JP2621337B2 - 背景予測を用いた動画像の予測符号化方式とその装置 - Google Patents
背景予測を用いた動画像の予測符号化方式とその装置Info
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- JP2621337B2 JP2621337B2 JP11984488A JP11984488A JP2621337B2 JP 2621337 B2 JP2621337 B2 JP 2621337B2 JP 11984488 A JP11984488 A JP 11984488A JP 11984488 A JP11984488 A JP 11984488A JP 2621337 B2 JP2621337 B2 JP 2621337B2
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、背景画像を用いた動画像の予測符号化方式
及び予測符号化装置に関するものである。
及び予測符号化装置に関するものである。
（従来の技術） 従来、動画像の高能率符号化方式に関しては、予測符
号化方式が知れている。その構成回路の一例を第４図に
示す。この方式は画素データ90から画像のフレーム間及
びフレーム内相関を利用して得た予測値91を差し引き、
その差分値92を符号化するもので、予測回路としてフレ
ーム内予測回路56、フレーム間予測回路57及び背景予測
回路58を並列接続し、切り替えスイッチ59により選択的
にいずれかを接続する構成となっている。切り替え選択
方式としては、各画素毎に予測差分が最も小さくなるモ
ードを逐次検定する方式や、既に符号化されている周辺
画素において予測差分が最小であったモードから、現画
素の選択モードを推定する方式が知られている。この様
に多モード選択方式を採る理由は、通常のテレビジョン
信号ではフレーム間相関が高いのでフレーム間予測符号
化が効率的であるが、シーンチェンジや激しい動きによ
り画像のフレーム間相関が低下した場合には、画像のフ
レーム内相間を用いたフレーム内予測符号化、もしくは
背景予測符号化を行なう方が効率が良いからである。特
に動く被写体の背後から現れてくる画像部分については
フレーム間及びフレーム内の両方の相間とも小さいの
で、動く被写体部分をできるだけ排除した背景画像を用
いて予測を行う。
号化方式が知れている。その構成回路の一例を第４図に
示す。この方式は画素データ90から画像のフレーム間及
びフレーム内相関を利用して得た予測値91を差し引き、
その差分値92を符号化するもので、予測回路としてフレ
ーム内予測回路56、フレーム間予測回路57及び背景予測
回路58を並列接続し、切り替えスイッチ59により選択的
にいずれかを接続する構成となっている。切り替え選択
方式としては、各画素毎に予測差分が最も小さくなるモ
ードを逐次検定する方式や、既に符号化されている周辺
画素において予測差分が最小であったモードから、現画
素の選択モードを推定する方式が知られている。この様
に多モード選択方式を採る理由は、通常のテレビジョン
信号ではフレーム間相関が高いのでフレーム間予測符号
化が効率的であるが、シーンチェンジや激しい動きによ
り画像のフレーム間相関が低下した場合には、画像のフ
レーム内相間を用いたフレーム内予測符号化、もしくは
背景予測符号化を行なう方が効率が良いからである。特
に動く被写体の背後から現れてくる画像部分については
フレーム間及びフレーム内の両方の相間とも小さいの
で、動く被写体部分をできるだけ排除した背景画像を用
いて予測を行う。
上記のような背景画像の抽出方式としては、電子情報
通信学会論文誌′85/1 Vol.J68−B No.1に報告されてい
るものがある。これは、画像フレーム内の各画素の信号
ルレベルが２フレーム間でほとんど変化しない場合に
は、この画素が背景部分を表示していると考え、背景画
像の信号レベルをあらかじめ定められた大きさだけ前記
画素の信号レベルに近付くように更新する。この方式で
は、背景が照明の状態などで変化する場合にも、予測に
用いる背景画像を緩やかに更新することができる。
通信学会論文誌′85/1 Vol.J68−B No.1に報告されてい
るものがある。これは、画像フレーム内の各画素の信号
