(57)【要約】【課題】修正動き補償を用いた動きベクトル探索方式につき、予測誤差を増加させることなく計算量を低減させ、高速計算可能な動きベクトル探索方法、装置、プログラム及び当該プログラムを記録した記録媒体を提供する。【解決手段】動画像処理装置１の下限値算出部１１が、動きベクトルに依存しない要素と最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用する動きベクトルに依存する要素とに基づいてフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を算出し、比較部１２がＥ（ｕ）とＥ（ｖ）の下限値とを比較し、予測誤差算出部１４がＥ（ｖ）の下限値がＥ（ｕ）よりも小さい場合にＥ（ｖ）を算出し、最小値判定部１３がＥ（ｖ）を新たな最小値候補とし、動きベクトル処理部１５が、最小値候補における動きベクトルを、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとする。【選択図】図３
2005167494.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動画像データに符号化処理を施す動画像処理装置が、前記動画像における符号化対象フレームと参照フレームとに基づいて符号化処理を施すための動きベクトルを探索する動きベクトル探索部を備え、当該動きベクトル探索部が、フレーム間予測誤差を算出する予測誤差算出部、フレーム間予測誤差を比較する比較部、フレーム間予測誤差の下限値を算出する下限値算出部、及びフレーム間予測誤差の最小値を判定する最小値判定部とを備え、前記動画像におけるフレーム間の予測誤差を最小化する動きベクトルを、修正動き補償予測方式により所定の範囲で探索する動きベクトル探索方法であって、
動きベクトルｖ，ｕに対するフレーム間予測誤差をそれぞれＥ（ｖ），Ｅ（ｕ）とし、当該動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）が、動きベクトルｖの探索以前に前記予測誤差算出部により既に最小値候補として算出されている場合に、
前記下限値算出部が、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補である動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに基づいて算出するステップと、
前記比較部が、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値とを比較するステップと、
前記予測誤差算出部が、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップと、
前記最小値判定部が、前記算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップとを有し、
前記探索範囲に含まれる全ての動きベクトルについて前記ステップを実行し、全ての動きベクトルのうちの最小値候補における動きベクトルを、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとする、ことを特徴とする動きベクトル探索方法。
【請求項２】
請求項１に記載の動きベクトル探索方法において、
前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を算出するステップを、前記下限値算出部が、異なる近似式を用いて、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに展開し、複数の下限値を算出するステップとし、
前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップを、前記予測誤差算出部が、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の複数の下限値のうちの少なくとも一つの下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップとする、ことを特徴とする動きベクトル探索方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の動きベクトル探索方法において、
前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップを、前記最小値判定部が、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）とを比較し、当該フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップとする、ことを特徴とする動きベクトル探索方法。
【請求項４】
動画像データに符号化処理を施すために、前記動画像における符号化対象フレームと参照フレームとに基づいて動きベクトルを探索する場合に、前記動画像におけるフレーム間の予測誤差を最小化する動きベクトルを、修正動き補償予測方式により所定の範囲で探索する動画像処理装置であって、
動きベクトルｖ，ｕに対するフレーム間予測誤差をそれぞれＥ（ｖ），Ｅ（ｕ）とし、当該動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）が、動きベクトルｖの探索以前に前記予測誤差算出部により既に最小値候補として算出されている場合に、
前記動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補である動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに基づいて算出する下限値算出部と、
前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記下限値算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値とを比較する比較部と、
前記比較部によりフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいと判断したときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出する予測誤差算出部と、
前記予測誤差算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とする最小値判定部と、
