(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の変位を表す動きベクトルを決定するものであって、該現フレームは同一の大きさを有する複数の探索ブロックに分割され、該前フレームは前記探索ブロックより大きい複数の探索領域を有し、その各々の前記探索領域は前記探索ブロックと同一の大きさを有する複数の候補ブロックを有する、境界整合の動き推定装置であって、
前記現フレームにおける探索ブロックと前記探索ブロックに対応する探索領域内の前記複数の候補ブロックとの間に変位ベクトル及びエラー関数を検知する検知手段と、
前記エラー関数を互いに比較し、それらの大きさが小さい順にＭ個のエラー関数（Ｍは１より大きい整数）を選択する第１選択手段と、
前記検知された変位ベクトルから前記Ｍ個のエラー関数に対応するＭ個の変位ベクトルを選択する第２選択手段と、
前記複数の候補ブロックから前記Ｍ個の選択された変位ベクトルに対応するＭ個の候補ブロックを選択する第３選択手段と、
Ｍ個のセットの境界差を発生する発生手段であって、前記Ｍ個のセットの境界差の各々は、前記Ｍ個の候補ブロックの各々における境界画素と、前記現フレームに含まれている前記境界画素に隣接する画素との差を表す、該発生手段と、
前記Ｍ個のセットの境界差の中の何れか１つのセットにある各々の境界差を予め定められた値と比較して、その予め定められた値より大きい値を有する境界差の数を計数する、Ｍ個の比較及び計数手段と、
その計数された値の最小のものを選択し、前記選択された計数値に対応する前記Ｍ個の変位ベクトルのうちの１つの変位ベクトルを前記探索ブロックへの動きベクトルとして特定する特定手段とを含むことを特徴とする境界整合の動き推定装置。
【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特定するための装置に関し、特に、境界整合技法を用いて動きベクトルを特定する改良された動き推定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高精細度テレビ及びビデオ電話システムのような多様な電子／電気応用分野において、映像信号は、ディジタル形態で伝送されることが必須である。映像信号がディジタル形態で表現される際、相当量のディジタルデータが発生されうる。しかし、通常の伝送チャンネルの利用可能な周波数帯域幅は制限されているので、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低減することが必須である。多様なビデオ圧縮技法の中で、動き補償フレーム間符号化技法が有効な圧縮技法の１つとして知られていて、これは、信号の圧縮のために２つの隣接するビデオフレーム間におけるビデオ信号の時間的冗長度を用いる。
【０００３】
動き補償フレーム間符号化技法において、現フレームデータは現フレームと前フレームとの間の動きの評価に基づいて、前フレームから予測される。このような評価された動きは、前フレームと現フレームとの間の画素の変位を表す２次元動きベクトルによって説明されうる。本技術分野で提案されている動きベクトル推定技法中の１つは、ブロック整合アルゴリズムである（Ｊ．Ｒ．Ｊａｉｎらによる、「Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ａｎｄ  ＩｔｓＡｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  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一大きさの探索ブロックに分けられる。典型的に探索ブロックの大きさは８×８画素から３２×３２画素までの範囲を有する。現フレーム内における探索ブロックへの動きベクトルを特定するためには、現フレームの探索ブロックとこの探索ブロックと同一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における探索領域に含まれ、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にために用いられる。そして、動きベクトルは、定義では、探索ブロックと、最適整合ブロック、即ち、最小「エラー」または最小差をもたらす候補ブロックとの間の変位を表す。
【０００５】
かかる動き推定では、探索ブロックに対応する全探索領域にわたって、１つの最小平均絶対エラーのみを探すことが好ましく、かつ便利である。しかし、時々ブロック整合の間に、等しい最小差が複数発見される場合がある。この場合、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ  Ｐｉｃｔｕｒｅ  Ｅｘｐｅｒｔ  Ｇｒｏｕｐ）は、たとえ標準化として示してはいないが、それら中の最優先を有する最小エラー（即ち、最初に発見された１つ）を除いて、別のすべての等価な最小エラーを捨てることが提案されていた。従って、このような技法では、探索ブロックとその対応する探索領域との間の動きベクトルを正確に検知しにくい。
