JP3168723B2 - 映像信号の符号化装置 - Google Patents

映像信号の符号化装置

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    • H04N19/142Detection of scene cut or scene change
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、テレビジョン信号等の
動画映像信号のフレーム間差分信号を圧縮するような映
像信号の符号化装置に関し、特に、シーンチェンジ発生
時の悪影響を防止し得るような映像信号の符号化装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】テレビジョン信号等のような動画映像信
号を高能率で符号化する方式としては種々の符号化方式
が知られているが、近年において、動き補償予測とDC
T(離散コサイン変換)等の直交変換とを組み合わせた
ハイブリッド符号化方式が有望視されている。
【0003】図3は、このような動き補償予測と直交変
換とを組み合わせたハイブリッド符号化方式を説明する
ための具体的構成の一例を示している。この図3におい
て、入力端子11にはテレビジョン信号等のような動画
映像信号が供給されている。この入力映像信号は、フレ
ームメモリ等の画像メモリ12で一時記憶され(遅延さ
れ)た後、動き検出回路13及び減算器14に送られ
る。減算器14からの出力は、直交変換回路15に送ら
れてDCT(離散コサイン変換)等の直交変換が施さ
れ、量子化器16にて量子化されて、局部デコーダとな
る逆量子化器17と逆直交変換(例えばIDCT)回路
18との直列回路に送られる。局部デコーダの逆直交変
換回路18からの出力は、加算器19を介し、フレーム
メモリ等の画像メモリ20に送られる。この画像メモリ
20から読み出された出力は、上記動き検出回路13及
び動き補償回路21に送られ、動き検出回路13からの
動き検出情報(動きベクトル等)が動き補償回路21に
送られる。また、動き補償回路21からの出力が上記減
算器14及び上記加算器19にそれぞれ送られる。
【0004】ここで、入力映像信号は、画像メモリ12
に一時記憶された後、所定サイズの(例えば8×8画素
の)ブロック単位で読み出され、処理が施される。動き
検出回路13は、画像メモリ12からの遅延された入力
映像信号ブロックの画素値と画像メモリ20からの局部
デコードされた映像信号の画素値とを比較し、入力映像
信号ブロックの画素値が最も小さくなるような局部デコ
ード映像信号中のブロックに基づいて動きベクトルを検
出する。動き補償回路21は、この動きベクトルに基づ
いて参照ブロックを出力し、減算器14により入力映像
信号ブロックとこの参照ブロックとの差分が算出され
る。この差分出力が、直交変換回路15で直交変換され
た後、量子化器16で量子化され、例えば可変長符号化
器23に送られて可変長符号化される。
【0005】さらに、可変長符号化器23からの出力
は、例えば伝送フレーム構成回路24に送られて、上記
動き検出回路13からの動きベクトルと結合され、伝送
メモリ25に送られる。伝送メモリ25では、送信する
符号が一時蓄積され、例えば単位時間当りのデータ量が
一定となるように、量子化器16での量子化や可変長符
号化器23での符号化を制御する。伝送メモリ25から
の出力は、出力端子26を介して取り出され、通信回線
等を介して伝送され、あるいは記録媒体に対して記録再
生される。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
ハイブリッド符号化装置において、画像内容が切り替わ
るシーンチェンジの際に、画像劣化等の悪影響が生ず
る。すなわち、シーンチェンジに無関係に動きベクトル
をフレーム間で算出して補正を行うと、シーンチェンジ
後の2フィールドにわたって、シーンの異なる画像を使
って動きベクトルを算出することになり、誤ったベクト
ルが発生し、十分な動きベクトル補正効果が得られない
という欠点がある。また、シーンチェンジに対応した処
理をしていない場合、シーンチェンジ時に発生する情報
量が伝送路容量以上にならないように圧縮率を抑える必
要が生じ、シーンチェンジ以外の画像では符号化効率が
抑えられ、十分な画質が得られないという欠点もある。
