JPS63181585A

JPS63181585A - Ｔｖ信号の動き補償フレ−ム間符号化装置

Info

Publication number: JPS63181585A
Application number: JP62012362A
Authority: JP
Inventors: Masaaki Takizawa; 正明滝沢; Junichi Kimura; 淳一木村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-01-23
Filing date: 1987-01-23
Publication date: 1988-07-26
Anticipated expiration: 2013-06-25
Also published as: JP2768669B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はテレビジョン（Ｔ　Ｖ）信号の高能率符号化に
係わり、特に動き補償フレーム間予測回路の小型経済化
に関する。

〔従来の技術〕

ＴＶ信号は４　Ｍ　Ｈｚ以上の広い周波数帯域を有する
ので、これをそのままディジタル信号に変換し伝送する
ためには、１００Ｍｂｐｓ程度の高い伝送速度を必要と
する。この速度を１．５Ｍｂｐｓ以下に低減するための
代表的な方式に、「動き補償フレーム間予測」が知られ
る。

この方式は、連続する画面間（フレーム間）の相関を活
用するものである。即ち、符号化すべき現フレームハＴ
Ｖ信号をそのまま伝送する代わりに以下のようにする。

１）画像が静止している時等のように、符号化するフレ
ームのＴＶ信号と前フレームのＴＶ信号との間の誤差（
フレーム間差）が小さい時は、「フレーム間差は無い」
としてその旨のみを伝送する。

２）画像が動いてフレーム間差が大きくなった時は、画
像の動き量（方向と大きさ）を検出し、それを補償した
位置の前フレームから現フレームを予測し、その予８ｔ
！Ｉ誤差を符号化する。

以降、この画像の動き量を動きベクトルと呼ぶ。

上記のフレーム間差の有無や、動きベクトルを各ＴＶ信
号毎に伝送するのは効率が悪い。しかし幸いにも、隣合
う信号間ではフレーム間差の有無や動きベクトルの相関
が強い。そこで実際には。

複数の信号をまとめてブロックとし、ブロック単位にフ
レーム間差の有無や動きベクトルを検出し、伝送する。

動きベクトルの検出手法には１次の２通りが知られる。

１）全探索法：探索すべき範囲内のすべての動きベクト
ルを発生させ、それに対応する位置の前フレームのブロ
ックと現フレームのブロックとの類似性を測定し、その
中で類似度が最も高い動きベクトルを選択する。

２）多段階深層法：先ず、粗い密度で少数の動きベクト
ルを発生させ、各々の類似度を測定、比較する。次にそ
の中で類似度が最高の動きベクトルの周囲に最適なもの
があるとし、その周囲の動きベクトルを高い密度で発生
し、その中で類似度が最高のものを選択する。以降、必
要に応じて発生させる動きベクトルの発生密度を高くし
、上記の操作を繰り返す。

〔発明が解決しようとする問題点〕

全探索法は、その探索範囲内で類似度が最高の動きベク
トルを検出でき、動き補償後のフレーム間の予測誤差を
最小にできる長所がある。しかし探索の回数が多いので
、処理の高速化や並列化が必要となり１回路が大規模と
なる問題がある。

多段階探索法も、予め定められた回数の探索が必要であ
る。従って、極端に符号化ビット数が短い場合、例えば
フレーム間の差が小さく、フレーム間に有意差がない旨
を僅か１ビツトで符号化する場合にも、この符号化ビッ
ト数に相当する期間に上記の探索を終了する必要がある
。このため全探索法と比較すると軽減されるが、それで
も処理の高速化や並列化が必須となり、回路が大規模と
なる問題がある。

又、上記の回路の制約のため、より広い範囲を探索する
ことが是しくなる問題もある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題は、探索回数を符号化ビット数とほぼ比例させ
ることにより解決される。即ち、以下の手順に従って探
索すればよい。

１）現フレームのブロックと同じ位置にある前フレーム
の信号（動きベクトル０と呼ぶ）との類似度を測定する
。あらかじめ定められた値以上の場合には直ちに有意差
が無いとして、その旨を伝送し、探索を打ち切る。