前記探索範囲に含まれる全ての動きベクトルのうちの最小値候補における動きベクトルを、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとする動きベクトル処理部とを備えたことを特徴とする動画像処理装置。
【請求項５】
請求項４に記載の動画像処理装置において、
前記下限値算出部は、異なる近似式を用いて、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに展開して複数の下限値を算出し、
前記予測誤差算出部は、下限値算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の複数の下限値のうちの少なくとも一つの下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出することを特徴とする動画像処理装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載の動画像処理装置において、
前記最小値判定部は、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記予測誤差算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）とを比較し、当該フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とすることを特徴とする動画像処理装置。
【請求項７】
前記動画像処理装置を構成するコンピュータに、請求項１から３までのいずれか一項に記載の動きベクトル探索方法における各ステップの処理を実行させる動きベクトル探索プログラム。
【請求項８】
請求項７に記載の動きベクトル探索プログラムを記録した記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高能率画像信号符号化技術に関し、特に、動き補償（Ｍｏｔｉｏｎ  Ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ／ＭＣ）における動きベクトルを探索する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
動画像符号化における重要な技術の一つに、動き補償ブロック直交変換方式がある。この方式では、まず、符号化対象フレームｆｔ（ｐ）、参照フレームｆｔ−１（ｐ）、
2005167494.tif 000003
とした場合に、符号化対象フレームｆｔ（ｐ）をいくつかの領域に分割し、当該領域毎に動き補償を用いたフレーム間予測を、以下のように行う。
【数１】
2005167494.tif 000004
ここで、Ｂｉは第ｉ番目の領域、ｖｉは以下の（１）式を満たす動きベクトルである。
【数２】
2005167494.tif 000005
ここで、ＲｉはＢｉに対応する探索領域であり、次式は次に続く関数を最小化するｖを返す関数である。
2005167494.tif 000006
すなわち、探索領域Ｒｉにおいて、領域Ｂｉ内での予測誤差を最小化するｖを動きベクトルｖｉとして求める。そして、予測誤差に直交変換を施し、得られた変換係数を可変長符号化する。
【０００３】
このような動き補償ブロック直交変換方式では、予測誤差を低減させることにより変換係数の符号量を低下させることができることから、予測誤差を低減させることを目的とした以下の（２）式に示すフレーム間予測の改良技術が検討されてきた（非特許文献１を参照。）。以下にその改良技術を示す。
【数３】
2005167494.tif 000007
ここで、ｖｉは以下の（３）式を満たす動きベクトルである。
【数４】
2005167494.tif 000008
尚、γはｖに対して以下の（４）式で与えられる。
【数５】
2005167494.tif 000009
以下、動きベクトルｖｉに対して（４）式により求めたγｉを修正係数、（２）式に従う動き補償予測を修正動き補償（ＭＭＣ）という。また、ｉ番目の領域に着目して説明するため、γｉ及びＢｉをそれぞれγ及びＢとして表わす。
【０００４】
【非特許文献１】Ｋ．Ｈ．Ｔｚｏｕ，Ｔ．Ｒ．Ｈｓｉｎｇ  ａｎｄ  Ｎ．Ａ．Ｄａｌｙ、“Ｂｌｏｃｋ−ｒｅｃｕｒｓｉｖｅ  ｍａｔｃｈｉｎｇ  ａｌｇｏｒｉｔｈｍ（ＢＲＭＡ）  ｆｏｒ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｖｉｄｅｏ  ｉｍａｇｅｓ”、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔ．Ｃｏｎｆ．Ａｃｃｏｓｔ．、Ｓｐｅｅｃｈ、Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓ．、１９８５年、ｐ．３５９−３６２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した修正動き補償を用いたフレーム間予測方式では、修正係数γをＭＣ予測フレームｆｔ−１（ｐ−ｖｉ）に乗じる場合、通常の動き補償を用いたフレーム間予測方式に比較して動きベクトルを探索するための計算量が増大するという問題があった。これは、通常の動き補償による動きベクトル探索が（１）式で与えられるのに対して、修正動き補償による動きベクトル探索は（３）式で与えられることによるものである。
【０００６】
一方、通常の動き補償による動きベクトル探索において計算量を低減させるために、（１）式を満たす最適解である動きベクトルｖｉを求めないで、式（１）に対する準最適解となる動きベクトルを求める方式が広く用いられている。この場合、計算量を低減させることはできるが、予測誤差が増加するという問題があった。しかしながら、修正動き補償によるベクトル探索においては、本方式はそもそも予測誤差を低減させる目的で導入されたものであるため、このような予測誤差の増加は好ましくない。
【０００７】
