JP3164292B2 - 動画像符号化装置、動画像復号化装置および動画像符号記録方法 - Google Patents
動画像符号化装置、動画像復号化装置および動画像符号記録方法Info
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Description
復号化する装置及びその符号列が記録された記録媒体(R
ecorded Media)で、特にインターレース画像信号を対象
とする装置に関する。
て、インターレース画像信号はフィールド毎に走査線の
位置がずれているので、画像間予測処理や画像内符号化
処理はノンインターレース画像信号の場合と比較して工
夫を要する。このようなインターレース画像信号を符号
化する手法は、既に標準化されている符号化方式でも幾
つかある。ひとつは基本処理単位をフィールドとし、画
像間予測をフレーム間予測とフィールド間予測で適応的
に切替えて行なうITU−RのJ.81方式である。他
の方法としては、基本的な処理単位をフレームとし、そ
れより細かなマクロブロック単位でフィールド単位の処
理とフレーム単位の処理を切替えるMPEG2やDVC
の方式がある。
化装置及び復号化装置の構成例を図7に示す。図7で、
インターレース画像入力端子1から入来するインターレ
ース画像信号は、上記インターレース画像符号化器71
で符号化され圧縮された符号列となる。この符号列は伝
送路や記録媒体を介してインターレース画像復号化器7
2に与えられる。インターレース画像復号化器72は、
インターレース画像符号化器71と対になるもので、再
生インターレース画像信号を得て、インターレース画像
出力端子25から出力する。
3−132278号(特願平1−271006号)「映
像信号変換装置」のように1秒間60フィールドのイン
ターレース画像信号を、1秒間30フレームのノンイン
ターレース画像信号に変換し、ノンインターレース画像
符号化する方法も考えられている。この場合、1秒間3
0フレームをディスプレイにそのまま表示すると激しい
フリッカ(ちらつき)となるので、1フレームをふたつ
のフィールドに分割して1秒間60フィールドにしてか
ら表示する。ここで用いる符号化方式はMPEG1のよ
うなノンインターレース用符号化方式が用いられる。な
お、MPEG1のような低解像度の画像の場合は、イン
ターレース画像信号の片方のフィールドのみを用い他方
を破棄することで、毎秒30フレームのノンインターレ
ース画像信号を得て、それを符号化している。
フォーマットとしては1秒間60フレームのプログレッ
シブ画像も知られている。これは、インターレース画像
で間引かれている走査線部分にも走査線が存在するもの
で、順次走査とも呼ばれる。基本的な走査線構造はノン
インターレース画像と同じであり、ノンインターレース
信号のフレームレートの高いものと見ることも出来る。
この画像信号はディスプレイにフリッカなく表示出来る
が、水平偏向周波数やビデオ信号帯域は2倍になるの
で、通常のテレビジョン受像機では表示出来ない。符号
化手法は基本的にはMPEG1のようなノンインターレ
ース用符号化方式でよいが、毎秒60フレームなので処
理速度は2倍が必要になる。
号化した場合の符号化効率、すなわち画素当たりの必要
情報量(bit) は、毎秒60フレームのプログレッシブが
最も少なく済み、次に毎秒30フレームのノンインター
レース画像で、インターレース画像が最も多くの符号を
必要とする。インターレース画像の符号化効率が悪いの
は、各フィールド画像に含まれる折返し歪み成分によ
る。インターレース画像はフィールドで見るとサンプリ
ング定理を満足する垂直フィルタが施されておらず、多
くの折返し歪み成分を含んでいる。
画像間予測で画像自体は動き補償により追従出来ても、
この歪みはフィールド毎に変化してしまうのでは予測が
当たらなくなり、符号化効率が低下する。また、面内処
理でも高い周波数成分が多くなるので効率が下がる。一
方、毎秒60フレームのプログレッシブ画像と毎秒30
フレームのノンインターレース画像の違いはフレームレ
ートのみである。この場合、フレームレートが高い方が