【0007】ここで、特開平2−222388号公報に
は、符号化処理を開始した直後の一定フレーム期間また
はシーンチェンジ後の一定フレーム期間は、量子化ステ
ップ幅を所定のものに変換し、ブロック毎の発生符号量
を削減するようにし、ブロック毎の符号化処理の中止の
発生回数を減らすことで、画面全体として符号化される
ブロックを増加させ、画質劣化を減少させるような動画
像符号化方法が開示されている。しかしながら、この技
術においては、シーンチェンジの際の動きベクトル算出
についての工夫はなされておらず、誤ったベクトルが発
生し、十分なベクトル補正効果が得られないという欠点
については何ら解決されていない。
【0008】本発明は、このような実情に鑑みてなされ
たものであり、シーンチェンジが発生したときの上記動
きベクトルとして適切なものを得ることができ、十分な
ベクトル補正効果があげられるような映像信号の符号化
装置の提供を目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】本発明に係る映像信号の
符号化装置によれば、映像信号の現フレーム信号とフレ
ーム間予測信号とを差分手段に送って差分出力信号を符
号化する映像信号の符号化装置において、映像信号のシ
ーンチェンジを検出するシーンチェンジ検出手段と、フ
レーム間予測信号とフィールド間予測信号とを切り換え
て上記差分手段に送る切換手段とを設け、上記シーンチ
ェンジ検出手段によりシーンチェンジが検出されたとき
に上記切換スイッチを切換制御して、シーンチェンジ後
の2フィールド目のフィールドに対して上記フレーム間
予測信号から上記フィールド間予測信号に切り換えるこ
とにより、上述の課題を解決する。
【0010】ここで、上記現フレーム信号の動きを検出
する動き検出手段と、この動き検出手段からの出力に応
じて1フレームあるいは1フィールド遅延された信号を
動き補償して上記フレーム間あるいはフィールド間予測
信号として上記差分手段に送る動き補償手段とを設ける
ことが好ましい。また、上記差分手段からの出力映像信
号を直交変換した後に量子化したものを出力すると共
に、この出力を局部復号化部にて逆量子化した後に逆直
交変換し1フレームあるいは1フィールド遅延して上記
フレーム間あるいはフィールド間予測信号として上記差
分手段に送る構成とすることが好ましい。
【0011】
【作用】シーンチェンジが検出されたときには、フレー
ム間予測からフィールド間予測に切り換えられるため、
シーンチェンジ後の2フィールド目のベクトル補正がで
きるようになり、同じシーンである前フィールドをベク
トル補正するので、情報量発生が抑えられる。
【0012】
【実施例】図1は、本発明に係る映像信号の符号化装置
の一実施例の概略構成を示すブロック回路図である。こ
の図1において、前述した図3の各部と対応する部分に
は同じ指示符号を付している。この図1において、入力
端子11にはテレビジョン信号等のような動画映像信号
が供給されている。この動画映像信号は、前処理部31
を介してシーンチェンジ検出回路32に送られる。この
シーンチェンジ検出回路32は、種々の構成が可能であ
るが、例えば前処理部31から入力された映像信号と、
該入力映像信号を例えば1フレーム遅延した映像信号と
を画素毎に比較して比較結果(の絶対値又は2乗値等)
をフレーム単位で積分すること等により、シーンチェン
ジを検出する。シーンチェンジ検出回路32からは、上
記例えば1フレーム遅延された映像信号と、シーンチェ
ンジ検出出力信号とが出力され、出力映像信号は動き検
出回路13及び減算器14にそれぞれ送られ、シーンチ
ェンジ検出出力信号は後述する切換スイッチ34に切換
制御信号として送られる。
【0013】減算器14からの出力は、直交変換回路1
5に送られてDCT(離散コサイン変換)等の直交変換
が施され、量子化器16にて量子化されて、局部デコー
ダとなる逆量子化器17と逆直交変換(例えばIDC
T)回路18との直列回路に送られる。局部デコーダの
逆直交変換回路18からの出力は、加算器19を介し、
前述した図3の画像メモリ20に対応する2個のフィー
ルドメモリ20a、20bの直列回路に送られる。フィ
ールドメモリ20aから読み出された1フィールド遅延
出力映像信号は切換スイッチ34の被選択端子aに、ま
たフィールドメモリ20aを介しフィールドメモリ20