【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、境界整合技法で動きベクトルを正確に検知できる改善された動き推定装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明によれば、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決定するものであって、該現フレームは同一の大きさを有する複数の探索ブロックに分割され、該前フレームは前記探索ブロックより大きい複数の探索領域を有し、その各々の探索領域は前記探索ブロックと同一の大きさを有する複数の候補ブロックを有する、境界整合の動き推定装置であって、前記現フレームにおける探索ブロックと前記探索ブロックに対応する探索領域内の前記複数の候補ブロックとの間に変位ベクトル及びエラー関数を検知する検知手段と、前記エラー関数を互いに比較し、それらの大きさが小さい順にＭ個のエラー関数（Ｍは１より大きい整数）を選択する第１選択手段と、前記検知された変位ベクトルから前記Ｍ個のエラー関数に対応するＭ個の変位ベクトルを選択する第２手段と、前記複数の候補ブロックから前記Ｍ個の選択された変位ベクトルに対応するＭ個の候補ブロックを選択する第３選択手段と、Ｍ個のセットの境界差を発生する発生手段であって、前記Ｍ個のセットの境界差の各々は、前記Ｍ個の候補ブロックの各々における境界画素と、前記現フレームに含まれている前記境界画素に隣接する画素との差を表す、該発生手段と、前記Ｍ個のセットの境界差のうちの何れか１つのセットにある各々の境界差を予め定められた値と比較して、その予め定められた値より大きい値を有する境界差の数を計数する、Ｍ個の比較及び計数手段と、その計数された値の最小のものを選択し、前記選択された計数値に対応する前記Ｍ個の変位ベクトルの１つの変位ベクトルを前記探索ブロックへの動きベクトルとして特定する特定手段とを含む境界整合の動き推定装置が提供される。
【０００８】
【実施例】
以下、本発明の動き推定装置について、添付された図面を参照しながらより詳しく説明する。
【０００９】
図１及び図２を参照すれば、動き推定システムで用いるもので連続のフレーム、即ち、現フレームとその隣接するフレームあるいは前フレームとの間の冗長性を用いて、相当量のデータを圧縮するにため用いられる境界整合の動き推定装置の概略的なブロック図が示されている。即ち、現フレームと前フレームの間には被写体の変位または動きによって差が発生する。しかし、このような差は、フレーム内の比較的小さい領域に限られている。従って、現フレームのすべての映像データを受信幾（図示せず）への伝送する必要はない。その変りに、変位情報（即ち、動きベクトル）を伝送するようにしても十分である。受信幾はその動きベクトルを用いて前フレームから現フレームを再構成し、この前フレームの映像データは受信幾内のフレームメモリに記憶されている。
【００１０】
図１及び図２に示されているように、現フレーム信号１２は現フレームブロック形成部１０へ供給される。この現フレームブロック形成部１０では、現フレームが予め定められた位置とＰ×Ｑ画素の大きさを有する探索ブロックに分けられる（ここで、Ｐ及びＱは２より大きい互いに等しい整数、例えば４である）。
【００１１】
フレームメモリ（図示せず）に記憶されている前フレーム信号１１は探索領域形成部１５へ供給される。この探索領域形成部１５は、等しい大きさの前フレームの探索領域を画定し、その各探索領域の大きさは一般に探索ブロックの大きさより更に大きく、ここで、探索または比較が行われる。
【００１２】
探索領域形成部１５において探索領域が特定された後、探索領域データはその対応する個数の候補ブロック形成部２１乃至２９へ供給される。各々の候補ブロック形成部では、Ｐ×Ｑ画素の候補ブロックが探索領域から形成されて、現フレーム内の探索ブロックの位置から候補ブロックへの対応する変位が、候補ブロックの変位ベクトル（たとえば、３１乃至３９）として出力される。Ｐ×Ｑ画素の大きさを有するすべての可能な候補ブロックは、特定された探索領域内に形成されると共に、各々の候補ブロックに対応する変位ベクトルが得られる。
【００１３】
また、各々の候補ブロックの画素データは、各候補ブロック形成部２１乃至２９から各々のブロック整合部４１乃至４９へ供給される。この各々の整合部４１乃至４９にて現フレームブロック形成部１０からの探索ブロック１１０と、各々の候補ブロック形成部２１乃至２９からの候補ブロックとの間のエラー関数が算出される。探索ブロック及び各候補ブロック内にある対応する画素の間で、例えば、輝度あるいは光りの強さが比較され、前記各候補ブロックに対するエラー関数が生成される。このエラー関数は、探索ブロックと前記各候補ブロックとの類似度を表す。
【００１４】
ブロック整合部４１乃至４９からのすべてのエラー関数は、エラー検知器５０へ送出される。このエラー検知器５０はエラー関数を互いに比較すると共に、それらの大きさから、小さい順にＭ個のエラー関数を選択する（ここで、Ｍは１より大きい整数、例えば３である）。