フレーム間距離が時間的に近くなり、画像の変化が少な
く画像間予測が当たりやすくなるので、符号化効率が上
がる。フレーム内符号化処理に関しては両者に違いはな
い。
符号化する場合に、フィールド単位の処理では、フィー
ルド画像や予測残差に折り返し成分を多く含むので符号
化効率が上がらない、フレーム・フィールド適応予測で
も、画像の動きが早いとフィールド処理となり前記のも
のと同様になる。この様にインターレース信号はノンイ
ンターレース信号より符号化効率が劣っている。一方、
ノンインターレースに変換する符号化では1秒当たり3
0フレームになるので、本来のインターレース画像と比
較して再生画像の動きがスムーズでなくなる。
で、インターレース画像信号をプログレッシブ画像信号
に変換した後、ケルファクタ(Kell係数)に相当する7
割程度に走査線数を削減し、その画像をプログレッシブ
符号化することで、高い符号化効率を得られるようにし
た動画像符号化装置及び復号化装置を提供することを目
的とする。
する際に、入力されたインターレース画像信号の間引か
れている走査線を補間し、順次走査構造を有する第1の
プログレッシブ画像信号に変換し、それを垂直方向にサ
ブサンプルして走査線数の減少した第2のプログレッシ
ブ画像信号を高能率符号化する動画像符号化装置であ
る。また、上記でサブサンプルの割合が、入力されたイ
ンターレース画像信号のケルファクタ(Kell係数)と同
程度である動画像符号化装置である。
ーム間予測されるフレームの間隔が、インターレースの
間引き比率の整数倍である動画像受信装置である。一
方、動画像の符号列を復号する際に、入力される符号列
を復号して第2の再生プログレッシブ画像信号を得、そ
れを垂直方向にオーバーサンプルし、走査線数の増加し
た第1の再生プログレッシブ画像信号を間引いて、イン
ターレース画像を得る動画像復号化装置である。
像信号をプログレッシブ画像信号に変換した後に走査線
数を削減し、その画像をプログレッシブ符号化すること
で、符号化効率の高いプログレッシブ符号化が適用可能
になる。そこで、走査線数が削減されているのでプログ
レッシブ変換された画像をそのまま符号化するのに対し
処理量も少なく、被符号化画素数が削減されているので
必要符号量もより少なくなる。また、サブサンプルによ
る走査線数変換比をケルファクタ(Kell係数)に合わせ
ることで、入力されるインターレース信号の有する画像
情報を欠落なく符号化出来る。
間隔をインターレース比の整数倍とすることで、巡回予
測である片方向フレーム間予測の対象となるフレームが
常に同一補間形態のフレームとなり、プログレッシブ変
換によるフレーム間での微妙な画像の違いにフレーム間
予測が影響され難くなる。
第1の実施例について、以下に図と共に説明する。図1
は、画像符号化装置の構成図である。画像入力端子1か
ら入来するインターレース画像信号はプログレッシブ変
換器2に与えられる。ここで、インターレース画像信号
はフレームで1080本(フィールドでは 540本)の有効走
査線を有するものとする。
数、次がフレーム(フィールド)レート、最後がインタ
ーレース比で1:1はノンインターレース(プログレッ
シブ)となる。すなわち60/2:1がインターレース
画像、60/1:1がプログレッシブ画像となる。プロ
グレッシブ変換器2は、「動き補償を用いたインターレ
ース画像の順次走査変換法の検討とその装置」(テレビ
ジョン学会、技術報告BCS93-70)などに示されているも
ので、インターレース信号で間引かれている走査線を動
き補償補間して、倍密度の順次走査構造を有する第1の
プログレッシブ画像信号に変換する。
毎秒60フレーム存在するものである第1のプログレッ
シブ画像信号は垂直サブサンプラ3で 2/3にサブサンプ
ルされ、 720本の走査線を有する第2のプログレッシブ
画像信号となる。サブサンプルは画像のフォーマット変
換では一般的な技術であり、 2/3のサブサンプルでは3
種類の異なったタップ係数を有するディジタルフィルタ
を切替えて使うことにより実現される。
レッシブ画像符号化器4で符号化される。プログレッシ
ブ画像符号化は、MPEG1のようなノンインターレー