bから読み出された1フレーム遅延出力映像信号は切換
スイッチ34の被選択端子bにそれぞれ送られる。この
切換スイッチ34は、上述したように、シーンチェンジ
検出回路32からのシーンチェンジ検出出力信号に応じ
て切換制御され、シーンチェンジが検出されたときに
は、被選択端子a側に、それ以外のときには被選択端子
b側に接続される。切換スイッチ34からの出力映像信
号は、動き検出回路13及び動き補償回路21にそれぞ
れ送られる。動き検出回路13で検出された動きベクト
ル情報は動き補償回路21に送られる。動き補償回路2
1からは、上記切換スイッチ34が被選択端子aに切換
接続されたときにはフィールド間予測信号が、また被選
択端子bに切換接続されたときにはフレーム間予測信号
がそれぞれ出力され、このフィールド間予測信号あるい
はフレーム間予測信号は、上記減算器14及び加算器1
9にそれぞれ送られる。
【0014】ここで、入力映像信号についての動き検出
や動き補償動作、あるいは直交変換や量子化処理等は、
前述した図3の映像信号の符号化装置と同様であるた
め、説明を省略する。なお、量子化器16からの出力信
号は、例えば可変長符号化器23に送って可変長符号化
し、さらに、例えば前述した図3の説明と同様に、伝送
フレーム構成回路を介し、伝送メモリに送るようにすれ
ばよい。
【0015】次に、図2を参照しながら、上記図1に示
す実施例の動作を説明する。この図2において、図中の
・・・、N−1、N、N+1、・・・は、フィールドの
番号を示し、シーンチェンジは第Nフィールドと第N+
1フィールドとの境界で起こっているものとしている。
【0016】図2のAは前処理部31からの出力映像信
号を示している。この信号Aがシーンチェンジ検出回路
32を通過することで、例えば1フレーム(2フィール
ド)遅延され、図2の信号Bのようになり、シーンチェ
ンジタイミングはこの図2のBの信号中で第Nフィール
ドと第N+1フィールドとの境界の時刻t1 となる。フ
ィールドメモリ20aからの出力映像信号は、上記信号
Bが1フィールド遅延された図2のCに示すようなもの
となり、フィールドメモリ20bからの出力映像信号
は、上記信号Cがさらに1フィールド遅延された図2の
Dに示すようなものとなる。また、シーンチェンジ検出
回路32からの上記シーンチェンジ検出出力信号は、上
記フィールドメモリ20aからの出力映像信号Cに対応
して、この信号Cのシーンチェンジタイミングである時
刻t2 から1フィールドの期間(時刻t2 〜t3 間)だ
け“1”あるいは“H”(ハイレベル)となる。切換ス
イッチ34は、この期間(時刻t2 〜t3 の間)だけ被
選択端子aに切り替わり、フィールドメモリ20aから
の1フィールド遅延出力映像信号Cを選択して動き検出
回路13及び動き補償回路21に送る。すなわち、切換
スイッチ34からの出力映像信号は、図2のFに示すよ
うに、時刻t2 までの間はフィールドメモリ20bから
の1フレーム遅延出力映像信号Dを出力し、時刻t2
3 の間だけフィールドメモリ20aからの1フィール
ド遅延出力映像信号Cを出力する。この切換スイッチ3
4からの出力映像信号Fが動き補償されて減算器14に
送られることになる。
【0017】従って、減算器14においては、時刻t2
までの間は、シーンチェンジ検出回路32からの映像信
号Bと該信号Bに対して1フレーム遅延されたフレーム
間予測映像信号(信号Dのタイミングに相当)との差分
をとって、図2のGに示すような出力信号N−1’、
N’等を得ているが、シーンチェンジ検出時(時刻t2
〜t3 の間)は、上記信号Bに対して1フィールド遅延
されたフィールド間予測信号(信号Cのタイミングに相
当)との差分をとって、図2のG中の時刻t2 〜t3
信号N+2”を得ている。すなわち、信号N’等は、第
Nフィールドの信号から第N−2フィールドの信号を減
算したフレーム間差分信号を示し、信号N+2”は、第
N+2フィールドの信号から第N+1フィールドの信号
を減算したフィールド間差分信号を示している。
【0018】以上のことから、シーンチェンジ検出時刻
2 の直後の1フィールド期間においては、シーンチェ
ンジ後の画像の最初のフィールド(第N+1フィール
ド)と次のフィールド(第N+2フィールド)との同一
シーン内でのフィールド間差分出力が得られるため、異
なるシーン間のフレーム差分信号に比べて、情報量の発
