JP2629409B2 - 動き補償予測フレーム間符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、テレビジョン信号の動き補償予測フレーム
間符号化装置に関する。

従来の技術 近年、動画像符号化技術の発達に伴い、テレビ電話、
テレビ会議システム、CD-ROM、ディジタルVTR等で用い
られるカラー動画像の高能率符号化装置として、動き補
償予測フレーム間符号化装置が開発されている。例え
ば、吹抜敬彦著「TV画像の多次元信号処理」（1988年11
月15日発行、日刊工業新聞社刊、第７章高能率符号化、
pp213-pp291）に記載された動き補償予測フレーム間符
号化装置が知られている。

動き補償予測フレーム間符号化装置では、一定のフレ
ームレートで映像符号化が実現できるように、発生符号
量が多い場合には予測誤差または入力テレビジョン信号
の画素値の量子化ステップサイズを大きくして発生する
符号量を制限している。従来の量子化ステップサイズの
決定方式として、シー．シー．アイ．ティ．ティ エス
ジーエックスブイ文書＃525（C.C.I.T.T.SGXV文書＃525
“title:Discription of Ref.Mode 18（RM8）,source:W
orking Party XV/4 Specialist Group On Coding for V
isual Telephony,version:June.9.1989"）に記載された
動き補償予測フレーム間符号化装置が知られている。

以下、第２図を参照しながら、従来の動き補償予測フ
レーム間符号化装置について説明する。

第２図において、51は入力テレビジョン信号が入力す
る入力端子、53は現フレームの符号化ブロックの画信号
と前フレームの再生画信号を比較して符号化ブロックの
動ベクトルを算出する動ベクトル算出部、54は現フレー
ムと前フレームの再生画信号を蓄積する画像メモリ部、
58は前フレームの再生画信号に対して動き補償予測する
動き補償予測部、60は符号化するブロックをフレーム内
符号化するかフレーム間符号化するか判定するフレーム
間・フレーム内判定部、62は動き補償予測信号に対して
２次元ローパスフィルタ処理するループ内フィルタ部、
64は符号化ブロックの原画信号と予測信号の差分演算を
行い予測誤差を算出する予測誤差算出部、66は符号化方
式選択信号により直交変換する信号の選択と再生画像を
算出するための信号の選択を行うスイッチ部、68は直交
変換する信号を直交変換する直交変換部、70は直交変換
係数を量子化する量子化部、73は量子化ステップサイズ
を算出する量子化ステップサイズ算出部、74は伝送フレ
ームを一時蓄積する符号メモリ部、76は量子化した直交
変換係数を逆直交変換する逆直交変換部、78は現フレー
ムの再生画像を算出する再生画像算出部、82は予測誤差
を通信路符号化する予測誤差符号化部、84は動ベクトル
を通信路符号化する動ベクトル符号化部、86は予測符号
と動ベクトル符号より伝送フレームを構成するマルチプ
レクサ部、89は伝送信号を出力する出力端子である。

以上のような構成において、以下その動作について説
明する。

図示されていないアナログ・ディジタル変換回路でデ
ィジタル信号に変換され、水平方向Ｍ画素、垂直方向Ｎ
ラインのブロックに分割されたテレビジョン信号は、入
力端子51より入力テレビジョン信号52として入力する。

動ベクトル算出部53は、入力テレビジョン信号52と画
像メモリ部54に蓄積されている前フレームの再生テレビ
ジョン信号55を比較し、符号化ブロックの動きを動ベク
トルとして算出し、動ベクトル信号56に出力する。同時
に動ベクトル算出部53は、動ベクトル算出時の評価値を
用いて、符号化ブロックについて動き補償予測の有効・
無効を判定し、その結果を動き補償予測制御信号として
動ベクトル信号56に出力する。従って、動ベクトル信号
56には、動ベクトルと動き補償予測信号が重畳されてい
る。

動き補償予測部58は、（１）動き補償予測制御信号が
動き補償予測の有効を指示している場合には、前フレー
ムの再生テレビジョン信号55を動ベクトルで動き補償予
測し、（２）動き補償予測制御信号が動き補償予測の無
効を指示している場合には、前フレームの再生テレビジ
ョン信号55をそのまま動き補償予測信号59として出力す
る。

