JPH06121301A - 動き補償予測符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量のバッファメモリを用いることなく、
また画質劣化を起こすことなくフィールド内符号化を行
える動き補償予測符号化装置を得る。 【構成】 出力信号の伝送レートを一定に保持するバッ
ファメモリ２６のデータ量が少ないときに、スイッチ制
御回路３０によりスイッチ２９をＯＦＦにして予測信号
２０をしゃ断し、現フレーム画像信号４のみについて１
フレーム期間にフィールド内符号化を行うことにより、
従来のように定期的にスイッチ２９をＯＦＦすることな
く、伝送路におけるエラーの蓄積を防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は動画像符号化の際に動き
ベクトルによる動き補償を用いた動き補償符号化装置に
関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より画像情報をデジタル伝送する場
合、伝送データ量を削減するために各種の符号化方式が
提案されている。

【０００３】その提案されている符号化方式の１つに、
フレーム内符号化とフレーム間符号化とを切り換えて符
号化する方式がある。フレーム内圧縮は、近接する画素
同士は明るさと色が類似する同画像の特性を利用して情
報低減する方式である。実際の画像では、空や壁など大
半の部分は同程度の明るさと色がほぼ続いているため、
フレーム内圧縮のみを用いても１／５〜１／１０程度の
圧縮が可能である。フレーム間圧縮は、類似した画像を
利用して、補正分の情報のみで画像を得る方式である。

【０００４】通常動画では近接するフレームの絵柄は、
多少の動きや変化はあるが類似している。この点を利用
して、まず圧縮符号化しようとするフレームと近接する
フレーム間との類似性（動き、色、明るさ等）を計算す
る。その計算に基づいて「予測値」、つまり「近接フレ
ーム」から「符号化しようとするフレーム」に更に類似
したフレームの値を算出する。

【０００５】次に、符号化しようとするフレームから
「予測値」との差分情報のみを符号化（記録・伝送）す
る。このため、データ量（補正分）が低減する。つま
り、人物だけ移っている動画で人物が右に移動した場
合、一つ前のフレームで、移動の補正情報も含めて人物
がいる画素が予測値で、右に移動した全体の画素から予
測値を引いたものが差分となる。

【０００６】従来の符号化装置の場合、一般にフレーム
間処理により圧縮する場合、伝送路上で誤りが発生する
と、その誤りが伝播することが知られている。したがっ
て、フレーム間処理を所定数行うと自動的にフレーム内
処理を行うものとなっていった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】各符号化画面の１フレ
ーム当りのデータ量は、フレーム内処理の場合１６Ｋ〜
２５Ｋバイト、フレーム間処理の場合７〜１０Ｋバイト
程度である。つまり、一般にフレーム内処理はフレーム
間処理よりも発生するデータ量が多いことが知られてい
る。したがって、定期的にフレーム内符号化を行う場
合、その直前の量子化ステップ（フレーム間符号化に使
われた量子化ステップ）を使って量子化すると急にデー
タ発生量が増えてしまい、伝送レート上の問題となる。

【０００８】そこで、データ発生量を抑えるために、量
子化ステップを変えて符号化を行うと、今度は画質劣化
を引き起こしてしまうという問題が生じる。また、ＤＣ
Ｔ変換を用いた圧縮符号化を行った場合で、更にフレー
ム内圧縮処理のＤＣ（直流）成分については、発生する
情報に片寄りがなく、情報をエントロピー符号化（発生
する情報の確率が高いものには短い符号語を割り当て、
確率が低いものに関しては長い符号語を割り当て、発生
する情報を削減する符号化）で削減することができなか
った。

【０００９】上述のような問題は、複数の符号化モード
を適応的に切り換えて符号化を行う符号化装置（少なく
とも予測符号化モードを有する）に発生するものであ
る。上述したような背景から、本発明は従来の符号化装
置における上述の問題を解消し、信号劣化を防止した符
号化装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明においては、バッ
ファメモリのデータ蓄積量に応じて、１フレーム期間フ
ィールド内符号化を実行する制御手段を設けている。

