JP3676525B2 - 動画像符号化復号化装置及びその方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
動画像を効率的に伝送、蓄積、表示するために、より少ない符号量で画像をディジタル信号にする高能率符号化において、特に双方向画像間予測など複数の参照画像を画像間予測に用いる手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜双方向予測＞
動画像の画像間予測符号化において、前後の符号化済み画像を参照画像として予測に用いると、より適切な予測信号の形成により符号化効率を上げることが出来る。この手法はＢフレーム（Ｂピクチャ）とも呼ばれ、本願と同一出願人による「フレーム間予測符号化方式」（特開平２−１９２３７８号公報）に開示されている。
また、ＩＳＯ／ＩＥＣで標準化された動画像符号化方式であるＭＰＥＧでも用いられている符号化技術である。
【０００３】
画像間予測でＢフレームを用いる場合、必ず独立フレームまたは片方向予測フレームと組合わせて使う。これはＢフレームは予測されるだけで予測には使われないためである。ここで、独立フレームはフレーム内に閉じて符号化されるフレームで、Ｉ（イントラ）フレームとも呼ばれる。片方向予測フレームはＰフレームとも呼ばれ、古くから使われている過去からだけの予測である。
このような複数の画像タイプの構成方法として、ＩフレームとＢフレームだけのものと、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームの３種類を使うものがある。
【０００４】
それらの例を図４に示すが、Ｉ／Ｂの場合、４から６フレーム程度毎に１フレームがＩフレームとなる。その間のＢフレームは前後（過去と未来）のＩフレーム双方から予測される。
Ｉ／Ｐ／Ｂの場合は、Ｉ／ＢでのＩフレームの大半がＰフレームで置き換えられる形となり、１０乃至３０フレームに１フレームがＩフレームで、２から４フレームに１フレームがＰフレームとなる。この場合、処理が複雑になり、フレーム拘束長（ランダムアクセスできる単位）が長くなるが、画像間予測のフレームが増えるので符号化効率は高くなる。
全体構成としては、これら２つの形態が存在するが、Ｂフレームに関してはどちらも同じである。これはＢフレームの予測に使われる参照画像が、ＩフレームでもＰフレームでも等価なためである。
【０００５】
＜従来画像符号化装置＞
図９にＩ／Ｂの場合の符号化装置の構成例を示す。
画像入力（端子）１から供給される動画像信号は、画像メモリ２に蓄えられると共に、スイッチ４と画像タイプ制御器７にも与えられる。
画像タイプ制御器７は、フレームに同期して、供給される各フレームの画像タイプを予め決められた周期で設定する。すなわちＮフレームに１つをＩフレームとし、他をＢフレームとする。この画像タイプ情報は、スイッチ４、１１、符号化器５に夫々与えられる。
画像メモリ２は、入力された信号の内Ｂフレームの画像信号を( Ｎ−１) フレーム分遅延させ、予測減算器３に与える。これは予測で必要なＩフレームを、Ｂフレームに先行させて符号化する必要があるためである。
予測減算器３では、加算器９１から与えられる予測信号が、画像メモリ２から与えられるＢフレームの画像信号から減算され、予測残差信号がスイッチ４に与えられる。
【０００６】
スイッチ４では、画像タイプ情報に従ってＩフレームでは、入力画像信号が選択され、Ｂフレームでは予測残差信号が選択される。
符号化器５で、両方の信号は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）され、量子化された後に可変長符号化で圧縮された符号になり、符号出力端子６から出力される。
一方、Ｉフレームではスイッチ１１が接続され、量子化された信号がスイッチ１１を介して局部復号化器１４に与えられる。
局部復号化器１４では、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、再生画像を得て画像メモリ１３に与える。
【０００７】
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を１フレーム分保持し、次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力する。
画像メモリ１２は、同様に１フレーム分の画像を保持する。この様にして画像メモリ１２及び画像メモリ１３にＢフレームの予測のための参照画像が準備される。そして画像メモリ１２及び画像メモリ１３から、Ｂフレームの符号化時に共に参照画像信号を加算器９１に与える。
加算器９１は、２つの参照画像信号の画素値を加算し、２で除算した信号を予測信号として、予測減算器３に与える。
【０００８】
ここで、加算は単純な均等加算でなく、フレームの距離関係に応じて重み付けした後に加算することもある。また、常時加算するのではなく、符号化フレームと前後の参照フレームの類似度に応じて、ブロック単位で片側からのみの予測や予測無しに切替えることもある。この場合、どのような予測を行なうかは画像に適応して符号化器５で判断され、そのモード情報がブロック毎に伝送される。
図９は、Ｉ／Ｂフレームの場合を示したものであるが、Ｉ／Ｂ／Ｐの３種類の画像タイプを有するものはＭＰＥＧ方式として知られている。
この場合は、上記従来手法のＩフレームの大半がＰフレームに変更され、それ同士で画像間予測が行なわれる。Ｐフレームの処理は上記Ｉフレームの処理が変更され、再生画像は上記と同様に画像メモリに保持される。従って、Ｂフレームの処理は上記と同様である。
【０００９】
＜従来画像復号化装置＞
図９の動画像復号化装置に対応する動画像復号化装置について、図と共に以下に説明する。
図１０は、その動画像復号化装置の構成を示したものである。
符号入力端子２１より供給される符号は、復号化器２２で、可変長符号の復号、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、Ｉフレームでは画像信号が、Ｂフレームでは予測残差信号が再生され復号される。再生された画像信号及び予測残差信号はスイッチ２３に与えられる。
一方、画像タイプ情報も再生され、スイッチ２３、２５に夫々供給される。スイッチ２３は、Ｉフレームでは再生画像を画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を保持する。次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力すると同時にスイッチ２５に出力する。
【００１０】
画像メモリ１２も１フレーム分の画像を保持する。画像メモリ１２及び画像メモリ１３からは、Ｂフレームの復号化時に共に参照画像信号を加算器９１に与える。加算器９１は２つの画像信号の画素値を加算し、２で除算した信号を予測信号として、予測加算器２４に与える。
予測加算器２４は、Ｂフレーム時にスイッチ２３を介して復号化器２２から与えられる再生された予測残差信号と加算器９１から与えられる予測信号とを加算し、再生画像信号を得て次のスイッチ２５に与える。
スイッチ２５は、Ｉフレームでは画像メモリ１３の出力を選択し、Ｂフレームでは予測加算器２４の出力を選択し、画像出力（端子）２６から、元のフレーム順に戻った再生画像が出力される。
【００１１】
＜複数画像予測＞
双方向予測でなくとも複数の画像を用いる予測方式がある。その例として本願と同一出願人による「フレーム間予測符号化方式」（特開平４−１０５４８７号公報）に示されているものがある。
これは過去方向の２つのフィールド、または２つのフレームを加算して予測を行なうものである。
この場合、処理を遅らせる必要はなく、Ｂフレームを用いる場合のように符号化順入替えによる遅延を生じない。
また、ＭＰＥＧ−２においてもＤｕａｌ’方式として、過去の偶数フィールドと奇数フィールドを加算して予測に用いる手法が用いられている。
【００１２】
＜画像加算＞
以上のような複数画像を用いる画像間予測では、複数画像の加算が行なわれる。