ルレベルが２フレーム間でほとんど変化しない場合に
は、この画素が背景部分を表示していると考え、背景画
像の信号レベルをあらかじめ定められた大きさだけ前記
画素の信号レベルに近付くように更新する。この方式で
は、背景が照明の状態などで変化する場合にも、予測に
用いる背景画像を緩やかに更新することができる。
また、一連の画像フレーム期間で背景部分にほとんど
変化がない場合には、特願昭62−165957号明細書により
提案されている方式を用いてもよい。この方式は画像内
のある画素が背景を表示している期間は、前記画素の信
号レベルがほとんど変化せず時間軸方向に平坦領域を示
すことを利用するもので、本例の場合、シーンチェンジ
と次なるシーンチェンジの間の一連の動画像において、
それぞれの画素の信号レベルの平坦領域を背景データと
して抽出し、前記複数の平坦領域から適当なものを選択
して、その平均値として背景レベルを決定する。これを
全画素に行うことで背景画像を生成する。生成された背
景画像は上記一連の動画像の背景予測に用いられる。
変化がない場合には、特願昭62−165957号明細書により
提案されている方式を用いてもよい。この方式は画像内
のある画素が背景を表示している期間は、前記画素の信
号レベルがほとんど変化せず時間軸方向に平坦領域を示
すことを利用するもので、本例の場合、シーンチェンジ
と次なるシーンチェンジの間の一連の動画像において、
それぞれの画素の信号レベルの平坦領域を背景データと
して抽出し、前記複数の平坦領域から適当なものを選択
して、その平均値として背景レベルを決定する。これを
全画素に行うことで背景画像を生成する。生成された背
景画像は上記一連の動画像の背景予測に用いられる。
（発明が解決しようとする問題点） フレームワークの固定している一定期間の動画像にお
いては、主観的には画像内の背景の大部分を背景画像を
用いて予測し、予測差分情報の発生を抑えることが期待
される。しかし従来の予測符号化方式では、背景部分で
も多くの場合にフレーム間及びフレーム内の予測が用い
られ、予測差分としてなお多くの情報を発生する。これ
は背景予測に用いる背景画像が複数の画像フレームから
抽出された平均的な性格のものであるので、実際の画像
フレームの背景部分においても、むしろフレーム間での
相関の方が高いためであり、なおかつ幾らかの予測差分
を発生することによる。また雑音などによる変化でフレ
ーム間相関の小さくなった背景部分に対してもフレーム
内予測の方が背景予測よりも予測差分が小さくなること
が多いことにもよる。
いては、主観的には画像内の背景の大部分を背景画像を
用いて予測し、予測差分情報の発生を抑えることが期待
される。しかし従来の予測符号化方式では、背景部分で
も多くの場合にフレーム間及びフレーム内の予測が用い
られ、予測差分としてなお多くの情報を発生する。これ
は背景予測に用いる背景画像が複数の画像フレームから
抽出された平均的な性格のものであるので、実際の画像
フレームの背景部分においても、むしろフレーム間での
相関の方が高いためであり、なおかつ幾らかの予測差分
を発生することによる。また雑音などによる変化でフレ
ーム間相関の小さくなった背景部分に対してもフレーム
内予測の方が背景予測よりも予測差分が小さくなること
が多いことにもよる。
本発明の目的は、一連の動画像の予測符号化におい
て、その背景部分に対してできるだけ背景画像を用いた
予測を行うことで、少なくとも主観的に劣化が少なく、
かつ発生情報量を抑えた予測符号化方式及び予測符号化
装置を提供することにある。
て、その背景部分に対してできるだけ背景画像を用いた
予測を行うことで、少なくとも主観的に劣化が少なく、
かつ発生情報量を抑えた予測符号化方式及び予測符号化
装置を提供することにある。
（問題を解決するための手段） 本発明の動画像予測符号化方式は、画像フレーム内の
各画素に対し、その信号レベルと背景予測に用いられる
背景画像との差分値をあらかじめ定めたしきい値と比較
し、少なくとも前記比較結果をもとに背景予測を適用す
る画素を決定すると共にその予測差分値を零とすること
を特徴とするもので、また本発明の動画像予測符号化装
置は、画像フレーム内の各画素に対し、その信号レベル
と背景予測に用いられる背景画像との差分値をあらかじ