ス信号対応の符号化で、符号化のフレームレートを60
フレーム/秒に上げて符号化する。また、MPEG2に
おいてはプログレッシブ画像を符号化するモードが存在
するので、それを用いてもよい。この様にして第2のプ
ログレッシブ画像信号が圧縮された符号列となり符号出
力端子5より出力される。出力符号列は、図にない通信
伝送路を通じてまたは、ディスクやテープのディジタル
記録媒体に記録され、復号化装置に伝送される。
画像復号化装置の実施例を示す。符号信号入力端子21
から入来する符号列はプログレッシブ画像復号化器22
で走査線数が削減された第2のプログレッシブ画像とし
て再生される。この第2の再生プログレッシブ画像は、
垂直オーバーサンプラ23で図1の垂直サブサンプラの
逆処理が行なわれ、元の走査線数になった第1の再生プ
ログレッシブ画像信号がインターレース変換器24に与
えられる。インターレース変換器24は単純に走査線を
間引き、図1で入来するインターレース画像と同じ走査
線構造の再生インターレース画像信号を得て、インター
レース画像出力25から出力される。
ターレース変換器24の処理を一体化させ、インターレ
ース変換器24で間引かれた消失する走査線は、オーバ
ーサンプル処理で作らないようにしてもよい。この処理
は画像フォーマット変換の一種であるが、具体的処理は
垂直オーバーサンプラ23で作る走査線を1本置きに
し、それだけを出力すれば最終的な再生インターレース
画像信号となる。
理を半分にするだけである。この様な一連の符号化及び
復号化の各処理段階での画像フォーマットの変化の様子
を図3に示す。図で垂直方向がそのまま画像の垂直方向
であり、横方向が時間変化となる。各点が走査線の存在
を示す。
本発明は基本的にはインターレース信号を対象とするも
のであるが、動画像符号化はプログレッシブ符号化を行
なうので、符号化対象がプログレッシブ画像の場合に
は、入力画像を直接プログレッシブ画像符号化器4に入
力すればよい。この場合、出力符号は上記実施例により
得られるものと同等になる。すなわち元の画像がインタ
ーレースであっても、プログレッシブであっても圧縮さ
れたデータ列は同様に扱うことが出来、好都合となる。
イがプログレッシブ画像を表示出来るものならば、あえ
てインターレース信号に変換する必要はなく、プログレ
ッシブ復号化器22の出力または垂直オーバーサンプラ
23の出力をそのまま出力してもよい。この様に本発明
は、インターレース画像とプログレッシブ画像の両方に
対応し、両者の互換性を向上させるものでもある。
プラ2におけるサブサンプル比(割合)について検討す
る。インターレース画像信号は、フレーム単位で見ると
ノンインンターレース画像(プログレッシブ画像)と同
じ走査線数であるが、走査線が間引かれているためにノ
ンインターレース画像と同等の垂直解像度を得ることは
出来ない。仮に垂直方向に高い周波成分を持たせると、
垂直方向に高い周波数成分としてディスプレイに表示さ
れず、折り返し成分となって時間方向の高い周波数成分
として表示され、激しいラインフリッカを生じるためで
ある。
では光学的または電気的に帯域制限し、垂直方向に高い
周波数成分が抑圧された画像信号をインターレース画像
信号として出力する。この帯域制限の程度はケルファク
タ(Kell係数)と呼ばれ、通常 0.7程度と言われてい
る。
補間によりプログレッシブ画像信号に変換されたもの
は、垂直方向に帯域制限された状態になっている。そこ
で、本実施例ではサブサンプルによりケルファクタ(Ke
ll係数)と同程度に走査線数を削減する。このサブサン
プルにより失われる信号帯域には、そもそも信号成分が
存在しないので、情報の欠落は生じない。
削減した第2のプログレッシブ画像信号はその帯域内に
空白なく信号成分が存在することになる。図4に、この
様子を示すが、図で実線が実際に信号成分が存在する部
分で、破線で示したのがサンプリング定理から来る伝送
可能帯域である。サブサンプル後は両者がほぼ一致する
ことになる。
/3(=0.667 )乃至 3/4(=0.75)など簡単な整数をと
ることが多い、これは走査線数変換の処理上好都合であ
るためである。本実施例では上記のように 2/3(=0.66