これは双方向予測では、内挿型の処理で画像の時間変化に対応することが可能なためである。
また、双方向予測に限らず複数画像の加算が行なわれることで、入力画像に含まれる雑音成分や符号化による量子化雑音成分が抑圧され、さらに空間フィルタ効果もあり、予測効率を上げることが出来るためである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複数の参照画像を用いる画像間予測は、１つの画像を予測するのに２つの画像を加算して予測信号とする。
そのためには、符号化画像の１画素に対して、参照画像の２画素が必要になる。
これは参照画像を格納しているメモリから取り出す信号量が２倍になることを意味し、画像メモリと予測処理の間の画素転送レートが２倍必要になる。そのために、装置実現のためには非常にビット数の多いのデータバスが必要になっていた。
本発明は以上の点に着目してなされたもので、両方の画像の画素値を加算せずに、画素単位で交互に片方のみを予測信号とすることで、１画像からの予測と同じ画素転送レートで複数画像からの予測と同等の予測効率を得る動画像符号化復号化装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、下記（１）〜（７）の構成を有する動画像符号化装置、動画像符号化復号化装置、動画像符号化方法、動画像符号化復号化方法を提供する。
（１） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段とを有することを特徴とする動画像符号化装置。
（２） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
第１の画像間予測手段及び第２の画像間予測手段は、夫々局部復号画像に対応したサイズのメモリの代わりに、予測に用いる参照画像を画素単位で間引いて、半分の画素を格納し、格納画素を予測信号として出力する半分のサイズの画像メモリと、前記半分の画素の残りの半分の画素を格納し、出力する半分のサイズの画像メモリとで構成したことを特徴とする動画像符号化装置。
（３） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、第１の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素と第２の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素とが、走査線毎あるいはフレームまたはフィールド毎に逆の位置関係になるようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。
（４） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、順次予測信号に低域通過特性を有する空間フィルタを作用させ、間引きにより縮小された周波数帯域外の折返し成分となる周波数成分が抑圧された順次予測信号を符号化画像信号から減算するようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。
（５） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段と有する動画像符号化部と、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得る復号化手段と、
予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を得て出力する予測加算手段とを有する動画像復号化部とより構成したことを特徴とする動画像符号化復号化装置。
（６） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測 を行なう動画像符号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにしたことを特徴とする動画像符号化方法。
（７） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにして動画像符号化を行ない、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得、予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を出力して動画像復号化を行なうようにしたことを特徴とする動画像符号化復号化方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第１の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第１の実施例について、図と共に以下に説明する。
図１は、そのブロック構成を示したもので、従来例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力（端子）１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号化器５、画像タイプ制御器７、画像メモリ１２，１３、局部復号化器１４の動作は、基本的には図９の従来例と同じである。
従来例と異なるのは予測信号の形成方法であり、画素間引器８，９があり、加算器９１の代わりに画素スイッチ１０がある。
【００２０】
画像入力端子１から供給される動画像信号は画像メモリ２に蓄えられると共に、スイッチ４と画像タイプ制御器７にも与えられる。画像タイプ制御器７はフレームに同期して、供給される各フレームの画像タイプを予め決められた周期で設定し、Ｎフレームに１つをＩフレームとし、他をＢフレームとする。この画像タイプ情報はスイッチ４，１１、符号化器５に出力される。
画像メモリ２は、入力された信号の内Ｂフレームの画像信号を( Ｎ−１) フレーム分遅延させ、次の予測減算器３に与える。これは予測に使うＩフレームを、Ｂフレームに先行させて符号化する必要があるためである。
【００２１】
予測減算器３では、画素スイッチ１０から与えられる予測信号が、画像メモリ２から与えられるＢフレーム信号から減算され、予測残差信号が次のスイッチ４に与えられる。
スイッチ４では、画像タイプ情報に従ってＩフレームでは、入力画像信号が選択され、Ｂフレームでは予測残差信号が選択される。両方の信号は符号化器５で、離散コサイン変換（ＤＣＴ）され、量子化された後に可変長符号化処理で符号になり、符号出力端子６から出力される。
この符号出力端子６からの出力信号は、例えば、ディスク状の記録媒体（図示せず）に記録される。
【００２２】
一方、Ｉフレームではスイッチ１１が閉じられ、量子化された信号がスイッチ１１を介して局部復号化器１４に与えられる。
局部復号化器１４では、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、再生画像を得て画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を保持する。次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力する。
画像メモリ１２は、同様に１フレーム分の画像を保持する。この様にして、画像メモリ１２及び画像メモリ１３にＢフレームの画像間予測で必要な参照画像が準備される。
【００２３】
そして、画像メモリ１２から画素間引器８に、画像メモリ１３から画素間引器９に、Ｂフレームの符号化時に参照画像信号が与えられる。
画素間引器８は、１画素毎に画素を間引き、半分の画素数になった画像信号を予測信号として画素スイッチ１０に与える。
画素間引器９は、画素間引器８で破棄された方の画素を選択して間引き、半分の画素数になった画像信号を予測信号として画素スイッチ１０に与える。
画素スイッチ１０は、画素単位で固定的に切替えられ、両方の画素を交互に選択する。画素間引器８，９の出力は半分になっているので、交互に選択することで元の画像と同じ画素数の順次予測信号が得られる。得られた順次予測信号は予測減算器３に与えられる。