２）他の場合は、上記公知例の多段探索法と同様に粗い
密度で動きベクトルを発生し、動きベトクルＯも含めて
類似度が物も高いものを選択する。

動きベクトル０．またはその近傍が選択された時は、比
較的小さい動きベクトルが最適と推定できる。ここで一
般に、次の２点が知られる。

０最適動きベクトルの発生頻度は、動き量が小さいほど
高く、０従って、これをエントロピ符号化すると、動きベクト
ルの符号化ビット数は短くなり、処理に許容される時間
も短くなる。

そこで本発明では、この場合は動きベクトルＯまたはそ
の近傍の狭い範囲内のみを探索し、探索回数を減少させ
る。

動きベクトル０か、またはその近傍以外が選択された時
は、最適動きベクトルは、比較的大きな動き量と推定で
きる。この場合は動きベクトルの符号語長も長くなるの
で、探索回数を多くできる。

そこで、より類似度が高い動きベクトルを検出するため
に広い範囲を探索する。

〔作用〕

上記手段によると、次に示すように画像の動き量の大小
に対応して最適の探索手段が選択される。

０符号化ビット数が少ない、小さな動き量に対しては、
探索回数も減少するので、処理が間にあわなくなって誤
動作することはない。

０又、符号化ビット数が多い大きな動き量に対しては探
索回数を増加できるので、より広い範囲を探索できる。

〔実施例〕

以下、本発明の第一の実施例を第１図に示す。

図において、以下の順番に従って動きベクトルを探索す
る。

１）現フレームのブロックと同一位置にある前フレーム
の信号と類似度を測定する。図では、黒丸で示す。類似
度がある閾値以上の場合は、動きがないブロック（無効
ブロック）とし、探索を打ち切る。

２）類似度が閾値未満の場合には、水平方向に、±４画
素、または、垂直方向に±４走査線ずれた位置に対応す
る動きベクトルを発生し、各々における類似度を求める
。発生した動きベクトルを、図では白丸で示す。黒丸を
含む９通りの中で、黒丸の類似度が最高の場合は３）に
進み、他の場合は４）に進む。

３）水平方向に±２画素、または垂直方向に±２走査線
のずれに対応する動きベクトルを発生し。

類似度を測定する。図では四角で示す。例えば、右下の
四角の類似度が最も高い場合には、その周囲の８通り（
図では三角）における類似度を比較し、最高のものを本
ブロックの最終的な動きベクトルとして採用する。

４）例えば、左上の白丸の類似度が最高の場合には、そ
こから左上方向に延長した８通り（図では×印）の類似
度を測定する。その右上のＸ印の類似度が最高の場合に
は、その点から３）に示したのと同様の方法により、動
きベクトルを探索する。

第２図に本発明の第二の実施例を示す。ここでは、上記
の２）の探索において、類似度を測定する動きベクトル
を８通りから１２通りに増加する。

その代わりに、内側の５通りが選択された場合には、上
記の３）の探索において１図の四角で示したように８通
りから４通りの探索に減少する。

この結果、画像の動き量が小さい場合の探索回数は第一
の実施例と同一であり、かつ、発生頻度が高い小さな動
きベクトルをきめ細かく発生するので、より高い精度で
探索できる特徴がある。

次に本発明を実施するための回路のブロック構成を示す
。本発明の詳細な説明する前に、第３図を用いて、一般
的な動き補償フレーム間符号化回路を説明する。本発明
は第３図の回路の一部分である。

第３図において、テレビカメラ１から入力したＴＶ信号
はＡ／Ｄ変換回路２によりディジタル信号に変換された
後に、ブロック変換回路３によりブロック単位の信号に
変換される。動き補償回路４は、現フレームと前フレー
ムの信号を比較し、類似度が最も高い位置の前フレーム
信号を選択し。

動き補償フレーム間予測信号として出力する。また、こ
の位置を示すための動きベクトルを符号化回路８に送出
する。

上記の動き補償フレーム間予測信号は、ブロック変換回
路によりブロック信号に変換され、減算回路によりフレ
ーム間予測誤差が計算される。予測誤差信号は、量子化
回路７で量子化される。符号化回路８は、量子化された
信号と動きベクトルを符号化し、伝送制御回路９を通し
て伝送１０に送出する。

同時に量子化信号は、逆量子化回路１１により予測誤差
信号に復元され、上記の動き補償フレーム間予測信号と
加算回路１２により加算されて元のＴＶ信号に復号化さ
れる。復号化されたＴＶ信号は受信側で得られるものと
同一である。この信号はフレームメモリ１３に格納され
て、次のフレームの処理の時に「前フレームの信号」と
して使われる。

