入力された現フレームに於ける被写体のエッジ位置を検知するとともに、エッジ位置信号をメジアンフィルタ３００へ出力する。このエッジ検知器４００の動作は本技術分野では公知であるので、本明細書中では詳細な説明は省略する（A.K.Jainの“Fundamentals of Digital Image Processing”,1989,Prentice-Hall International参照）。
【００１３】
メジアンフィルタ３００では、動き推定器２００から入力された各動きベクトルに対して、適切なフィルタリング窓を用いてメジアンフィルタリング処理が行われる。本発明の好適実施例に於いては、このメジアンフィルタ３００は図４に示されているような可変な大きさの適応的フィルタリング窓を有するが、この適応的フィルタリング窓の大きさはエッジ検知器４００からのエッジ位置信号によって変化する。  本発明によれば、メジアンフィルタ３００はフィルタリング窓の境界がエッジのどれかを含むまで、そのフィルタリング窓を拡張する。例えば、図４からわかるように、適応的フィルタリング窓Ｗ１は、図３に示されている被写体５０のエッジ位置を含むＷ２まで拡張される。図３では、現フレーム内の被写体は、中心画素（ａ）を備えた処理ブロック２５を有しているものとしている。処理ブロック２５に含まれている被写体５０のエッジ位置は図４に於いて（Ｘ）で示されている。
【００１４】
メジアンフィルタ３００は、画素（ａ）に対するフィルタリング動作を例にとると、拡張された適応的フィルタリング窓Ｗ２内に含まれる画素（ａ）〜（ｙ）に対して、予め定められたフィルタ係数を掛けることによって、それらに対する動きベクトルを平均するとともに、その平均された動きベクトルを中心画素（ａ）のフィルタリングされた動きベクトルとして割り当てる。当該処理ブロックに含まれる他の画素（ｂ）〜（ｙ）のそれぞれに対しても、画素（ａ）の場合と同様に、その画素用の特定の位置及びサイズを有するフィルタリング窓を用いてフィルタリングされた動きベクトルを求める。このようにして求められた現フレームの各処理ブロックに含まれる各画素に対するフィルタリングされた動きベクトルの各々は、メジアンフィルタ３００からマジョリティー検知器５００へ入力される。
【００１５】
マジョリティー検知器５００は、例えば、７×７個の画素から成る各処理ブロックの各画素に対応するフィルタリングされた動きベクトルを受信し、同一の値を有するフィルタリングされた動きベクトルの数を計数して第１主ベクトル及び第２主ベクトルを特定する。この第１及び第２主ベクトルは、それぞれフィルタリングされた動きベクトルの中で計数された数が最も多いベクトルと２番目に多いベクトルに対応する。この第１及び第２主ベクトルは、それぞれマジョリティー検知器５００の出力端子４００Ａ及び４００Ｃを通じて出力される。また、このマジョリティー検知器５００は出力端子４００Ｂを通じて第１主ベクトルの数を出力する。
【００１６】
比較器５１５はマジョリティー検知器５００からの第１主ベクトルの数を予め定められた所定の値（例えば、２５）と比較し、もし比較した第１主ベクトルの数が所定の値より大きいかあるいは同じ場合は、論理「ハイ」信号を、そうでないときは、論理「ロー」信号をＡＮＤゲート５２０へ出力する。比較器５１０は、出力端子４００Ａから入力される第１主ベクトルと動き推定器２００から入力される中心画素の動きベクトルとを比較して、それらが互いに同一であれば論理「ハイ」信号を、そうでないときは、論理「ロー」信号をＡＮＤゲート５２０へ出力する。
【００１７】
ＡＮＤゲート５２０は、比較器５１０、５１５からの出力信号に応答して、比較器５１０、５１５からの２つの出力信号が両方とも論理「ハイ」であれば論理「ハイ」信号を、そうでないときは論理「ロー」信号をスイッチ５３０の端子のＳ１制御信号ＣＴＬとして発生させる。
【００１８】
本発明によれば、本発明による動きベクトル検知装置は、更にベクトル選択ブロック６００を含む。このベクトル選択ブロック６００は、第１主ベクト及び第２主ベクトルの内、動き補償された処理ブロックのエラー関数（例えば、平均２乗エラー）が、より小さくなる方の動きベクトルを選択する。このベクトル選択ブロック６００は予測器６１０、６１５と平均２乗エラー（ＭＳＥ）検知器６２０、６２５とからなる。
【００１９】