【００２４】
この処理の様子を図３に示す。
過去からの予測信号及び未来からの予測信号は、夫々逆の位置関係で間引かれており、半分の画素になっている。最終的な順次予測信号は両者が合成されて、すべての画素が揃った信号となる。
この様な処理で形成される予測信号は、間引きにより従来例の加算の場合と多少異なる。
間引かれた予測信号を周波数領域で見ると、間引きにより半分より上の周波数は折返し成分となるが、半分より下の成分は従来例と変わらない。半分より上の成分は２つの参照画像が同じなら従来例と同じ結果になるが、異なっているとその差の分は誤差となる。
【００２５】
画素間引きの具体的手法としては、図１１に示したように、水平方向や垂直方向の他、走査線毎に間引く画素位置を逆にする方法（千鳥、碁の目などと呼ばれる）がある。水平方向や垂直方向に間引いた場合の周波数特性はそのまま、水平や垂直で半分になる。
一方、走査線毎に逆にした場合、誤差を生じる周波数成分は斜めで高い周波数成分なり、視覚的に検知され難くなる。
なお、図でμは水平周波数、νは垂直周波数である。
【００２６】
＜第１の動画像復号化装置＞
本発明の動画像復号化装置第１の実施例について、図と共に以下に説明する。
図２は、そのブロック構成を示したもので、従来例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、復号化器２２、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６、画像メモリ１２，１３の動作は、基本的に図１０の従来例と同じである。
【００２７】
従来例と異なるのは予測信号の形成方法であり、画素間引器８，９があり、加算器９１の代わりに画素スイッチ１０がある。
例えば、記録媒体を介して符号入力端子２１より供給される符号は、復号化器２２で、可変長符号の復号、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、Ｉフレームでは画像信号が、Ｂフレームでは予測残差信号が再生される。再生された画像信号及び予測残差信号はスイッチ２３に与えられる。一方、画像タイプ情報も再生され、スイッチ２３，２５に供給される。
【００２８】
スイッチ２３は、Ｉフレームでは再生画像を画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１２、１３、画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は基本的に図１の第１の実施例の符号化装置のものと同じである。
ただし、Ｉフレームの再生画像を出力する必要があるので、画像メモリ１３の出力信号は画像メモリ１２と同時にスイッチ２５にも与えられる。この様にして画素スイッチ１０で得られた予測信号は予測加算器２４に与えられる。
【００２９】
予測加算器２４は、Ｂフレーム時にスイッチ２３を介して復号化器２２から与えられる予測残差信号と画素スイッチ１０から与えられる予測信号を加算し、再生画像信号を得る。
スイッチ２５は、Ｉフレームでは画像メモリ１３の出力を選択し、Ｂフレームでは予測加算器２４の出力を選択し、画像出力端子２６から元のフレーム順に戻った再生画像が出力される。
【００３０】
本発明の動画像復号化装置は基本的に図１の符号化装置に対応するものであるが、図９の従来例の動画像符号化装置で符号化された符号を復号化することも出来る。
この場合、符号化と復号化で画像間予測手法が異なることにより、若干の誤差が生じるが、その差は高い周波数成分で僅かなので視覚的に問題とならない。
Ｂフレームの予測はＰフレームと違い、予測されたフレームが他のフレームの予測に使われない非巡回型予測なので、上記誤差が累積することもない。
以上説明した第１の動画像符号化装置と第１の動画像復号化装置とを一体化して使用することも可能である。
装置が小形化出来れば、可搬型として使用することも可能となる。
この場合には、符号化して記録した、例えばディスク状の記録媒体を即座に復号化して再生することが出来るし、出先でも再生することが出来る。
【００３１】
＜第２の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第２の実施例について、図と共に以下に説明する。
図５は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力端子１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号化器５、符号出力端子６、画像タイプ制御器７、スイッチ１１、局部復号化器１４の動作は、基本的に図１の第１の実施例と同じである。
第１の実施例と異なるのは予測信号の保持及び形成方法であり、画像メモリ１２，１３と画素間引器８，９の代わりに、容量が半分の画像メモリ５２〜５５があり、画素スイッチ１０の代わりに、接点の多い画素スイッチ５１がある。
【００３２】
局部復号化器１４の出力であるＩフレームの再生画像はスイッチ５６に与えられる。
スイッチ５６は、図１の画素スイッチ１０と同様な動作で画素に同期して切替えられ、画素単位で交互に再生画像を画像メモリ５３と画像メモリ５５に与える。
画像メモリ５３，５５は、図１の画像メモリ１３と同様に画像を保持するが、与えられる画素が半分なので、そのサイズは半分となる。また、画像メモリ１３と同様に新たなＩフレーム再生画像が入力された時に、保持していた画像を夫々画像メモリ５２，５４に出力する。
画像メモリ５２，５４は、画像メモリ５３、５５と同様に夫々半部の画像を保持する。この様にして２フレーム分の参照画像が、４個の半フレーム分の画像メモリ５２〜５５に蓄えられる。
【００３３】
この４個の画像メモリからＢフレーム符号化時に画像信号が予測信号として画素スイッチ５１に与えられる。
画素スイッチ５１は、画素単位で交互に４種類の画像から１つが選択され、元の画像と同じ画素数の予測信号が得られる。
ここで、１フレーム内では、前参照フレームの画素、後参照フレームの画素はどちらかに決められているので、画素スイッチ５１の動作は、１フレーム内では画像メモリ５２と５５からの選択か、画像メモリ５３と５５からの選択かのどちらかである。この様にして得られた信号を予測信号として、予測減算器３に与える。
【００３４】
ここで、画素スイッチ５１での２種類の選択方法はフレームによって反転させられる。
図１２にこのフレーム反転の様子を示す。
図で間引きは、交互タイプ( ａ) と交互タイプ( ｂ) がフレーム毎に入れ代わる。
この反転のタイプも図のように２種類がある。この場合、加算の場合に対して誤差を生じる周波数成分は時間的にも高い周波数成分に限定されるので、誤差は極めて検知され難くなる。
【００３５】
＜第２の動画像復号化装置＞
本発明の動画像復号化装置の第２の実施例について、図と共に以下に説明する。
図６は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、復号化器２２、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６の動作は、基本的に図２の第１の実施例と同じである。
第１の実施例と異なるのは予測信号の保持及び形成方法であり、画像メモリ１２、１３と画素間引器８，９の代わりに半分サイズの画像メモリ５２〜５５と画素切替スイッチ５６，６１があり、画像切替スイッチ１０の代わりに４接点の画素切替スイッチ５１がある。
【００３６】
スイッチ２３からＩフレームの再生画像がスイッチ５６に与えられる。スイッチ５６、画像メモリ５２〜５５は図５の第２の実施例の符号化装置と基本的に同じである。但し、Ｉフレームの再生画像は最終的に出力される必要があるのでスイッチ６１を介してスイッチ２５に送られる。
スイッチ６１は、スイッチ５６で分割された画素を元に戻すもので、対となって動作する。スイッチ５１の動作も図５と同じで、元の画像と同じ画素数の画像信号となって予測信号として、予測加算器２４に与える。