フレーム間・フレーム内判定部60は、ブロック単位に
入力テレビジョン信号52と動き補償予測信号59を比較
し、動き補償予測の有効性を判定し、動き補償予測の有
効性が小さい場合は該当ブロックについてフレーム内符
号化が有効と判定し、動き補償予測の有効性が大きい場
合は該当ブロックについてフレーム間符号化が有効と判
定し、その結果を符号化方式選択信号61として出力す
る。ブロック単位に符号化方式をフレーム内符号化方式
とフレーム間符号化方式で切り替えることにより、フレ
ーム間符号化方式のみで符号化する場合に比べ、以下の
改善が図れる。

即ち、（１）シーンチェンジ発生時、フレーム内符号
化が選択されるためにシーンチェンジ後の画質向上が図
れる。（２）動体の大きな動きが発生すると、動体の陰
に隠れていた背景領域が出現し、この場合にフレーム内
符号化が選択されるために、画質向上が図れる。また、
CD-ROM等に用いる蓄積系メディア符号化方式では、再生
画像の編集機能や逆方向再生機能を実現するために、一
定フレーム周期毎に全ブロックをフレーム内符号化した
フレーム（このフレームを、「リフレッシュ・フレーム
（Refresh Frame）」と呼ぶ。）を挿入する必要があ
り、動き補償予測フレーム間符号化装置にフレーム内符
号化機能を具備することによりリフレッシュ・フレーム
の挿入が実現できる。

ループ内フィルタ部62は動ベクトルを用いて動き補償
予測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63を算出する。予測誤差算出
部64は、符号化ブロックの入力テレビジョン信号52と予
測信号63の差分演算を行い、その結果を予測誤差信号65
として出力する。

スイッチ部66は、（１）符号化方式選択信号61がフレ
ーム内符号化を選択している場合には、直交変換する信
号67として入力テレビジョン信号52を選択し、（２）符
号化方式選択信号61がフレーム間符号化を選択している
場合には、直交変換する信号67として予測誤差信号65を
選択する。

直交変換部68は、直交変換する信号67に対して直交変
換を行い、直交変換する信号67の近傍画素間が持つ高い
相関性を除去して、直交変換係数69を算出する。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
ードウェア化について実現性のある離散コサイン変換が
用いられる。

量子化部70は、量子化ステップサイズ71を用いて直交
変換係数69を量子化し、直交変換量子化係数72を算出す
る。

量子化ステップサイズ算出部73は、以下に示した方式
により、符号メモリ部74内の残留符号量75より量子化ス
テップサイズ71を算出する。

以下に、本従来例における量子化ステップサイズ71の
算出方法について記述する。

この従来例では、入力テレビジョン信号は第３図に示
すように、水平方向352画素、垂直方向288ラインの大き
さを有し、水平方向16画素、垂直方向16ラインの領域
（「マクロブロック（Macro Block）」と呼んでい
る。）に分割されている。量子化ステップサイズQbは、
ｎマクロブロック周期で、量子化開始時に第（１）式よ
り算出する。

Qb＝２×INT［Bcont÷200q］＋２ ……（１） 但し、第（１）式において以下のように定義する。

（ａ）INT［＊］は小数点を切り捨てる関数とする。

例:INT［1.5］＝１、INT［1.3］＝１、INT［1.6］＝１ （ｂ）Bcontは符号メモリ部74の残留符号量を示す。

（ｃ）ｑは、符号化速度パラメータであり、符号化速度
Ｖと第（２）式の関係がある。

Ｖ＝ｑ×64kbit/sec ……（２） 例:V＝ｑ×64kbit/secの時、ｑ＝１となる。

第（１）式より明らかなように、残留符号量Bcontが多
くなると、量子化ステップサイズQbが大きくなり発生符
号量が制限され、一定フレームレートの映像信号符号化
が実現できる。例えば、量子化ステップサイズQbの算出
時に、残留符号量Bcont＝700bitのときは、量子化ステ
ップサイズQb＝８となり、残留符号量Bcont＝6100bitの
ときは、量子化ステップサイズQb＝62となる。ただし、
第１マクロブロックから第（ｎ−１）マクロブロックま
では予め定めた量子化ステップサイズQbで量子化を行
う。例えば、Ｖ＝64kbit/sec（ｑ＝１）の場合、Qb＝32
とする。