そこで、本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、修正動き補償を用いた動きベクトル探索方式につき、予測誤差を増加させることなく計算量を低減させ、高速計算可能な動きベクトル探索方法、装置、プログラム及び当該プログラムを記録した記録媒体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明は、動画像データに符号化処理を施す動画像処理装置が、前記動画像における符号化対象フレームと参照フレームとに基づいて符号化処理を施すための動きベクトルを探索する動きベクトル探索部を備え、当該動きベクトル探索部が、フレーム間予測誤差を算出する予測誤差算出部、フレーム間予測誤差を比較する比較部、フレーム間予測誤差の下限値を算出する下限値算出部、及びフレーム間予測誤差の最小値を判定する最小値判定部とを備え、前記動画像におけるフレーム間の予測誤差を最小化する動きベクトルを、修正動き補償予測方式により所定の範囲で探索する動きベクトル探索方法であって、動きベクトルｖ，ｕに対するフレーム間予測誤差をそれぞれＥ（ｖ），Ｅ（ｕ）とし、当該動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）が、動きベクトルｖの探索以前に前記予測誤差算出部により既に最小値候補として算出されている場合に、前記下限値算出部が、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補である動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに基づいて算出するステップと、前記比較部が、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値とを比較するステップと、前記予測誤差算出部が、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップと、前記最小値判定部が、前記算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップとを有し、前記探索範囲に含まれる全ての動きベクトルについて前記ステップを実行し、全ての動きベクトルのうちの最小値候補における動きベクトルを、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとすることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１に記載の動きベクトル探索方法において、前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を算出するステップを、前記下限値算出部が、異なる近似式を用いて、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに展開し、複数の下限値を算出するステップとし、前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップを、前記予測誤差算出部が、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の複数の下限値のうちの少なくとも一つの下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出するステップとすることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３の発明は、請求項１または２に記載の動きベクトル探索方法において、前記フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップを、前記最小値判定部が、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）とを比較し、当該フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とするステップとすることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４の発明は、動画像データに符号化処理を施すために、前記動画像における符号化対象フレームと参照フレームとに基づいて動きベクトルを探索する場合に、前記動画像におけるフレーム間の予測誤差を最小化する動きベクトルを、修正動き補償予測方式により所定の範囲で探索する動画像処理装置であって、動きベクトルｖ，ｕに対するフレーム間予測誤差をそれぞれＥ（ｖ），Ｅ（ｕ）とし、当該動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）が、動きベクトルｖの探索以前に前記予測誤差算出部により既に最小値候補として算出されている場合に、前記動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補である動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに基づいて算出する下限値算出部と、前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記下限値算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値とを比較する比較部と、前記比較部によりフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいと判断したときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出する予測誤差算出部と、前記予測誤差算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とする最小値判定部と、前記探索範囲に含まれる全ての動きベクトルのうちの最小値候補における動きベクトルを、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとする動きベクトル処理部とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項５の発明は、請求項４に記載の動画像処理装置において、前記下限値算出部は、異なる近似式を用いて、動きベクトルに依存しない要素と、前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の算出結果を利用可能な、動きベクトルに依存する要素とに展開して複数の下限値を算出し、前記予測誤差算出部は、下限値算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の複数の下限値のうちの少なくとも一つの下限値が最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を算出することを特徴とする。
【００１３】