【００３７】
＜第３の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第３の実施例について、図と共に以下に説明する。
図７は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力端子１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号出力端子６、画像タイプ制御器７、画素間引器８，９、画素スイッチ１０、スイッチ１１、局部復号化器１４の動作は、基本的に第１図の第１の実施例と同じである。
【００３８】
第１の実施例と異なるのは動き補償動作及び予測信号に対する空間フィルタがあることである。
構成上では、画像メモリ１２，１３の代わりに読み出しアドレスが変更可能な画像メモリ７４，７５があり、他にＬＰＦ７２と動きベクトル検出器７３がある。
画像入力端子１から供給される画像信号は動ベクトル検出器７３にも与えられる。
【００３９】
動ベクトル検出器７３は、入力画像信号から動き補償画像間予測で用いる動きベクトルを求める。画像タイプ制御器７から与えられる画像タイプの情報から画像関予測のフレーム関係を判断し、各Ｂフレームを予測フレーム、前後のＩフレームを参照フレームとする。求められた動ベクトルは、画像メモリ７４，７５に与えられると共に符号化器７１で画像タイプ情報と同様に符号化され多重化される。
【００４０】
画像メモリ７４，７５は動きベクトルに従って読み出しアドレスを修正し、動き補償された参照画像を画素間引器８、９に出力する。画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は図１の第１の実施例と同じである。
画素スイッチ１０の出力である順次予測信号は直ちに予測減算器３に与えられず、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）７２を通した後に与えられる。
【００４１】
ＬＰＦ７２は、画素間引きで誤差を生じる折返し成分の空間周波数領域を抑圧するためのものである。
従って、予測信号はその周波数帯域の成分がないが、その周波数帯域には元々信号成分が少ないので、結果的に従来例の加算を行なった場合に近い予測信号が形成される。
【００４２】
＜第３の動画像復号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第３の実施例に対応する復号化装置について、図と共に以下に説明する。
図８は、その構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６、画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は、基本的に図２の第１の実施例と同じである。
【００４３】
第１の実施例と異なるのは動き補償動作と予測信号に対するＬＰＦであり、画像メモリ１２，１３は読み出しアドレスが変えられる画像メモリ７４，７５になり、画素スイッチ１０の次段にＬＰＦ７２がある。また、復号化器は動きベクトルも復号し出力する復号化器８１になっている。
画像メモリ７４，７５は図７と同様に動きベクトルによって読み出しアドレスが変えられる。また画素スイッチ１０の出力は図７と同様にＬＰＦ７２が作用させられる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明では、双方向画像間予測において両方の画像の画素値を加算せず、画素単位で交互に片方のみを予測信号とすることで、符号化画像の画素と同じ数の参照画像の画素のみが予測に使われることになる。これにより参照画像の画素データの転送レートが半分になり、低速度や低ビットのデータ転送バスで画像間予測処理が可能になり、例えばディスク状の記録媒体コスト、装置コストを低減出来る。
【００４５】
また、画像メモリを１画素毎に交互に別構成としておくと、片方の画像メモリからのみ画素値を連続して読み出せばよく、画像メモリを高速読み出しモードで動作させることが出来る。
ここで、低い周波数成分は、従来の加算を行なったのと同等の画像間予測特性となるので、従来例に近い予測効果が期待出来るが、高い周波数成分は多少の誤差を生じる。この誤差は視覚的に検知され難いが、画素をライン毎（フレーム毎）に交互にすると、誤差の生じる周波数成分は斜め方向（時間方向）の高い周波数成分になるのでより視覚的に検知され難くなり、画質的にも遜色のないものとなる。
【００４６】
さらに、順次予測信号の高い周波数成分をＬＰＦで抑圧すると、誤差成分が抑圧されることになるので、画質は従来例と同等になる。
【００４７】
また、本発明の符号化復号化装置は、符号化して記録した、例えばディスク状の記録媒体を即座に復号化して再生することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像符号化装置の第１の実施例のブロック構成を示す図である。
【図２】本発明の画像復号化装置の第１の実施例のブロック構成を示す図である。
【図３】本発明の画像間予測処理の様子を示す図である。
【図４】本発明の画像タイプの例を示す図である。
【図５】本発明の画像符号化装置の第２の実施例のブロック構成を示す図である。
【図６】本発明の画像復号化装置の第２の実施例のブロック構成を示す図である。
【図７】本発明の画像符号化装置の第３の実施例のブロック構成を示す図である。
【図８】本発明の画像復号化装置の第３の実施例のブロック構成を示す図である。
【図９】従来の画像符号化装置のブロック構成例を示す図である。
【図１０】従来の画像復号化装置のブロック構成例を示す図である。
【図１１】本発明の間引き方法の例とその周波数特性を示す図である。
【図１２】本発明の間引きフレーム反転の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 画像入力端子
２，１２，１３，５２，５３，５４，５５，７４，７５ 画像メモリ
３ 予測減算器
４，１１，２３，２５ スイッチ
５，７１ 符号化器
６ 符号出力端子
７ 画像タイプ制御器
８，９ 画素間引器，
１０，５１，５６，６１ 画素（切替）スイッチ
１４ 局部復号化器
２１ 符号入力端子
２２，８１ 復号化器
２４ 予測加算器
７２ ＬＰＦ
７３ 動ベクトル検出器
９１ 加算器
【発明の属する技術分野】
動画像を効率的に伝送、蓄積、表示するために、より少ない符号量で画像をディジタル信号にする高能率符号化において、特に双方向画像間予測など複数の参照画像を画像間予測に用いる手法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
＜双方向予測＞
動画像の画像間予測符号化において、前後の符号化済み画像を参照画像として予測に用いると、より適切な予測信号の形成により符号化効率を上げることが出来る。この手法はＢフレーム（Ｂピクチャ）とも呼ばれ、本願と同一出願人による「フレーム間予測符号化方式」（特開平２−１９２３７８号公報）に開示されている。
また、ＩＳＯ／ＩＥＣで標準化された動画像符号化方式であるＭＰＥＧでも用いられている符号化技術である。
【０００３】
画像間予測でＢフレームを用いる場合、必ず独立フレームまたは片方向予測フレームと組合わせて使う。これはＢフレームは予測されるだけで予測には使われないためである。ここで、独立フレームはフレーム内に閉じて符号化されるフレームで、Ｉ（イントラ）フレームとも呼ばれる。片方向予測フレームはＰフレームとも呼ばれ、古くから使われている過去からだけの予測である。
このような複数の画像タイプの構成方法として、ＩフレームとＢフレームだけのものと、Ｉフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレームの３種類を使うものがある。
【０００４】
それらの例を図４に示すが、Ｉ／Ｂの場合、４から６フレーム程度毎に１フレームがＩフレームとなる。その間のＢフレームは前後（過去と未来）のＩフレーム双方から予測される。