本従来例では、量子化ステップサイズQbの算出周期ｎ
は、ｎ＝12としている。

逆直交変換部76は、直交変換量子化係数72を逆直交変
換し、量子化誤差を含んだ直交変換した信号77を算出す
る。

スイッチ部66は、（１）符号化方式選択信号61がフレ
ーム内符号化を選択している場合には再生画像算出信号
79として数値「０」信号80を選択し、（２）符号化方式
選択信号61がフレーム間符号化を選択している場合には
再生画像算出信号79として予測信号63を選択する。

再生画像算出部78は量子化誤差を含んだ直交変換した
信号77と再生画像算出信号79を加算し、符号化ブロック
の再生画像81を算出する。

画像メモリ44は現フレームの再生画像信号81を蓄積
し、前フレームの再生画像信号55を出力する。予測誤差
符号化部82は直交変換量子化係数72、量子化ステップサ
イズ71、符号化方式選択信号61を符号化し、予測誤差符
号83を算出する。量子化ステップサイズ71の符号化は、
量子化ステップサイズ71の値が変化したとき、即ちｎマ
クロブロックに１回のみとする。

動ベクトル符号化部84は動ベクトル信号56を符号化
し、動ベクトル符号85を算出する。マルチプレクサ部86
は予測誤差符号83と動ベクトル符号85より、所定の形式
の伝送フレーム87を算出する。

符号メモリ部74は伝送フレーム87を一旦蓄積し、図示
していない外部より入力するクロック信号に同期して、
伝送符号88として出力端子89より出力する。同時に、符
号メモリ部74はメモリ内に残留している符号量を残留符
号量75として算出する。

発明が解決しようとする課題 しかし、以上のような構成では、量子化ステップサイ
ズQbが、量子化ステップサイズを算出するブロック周期
間（従来例では、ｎマクロブロック周期間）は固定され
るために、連続したｎブロック間は入力テレビジョン信
号の持つ特徴に拘らず、同一の量子化ステップサイズQb
で量子化した直交変換係数が量子化される。即ち、同一
の量子化ステップサイズ周期に属する連続したブロック
内で、フレーム内符号化する精微なパターンを持つブロ
ックが、他のブロックと同じ量子化ステップサイズQbで
量子化されるために、フレーム内符号化した精微なパタ
ーンを持つブロックの画質が劣化するという問題があっ
た。

すなわち、フレーム内符号化した精微なパターンを持
つブロックより発生する直交変換係数を、大きな量子化
ステップサイズで量子化することにより、原画像の持つ
精微性が失われ、平坦なブロックとなる「ブロック歪
み」が発生し、視覚的に大きな画質劣化として認識され
ていた。

一方、量子化ステップサイズを符号化して発生する符
号量を削減するために、同一の量子化ステップサイズで
量子化する連続したブロック数は一定値以上でなければ
ならない（従来例では、ｎマクロブロック）ので、毎ブ
ロックごとに量子化ステップサイズを算出して変更する
ことはできない。

本発明は、以上のような課題に鑑み、輝度信号ブロッ
クであり、かつフレーム内符号化するブロックについ
て、発生符号量より算出した基準となる第１の量子化ス
テップサイズで量子化される連続したブロックで、画素
値の平均値が一定値以上であるとき該当ブロックの持つ
画像的な精微性に比例して、第１の量子化ステップサイ
ズから、第２の量子化ステップサイズを算出し、第２の
量子化ステップサイズを用いて、直交変換係数を量子化
することにより、原画像の精微性を保持し、その結果と
して画質の向上を図ることを目的とする。

即ち、フレーム内符号化する輝度信号ブロックの画素
値の平均値が一定値以上であり、かつ精微性が高いブロ
ックは、実際の量子化ステップサイズを、基準となる量
子化ステップサイズより小さくすることで、発生符号量
は制限しつつ、精微性を保持し、その結果としてブロッ
クの画質を向上させることができる。

また、第１の量子化ステップサイズが一定値以上であ
るときは、第２の量子化ステップサイズを算出するため
の閾値を補正することにより、輝度信号の符号量を削減
し色差信号の符号量を増加させ、色差信号の符号量が極
端に少ないことによって生じる符号化ブロックの色の劣
化を防ぐことができる。結果として画像全体の画質向上
が達成できる。