また、請求項６の発明は、請求項４または５に記載の動画像処理装置において、前記最小値判定部は、最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）と、前記予測誤差算出部により算出されたフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）とを比較し、当該フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が前記最小値候補であるフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）よりも小さいときに、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を新たな最小値候補とすることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、前記動画像処理装置を構成するコンピュータに、請求項１から３までのいずれか一項に記載の動きベクトル探索方法における各ステップの処理を実行させる動きベクトル探索プログラムである。
【００１５】
また、請求項８の発明は、請求項７に記載の動きベクトル探索プログラムを記録した記録媒体である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値を用いてフレーム間予測誤差の大小関係を判定し、フレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が最小値候補となった場合にのみＥ（ｖ）を算出するようにした。これにより、画像符号化技術における予測誤差を増加させることなく最小化を図り、計算量を低減させることができ、高速に動きベクトルを探索することができる。従って、ＭＭＣにおける予測誤差の最小化を完全に保証しつつ、問題とされていた計算量の増加を解消し、少ない計算量で高い予測性能を享受できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
〔発明の概要〕
まず、本発明の概要について説明する。
修正動き補償を用いた予測誤差（以下、「ＭＭＣ誤差」という。）を最小化する動きベクトルを探索する場合、二つの動きベクトルについてＭＭＣ誤差を直接比較するのではなく、動きベクトルに対するＭＭＣ誤差の下限値を用いて最小となるＭＭＣ誤差を算出し、そのときの動きベクトルを出力する。従って、二つの動きベクトルに対するそれぞれのＭＭＣ誤差の比較を直接行う場合の計算量よりも少ない計算量で実現する計算方式が本発明の特徴となる。以下、その計算方式を説明する。二つの動きベクトルｖ及びｕについて、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）及びＥ（ｕ）を比較する場合、これらの動きベクトルｖ，ｕに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ），Ｅ（ｕ）を直接算出して比較するのではなく、動きベクトルｖに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）と、動きベクトルｕに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の下限値Ｌ（ｕ）とを大小比較する。この場合、
【数６】
2005167494.tif 000010
であれば、Ｌ（ｕ）がＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の下限値であるため、
【数７】
2005167494.tif 000011
となる。従って、Ｅ（ｕ）を算出して両者を比較する必要がない。つまり、Ｅ（ｕ）は、
【数８】
2005167494.tif 000012
となる場合にのみ算出すればよい。
【００１８】
ＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の下限値Ｌ（ｕ）は、後述するように、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）に比べて少ない計算量で算出が可能である。従って、動きベクトルｖに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）と、動きベクトルｕに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の下限値Ｌ（ｕ）とを比較して大小判断することにより、計算量の多いＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の算出の手間を省くことができるから、予測誤差を増加させることなく、計算量の低減を図ることができる。  
【００１９】
〔ＭＭＣ誤差の下限値〕
次に、ＭＭＣ誤差の下限値について説明する。
動きベクトルｖに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）を以下の（５）式に示す。
【数９】
2005167494.tif 000013
この場合、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）の下限値は、以下の（６）式及び（７）式に示す２つのＬ１（ｖ），Ｌ２（ｖ）となる。
【数１０】
2005167494.tif 000014
【数１１】
2005167494.tif 000015
【００２０】
（６）式は、次式により証明することができる。
【数１２】
2005167494.tif 000016
尚、上式の第２式から第３式へは、画素値であるｆｔ（ｐ），ｆｔ−１（ｐ−ｖ）が非負値であること、及び修正係数γが（４）式から算出されることから展開している。また、上式の第３式から第４式への展開は次式のコーシーの不等式を用いている。
【数１３】
2005167494.tif 000017
【００２１】
また、（７）式は、次式により証明することができる。
【数１４】
2005167494.tif 000018
尚、上式の第４式から第５式へ展開は次式を用いている。
【数１５】
2005167494.tif 000019
ただし、次式を満たすものとする。
2005167494.tif 000020
また、次式はｘｉ（ｉ＝１，・・・，Ｎ）の中から最小値を返す。
2005167494.tif 000021
このように、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）の下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）はそれぞれ（６）式及び（７）式により算出することができる。
【００２２】
〔ＭＭＣ誤差の下限値を用いた動きベクトル探索法の原理〕