Ｉ／Ｐ／Ｂの場合は、Ｉ／ＢでのＩフレームの大半がＰフレームで置き換えられる形となり、１０乃至３０フレームに１フレームがＩフレームで、２から４フレームに１フレームがＰフレームとなる。この場合、処理が複雑になり、フレーム拘束長（ランダムアクセスできる単位）が長くなるが、画像間予測のフレームが増えるので符号化効率は高くなる。
全体構成としては、これら２つの形態が存在するが、Ｂフレームに関してはどちらも同じである。これはＢフレームの予測に使われる参照画像が、ＩフレームでもＰフレームでも等価なためである。
【０００５】
＜従来画像符号化装置＞
図９にＩ／Ｂの場合の符号化装置の構成例を示す。
画像入力（端子）１から供給される動画像信号は、画像メモリ２に蓄えられると共に、スイッチ４と画像タイプ制御器７にも与えられる。
画像タイプ制御器７は、フレームに同期して、供給される各フレームの画像タイプを予め決められた周期で設定する。すなわちＮフレームに１つをＩフレームとし、他をＢフレームとする。この画像タイプ情報は、スイッチ４、１１、符号化器５に夫々与えられる。
画像メモリ２は、入力された信号の内Ｂフレームの画像信号を( Ｎ−１) フレーム分遅延させ、予測減算器３に与える。これは予測で必要なＩフレームを、Ｂフレームに先行させて符号化する必要があるためである。
予測減算器３では、加算器９１から与えられる予測信号が、画像メモリ２から与えられるＢフレームの画像信号から減算され、予測残差信号がスイッチ４に与えられる。
【０００６】
スイッチ４では、画像タイプ情報に従ってＩフレームでは、入力画像信号が選択され、Ｂフレームでは予測残差信号が選択される。
符号化器５で、両方の信号は、離散コサイン変換（ＤＣＴ）され、量子化された後に可変長符号化で圧縮された符号になり、符号出力端子６から出力される。
一方、Ｉフレームではスイッチ１１が接続され、量子化された信号がスイッチ１１を介して局部復号化器１４に与えられる。
局部復号化器１４では、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、再生画像を得て画像メモリ１３に与える。
【０００７】
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を１フレーム分保持し、次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力する。
画像メモリ１２は、同様に１フレーム分の画像を保持する。この様にして画像メモリ１２及び画像メモリ１３にＢフレームの予測のための参照画像が準備される。そして画像メモリ１２及び画像メモリ１３から、Ｂフレームの符号化時に共に参照画像信号を加算器９１に与える。
加算器９１は、２つの参照画像信号の画素値を加算し、２で除算した信号を予測信号として、予測減算器３に与える。
【０００８】
ここで、加算は単純な均等加算でなく、フレームの距離関係に応じて重み付けした後に加算することもある。また、常時加算するのではなく、符号化フレームと前後の参照フレームの類似度に応じて、ブロック単位で片側からのみの予測や予測無しに切替えることもある。この場合、どのような予測を行なうかは画像に適応して符号化器５で判断され、そのモード情報がブロック毎に伝送される。
図９は、Ｉ／Ｂフレームの場合を示したものであるが、Ｉ／Ｂ／Ｐの３種類の画像タイプを有するものはＭＰＥＧ方式として知られている。
この場合は、上記従来手法のＩフレームの大半がＰフレームに変更され、それ同士で画像間予測が行なわれる。Ｐフレームの処理は上記Ｉフレームの処理が変更され、再生画像は上記と同様に画像メモリに保持される。従って、Ｂフレームの処理は上記と同様である。
【０００９】
＜従来画像復号化装置＞
図９の動画像復号化装置に対応する動画像復号化装置について、図と共に以下に説明する。
図１０は、その動画像復号化装置の構成を示したものである。
符号入力端子２１より供給される符号は、復号化器２２で、可変長符号の復号、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、Ｉフレームでは画像信号が、Ｂフレームでは予測残差信号が再生され復号される。再生された画像信号及び予測残差信号はスイッチ２３に与えられる。
一方、画像タイプ情報も再生され、スイッチ２３、２５に夫々供給される。スイッチ２３は、Ｉフレームでは再生画像を画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を保持する。次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力すると同時にスイッチ２５に出力する。
【００１０】
画像メモリ１２も１フレーム分の画像を保持する。画像メモリ１２及び画像メモリ１３からは、Ｂフレームの復号化時に共に参照画像信号を加算器９１に与える。加算器９１は２つの画像信号の画素値を加算し、２で除算した信号を予測信号として、予測加算器２４に与える。
予測加算器２４は、Ｂフレーム時にスイッチ２３を介して復号化器２２から与えられる再生された予測残差信号と加算器９１から与えられる予測信号とを加算し、再生画像信号を得て次のスイッチ２５に与える。
スイッチ２５は、Ｉフレームでは画像メモリ１３の出力を選択し、Ｂフレームでは予測加算器２４の出力を選択し、画像出力（端子）２６から、元のフレーム順に戻った再生画像が出力される。
【００１１】
＜複数画像予測＞
双方向予測でなくとも複数の画像を用いる予測方式がある。その例として本願と同一出願人による「フレーム間予測符号化方式」（特開平４−１０５４８７号公報）に示されているものがある。
これは過去方向の２つのフィールド、または２つのフレームを加算して予測を行なうものである。
この場合、処理を遅らせる必要はなく、Ｂフレームを用いる場合のように符号化順入替えによる遅延を生じない。
また、ＭＰＥＧ−２においてもＤｕａｌ’方式として、過去の偶数フィールドと奇数フィールドを加算して予測に用いる手法が用いられている。
【００１２】
＜画像加算＞
以上のような複数画像を用いる画像間予測では、複数画像の加算が行なわれる。
これは双方向予測では、内挿型の処理で画像の時間変化に対応することが可能なためである。
また、双方向予測に限らず複数画像の加算が行なわれることで、入力画像に含まれる雑音成分や符号化による量子化雑音成分が抑圧され、さらに空間フィルタ効果もあり、予測効率を上げることが出来るためである。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の複数の参照画像を用いる画像間予測は、１つの画像を予測するのに２つの画像を加算して予測信号とする。
そのためには、符号化画像の１画素に対して、参照画像の２画素が必要になる。
これは参照画像を格納しているメモリから取り出す信号量が２倍になることを意味し、画像メモリと予測処理の間の画素転送レートが２倍必要になる。そのために、装置実現のためには非常にビット数の多いのデータバスが必要になっていた。
本発明は以上の点に着目してなされたもので、両方の画像の画素値を加算せずに、画素単位で交互に片方のみを予測信号とすることで、１画像からの予測と同じ画素転送レートで複数画像からの予測と同等の予測効率を得る動画像符号化復号化装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記した課題を解決するために本発明は、下記（１）〜（７）の構成を有する動画像符号化装置、動画像符号化復号化装置、動画像符号化方法、動画像符号化復号化方法を提供する。
（１） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段とを有することを特徴とする動画像符号化装置。
（２） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