生を良好に抑えることができる。従って、シーンチェン
ジ後の2フィールド目に対しては、フィールド動きベク
トルを用いた動き補償が行われるため、誤った動きベク
トル補正を低減し、十分なベクトル補正効果を得ること
ができる。また、同じシーンである前フィールドをベク
トル補正するので、情報量発生を少なく抑えることが可
能となり、シーンチェンジ以外での符号化効率を高める
ことができ、結果として高画質の符号化処理が行える。
【0019】なお、本発明は上記実施例のみに限定され
るものではなく、例えば、フレーム差分をとった後の処
理は、図1の構成に限定されず、他の種々の情報圧縮技
術が使用できる。この他、本発明の要旨を逸脱しない範
囲で種々の変更が可能であることは勿論である。
【0020】
【発明の効果】以上の説明からも明らかなように、本発
明に係る映像信号の符号化装置によれば、映像信号の現
フレーム信号とフレーム間予測信号とを差分手段に送っ
て差分出力信号を符号化する映像信号の符号化装置にお
いて、映像信号のシーンチェンジが検出されたときに、
シーンチェンジ後の2フィールド目のフィールドに対し
てフレーム間予測信号からフィールド間予測信号に切り
換えているため、シーンチェンジの2フィールド目の動
きベクトル誤検出を低減することができ、誤った動きベ
クトル補正を低減することができる。また、同じシーン
内のフィールドでベクトル補正を行っているため、情報
発生量を少なく抑えることができる。さらに、シーンチ
ェンジ後の2フィールド目の情報発生量を抑えているの
で、全体としての符号化効率を高めることができ、結果
として高画質の符号化処理が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る映像信号の符号化装置の一実施例
の概略構成を示すブロック回路図である。
【図2】該実施例の動作を説明するためのタイムチャー
トである。
【図3】映像信号の符号化装置の一般構成を示すブロッ
ク回路図である。
【符号の説明】
11・・・・・映像信号入力端子 13・・・・・動き検出回路 14・・・・・減算器 15・・・・・直交変換回路 16・・・・・量子化器 17・・・・・逆量子化器 18・・・・・逆直交変換回路 19・・・・・加算器 20・・・・・画像メモリ 20a、20b・・・・・フィールドメモリ 21・・・・・動き補償回路 31・・・・・前処理回路 32・・・・・シーンチェンジ検出回路 34・・・・・切換スイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−128881(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 映像信号の現フレーム信号とフレーム間
    予測信号とを差分手段に送って差分出力信号を符号化す
    る映像信号の符号化装置において、 映像信号のシーンチェンジを検出するシーンチェンジ検
    出手段と、 フレーム間予測信号とフィールド間予測信号とを切り換
    えて上記差分手段に送る切換手段とを設け、 上記シーンチェンジ検出手段によりシーンチェンジが検
    出されたときに上記切換スイッチを切換制御して、シー
    ンチェンジ後の2フィールド目のフィールドに対して
    記フレーム間予測信号から上記フィールド間予測信号に
    切り換えることを特徴とする映像信号の符号化装置。
  2. 【請求項2】 上記現フレーム信号の動きを検出する動
    き検出手段と、 この動き検出手段からの出力に応じて1フレームあるい
    は1フィールド遅延された信号を動き補償して上記フレ
    ーム間あるいはフィールド間予測信号として上記差分手
    段に送る構成を有することを特徴とする請求項1記載の
    映像信号の符号化装置。
  3. 【請求項3】 上記差分手段からの出力映像信号を直交
    変換した後に量子化したものを出力すると共に、この出
    力を局部復号化部にて逆量子化した後に逆直交変換し1
    フレームあるいは1フィールド遅延して上記フレーム間
    あるいはフィールド間予測信号として上記差分手段に送
    る構成を有することを特徴とする請求項1記載の映像信
    号の符号化装置。
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