め定めたしきい値と比較し、前記比較結果をもとに背景
予測を適用する画素を決定すると共に、前記画素の符号
化に同期して背景予測選択情報を出力する予測モード制
御手段と、前記背景予測選択情報にもとづき複数の予測
手段の中から背景予測を選択する予測器と、同情報にも
とづき予測差分信号を強制的に零とする零レベル出力回
路とを持つ予測符号化手段と、を少なくとも具備するこ
と特徴とするものである。
各画素に対し、その信号レベルと背景予測に用いられる
背景画像との差分値をあらかじめ定めたしきい値と比較
し、少なくとも前記比較結果をもとに背景予測を適用す
る画素を決定すると共にその予測差分値を零とすること
を特徴とするもので、また本発明の動画像予測符号化装
置は、画像フレーム内の各画素に対し、その信号レベル
と背景予測に用いられる背景画像との差分値をあらかじ
め定めたしきい値と比較し、前記比較結果をもとに背景
予測を適用する画素を決定すると共に、前記画素の符号
化に同期して背景予測選択情報を出力する予測モード制
御手段と、前記背景予測選択情報にもとづき複数の予測
手段の中から背景予測を選択する予測器と、同情報にも
とづき予測差分信号を強制的に零とする零レベル出力回
路とを持つ予測符号化手段と、を少なくとも具備するこ
と特徴とするものである。
（作用） 本発明は、動画像の各フレームで変化の少ない背景部
分と判断されたところについて、これを予測生成された
背景画像で置き換えても主観評価上は余り劣化は生じな
いことを利用するものである。
分と判断されたところについて、これを予測生成された
背景画像で置き換えても主観評価上は余り劣化は生じな
いことを利用するものである。
本発明では、まず入力された画像フレームの各画素の
対して、その信号レベルと背景画像との差分を評価す
る。次に各画素の予測符号化を行なう際に、前記差分値
とあらかじめ定められたしきい値との比較結果から、背
景予測により予測符号化する画素を決定する。これによ
り雑音及び小さな信号レベルのゆらぎしか示さない背景
の大部分に対して背景予測を適用することが可能とな
る。また、前記背景予測が適用された各画素に対しては
その予測差分値を零とすることで、画像内の背景部分に
おける発生情報量を低く抑えることができる。
対して、その信号レベルと背景画像との差分を評価す
る。次に各画素の予測符号化を行なう際に、前記差分値
とあらかじめ定められたしきい値との比較結果から、背
景予測により予測符号化する画素を決定する。これによ
り雑音及び小さな信号レベルのゆらぎしか示さない背景
の大部分に対して背景予測を適用することが可能とな
る。また、前記背景予測が適用された各画素に対しては
その予測差分値を零とすることで、画像内の背景部分に
おける発生情報量を低く抑えることができる。
（実施例） 以下、本発明の実施例を第１図〜第３図を用いて説明
する。
する。
第１図は、本発明の予測符号化方式を実現する一実施
例の基本ブロック図である。まず入力された画像信号３
に対して予測符号化回路１で各予測モードにおける予測
値４が求められ、これらを予測モード制御回路２に供給
する。予測モード制御回路２では画像信号３と前記予測
値４を比較して、予測符号化回路１にどの予測モードを
選択するかを示す予測モード選択情報５を供給するが、
背景予測による予測差分絶対値があらかじめ定められた
しきい値より小さい場合には、前記情報５として背景予
測選択情報を供給する。次に予測符号化回路１では、入
力画像信号３と選択された予測値４との差分を符号化す
るが、少なくとも前記背景予測選択情報が供給された場
合には予測差分値を強制的に零とする。
例の基本ブロック図である。まず入力された画像信号３
に対して予測符号化回路１で各予測モードにおける予測
値４が求められ、これらを予測モード制御回路２に供給
する。予測モード制御回路２では画像信号３と前記予測
値４を比較して、予測符号化回路１にどの予測モードを
選択するかを示す予測モード選択情報５を供給するが、
背景予測による予測差分絶対値があらかじめ定められた
しきい値より小さい場合には、前記情報５として背景予
測選択情報を供給する。次に予測符号化回路１では、入
力画像信号３と選択された予測値４との差分を符号化す
るが、少なくとも前記背景予測選択情報が供給された場
合には予測差分値を強制的に零とする。