次に、上述したＭＭＣ誤差の下限値を用いて、ＭＭＣ誤差を最小化する動きベクトルの探索法の原理について説明する。ＭＭＣ誤差を最小化する動きベクトルは、二つの動きベクトルに対するＭＭＣ誤差を大小比較して探索される。ここでは、動きベクトルｕに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）と、動きベクトルｖに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）との大小関係を、動きベクトルｖに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）の下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）を用いて比較する方法を説明する。前提として、動きベクトルｕに対するＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）は、既に（５）式により算出されているものとする。
【００２３】
上述したように、（６）式及び（７）式によりＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）は、以下に示す下限値を有する。
【数１６】
2005167494.tif 000022
（６）式及び（７）式を用いて下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）をそれぞれ算出し、下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）とＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）との間の大小比較を行う。
【数１７】
2005167494.tif 000023
【数１８】
2005167494.tif 000024
上記の（８）式または（９）式を満たす場合は、以下の式を満たすことになる。
【数１９】
2005167494.tif 000025
従って、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）を算出することなく、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）及びＥ（ｖ）との大小関係を定めることができる。一方、（８）式及び（９）式を満たさない場合は、（５）式によりＭＭＣ誤差Ｅ（ｖ）を直接算出し、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）及びＥ（ｖ）を直接比較して大小関係を定める。
【００２４】
〔ＭＭＣ誤差の下限値の算出〕
次に、ＭＭＣ誤差の下限値の算出方法について説明する。以下に示すように、下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）は、既に算出されているＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の計算途中の結果を再利用して算出されるため、計算量を少なく抑えることが可能である。（６）式及び（７）式に示した下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）の計算式は、以下の５個の要素から成る。
2005167494.tif 000026
このうち、以下の３個の要素は、動きベクトルｖに係わらず一定であるため、一度計算しておけば再計算の必要がない。
2005167494.tif 000027
一方、以下の２個の要素は、動きベクトルｖに依存するため、予め計算することができないが、ＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の（５）式に示した計算過程において計算された計算結果を利用することができる。
2005167494.tif 000028
すなわち、（５）式において以下の計算結果を利用できるため、改めて計算する必要がない。
2005167494.tif 000029
【００２５】
上述した２個の要素を、次式に表現する。
【数２０】
2005167494.tif 000030
ここで、Ａ（ｖ）は、参照フレーム中の動きベクトルｖの指す領域であり、ｆｔ−１（ｐ−ｖ）（ｐ∈Ｂ）を含む。図１に、二つの動きベクトルｕ，ｖの参照ブロックを示す。図１（ａ）に示すように、動きベクトルｖの指す領域Ａ（ｖ）と動きベクトルｕの指す領域Ａ（ｕ）とが互いに重なる領域が存在するものとする。ここで、Ａ（ｖ）とＡ（ｕ）との共通領域をＣ（ｖ，ｕ）、領域Ａ（ｖ）から領域Ｃ（ｖ，ｕ）を除いた領域をＡ（ｖ）／Ｃ（ｖ，ｕ）、領域Ａ（ｕ）から領域Ｃ（ｖ，ｕ）を除いた領域をＡ（ｕ）／Ｃ（ｖ，ｕ）とすると、以下の（１０）式及び（１１）式に展開することができる。
【数２１】
2005167494.tif 000031
このように、（１０）式において、以下の要素はＭＭＣ誤差Ｅ（ｕ）の算出の過程で既に計算済みである。
2005167494.tif 000032
従って、新たに計算が必要になるのは、（１０）式において両領域の差分のみとなるため、計算量を少なく抑えることができる。（１１）式においても同様である。しかし、（５）式の以下の要素は、（１０）式及び（１１）式のように展開できないため、既に計算済みの結果を用いて計算量を低減することはできない。
2005167494.tif 000033
【００２６】
〔実施例〕
次に、上述したＭＭＣ誤差の下限値を用いた動きベクトル探索法を実現する本発明の実施例について詳細に説明する。
図２は、動きベクトル探索法を実現する動画像処理装置１のブロック図である。本動画像処理装置１は、動きベクトル探索部２及びレジスタ３を備え、フレーム間予測誤差に直交変換を施す直交変換処理部や変換係数を可変長符号化する符号化部等の、図示しない所定の動画像処理を施す他の処理部も備えている。ここでは、動きベクトル探索法を実現する処理部のみを示している。動きベクトル探索部２は、下限値算出部１１、比較部１２、最小値判定部１３、予測誤差算出部１４及び動きベクトル処理部１５を備えている。ここで、動きベクトル探索部２は、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルを探索する機能を有する。具体的には、動きベクトル探索部２は、符号化対象フレームｆｔ（ｐ）及び参照フレームｆｔ−１（ｐ）を入力し、探索範囲Ｒｉに含まれる動きベクトルｖ∈Ｒｉから（３）式及び（５）式に示したフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）を最小化する動きベクトルを探索し、当該動きベクトルを出力する。尚、符号化対象フレームｆｔ（ｐ）の各領域Ｂ毎に、動きベクトルの探索を行う。また、レジスタ３は、フレーム間予測誤差の最小値Ｍと、フレーム間予測誤差の下限値Ｌ１及びＬ２と、フレーム間誤差が最小値Ｍであるときの動きベクトルＵとがそれぞれ格納される。