【００１１】

【作用】伝送レートを一定に保つためのバッファメモリ
のデータ蓄積量が多いときは、フレーム間符号化を行
い、上記データ蓄積量が少ないときは、１フレーム期間
１フィールド内符号化を行うことにより、画質劣化を引
き起こすことなく、１フレーム期間フィールド内符号化
が可能になる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る実施例を図１を用いて説
明する。

【００１３】図１において、１はアナログの画像信号が
入力する入力端子、２は入力されたアナログ信号をデジ
タル信号に変換すると共にブロック化するＡ／Ｄ変換回
路、３は符号化ブロックの現フレーム画像信号４と後述
する予測信号２０との差分演算を行い、予測誤差を算出
する予測誤差算出回路、５は予測誤差信号６を直交変換
する直交変換回路、７は直交変換係数８を量子化する量
子化回路である。

【００１４】９は量子化した直交変換係数（予測誤差信
号）１０を逆量子化する逆量子化回路、１１は逆量子化
された直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換回路、
１２は予測誤差信号１３と予測信号２０とにより現フレ
ームの再生画像を算出する再生画像算出回路、１４は現
フレームの再生画像信号１５を記憶する画像メモリ回
路、１６は前フレームの再生画像信号１７に対して動き
補償する動き補償回路、１８は動き補償信号１９に対し
て２次元ローパスフィルタ処理し予測信号２０を出力す
るループフィルタ回路である。

【００１５】２１は符号化ブロックの現フレーム画像信
号４と前フレームの再生画像信号１７とを比較して符号
化ブロックの動きベクトル２２を算出する動ベクトル算
出回路、２９は、動き補償のための予測信号２０を強制
的に”０”にするスイッチ、３０はバッファメモリ２６
のデータ蓄積量に応じてスイッチ２９をＯＮ／ＯＦＦし
て、フレーム間動き補償予測符号化するか、又は１フレ
ーム期間フィールド内符号化するかを切り換えるスイッ
チ制御回路である。

【００１６】２３は予測誤差信号１０を伝送路符号化す
る可変長符号化回路、２４は予測誤差符号２５と動きベ
クトル２２とにより伝送フレーム符号化データ２７を構
成するデータ合成回路、２６は伝送フレーム符号化デー
タ２７を所定の伝送速度で伝送するためのバッファメモ
リ、２８は伝送信号を出力する出力端子である。

【００１７】３１はバッファメモリ２６のデータ量によ
り、量子化回路７及び逆量子化回路９のデータ発生量を
制御するための量子化ステップを示す制御信号３２を出
力する量子化ステップ制御回路である。

【００１８】次に上記構成による動作について説明す
る。

【００１９】入力端子１に入力されたアナログ画像信号
をＡ／Ｄ変換回路２でデジタル信号に変換し、さらに水
平方向Ｍ画素、垂直方向Ｎラインのブロック、例えばＭ
＝Ｎ＝８のブロックに分割する。この分割された現フレ
ーム画像信号４は予測誤差算出回路３のａ入力と動ベク
トル算出回路２１とに入力される。予測誤差算出回路３
のｂ入力には、スイッチ２９がＯＮの時にループフィル
タ１８から予測信号２０が入力され、現フレーム画像信
号４との差分演算を行い、その結果を予測誤差信号６と
して出力する。

【００２０】直交変換回路５は、予測誤差算出回路３か
らの予測誤差信号６に対して直交変換を行い、予測誤差
直交変換係数８を出力する。直交変換方式としては、多
くの場合、高い変換効率を持ち、ハードウェア化に実現
性のある離散コサイン変換（ＤＣＴ）が用いられる。

【００２１】量子化回路７は、上記予測誤差直交変換係
数８を量子化し、予測誤差直交変換量子化係数を算出し
て予測誤差信号１０を出力する。

【００２２】このとき、量子化回路７は量子化ステップ
制御回路３１により量子化ステップを変化することによ
りデータの発生量を可変される。この量子化ステップは
バッファメモリ２６のデータ蓄積量を監視することによ
り、出力端子２８から出力される所定の伝送レートをこ
えないように制御信号３２により制御される。

【００２３】例えば、バッファメモリ２６のデータ蓄積
量が多いときは、データ発生量が少なくなるような量子
化ステップで量子化回路７を動作させて、データ蓄積量
を規定値まで少なくする。逆にデータ蓄積量が少ないと
きは、データ発生量が多くなるような量子化ステップで
量子化回路７を動作させて、データ蓄積量を規定値まで
増やす。