第２図、本発明による動画像信号・復号システムの一
実施例を示すブロック図である。まず入力画像信号70に
対して、フレーム内予測回路20、フレーム間予測回路21
及び背景予測回路22の各々により予測値71が求められ、
これを予測モード制御回路13に供給する。予測モード制
御回路13では、前記予測値71と入力画像信号70との差分
の大きさから予測モード選択情報72を生成出力するが、
背景予測差分の大きさがあらかじめ定められたしきい値
よりも小さい場合には、前記予測モード選択情報72とし
て背景予測選択情報を出力する。次に予測モード選択情
報72にもとづいてスイッチ回路23により予測値73が選択
され、減算器18でこの予測値73と入力画像信号70との差
分値74が計算されるが、背景予測選択情報がスイッチ回
路17に供給されている場合には、強制的に零レベル出力
回路14に接続して前記差分値を零とする。差分値は量子
化回路15で量子化された後に、符号変換回路24で符号化
される一方、逆量子化回路16で逆量子化され加算器19で
前記予測値73に加算した上で、予測器12に供給される。
また予測モード選択情報72も符号変換回路24において符
号化される。
実施例を示すブロック図である。まず入力画像信号70に
対して、フレーム内予測回路20、フレーム間予測回路21
及び背景予測回路22の各々により予測値71が求められ、
これを予測モード制御回路13に供給する。予測モード制
御回路13では、前記予測値71と入力画像信号70との差分
の大きさから予測モード選択情報72を生成出力するが、
背景予測差分の大きさがあらかじめ定められたしきい値
よりも小さい場合には、前記予測モード選択情報72とし
て背景予測選択情報を出力する。次に予測モード選択情
報72にもとづいてスイッチ回路23により予測値73が選択
され、減算器18でこの予測値73と入力画像信号70との差
分値74が計算されるが、背景予測選択情報がスイッチ回
路17に供給されている場合には、強制的に零レベル出力
回路14に接続して前記差分値を零とする。差分値は量子
化回路15で量子化された後に、符号変換回路24で符号化
される一方、逆量子化回路16で逆量子化され加算器19で
前記予測値73に加算した上で、予測器12に供給される。
また予測モード選択情報72も符号変換回路24において符
号化される。
第３図は本発明による動画像圧縮記録再生システムの
一実施例である。予測符号化の手順は第２図の場合と基
本的に同じであるが、背景予測回路38には一連の動画像
信号80の符号化に先だって、あらかじめ作成した背景画
像84を記憶している。この背景画像84も予測差分信号と
同様に符号変換回路40により符号化され、復号器31にお
いては一連の動画像の再生に先だって復号化されて背景
画像86として、背景予測に用いられる。
一実施例である。予測符号化の手順は第２図の場合と基
本的に同じであるが、背景予測回路38には一連の動画像
信号80の符号化に先だって、あらかじめ作成した背景画
像84を記憶している。この背景画像84も予測差分信号と
同様に符号変換回路40により符号化され、復号器31にお
いては一連の動画像の再生に先だって復号化されて背景
画像86として、背景予測に用いられる。
本発明の予測符号化方式において、予測モードは画素
毎に逐次選択するだけでなく、複数の画素からなるブロ
ック単位で選択してもよい。この場合にはブロック単位
で画像信号と背景画像を比較した場合に、画素当りの差
分があるしきい値より小さいブロックに背景予測を適用
し、背景予測を選択したブロック内の全ての画素の予測
差分値を零とする。
毎に逐次選択するだけでなく、複数の画素からなるブロ
ック単位で選択してもよい。この場合にはブロック単位
で画像信号と背景画像を比較した場合に、画素当りの差
分があるしきい値より小さいブロックに背景予測を適用
し、背景予測を選択したブロック内の全ての画素の予測
差分値を零とする。
また、画像フレーム内での画素毎の背景予測差分値の
分布を見て、あらためてどの画素に背景予測を適用する
かを決定してもよい。例えば、あらかじめ定められたし
きい値と比較して、前記背景予測差分値の小さい画素が
集中している画像部分を切り出し、この部分内の画素全
てに背景予測を適用する。一方、前記差分値の小さな画