【００２７】
図３は、図２に示した動画像処理装置１の動きベクトル探索部２が実現する動きベクトル探索を説明する処理フロー図である。以下、図３を参照して動きベクトル探索法の処理を説明する。まず、最小値判定部１３は、レジスタ３に格納されたフレーム間予測誤差の最小値Ｍを初期化する（ステップＳ３０１）。次に、下限値算出部１１は、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）の下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）を算出する。ここでは、上述したように、動きベクトル探索におけるｖの一つ手前の最小値候補の動きベクトルをｕとして、この動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）の計算結果を再利用して、重複する計算を省略する。具体的には、下限値算出部１１は、（６）式及び（７）式に示した下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）を、動きベクトルｖに依存しない要素（上述した３個の要素）と動きベクトルに依存する以下に示す要素（上述した２個の要素）とに基づいて算出する。
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下限値算出部１１は、動きベクトルに依存しない項を予め計算しておき、その計算結果を利用する。動きベクトルに依存する項については、動きベクトルｖの一つ前の最小値候補となった動きベクトルｕに対するＥ（ｕ）が既に（５）式により計算済みであるため、この計算結果を利用し、（１０）式及び（１１）式により算出する（ステップＳ３０２）。ここで、Ｅ（ｕ）は、後述するステップ３０５及び３０７において、既に（５）式により計算済みであり、その計算結果がレジスタ３のフレーム間予測誤差の最小値Ｍとして格納されている。そして、下限値算出部１１は、算出した下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）をレジスタ３に下限値Ｌ１及びＬ２として格納する（ステップＳ３０３）。
【００２８】
次に、比較部１２は、レジスタ３から最小値Ｍと、下限値Ｌ１及びＬ２とを読み出して、両者を大小比較する（ステップＳ３０４）。尚、この時点では、最小値Ｍは、動きベクトルｖの一つ前の候補となった動きベクトルｕに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ）である。
【数２２】
2005167494.tif 000035
具体的には、比較部１２は上記の式を判断する。上記の式のいずれもが満たされる場合は、動きベクトルｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｖ）が以下の式を満たすので、この動きベクトルｖを最適解の候補から外す。
【数２３】
2005167494.tif 000036
一方、それ以外の場合、すなわち上記の式のいずれかが満たされる場合またはいずれもが満たされない場合は、Ｅ（ｖ）がＭよりも小さくなる可能性があるので、予測誤差算出部１４がこのとき初めてＥ（ｖ）を（５）式により直接算出する（ステップＳ３０５）。そして、比較部１２は、Ｅ（ｖ）とＭとの大小比較を直接行い（ステップＳ３０６）、Ｅ（ｖ）が小さい場合は、最小値判定部１３がＥ（ｖ）を最小値であると判定し、レジスタ３の最小値Ｍの値をＥ（ｖ）に更新する（ステップＳ３０７）。また、動きベクトル処理部１５は、このときの動きベクトルｖをレジスタ３の動きベクトルＵに格納する（ステップＳ３０７）。
【００２９】
動きベクトル探索部２は、探索範囲Ｒｉに含まれる全ての動きベクトルについて、上述した処理を繰り返して行う（ステップＳ３０８，３０９）。そして、全ての動きベクトルについて処理が完了すると、動きベクトル処理部１５は、レジスタ３から動きベクトルＵを読み出し、フレーム間予測誤差を最小化する動きベクトルとして出力する（ステップＳ３１０）。
【００３０】
以上のように、本発明の実施例によれば、二つの動きベクトルｕ，ｖに対するフレーム間予測誤差Ｅ（ｕ），Ｅ（ｖ）を大小比較する場合に、Ｅ（ｖ）の下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）を、動きベクトルに依存しない一義的に算出可能な要素と、既に算出済みのＥ（ｕ）の結果を用いて算出可能な要素とから算出し、最小値ＭであるＥ（ｕ）と下限値Ｌ１（ｖ）及びＬ２（ｖ）とに基づいて大小比較するようにした。これにより、Ｅ（ｕ）及びＥ（ｖ）をそれぞれ直接算出して比較する、計算量の多い計算が不要になるため、計算量を低減することが可能になる。
【００３１】
尚、本発明の実施例に係る動画像処理装置１は、動きベクトル探索部２における下限値算出部１１、比較部１２、最小値判定部１３、予測誤差算出部１４及び動きベクトル処理部１５の処理をそれぞれ実行するソフトウェアを組み込んだコンピュータによって構成される。このソフトウェアは、コンピュータに実行させることのできるプログラムとして、磁気ディスク（フロッピィーディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリなどの記憶媒体に格納して頒布することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】二つの動きベクトルｖ，ｕの参照ブロックを示す説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る動きベクトル探索方法を説明するブロック図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る動きベクトル探索方法を説明する処理フロー図である。
【符号の説明】
【００３３】
１  動画像処理装置
２  動きベクトル探索部
３  レジスタ
１１  下限値算出部
１２  比較部
１３  最小値判定部
１４  予測誤差算出部
１５  動きベクトル処理部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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