【００２４】一方、逆量子化回路９は予測誤差信号１０
を逆量子化する。このときの逆量子化回路９で用いる量
子化ステップは量子化回路７と同じものを使用すること
が必要であるため、量子化回路７と同様に量子化ステッ
プ制御回路３１により制御される。

【００２５】次に、逆直交変換回路１１では、逆量子化
出力を逆直交変換し、量子化・逆量子化誤差を含んだ予
測誤差信号１３を算出する。再生画像算出回路１２は、
量子化・逆量子化誤差を含んだ予測誤差信号１３とスイ
ッチ２９がＯＮの時のループフィルタ１８の出力の予測
信号２０とを加算し、符号化ブロックの現フレーム再生
画像信号１５を算出する。

【００２６】画像メモリ回路１４は現フレームの再生画
像信号１５を記憶すると共に、前フレームの再生画像信
号１７を出力する。

【００２７】また、動きベクトル算出回路２１は、現フ
レームの画像信号４と画像メモリ１４に記憶されている
前フレームの再生画像信号１７とを比較して符号化ブロ
ックの動きをベクトル２２として算出する。

【００２８】動き補償回路１６は、前フレームの再生画
像信号１７を動きベクトル２２で動き補償し、動き補償
信号１９として出力する。ループフィルタ回路１８は動
き補償した符号化ブロックに対して２次元ローパスフィ
ルタ処理を行い、予測信号２０として出力する。この予
測信号２０はスイッチ２９がＯＮの時に予測誤差算出回
路３及び再生画像算出回路１２へ入力される。

【００２９】一方、可変長符号化回路２３は、量子化回
路１０からの予測誤差信号（直交変換量子化係数）１０
の並べかえを行い、可変長符号化して予測誤差符号２５
を出力する。

【００３０】データ合成回路２４は、動きベクトル２２
を符号化し、予測誤差符号２５と合成して、所定の形式
の伝送フレーム符号化データ２７を出力する。バッファ
メモリ２６は伝送フレーム符号化データ２７を一旦記憶
し、所定の伝送レートで出力端子２８より出力する。

【００３１】また、バッファメモリ２６からデータが出
力されてから復合化装置に入るまでの伝送路においてエ
ラーが発生した場合、動き補償予測フレーム間符号化装
置として動作している間にエラーが蓄積されていくため
に、適当なタイミングでスイッチ２９をＯＦＦにする必
要がある。ここでスイッチ制御回路３０はバッファメモ
リ２６のデータ蓄積量を監視してスイッチ２９を制御す
る。

【００３２】例えば、バッファメモリ２６のデータ蓄積
量が多い場合には、スイッチ２９をＯＮのままにして、
フレーム間の動き補償予測符号化装置として動作させ
る。また、バッファメモリ２６のデータ蓄積量が少ない
ときには、スイッチ２９をＯＦＦにして、１フレーム期
間フィールド内符号化を行う。

【００３３】スイッチ２９のＯＦＦはデータ伝送路のエ
ラーの状態に応じて一定時間ごとに上記のようにバッフ
ァメモリ２６のデータ蓄積量に応じて１回行えばよい。
しかし、メモリ２６の蓄積量が全体的に無くなっている
場合には、所定時間でスイッチ２９をＯＦＦにすればよ
い。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によればバ
ッファメモリのデータ蓄積量に応じてフィールド内符号
化を実行するようにしたことにより、バッファメモリ量
を多く持つ必要がなく、また、画質劣下を引き起こすこ
となく、１フレーム期間フィールド内符号化することが
できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示すブロック図である。

【符号の説明】

２６ バッファメモリ ２９ スイッチ ３０ スイッチ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号の符号化に際してフィールド間
   又はフレーム間の動き補償を行う動き補償予測符号化装
   置において、伝送レートを一定に保つためのバッファメ
   モリのデータ蓄積量に応じてフレーム間符号化とフィー
   ルド内符号化とを切り換える制御手段を設けたことを特
   徴とする動き補償予測符号化装置。