本発明は第３図の動き補償回路４に係わる。以下その詳
細な構成を第４図により説明する。

現フレームの信号と前フレームの信号は、各々バッファ
メモリ２１，２２に格納され、必要に応じて読み出され
る。動きベクトル発生回路２３は動きベクトルを発生さ
せる。シフト回路２４は。

上記の動きベクトルに対応して前フレームの信号を遅延
する。

減算回路２５は現フレームの信号とシフト回路２４で遅
延された前フレームの信号との差分をとる。その差分は
類似度測定回路２６で測定され、比較回路２７により、
それ以前の動きベクトルの類似度の最高値と比較される
。類似度がより大きい場合には、比較回路２７は、制御
信号を送出し、その時の類似度をラッチ２８に、動きベ
クトルをラッチ２９に書き込む。

動きベクトル発生回路２３は、あらかじめ定められた回
数の動きベクトル探索を行った後に（例えば上記の第一
の実施例では９回）制御信号を送出し、ラッチ２９の動
きベクトルをラッチ３０゜３１に転送する。動きベクト
ル発生回路２３は、ラッチ３１の出力信号に従って、以
降の動きベクトルを発生する。

加算回路３２はラッチ３ｏに書き込まれた動きベクトル
と、新しく動きベクトル発生回路２３から発生された動
きベクトル（例えば第一の実施例において最初の９通り
の動きベクトルの中から動きベクトル探索即ち、黒丸が
選択された時は、水平、垂直各々±２）とを加算回路３
２により加算し、シフト回数２４に送出する。

以降、動きベクトルの発生密度を細かくする毎に、ラッ
チ３０にはそれまでの時点で類似度が最高であると比較
判定された動きベクトルが書き込まれる。動きベクトル
発生回路２３は、ラッチ３１に書き込まれた初期の動き
ベクトルによって定まる回数の動きベクトルを発生した
後に制御信号を送出し、ラッチ２９に書き込まれている
。それまでの探索の中で類似度が最も高い動きベクトル
をラッチ３０に転送し、停止する。

符号化回路はラッチ３０の内容を読み、動きベクトルと
して符号化し、伝送路へ送出する。同時にラッチ３０に
定められた動きベクトルに対応して、シフト回路２４は
前フレームの信号を遅延し、動き補償フレーム間予測信
号として送出する。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明における動きベクトル検出方法
を説明するための図、第３図は、一般の動き補償フレー
ム間符号化装置のブロック構成図、第４図は１本発明の
特徴である動き補償回路のブロック構成図である。第３図および第４図において、１・・・テレビカメラ、
２・・・Ａ／Ｄ変換器、３，５・・・ブロック変換回路
、４・・・動き補償回路、６・・・減算回路、７・・・
量子化回路、８・・・符号化回路、９・・・伝送制御回
路、１０・・・伝送路、１１・・・逆量子化回路、１２
．３２・・・加算回路、１３・・・フレームメモリ、２
１．２２・・・バッファメモリ、２３・・・動きベクト
ル発生回路。２４・・・シフト回路、２６・・・類似度測定回路、２
７・・・比較回路、２８，２９，３０，３１・・・ラッ
チ。１顎８不１図Ｌ第２図

Claims

【特許請求の範囲】

ＴＶ信号を複数個まとめ、ブロック単位の信号に変換す
る手段、粗い密度間隔で動きベクトルを発生する手段、
前フレームのＴＶ信号を上記の動きベクトルにより定め
られた期間遅延する手段、遅延した複数個のＴＶ信号を
ブロック単位に変換する手段、前述の２つのブロック間
の類似度を測定する手段、上記の複数の動きベクトルの
内で最も類似度が高いものを比較決定する手段、類似度
が最も高いとされた動きベクトルに対応して異なる個数
の動きベクトルをその周囲に高密度で発生させる手段、
その中で類似度が最高の動きベクトルを比較決定する手
段、その動きベクトルに対応して前フレームのＴＶ信号
を遅延し、符号化すべきＴＶ信号の予測信号を生成する
手段、符号化すべきＴＶ信号と予測信号の差を計算して
予測誤差を求める手段、上記の動きベクトルと予測誤差
を符号化し、伝送する手段、を有することを特徴とする
ＴＶ信号の動き補償フレーム間符号化装置。