7 )としている。
用いているMPEG符号化方式は、その画像間処理の違
いからI、P、Bの異なったフレームタイプを有する、
Iフレームはフレーム内で独立に符号化されるフレーム
であり、Pフレームは片方向予測フレーム、Bフレーム
は両方向予測フレームである。図5に、この様な符号化
器の構成例を示す。画像入力端子51から入来した画像
信号(第2のプログレッシブ画像信号)は、画像メモリ
52に蓄えられ、符号化順に従って順番が入れ替えられ
て予測信号減算器53に出力される。
され、予測残差がDCT54に入力される。DCT54
は8×8画素単位で離散コサイン変換を行ない、変換さ
れた係数は量子化器55に与えられる。
定長符号となり可変長符号化器56と、逆量子化器59
に与えられる。可変長符号化器56で、固定長符号から
可変長符号に変換された符号列は最終的に出力端子5か
ら出力される。
えられた再生係数は、逆DCT64でDCT54の逆変
換が行なわれ再生残差となり予測信号加算器63に与え
られる。
されて再生画像信号となり、画像メモリ62に与えられ
る。画像メモリの出力は動き補償器61で動きベクトル
情報に従って動き補償され、スイッチ58に与えられ
る。この動き補償処理は図7のインターレース画像符号
化器71と異なり、フィールド処理とフレーム処理の切
替えなどがなく、シンプルなものとなる。
の制御信号によりP、Bフレームでは、予測信号を予測
信号減算器53と予測信号加算器63に与えるが、Iフ
レームでは0値を与える。
57からの制御信号で、PフレームかBフレームかによ
って符号化順に合わせて画像を入替える。一方、動きベ
クトル情報は、動きベクトル検出器60で画像タイプに
従って入力画像から求められる。
ウントし、数フレームに1フレームをPフレームとす
る。また数十フレームにひとつをIフレームとする。P
フレームの間隔は通常3フレームが最も一般的である
が、本実施例では次に説明する理由により2、4、6と
2の倍数とする。
式では、Pフレームは再生画像が他の予測に使われる巡
回型予測であり、Bフレームは再生画像が予測に使われ
ない非巡回予測である。そこで、Pフレームの品質をB
フレームより高めにすると、全体の画像品質を上げるこ
とが出来る。そのためには、Pフレームのフレーム間予
測が適切に行なわれるように、Pフレームの画像がなる
べく変化しないようにする。
たプログレッシブ画像信号は、元のフィールドが偶数で
あったか、奇数であったかにより、元からある走査線と
補間された走査線の位置関係が逆になっている。つま
り、走査線構造としては各フレーム同一であるが、補間
は完全には行なわれないので、各フレームの画像自体は
元のフィールドに依存して若干異なったものになる。
イプのフィールドを元とするフレーム同士がPフレーム
になるようにする。すなわちPフレームの間隔をインタ
ーレース比(通常は2)に同期させればよく、具体的に
はインターレース比の整数倍(通常2、4、6)とす
る。
場合の様子を模式的に示す。図で○は元からある走査
線、△は補間された走査線を示す。下に示したのが各フ
レームの画像タイプであり、上段はPが2フレーム毎の
場合、中段はPが4フレーム毎の場合、下段はPが6フ
レーム毎の場合である。これにより、Pフレームは常に
偶奇どちらかのフィールドを元とするフレームとなり、
補間が偶奇で多少異なっても、その影響を受け難くな
る。
グレッシブ画像に変換した後に走査線数を削減し、その
画像をプログレッシブ符号化することで、常にフレーム
の画像を符号化することになり、従来のインターレース
画像符号化で問題となっていたフィールド画像の折返し
歪み成分がなくなるので、符号化において高い符号化効
率を得ることが可能になる。また、走査線数が削減され
ているのでプログレッシブ変換された画像をそのまま符
号化するのに対して処理量も少なく、符号量もより少な
くなる。
をケルファクタ(Kell係数)に合わせることで、入力さ
れるインターレース信号の持つ画像情報を欠落させるこ
となく符号化出来る。
間隔をインターレース比の整数倍とすることで、巡回予
測である片方向フレーム間予測の対象となるフレームが