素が散在している部分は、背景予測から切り離す。前述
の切り出し部分は可変形状でもよく、あらかじめ定めら
れた大きさのブロック単位で処理してもよい。さらに、
ある画素の背景予測差分値を複数フレーム期間に渡り観
測した上で、特定のフレームでのみ前記差分値が大きく
なるが、前後のフレーム期間では各々連続して差分値の
小さい場合には、この差分値の大きさフレームにおいて
も背景予測を適用することとしたり、逆に、ある期間内
で画素の信号そのものフレーム間差分は小さくても、背
景予測差分値が次第に増大し、やがてあらかじめ定めた
しきい値を越えて増大する場合には、この期間全体で背
景予測を適用しないとすることも可能である。
分布を見て、あらためてどの画素に背景予測を適用する
かを決定してもよい。例えば、あらかじめ定められたし
きい値と比較して、前記背景予測差分値の小さい画素が
集中している画像部分を切り出し、この部分内の画素全
てに背景予測を適用する。一方、前記差分値の小さな画
素が散在している部分は、背景予測から切り離す。前述
の切り出し部分は可変形状でもよく、あらかじめ定めら
れた大きさのブロック単位で処理してもよい。さらに、
ある画素の背景予測差分値を複数フレーム期間に渡り観
測した上で、特定のフレームでのみ前記差分値が大きく
なるが、前後のフレーム期間では各々連続して差分値の
小さい場合には、この差分値の大きさフレームにおいて
も背景予測を適用することとしたり、逆に、ある期間内
で画素の信号そのものフレーム間差分は小さくても、背
景予測差分値が次第に増大し、やがてあらかじめ定めた
しきい値を越えて増大する場合には、この期間全体で背
景予測を適用しないとすることも可能である。
なお、画像信号を本発明の予測符号化装置に入力する
に先だって、フィルタ回路に通すことで画像フレーム内
の背景部分における雑音など無意味な変動を取り除いて
おけば、本発明の効果を増進させることができる。
に先だって、フィルタ回路に通すことで画像フレーム内
の背景部分における雑音など無意味な変動を取り除いて
おけば、本発明の効果を増進させることができる。
（発明の効果） 本発明では、背景画像を基準として差分の小さい画像
部分に対して背景予測を適用するもので、背景予測モー
ドが効率的に利用される。また本方式により背景予測が
選択された場合には予測差分を零とするので、画像フレ
ーム全体としての発生情報量を抑えることができる。
部分に対して背景予測を適用するもので、背景予測モー
ドが効率的に利用される。また本方式により背景予測が
選択された場合には予測差分を零とするので、画像フレ
ーム全体としての発生情報量を抑えることができる。
第１図は、本発明の予測符号化方式の一実施例の基本ブ
ロック図、 第２図は、本発明による動画像の符号・復号システムの
一実施例を示すブロック図、 第３図は、本発明による動画像圧縮記録再生システムの
一実施例を示すブロック図、 第４図は、従来の動画像予測符号・復号システムの一例
を示すブロック図である。 図において、 １……予測符号化回路、２……予測モード制御回路、1
0,30,50……符号器、11,31,51……復号器、12,28,32,4
3,52……予測器、13,45……予測モード制御回路、14…
…零レベル出力回路、15……量子化回路、16,26……逆
量子化回路、17,23,33,39,59……スイッチ回路、18,34,
54……減算器、19,29,35,44,55,60……加算器、20,36,5
6……フレーム内予測回路、21,37,57……フレーム間予
測回路、22,38,58……背景予測回路、24,40……符号変
換回路、25,42……符号逆変換回路、23,53……モード制
御回路、41……符号記録媒体。
ロック図、 第２図は、本発明による動画像の符号・復号システムの
一実施例を示すブロック図、 第３図は、本発明による動画像圧縮記録再生システムの
一実施例を示すブロック図、 第４図は、従来の動画像予測符号・復号システムの一例
を示すブロック図である。 図において、 １……予測符号化回路、２……予測モード制御回路、1
0,30,50……符号器、11,31,51……復号器、12,28,32,4
3,52……予測器、13,45……予測モード制御回路、14…
…零レベル出力回路、15……量子化回路、16,26……逆