第１の画像間予測手段及び第２の画像間予測手段は、夫々局部復号画像に対応したサイズのメモリの代わりに、予測に用いる参照画像を画素単位で間引いて、半分の画素を格納し、格納画素を予測信号として出力する半分のサイズの画像メモリと、前記半分の画素の残りの半分の画素を格納し、出力する半分のサイズの画像メモリとで構成したことを特徴とする動画像符号化装置。
（３） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、第１の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素と第２の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素とが、走査線毎あるいはフレームまたはフィールド毎に逆の位置関係になるようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。
（４） 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、順次予測信号に低域通過特性を有する空間フィルタを作用させ、間引きにより縮小された周波数帯域外の折返し成分となる周波数成分が抑圧された順次予測信号を符号化画像信号から減算するようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。
（５） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段と有する動画像符号化部と、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得る復号化手段と、
予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を得て出力する予測加算手段とを有する動画像復号化部とより構成したことを特徴とする動画像符号化復号化装置。
（６） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測 を行なう動画像符号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにしたことを特徴とする動画像符号化方法。
（７） 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにして動画像符号化を行ない、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得、予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を出力して動画像復号化を行なうようにしたことを特徴とする動画像符号化復号化方法。
【００１９】
【発明の実施の形態】
＜第１の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第１の実施例について、図と共に以下に説明する。
図１は、そのブロック構成を示したもので、従来例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力（端子）１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号化器５、画像タイプ制御器７、画像メモリ１２，１３、局部復号化器１４の動作は、基本的には図９の従来例と同じである。
従来例と異なるのは予測信号の形成方法であり、画素間引器８，９があり、加算器９１の代わりに画素スイッチ１０がある。
【００２０】
画像入力端子１から供給される動画像信号は画像メモリ２に蓄えられると共に、スイッチ４と画像タイプ制御器７にも与えられる。画像タイプ制御器７はフレームに同期して、供給される各フレームの画像タイプを予め決められた周期で設定し、Ｎフレームに１つをＩフレームとし、他をＢフレームとする。この画像タイプ情報はスイッチ４，１１、符号化器５に出力される。
画像メモリ２は、入力された信号の内Ｂフレームの画像信号を( Ｎ−１) フレーム分遅延させ、次の予測減算器３に与える。これは予測に使うＩフレームを、Ｂフレームに先行させて符号化する必要があるためである。
【００２１】
予測減算器３では、画素スイッチ１０から与えられる予測信号が、画像メモリ２から与えられるＢフレーム信号から減算され、予測残差信号が次のスイッチ４に与えられる。
スイッチ４では、画像タイプ情報に従ってＩフレームでは、入力画像信号が選択され、Ｂフレームでは予測残差信号が選択される。両方の信号は符号化器５で、離散コサイン変換（ＤＣＴ）され、量子化された後に可変長符号化処理で符号になり、符号出力端子６から出力される。
この符号出力端子６からの出力信号は、例えば、ディスク状の記録媒体（図示せず）に記録される。
【００２２】
一方、Ｉフレームではスイッチ１１が閉じられ、量子化された信号がスイッチ１１を介して局部復号化器１４に与えられる。
局部復号化器１４では、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、再生画像を得て画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１３は、Ｉフレームの再生画像を保持する。次のＩフレームの再生画像が与えられた際に、今まで保持していた再生画像を次の画像メモリ１２に出力する。
画像メモリ１２は、同様に１フレーム分の画像を保持する。この様にして、画像メモリ１２及び画像メモリ１３にＢフレームの画像間予測で必要な参照画像が準備される。
【００２３】
そして、画像メモリ１２から画素間引器８に、画像メモリ１３から画素間引器９に、Ｂフレームの符号化時に参照画像信号が与えられる。
画素間引器８は、１画素毎に画素を間引き、半分の画素数になった画像信号を予測信号として画素スイッチ１０に与える。
画素間引器９は、画素間引器８で破棄された方の画素を選択して間引き、半分の画素数になった画像信号を予測信号として画素スイッチ１０に与える。
画素スイッチ１０は、画素単位で固定的に切替えられ、両方の画素を交互に選択する。画素間引器８，９の出力は半分になっているので、交互に選択することで元の画像と同じ画素数の順次予測信号が得られる。得られた順次予測信号は予測減算器３に与えられる。
【００２４】
この処理の様子を図３に示す。
過去からの予測信号及び未来からの予測信号は、夫々逆の位置関係で間引かれており、半分の画素になっている。最終的な順次予測信号は両者が合成されて、すべての画素が揃った信号となる。
この様な処理で形成される予測信号は、間引きにより従来例の加算の場合と多少異なる。
間引かれた予測信号を周波数領域で見ると、間引きにより半分より上の周波数は折返し成分となるが、半分より下の成分は従来例と変わらない。半分より上の成分は２つの参照画像が同じなら従来例と同じ結果になるが、異なっているとその差の分は誤差となる。
【００２５】
画素間引きの具体的手法としては、図１１に示したように、水平方向や垂直方向の他、走査線毎に間引く画素位置を逆にする方法（千鳥、碁の目などと呼ばれる）がある。水平方向や垂直方向に間引いた場合の周波数特性はそのまま、水平や垂直で半分になる。
一方、走査線毎に逆にした場合、誤差を生じる周波数成分は斜めで高い周波数成分なり、視覚的に検知され難くなる。
なお、図でμは水平周波数、νは垂直周波数である。
【００２６】
＜第１の動画像復号化装置＞
本発明の動画像復号化装置第１の実施例について、図と共に以下に説明する。
図２は、そのブロック構成を示したもので、従来例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、復号化器２２、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６、画像メモリ１２，１３の動作は、基本的に図１０の従来例と同じである。
【００２７】
従来例と異なるのは予測信号の形成方法であり、画素間引器８，９があり、加算器９１の代わりに画素スイッチ１０がある。