課題を解決するための手段 この目的を達成するために、本発明は、テレビジョン
信号をアナログディジタル変換するA/D変換手段と、デ
ィジタル化した入力テレビジョン信号の１フレームまた
は１フィールドを定められた大きさのブロックに分割す
るブロック化手段と、個々のブロックについてテレビジ
ョン画像の動きである動ベクトルを算出する動ベクトル
検出手段と、個々のブロックについて動ベクトルを用い
て動き補償予測するか判定する動き補償判定手段と、動
き補償予測するブロックについて、前フレームの再生画
像を動ベクトルで動き補償予測し、予測画素値を算出す
る動き補償予測手段と、入力テレビジョン信号の画素値
と予測画素値との差分を予測誤差値として算出する誤差
算出手段と、個々のブロックについて、フレーム間符号
化するかフレーム内符号化するかを判定する符号化方法
決定手段と、ブロック毎に符号化方法決定手段の判定結
果により、直交変換する信号を入力テレビジョン信号の
画素値とするか予測誤差値とするか切り替える切り替え
手段と、入力テレビジョン信号の画素値または予測誤差
値を、直交変換し、直交変換係数を算出する直交変換手
段と、発生符号量より第１の量子化ステップサイズを算
出する第１量子化ステップサイズ決定手段と、入力テレ
ビジョン信号の輝度信号のブロック毎の画素値の平均と
分散を算出する平均・分散算出手段と、輝度信号ブロッ
クであり、かつフレーム内符号化するブロックを平均ま
たは分散によってクラス分けするために予め定められた
閾値を第１の量子化ステップサイズによって補正する手
段と、輝度信号のブロックでありかつフレーム内符号化
するブロックについては、平均と分散と補正された閾値
よりブロックをクラス分けし、各クラス毎に第１の量子
化ステップサイズより第２の量子化ステップサイズを算
出し、その他のブロックについては、第１の量子化ステ
ップサイズを第２の量子化ステップサイズとする第２量
子化ステップサイズ決定手段と、第２の量子化ステップ
サイズを用いて、直交変換係数を量子化し、量子化した
直交変換係数を算出する量子化手段と、フレーム内符号
化かフレーム間符号化かの情報と、第１の量子化ステッ
プサイズと量子化のクラス分けに関する情報と、量子化
した直交変換係数を符号化する符号化手段と。量子化し
た直交変換係数を逆直交変換し、逆量子化信号を算出す
る逆量子化手段と、符号化方法決定手段の判定結果によ
り再生画素値算出時に用いる画素値を動き補償予測した
予測画素値とするか、数値「０」とするか切り替える切
り替え手段と、予測画素値または数値「０」と逆量子化
信号より再生画像を算出する画像再生手段と、再生画像
を蓄積する画像蓄積手段と、動ベクトルとを符号化する
動ベクトル符号化手段を設けるように構成されている。

作用 本発明は、上記構成により、入力テレビジョン信号の
持つブロック毎の精微性は、ブロック内の画素値の分散
σ^２で測定できると考えられる。例えば、精微なパター
ンを持つブロックの分散σ^２は、急峻な画素値の変化を
持つ「粗い」ブロックの分散σ^２に比べ小さいと考えら
れる。また精微性の高いブロックほど分散σ^２が小さく
なると考えられる。

また、分散が小さいブロックであっても、画素値の平
均値が一定値より小さいときには、精微性が高くとも視
覚的にほとんど目立たないブロックであるといえる。

従って、本発明は上記構成により、入力テレビジョン
信号の輝度信号の持つブロック毎の精微性を分散σ^２で
測定し、同一の基準となる第１の量子化ステップサイズ
で量子化する連続したブロックで、フレーム内符号化す
る精微な画像を有し、かつ画素値の平均値が一定値以上
であるブロックについては、第１の量子化ステップサイ
ズを、該当ブロックの画素値の平均と分散と第１の量子
化ステップサイズにより補正した閾値に応じて小さくし
た第２の量子化ステップサイズで直交変換係数を量子化
することにより、発生符号量を制限しつつ、精微な画像
を有するブロックの画質を向上することができるように
したものである。

実施例 以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら
説明する。第１図は、本発明による動き補償予測フレー
ム間符号化装置の一実施例を示すブロック図である。