常に同一補間形態のフレームとなり、プログレッシブ変
換によるフレーム間での微妙な画像の違いにフレーム間
予測が影響され難くなり、符号化効率が改善される。以
上の様に、本来インターレース画像信号の持っている画
像情報のすべてを、より高能率に符号化出来るものであ
る。
とで、プログレッシブ画像の符号化や再生にも対応出来
るので、インターレース・プログレッシブ両方に対応
し、共通圧縮符号が得られるため、両フォーマットの互
換性を極めて良くするものでもある。
図である。
図である。
す図である。
である。
示す図である。
示す図である。
成を示す図である。
段) 24 インターレース変換器(インターレース変換手
段) 25 画像出力端子 51 画像入力端子 52,62 画像メモリ 53 予測信号減算器 54 DCT 55 量子化器 56 可変長符号化器 57 画像タイプ制御器 58 スイッチ 59 逆量子化器 60 MV検出器 61 動き補償器 62 画像メモリ 63 予測信号加算器 64 逆DCT
Claims (5)
- 【請求項1】動画像を符号化する動画像符号化装置にお
いて、 入力されたインターレース画像信号の間引かれている走
査線を補間により倍密度化し、順次走査構造を有する第
1の走査線数のプログレッシブ画像信号に変換するプロ
グレッシブ変換手段と、 前記第1の走査線数のプログレッシブ画像信号を、入力
されたインターレース画像信号のケルファクタ(Kell係
数)に相当する割合で垂直方向にサブサンプルし、減少
した第2の走査線数のプログレッシブ画像信号を得る垂
直サブサンプル手段と、 前記第2の走査線数のプログレッシブ画像信号を高能率
符号化し、符号量の削減された符号列を得る符号化手段
とを有することを特徴とする動画像符号化装置。 - 【請求項2】請求項1に記載された動画像符号化装置に
おいて、前記 符号化手段が、フレーム内独立または片方向フレー
ム間予測されるフレームの間隔を、入力されたインター
レース画像信号におけるインターレースの間引き比率の
整数倍とした符号化であることを特徴とする動画像符号
化装置。 - 【請求項3】請求項1に記載の動画像符号化装置におい
て得られた符号列を復号する動画像復号化装置であっ
て、 入力される符号列を復号化し、第2の走査線数の再生プ
ログレッシブ画像信号を得る復号化手段と、 前記第2の走査線数の再生プログレッシブ画像信号を、
元のインターレース画像信号のケルファクタ(Kell係数)
の逆数に相当する割合で垂直方向にオーバーサンプル
し、増加した第1の走査線数の再生プログレッシブ画像
信号を得る垂直オーバーサンプル手段と、 前記第1の走査線数の再生プログレッシブ画像信号を間
引いて、インターレース画像信号を得るインターレース
変換手段とを有することを特徴とする動画像復号化装
置。 - 【請求項4】請求項1に記載の動画像符号化装置におい
て得られた符号列を復号する動画像復号化装置であっ
て、 入力される符号列を復号化し、第2の走査線数の再生プ
ログレッシブ画像信号を得る復号化手段と、 前記第2の走査線数の再生プログレッシブ画像信号を、
元のインターレース画像信号のケルファクタ(Kell係数)
の逆数に相当する割合で垂直方向にフォーマット変換
し、増加したフレーム走査線数が第1の走査線数であ
り、走査線が間引かれたインターレース状態となってい
るインターレース画像信号を得る画像フォーマット変換
手段とを有することを特徴とする動画像復号化装置。 - 【請求項5】符号化された動画像の符号列を記録する動
画像符号記録方法において、 入力されたインターレース画像信号の間引かれている走
査線を補間により倍密度化し、順次走査構造を有する第
1の走査線数のプログレッシブ画像信号に変換し、前記
第1の走査線数のプログレッシブ画像信号を、入力され
たインターレース画像信号のケルファクタ(Kell係数)に
相当する割合で垂直方向にサブサンプルし、減少した第
2の走査線数のプログレッシブ画像信号を高能率符号化
して得られた符号列として記録することを特徴とする動
画像符号記録方法。
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