例えば、記録媒体を介して符号入力端子２１より供給される符号は、復号化器２２で、可変長符号の復号、逆量子化、逆ＤＣＴの処理が行なわれ、Ｉフレームでは画像信号が、Ｂフレームでは予測残差信号が再生される。再生された画像信号及び予測残差信号はスイッチ２３に与えられる。一方、画像タイプ情報も再生され、スイッチ２３，２５に供給される。
【００２８】
スイッチ２３は、Ｉフレームでは再生画像を画像メモリ１３に与える。
画像メモリ１２、１３、画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は基本的に図１の第１の実施例の符号化装置のものと同じである。
ただし、Ｉフレームの再生画像を出力する必要があるので、画像メモリ１３の出力信号は画像メモリ１２と同時にスイッチ２５にも与えられる。この様にして画素スイッチ１０で得られた予測信号は予測加算器２４に与えられる。
【００２９】
予測加算器２４は、Ｂフレーム時にスイッチ２３を介して復号化器２２から与えられる予測残差信号と画素スイッチ１０から与えられる予測信号を加算し、再生画像信号を得る。
スイッチ２５は、Ｉフレームでは画像メモリ１３の出力を選択し、Ｂフレームでは予測加算器２４の出力を選択し、画像出力端子２６から元のフレーム順に戻った再生画像が出力される。
【００３０】
本発明の動画像復号化装置は基本的に図１の符号化装置に対応するものであるが、図９の従来例の動画像符号化装置で符号化された符号を復号化することも出来る。
この場合、符号化と復号化で画像間予測手法が異なることにより、若干の誤差が生じるが、その差は高い周波数成分で僅かなので視覚的に問題とならない。
Ｂフレームの予測はＰフレームと違い、予測されたフレームが他のフレームの予測に使われない非巡回型予測なので、上記誤差が累積することもない。
以上説明した第１の動画像符号化装置と第１の動画像復号化装置とを一体化して使用することも可能である。
装置が小形化出来れば、可搬型として使用することも可能となる。
この場合には、符号化して記録した、例えばディスク状の記録媒体を即座に復号化して再生することが出来るし、出先でも再生することが出来る。
【００３１】
＜第２の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第２の実施例について、図と共に以下に説明する。
図５は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力端子１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号化器５、符号出力端子６、画像タイプ制御器７、スイッチ１１、局部復号化器１４の動作は、基本的に図１の第１の実施例と同じである。
第１の実施例と異なるのは予測信号の保持及び形成方法であり、画像メモリ１２，１３と画素間引器８，９の代わりに、容量が半分の画像メモリ５２〜５５があり、画素スイッチ１０の代わりに、接点の多い画素スイッチ５１がある。
【００３２】
局部復号化器１４の出力であるＩフレームの再生画像はスイッチ５６に与えられる。
スイッチ５６は、図１の画素スイッチ１０と同様な動作で画素に同期して切替えられ、画素単位で交互に再生画像を画像メモリ５３と画像メモリ５５に与える。
画像メモリ５３，５５は、図１の画像メモリ１３と同様に画像を保持するが、与えられる画素が半分なので、そのサイズは半分となる。また、画像メモリ１３と同様に新たなＩフレーム再生画像が入力された時に、保持していた画像を夫々画像メモリ５２，５４に出力する。
画像メモリ５２，５４は、画像メモリ５３、５５と同様に夫々半部の画像を保持する。この様にして２フレーム分の参照画像が、４個の半フレーム分の画像メモリ５２〜５５に蓄えられる。
【００３３】
この４個の画像メモリからＢフレーム符号化時に画像信号が予測信号として画素スイッチ５１に与えられる。
画素スイッチ５１は、画素単位で交互に４種類の画像から１つが選択され、元の画像と同じ画素数の予測信号が得られる。
ここで、１フレーム内では、前参照フレームの画素、後参照フレームの画素はどちらかに決められているので、画素スイッチ５１の動作は、１フレーム内では画像メモリ５２と５５からの選択か、画像メモリ５３と５５からの選択かのどちらかである。この様にして得られた信号を予測信号として、予測減算器３に与える。
【００３４】
ここで、画素スイッチ５１での２種類の選択方法はフレームによって反転させられる。
図１２にこのフレーム反転の様子を示す。
図で間引きは、交互タイプ( ａ) と交互タイプ( ｂ) がフレーム毎に入れ代わる。
この反転のタイプも図のように２種類がある。この場合、加算の場合に対して誤差を生じる周波数成分は時間的にも高い周波数成分に限定されるので、誤差は極めて検知され難くなる。
【００３５】
＜第２の動画像復号化装置＞
本発明の動画像復号化装置の第２の実施例について、図と共に以下に説明する。
図６は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、復号化器２２、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６の動作は、基本的に図２の第１の実施例と同じである。
第１の実施例と異なるのは予測信号の保持及び形成方法であり、画像メモリ１２、１３と画素間引器８，９の代わりに半分サイズの画像メモリ５２〜５５と画素切替スイッチ５６，６１があり、画像切替スイッチ１０の代わりに４接点の画素切替スイッチ５１がある。
【００３６】
スイッチ２３からＩフレームの再生画像がスイッチ５６に与えられる。スイッチ５６、画像メモリ５２〜５５は図５の第２の実施例の符号化装置と基本的に同じである。但し、Ｉフレームの再生画像は最終的に出力される必要があるのでスイッチ６１を介してスイッチ２５に送られる。
スイッチ６１は、スイッチ５６で分割された画素を元に戻すもので、対となって動作する。スイッチ５１の動作も図５と同じで、元の画像と同じ画素数の画像信号となって予測信号として、予測加算器２４に与える。
【００３７】
＜第３の動画像符号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第３の実施例について、図と共に以下に説明する。
図７は、そのブロック構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
画像入力端子１、画像メモリ２、予測減算器３、スイッチ４、符号出力端子６、画像タイプ制御器７、画素間引器８，９、画素スイッチ１０、スイッチ１１、局部復号化器１４の動作は、基本的に第１図の第１の実施例と同じである。
【００３８】
第１の実施例と異なるのは動き補償動作及び予測信号に対する空間フィルタがあることである。
構成上では、画像メモリ１２，１３の代わりに読み出しアドレスが変更可能な画像メモリ７４，７５があり、他にＬＰＦ７２と動きベクトル検出器７３がある。
画像入力端子１から供給される画像信号は動ベクトル検出器７３にも与えられる。
【００３９】
動ベクトル検出器７３は、入力画像信号から動き補償画像間予測で用いる動きベクトルを求める。画像タイプ制御器７から与えられる画像タイプの情報から画像関予測のフレーム関係を判断し、各Ｂフレームを予測フレーム、前後のＩフレームを参照フレームとする。求められた動ベクトルは、画像メモリ７４，７５に与えられると共に符号化器７１で画像タイプ情報と同様に符号化され多重化される。
【００４０】
画像メモリ７４，７５は動きベクトルに従って読み出しアドレスを修正し、動き補償された参照画像を画素間引器８、９に出力する。画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は図１の第１の実施例と同じである。
画素スイッチ１０の出力である順次予測信号は直ちに予測減算器３に与えられず、ＬＰＦ（低域通過フィルタ）７２を通した後に与えられる。
【００４１】
ＬＰＦ７２は、画素間引きで誤差を生じる折返し成分の空間周波数領域を抑圧するためのものである。
従って、予測信号はその周波数帯域の成分がないが、その周波数帯域には元々信号成分が少ないので、結果的に従来例の加算を行なった場合に近い予測信号が形成される。