１は入力テレビジョン信号が入力する入力端子、３は
現フレームの符号化ブロックの画信号と前フレームの再
生画信号を比較して符号化ブロックの動ベクトルと動き
補償予測制御信号を算出する動ベクトル算出部、４は現
フレームと前フレームの再生画信号を蓄積する画像メモ
リ部、７は前フレームの再生画信号に対して動き補償予
測する動き補償予測部、９は符号化するブロックをフレ
ーム間符号化するかフレーム内符号化するかを判定する
フレーム間・フレーム内判定部、11は動き補償予測信号
に対して２次元ローパスフィルタ処理するループ内フィ
ルタ部、13は符号化ブロックの原画信号と予測信号の差
分演算を行い予測誤差を算出する予測誤差算出部、15は
符号化方式選択信号により、直交変換する信号の選択と
再生画像を算出するための信号を選択するスイッチ部、
17は直交変換する直交変換部、19は直交変換係数を量子
化する量子化部、21は第２の量子化ステップサイズを算
出する第２量子化ステップサイズ算出部、22は第１の量
子化ステップサイズを算出する第１量子化サイズ算出
部、25は入力テレビジョン信号の平均と分散を算出する
平均・分散値算出部、28は伝送フレームを一時蓄積する
符号メモリ部、30は量子化した直交変換係数を逆直交変
換する逆直交変換部、34は現フレームの再生画像を算出
する再生画像算出部、36は符号化方式選択信号、予測誤
差、第１量子化ステップサイズ、および量子化クラス情
報を通信路符号化する予測誤差符号化部、38は動ベクト
ルを通信路符号化する動ベクトル符号化部、40は予測符
号と動ベクトル符号より伝送フレームを構成するマルチ
プレクサ部、43は伝送信号を出力する出力端子である。

以上のような構成において、以下その動作を説明す
る。

テレビジョン信号は、第１図に図示されていない信号
処理部でアナログ・ディジタル変換され、水平方向Ｍ画
素、垂直方向Ｎラインのブロックに分割され、入力端子
１より入力テレビジョン信号２として入力する。

次に、動ベクトル算出部３は入力テレビジョン信号２
と、画像メモリ部４より読み出した前フレームの再生画
像５を比較し、動ベクトルを算出し、動ベクトル信号６
に出力する。同時に、動ベクトル算出部３は動ベクトル
算出時の評価値を用いて、符号化ブロックに対する動き
補償予測が有効か無効かを判定し、その結果を動き補償
予測制御情報として動ベクトル信号６に出力する。

動き補償予測部７は、符号化ブロックと同一位置の前
フレームの再生画像５に対し、動ベクトル信号６により
動き補償予測する場合は動ベクトルで動き補償予測し、
動き補償予測しない場合は何もせずに動き補償予測信号
８として出力する。

フレーム間・フレーム内判定部９は、ブロック単位に
入力テレビジョン信号２と動き補償予測信号８を比較
し、動き補償予測の有効性を判定し、動き補償予測の有
効性が小さい場合は該当ブロックについてフレーム内符
号化が有効と判定し、動き補償予測の有効性が大きい場
合は該当ブロックについてフレーム間符号化が有効と判
定し、その結果を符号化方式選択信号10として出力す
る。また、フレーム内・フレーム間判定部９は、リフレ
ッシュフレームの挿入が必要な符号化装置の場合は、一
定フレーム周期で全ブロックをフレーム内符号化するよ
うに符号化方式選択信号10を出力する。

ループ内フィルタ部11は、動き補償予測信号８に対
し、符号化ブロックが動き補償予測するブロックである
ときは２次元ローパスフィルタ処理であるループ内フィ
ルタ処理を行い、その他の場合はループ内フィルタ処理
しないで予測信号12として出力する。

予測誤差算出部13は、符号化ブロックの入力テレビジ
ョン信号２と予測信号12の差分演算を行い、その結果を
予測誤差信号14として出力する。

スイッチ部15は、（１）符号化方式選択信号10がフレ
ーム内符号化を選択している場合には直交変換する信号
16として入力テレビジョン信号２を選択し、（２）符号
化方式選択信号10がフレーム間符号化を選択している場
合には直交変換する信号16として予測誤差信号14を選択
する。