【００１５】
エラー検知器５０は第１、第２及び第３の最小のエラー関数を有するブロックを表す選択信号を、変位ベクトル選択器６０へ送出する。また、候補ブロック形成部２１乃至２９から得られた変位ベクトル３１乃至３９が変位ベクトル選択器６０に入力される。次に、変位ベクトル選択器６０はそれに供給された変位ベクトル３１乃至３９のセットから３つの変位ベクトルを選定する。その選定された３つの変位ベクトルは第１、第２及び第３の最小エラー関数の各々に対応する。即ち、変位ベクトル選択器６０は、エラー検知器５０から供給された選択信号に応答して、変位ベクトル３１乃至３９から３つの変位ベクトルを選択する。次に、その選択された変位ベクトル６２乃至６６は、候補ブロック選択器７０及び最適動きベクトル選択器１００へ供給される。この最適動きベクトル選択器１００はその選択された変位ベクトル６２、６４及び６６のうちの探索ブロックに対する動きベクトルを選択する。また、候補ブロック形成部２１乃至２９から出力された画素データ１１１乃至１１９は、候補ブロック選択器７０へ供給される。この候補ブロック選択器７０にて、探索ブロックに対応する探索領域のすべての候補ブロックから、変位ベクトル６２、６４及び６６に各々対応する３つの候補ブロックが選択される。その選択された候補ブロックは、境界整合部８２、８４及び８６へ各々供給される。また、現フレーム信号１３もその境界整合動作のための各境界整合部８２、８４及び８６へ供給される。各境界整合部８２、８４及び８６の動作は実質的に等しく、よって、境界整合部８２の動作が図３を参照して詳しく記述される。図３には、候補ブロックの境界画素と境界画素に隣接する画素との間の境界整合動作を記述するために例示的なビデオフレームが示されている。ここで、隣接する画素は現フレーム内にある。
【００１６】
本発明の好ましい実施例によれば、境界整合部８２は現フレームから探索ブロックを取り去って、その除去された探索ブロックの位置に最小エラー関数をもたらす候補ブロックを配置して、その後、候補ブロック１００の境界画素（たとえば、Ａ乃至Ｌ）と、現フレーム内の探索ブロックの取り去られた位置に置いた候補ブロック１００の境界画素に隣接する画素（たとえば、Ａ′乃至Ａ″）との間の境界差を算出する。それによって、境界差の絶対値を比較及び計数部９２へ送出する。言い換えれば、この境界差（たとえば、Ａ−Ａ′乃至Ａ−Ａ″）の絶対値が比較及び計数部９２へ提供される。この比較及び計数部９２は、絶対値を予め定められた値と比較すると共に、予め定められた値より大きい値を有する境界差の個数を計数することによって、その計数値を最適動きベクトル選択器１００へ提供する。同様に、境界整合部８４及び８６は、第２及び第３の小さいエラー関数をもたらす候補ブロックに対して境界整合部８２と同一の動作を行う。また、比較及び計数部９４及び９６も、比較及び計数部９２と同一の動作を行う。最適動きベクトル選択器１００は、計数された値が最小のものを選択して、３つの変位ベクトルのうちの前記選択された計数値に対応する１つの変位ベクトルを探索ブロックへの動きベクトルとして特定する。
【００１７】
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。
【００１８】
【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との間の変位を表す動きベクトルを特定する時、いくつかの候補ブロックを選択して、その選択された各々の候補ブロックに対する境界整合値によって、最適な候補ブロックの変位ベクトルが動きベクトルとして選択される。よって、動きベクトルを正確に特定できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によって、動きベクトルを検知できる境界整合の動き推定装置を概略的に示したブロック図である。
【図２】本発明によって、動きベクトルを検知できる境界整合の動き推定装置を概略的に示したブロック図である。
【図３】候補ブロックに対する境界整合動作を説明するための例示的なビデオフレームを示した図面である。
【符号の説明】
１０  現フレームブロック形成部
１１  前フレーム信号
１２、１３  現フレーム信号
１５  探索領域形成部
２１、２２、２９  候補ブロック形成部
３１、３２、３９  候補ブロックの変位ベクトル
４１、４２、４９  ブロック整合部
５０  エラー検知器
６０  変位ベクトル選択器
６２、６４、６６  変位ベクトル
７０  候補ブロック選択器
８２、８４、８６  境界整合部
９２、９４、９６  比較及び計数部
１００  最適動きベクトル選択器
１１０  探索ブロック
１１１、１１２、１１９  画素データ
【図１】
0003600650.tif 000002
【図２】
0003600650.tif 000003
【図３】
0003600650.tif 000004