より詳細に述べると、図１及び図２に示されているように、第１及び第２主ベクトルはマジョリティー検知器５００から予測器６１０及び６１５へ各々入力される。各々の主ベクトルに応じて、各予測器６１０及び６１５は、処理ブロックに対する（即ち、第１主ベクトルまたは第２主ベクトルに対応する、フレームメモリからライン１１０を介して入力される前フレームの画素データに対する）予測データを抽出して、抽出された各予測データを、ＭＳＥ算出器６２０、６２５へそれぞれ出力する。ＭＳＥ算出器６２０、６２５はそれらの２つの入力（即ち、ライン１０５を介して入力される現フレームの処理ブロックデータと、対応する予測データ）の間の平均２乗エラーを算出して、算出された値（即ち、平均２乗エラーＥ１及びＥ２）を比較器６３０へ出力する。
【００２０】
比較器６３０は、２つの入力値（即ち、Ｅ１及びＥ２）を比較して、選択信号をマルチプレクサ（ＭＵＸ）６３５へ送る。ＭＵＸ６３５の２つの入力端子は、マジョリティー検知器５００の出力端子４００Ａ、４００Ｃに結合されている。Ｅ１がＥ２より小さい場合、比較器６３０は例えば、論理「ハイ」の選択信号をＭＵＸ６３５へ出力することによって、第１主ベクトルをライン６０５を通じてスイッチ５３０の端子Ｓ２へ伝えし、そうでないときは、論理「ロー」の選択信号をＭＵＸ６３５へ出力することによって、第２主ベクトルを端子Ｓ２へ伝える。
【００２１】
スイッチ５３０は制御信号ＣＴＬに応答して、２つの端子Ｓ１、Ｓ２へ入力された２つの入力信号の内の一方を選択する。言い換えれば、このスイッチ５３０は制御信号ＣＴＬが論理「ハイ」の場合は端子Ｓ１の入力（即ち、中心画素の動きベクトル）を処理ブロックの動きベクトルとして選択し、論理「ロー」の場合は端子Ｓ２の入力（即ち、より小さい平均２乗エラーをもたらす主ベクトル）を処理ブロックの動きベクトルとして選択する。
【００２２】
上記に於いて、本発明の特定の実施例について説明したが、本発明の範囲を逸脱することなく当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【００２３】
【発明の効果】
従って、本発明によれば、ビデオ信号の現フレームと前フレームの間の変位を表す動きベクトルを特定する時、適応的フィルタリング窓を採用したメジアンフィルタでブロック整合を通じて検知された動きベクトルをフィルタリングして、フィルタリングされた動きベクトルと中心動きベクトルの内、最適な動きベクトルを選択する。それによって、動きベクトルを正確に特定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ビデオ信号の現フレームと前フレームの間の動きベクトルを特定するための本発明の装置を示したブロック図の一部である。
【図２】ビデオ信号の現フレームと前フレームの間の動きベクトルを特定するための本発明の装置を示したブロック図の一部である。
【図３】現フレーム内の被写体を、例示した図面である。
【図４】画素のメジアンフィルタリングのための、本発明によるフィルタリング窓を示した図面である。
【符号の説明】
２５  処理ブロック
５０  被写体
１００  フレームメモリ
１１０  ライン
１０５  ライン
２００  動き推定器
３００  メジアンフィルタ
４００  エッジ検知器
４００Ａ  マジョリティー検知器５００の出力端子
４００Ｂ  マジョリティー検知器５００の出力端子
４００Ｃ  マジョリティー検知器５００の出力端子
５００  マジョリティー検知器
５１０  比較器
５１５  比較器
５２０  ＡＮＤゲート
５３０  スイッチ
６００  ベクトル選択ブロック
６１０  予測器
６１５  予測器
６２０  平均２乗エラー（ＭＳＥ）検知器
６２５  平均２乗エラー（ＭＳＥ）検知器
６３０  比較器
６３５  マルチプレクサ（ＭＵＸ）
ＣＴＬ  制御信号
Ｅ１  第１主ベクトルに対応する平均２乗エラー
Ｅ２  第２主ベクトルに対応する平均２乗エラー
Ｓ１  スイッチ５３０の端子
Ｓ２  スイッチ５３０の端子
Ｗ１  適応的フィルタリング窓
Ｗ２  拡張された適応的フィルタリング窓
（ａ）〜（ｙ）  フィルタリング窓Ｗ２に含まれる画素
（Ｘ）  処理ブロック２５に含まれている被写体５０のエッジ位置
【図１】
0003694052.tif 000002
【図２】
0003694052.tif 000003
【図３】
0003694052.tif 000004
【図４】
0003694052.tif 000005