直交変換部17は、直交変換する信号16に対して直交変
換を行い、直交変換する信号16の近傍画素間が持つ高い
相関性を除去して、直交変換係数18を算出する。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
ードウェア化について実現性のある離散コサイン変換が
用いられる。

量子化部19は、第２の量子化ステップサイズ20で直交
変換係数18を量子化する。以下に、第２の量子化ステッ
プサイズ20の算出方法について記述する。

（１）符号化するブロックが輝度信号ブロックではない
か、またはフレーム間符号化ブロックである場合 第２量子化ステップサイズ部21は、第１量子化ステッ
プサイズ算出部22が、前記の従来例に記述した方式によ
り残留符号量23より算出した第１の量子化ステップサイ
ズを第２の量子化ステップサイズとして出力する。

（２）符号化するブロックが輝度信号ブロックであり、
かつフレーム内符号化ブロックである場合 以下に示した方式により、符号化ブロックの画素値の
平均と分散を算出し、算出した平均と分散より該当ブロ
ックをクラス分けし、各クラス毎に基準となる第１の量
子化ステップサイズより実際の量子化で用いる第２の量
子化ステップサイズを算出する。

平均・分散値算出部25は、符号化ブロックの入力テレ
ビジョン信号２の画素値の平均値μと分散σ^２を第
（３）および第（４）式により算出し、平均信号44、分
散信号26として出力する。平均μはブロックの精微性に
応じて第１ステップサイズを変化させるかどうかの判断
に用いる。

分散σ^２は、入力テレビジョン信号２の精微性が高い
ブロックでは小さい値となり、入力テレビジョン信号２
の精微性が低いブロックでは大きい値となる。

但し、第（３）および第（４）式において以下のよう
に定義する。

（ａ）Ｍはブロックの水平方向画素数を示す。

（ｂ）Ｎはブロックの垂直方向ライン数を示す。

（ｃ）Ｐ（i,j）はブロック内アドレス（i,j）の画素値
を示す。

第２量子化ステップサイズ算出部21は、符号化ブロッ
クの平均信号44と分散信号26と第１の量子化ステップサ
イズ24より、第２の量子化ステップサイズ20と量子化ク
ラス情報27を算出する。第１の量子化ステップサイズ24
は、第１量子化ステップサイズ算出部22で、符号メモリ
部28内の符号残留量23より、前記の従来例で記述した方
式により求めたものである。第２量子化ステップサイズ
算出部21は、まず第１の量子化ステップサイズによっ
て、予め定められた閾値を補正する。補正の方法は以下
の通りである。

第１の量子化ステップサイズQbと予め定められた閾値
thqを比較する。

（１）Qb＜＝thqの時 クラス分けに使用する閾値th1,th2,th3,th4を補正せ
ずそのままとする。

（２）Qb＞thqの時 クラス分けに使用する閾値th1,th2,th3,th4を次式に
より補正する。

ｉ＝1,2,3,4 maxは量子化ステップサイズQbの最大値 量子化ステップサイズQbと閾値th1、th2、th3、th4の
関係図を第４図に示す。

次に輝度信号であり、かつフレーム内符号化するブロ
ックに関し、平均信号44、分散信号26と前記閾値th1、t
h2、th3、th4を比較し、各ブロックを４つの量子化クラ
スに分け、量子化クラスにより第１の量子化ステップサ
イズ24より第２の量子化ステップサイズ20を算出する。
但し、第１の量子化ステップサイズをQbとし、第２の量
子化ステップサイズをQstepとする。

（１）０≦σ^２＜th1かつμ＞th4の場合 Qstep Class＝１ （２）th1≦σ^２＜th2かつμ＞th4の場合 Qstep Class＝２ （３）th2≦σ^２＜th3かつμ＞th4の場合 Qstep Class＝３ （４）th3≦σ^２かつμ＞th4の場合 Qstep Class＝４ Qstep＝Qb 以上のようにすることにより、輝度信号ブロックであ
り、かつフレーム内符号化するブロックの第２の量子化
ステップサイズ20は、入力テレビジョン信号２の画素の
平均値が一定値以上であり、かつ精微性が高いブロック
に対しては、第１の量子化ステップサイズ24より小さく
なる。また第１の量子化ステップサイズが一定値を越え
るときはクラス分けの閾値を補正することにより、第１
の量子化ステップサイズより小さい量子化ステップサイ
ズで量子化されるブロックを少なくし、輝度信号の符号
量を削減し、色差信号の符号量が極端に少ないことによ
って生じる符号化ブロックの色の劣化を防ぐことができ
る。