量子化回路、17,23,33,39,59……スイッチ回路、18,34,
54……減算器、19,29,35,44,55,60……加算器、20,36,5
6……フレーム内予測回路、21,37,57……フレーム間予
測回路、22,38,58……背景予測回路、24,40……符号変
換回路、25,42……符号逆変換回路、23,53……モード制
御回路、41……符号記録媒体。
Claims (2)
- 【請求項１】背景予測を用いた動画像の予測符号化方式
において、画像フレーム内の各画素に対し、その信号レ
ベルと背景予測に用いられる背景画像との差分値をあら
かじめ定めたしきい値と比較し、少なくとも前記比較結
果をもとに背景予測を適用する画素を決定すると共にそ
の予測差分値を零とすることを特徴とする予測符号化方
式。 - 【請求項２】画像フレーム内の各画素において、その信
号レベルと背景予測に用いられる背景画像との差分値を
あらかじめ定めたしきい値と比較し、前記比較結果をも
とに背景予測を適用する画素を決定すると共に、前記画
素の符号化に同期して背景予測選択情報を出力する予測
モード制御手段と、前記背景予測選択情報にもとづき複
数の予測手段の中から背景予測を選択する予測器と、同
情報にもとづき予測差分信号を強制的に零とする零レベ
ル出力回路とを持つ予測符号化手段と、を少なくとも具
備した、動画像の予測符号化装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11984488A JP2621337B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 背景予測を用いた動画像の予測符号化方式とその装置 |
| US07/213,534 US4969039A (en) | 1987-07-01 | 1988-06-30 | Image processing system operable in cooperation with a recording medium |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11984488A JP2621337B2 (ja) | 1988-05-16 | 1988-05-16 | 背景予測を用いた動画像の予測符号化方式とその装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01289386A JPH01289386A (ja) | 1989-11-21 |
| JP2621337B2 true JP2621337B2 (ja) | 1997-06-18 |
Family
ID=14771663
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11984488A Expired - Lifetime JP2621337B2 (ja) | 1987-07-01 | 1988-05-16 | 背景予測を用いた動画像の予測符号化方式とその装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2621337B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2831405B2 (ja) * | 1989-12-18 | 1998-12-02 | 三菱電機株式会社 | 動き補償付きフレーム間符号化装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS59194589A (ja) * | 1983-04-20 | 1984-11-05 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 背景予測フレーム間符号化装置 |
-
1988
- 1988-05-16 JP JP11984488A patent/JP2621337B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01289386A (ja) | 1989-11-21 |
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