【００４２】
＜第３の動画像復号化装置＞
本発明の動画像符号化装置の第３の実施例に対応する復号化装置について、図と共に以下に説明する。
図８は、その構成を示したもので、第１の実施例と同一構成要素には同一付号を記してある。
符号入力端子２１、スイッチ２３，２５、予測加算器２４、画像出力端子２６、画素間引器８，９、画素スイッチ１０の動作は、基本的に図２の第１の実施例と同じである。
【００４３】
第１の実施例と異なるのは動き補償動作と予測信号に対するＬＰＦであり、画像メモリ１２，１３は読み出しアドレスが変えられる画像メモリ７４，７５になり、画素スイッチ１０の次段にＬＰＦ７２がある。また、復号化器は動きベクトルも復号し出力する復号化器８１になっている。
画像メモリ７４，７５は図７と同様に動きベクトルによって読み出しアドレスが変えられる。また画素スイッチ１０の出力は図７と同様にＬＰＦ７２が作用させられる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明では、双方向画像間予測において両方の画像の画素値を加算せず、画素単位で交互に片方のみを予測信号とすることで、符号化画像の画素と同じ数の参照画像の画素のみが予測に使われることになる。これにより参照画像の画素データの転送レートが半分になり、低速度や低ビットのデータ転送バスで画像間予測処理が可能になり、例えばディスク状の記録媒体コスト、装置コストを低減出来る。
【００４５】
また、画像メモリを１画素毎に交互に別構成としておくと、片方の画像メモリからのみ画素値を連続して読み出せばよく、画像メモリを高速読み出しモードで動作させることが出来る。
ここで、低い周波数成分は、従来の加算を行なったのと同等の画像間予測特性となるので、従来例に近い予測効果が期待出来るが、高い周波数成分は多少の誤差を生じる。この誤差は視覚的に検知され難いが、画素をライン毎（フレーム毎）に交互にすると、誤差の生じる周波数成分は斜め方向（時間方向）の高い周波数成分になるのでより視覚的に検知され難くなり、画質的にも遜色のないものとなる。
【００４６】
さらに、順次予測信号の高い周波数成分をＬＰＦで抑圧すると、誤差成分が抑圧されることになるので、画質は従来例と同等になる。
【００４７】
また、本発明の符号化復号化装置は、符号化して記録した、例えばディスク状の記録媒体を即座に復号化して再生することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の画像符号化装置の第１の実施例のブロック構成を示す図である。
【図２】本発明の画像復号化装置の第１の実施例のブロック構成を示す図である。
【図３】本発明の画像間予測処理の様子を示す図である。
【図４】本発明の画像タイプの例を示す図である。
【図５】本発明の画像符号化装置の第２の実施例のブロック構成を示す図である。
【図６】本発明の画像復号化装置の第２の実施例のブロック構成を示す図である。
【図７】本発明の画像符号化装置の第３の実施例のブロック構成を示す図である。
【図８】本発明の画像復号化装置の第３の実施例のブロック構成を示す図である。
【図９】従来の画像符号化装置のブロック構成例を示す図である。
【図１０】従来の画像復号化装置のブロック構成例を示す図である。
【図１１】本発明の間引き方法の例とその周波数特性を示す図である。
【図１２】本発明の間引きフレーム反転の様子を示す図である。
【符号の説明】
１ 画像入力端子
２，１２，１３，５２，５３，５４，５５，７４，７５ 画像メモリ
３ 予測減算器
４，１１，２３，２５ スイッチ
５，７１ 符号化器
６ 符号出力端子
７ 画像タイプ制御器
８，９ 画素間引器，
１０，５１，５６，６１ 画素（切替）スイッチ
１４ 局部復号化器
２１ 符号入力端子
２２，８１ 復号化器
２４ 予測加算器
７２ ＬＰＦ
７３ 動ベクトル検出器
９１ 加算器
Claims (7)
- 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段とを有することを特徴とする動画像符号化装置。 - 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
第１の画像間予測手段及び第２の画像間予測手段は、夫々局部復号画像に対応したサイズのメモリの代わりに、予測に用いる参照画像を画素単位で間引いて、半分の画素を格納し、格納画素を予測信号として出力する半分のサイズの画像メモリと、前記半分の画素の残りの半分の画素を格納し、出力する半分のサイズの画像メモリとで構成したことを特徴とする動画像符号化装置。 - 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、第１の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素と第２の予測信号を生成する為に予測減算に用いる画素とが、走査線毎あるいはフレームまたはフィールド毎に逆の位置関係になるようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。 - 請求項１に記載された動画像符号化装置において、
予測減算手段では、順次予測信号に低域通過特性を有する空間フィルタを作用させ、間引きにより縮小された周波数帯域外の折返し成分となる周波数成分が抑圧された順次予測信号を符号化画像信号から減算するようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。 - 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化装置において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を得る予測減算手段と、
前記予測残差信号を符号化し、得られた符号を出力する符号化手段と有する動画像符号化部と、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得る復号化手段と、
予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いて第１の予測信号を出力する第１の画像間予測手段と、
予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いて第２の予測信号を出力する第２の画像間予測手段と、
前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を得て出力する予測加算手段とを有する動画像復号化部とより構成したことを特徴とする動画像符号化復号化装置。 - 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにしたことを特徴とする動画像符号化方法。 - 時間的に異なる局部復号画像から形成される複数の参照画像を用いて画像間予測を行なう動画像符号化復号化方法において、
予測に用いる第１の参照画像を画素単位で間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素単位で間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を画素単位で交互にして順次予測信号を形成し、前記順次予測信号を画像間予測される画像信号から減算して予測残差信号を形成し、前記予測残差信号を符号化して出力するようにして動画像符号化を行ない、
供給される符号を復号化し、再生予測残差信号を得、予測に用いる第１の参照画像を画素毎に間引いた第１の予測信号と予測に用いる第２の参照画像を画素毎に間引いた第２の予測信号とを夫々出力し、前記第１の予測信号と第２の予測信号を１画素毎に交互にして再生予測残差信号に加算し、再生画像信号を出力して動画像復号化を行なうようにしたことを特徴とする動画像符号化復号化方法。
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