量子化部19は、直交変換係数14を第２の量子化ステッ
プサイズ20で量子化し、直交変換量子化係数29を算出す
る。逆直交変換部30は、直交変換量子化係数29を逆直交
変換し、量子化誤差を含んだ信号31を算出する。

スイッチ部16は、（１）符号化方式選択信号10がフレ
ーム内符号化を選択している場合には再生画像算出信号
32として数値「０」信号33を選択し、（２）符号化方式
選択信号10がフレーム間符号化を選択している場合には
再生画像算出信号32として予測信号12を選択する。

再生画像算出部34は量子化誤差を含んだ信号31と再生
画像算出信号32を加算し、符号化ブロックの再生画像35
を算出する。画像メモリ４は現フレームの再生画像信号
35を蓄積し、前フレームの再生画像信号５を出力する。

予測誤差符号化部36は、符号化方式選択信号10、第１
の量子化ステップサイズ24、量子化クラス情報27、およ
び直交変換量子化係数25を符号化し、予測誤差符号37を
算出する。

動ベクトル符号化部38は動き補償予測したブロックの
動ベクトル信号６を符号化し、動ベクトル符号39を算出
する。

マルチプレクサ部40は予測誤差符号37と動ベクトル符
号39より、所定の形式の伝送フレーム41を算出する。

符号メモリ部28は伝送フレーム41を、一旦蓄積し、図
示していない外部より入力するクロック信号に同期し
て、伝送符号42として出力端子43より出力する。同時
に、符号メモリ部28はメモリ内に残留している符号量を
残留符号量23として算出する。

以上の説明から明らかなように、本実施例によれば、
輝度信号ブロックの符号化時に、同一の量子化ステップ
サイズに属する連続したブロック群において、フレーム
内符号化し、かつ画素値の平均値が一定値以上であるブ
ロックではブロックの精微性に比例して、基準となる第
１の量子化ステップサイズより、第２の量子化ステップ
サイズを算出し、第２の量子化ステップサイズを用いて
直交変換係数を量子化するので、画像の精微性を損なわ
ず、画像全体の画質向上が達成できる。

また、第１の量子化ステップサイズが一定値を越える
ときは、クラス分けのための閾値を補正することにより
第１の量子化ステップサイズより小さい量子化ステップ
サイズで量子化されるブロック数を削減し、輝度信号の
符号量を削減し、その結果、色差信号の符号量が増加
し、色差信号の符号量が極端に少ないことによって生じ
る符号化ブロックの色の劣化を防ぐことができる。

なお、以上の説明では平均・分散値算出部25で算出す
る分散値26を第（３）式で定義したが、入力テレビジョ
ン信号２の精細性を測定できる分散であれば、他の測定
尺度でもよい。例えば、一般にブロックの大きさ（水平
方向画素数:M、垂直方向ライン数:N）は固定値であるか
ら、計算処理が簡単な尺度として第（６）式に示した数
値Ｄがある。ただし、ｐ（i,j）はブロック内アドレス
（i,j）の画素値、μはブロックの平均画素値を示す。

また、以上の説明では、第１の量子化ステップサイズ
を変化させるかどうかを画素値の平均値によって決定し
たが、全体の画素値の特徴を表現するその他の尺度でよ
い。

更に、以上の説明では、量子化ステップサイズのクラ
ス分けを４クラスとしたが、他のクラス分け数でもよ
い。

更に、以上の説明では、クラス分け毎に基準となる第
１の量子化ステップサイズを等分し、第２の量子化ステ
ップサイズを決定したが、分散が小さいブロックに対し
て、第２の量子化ステップサイズが小さくなるように算
出されれば、他の方法でもよい。

更に、クラス分けのための閾値を（５）式によって補
正したが、量子化ステップサイズが大きくなるにつれて
閾値が小さくなるような他の補正の方法でもよい。

発明の効果 以上のように本発明は、フレーム内符号化するブロッ
クの入力テレビジョン信号の持つ精微性に関する特徴を
測定し、同一の量子化ステップサイズで量子化する連続
したブロック群内で平均値が一定値以上であり、かつ精
微な絵柄を持つフレーム内符号化するブロックに対して
は、前記量子化ステップサイズを小さくすることによ
り、発生符号量は制限しつつ、原画像の持つ精微性を損
なうことなく動画像符号化が行えるために、画質の向上
を図ることが可能となる。

特に、リフレッシュフレームの画質改善効果が顕著で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動き補償予測フレー
ム間符号化装置のブロック図、第２図は従来の動き補償
予測フレーム間符号化装置のブロック図、第３図は従来
例における画像とマクロブロックの関係を示した概念
図、第４図は本発明の一実施例における動き補償予測フ
レーム間符号化装置の量子化ステップサイズとの関係を
示す特性図である。 １、51……入力端子、３、53……動ベクトル算出部、
４、54……画像メモリ部、58……動き補償予測部、９、
60……フレーム内・フレーム間判定部、11、62……ルー
プ内フィルタ部、13、64……予測誤差算出部、15、66…
…スイッチ部、17、68……直交変換部、19、70……量子
化部、21……第２量子化ステップサイズ算出部、22、59
……第１量子化ステップサイズ算出部、25……平均・分
散値算出部、28、74……符号メモリ部、30、76……逆直
交変換部、34、78……再生画像算出部、36、82……予測
誤差符号化部、38、84……動ベクトル符号化部、41、86
……マルチプレクサ部、43、89……出力端子。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】テレビジョン信号をアナログディジタル変
   換するA/D変換手段と、ディジタル化した入力テレビジ
   ョン信号の１フレームまたは１フィールドを定められた
   大きさのブロックに分割するブロック化手段と、個々の
   ブロックについてテレビジョン画像の動きである動ベク
   トルを算出する動ベクトル検出手段と、個々のブロック
   について前記動ベクトルを用いて動き補償予測するか判
   定する動き補償判定手段と、動き補償予測するブロック
   について、前フレームの再生画像を動ベクトルで動き補
   償予測し、予測画素値を算出する動き補償予測手段と、
   入力テレビジョン信号の画素値と予測画素値との差分を
   予測誤差値として算出する誤差算出手段と、個々のブロ
   ックについて、フレーム間符号化するかフレーム内符号
   化するかを判定する符号化方法決定手段と、ブロック毎
   に前記符号化方法決定手段の判定結果により直交変換す
   る信号を入力テレビジョン信号の画素値とするか予測誤
   差値とするか切り替える切り替え手段と、入力テレビジ
   ョン信号の画素値または予測誤差値を、直交変換し、直
   交変換係数を算出する直交変換手段と、発生符号量より
   第１の量子化ステップサイズを算出する第１量子化ステ
   ップサイズ決定手段と、入力テレビジョン信号の輝度信
   号のブロック毎の画素値の平均と分散を算出する平均・
   分散算出手段と、輝度信号ブロックであり、かつフレー
   ム内符号化するブロックを平均または分散によってクラ
   ス分けするために、予め定められた閾値を第１の量子化
   ステップサイズによって補正する手段と、輝度信号のブ
   ロックでありかつフレーム内符号化するブロックについ
   ては、前記平均と分散と補正された閾値よりブロックを
   クラス分けし、各クラス毎に第１の量子化ステップサイ
   ズより第２の量子化ステップサイズを算出し、その他の
   ブロックについては、第１の量子化ステップサイズを第
   ２の量子化ステップサイズとする第２量子化ステップサ
   イズ決定手段と、第２の量子化ステップサイズを用い
   て、直交変換係数を量子化し、量子化した直交変換係数
   を算出する量子化手段と、フレーム内符号化かフレーム
   間符号化かの情報と第１の量子化ステップサイズと量子
   化のクラス分けに関する情報と量子化した直交変換係数
   を符号化する符号化手段と、量子化した直交変換係数を
   逆直交変換し、逆量子化信号を算出する逆量子化手段
   と、前記符号化方法決定手段の判定結果により、再生画
   素値算出時に用いる画素値を動き補償予測した予測画素
   値とするか、数値「０」とするか切り替える切り替え手
   段と、予測画素値または数値「０」と逆量子化信号より
   再生画像を算出する画像再生手段と、再生画像を蓄積す
   る画像蓄積手段と、動ベクトルとを符号化する動ベクト
   ル符号化手段を具備する動き補償予測フレーム間符号化
   装置。