JPH01238389A - 動画像の予測符号化方式 - Google Patents

動画像の予測符号化方式

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JPH01238389A
JPH01238389A JP63066200A JP6620088A JPH01238389A JP H01238389 A JPH01238389 A JP H01238389A JP 63066200 A JP63066200 A JP 63066200A JP 6620088 A JP6620088 A JP 6620088A JP H01238389 A JPH01238389 A JP H01238389A
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田之上 真喜子
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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】 〔目   次〕 概    要 産業上の利用分野 従来の技術(第12図) 発明が解決しようとした課題 課題を解決するための手段(第1〜3図)作   用(
第1〜3図) 実 施 例(第1〜第11図) 発明の効果 〔概   要〕 画像情報、特に動画像情報についての予測符号化方式に
関し、 符号化処理を施すブロックサイズを可変にすることを目
的とし、 該画像情報を含む所要の大きさのブロックを複数種類定
めておき、これらの各人きさのブロックについて、それ
ぞれフレーム間予測、動き補償予測およびフレーム内予
測を行うことにより、該各人きさのブロックについての
それぞれの予測誤差を求め、これらの予測誤差を第1の
評価手段で評価することにより、これらの予測誤差の中
から、該フレーム間予測、動き補償予測およびフレーム
内予測のいずれかによって求められた予測誤差を選択し
、ついで、該選択された予測誤差を第2の評価手段にお
いて、離散コサイン変換結果を加味して評価することに
より、該複数種類のブロックサイズの中から最適なブロ
ックサイズを決定するように構成する。
〔産業上の利用分野〕
本発明は、画像情報、特に動画像情報についての予測符
号化方式に関する。
例えば、テレビ電話やテレビ会議での画像信号について
いえば、その2つのフレーム間では対応する画像は一般
に似通った値を有するため、このようなフレーム間の情
報は強い相関をもつ。このために、このとき動画像につ
いて予測誤差をより小さくして画像信号の帯域帯環符号
化がより効率良く行われることが必要になって来ている
〔従来の技術〕
第12図は従来から用いられている動き補償付予測符号
化方式を示したもので、図中、1は量子化器、2はフレ
ームメモリ、3は可変遅延器、4は動き検出器、5は直
交変換器としての離散コサイン変換器(DCT)、6は
離散逆コサイン変換器(DC”l”)である。この方式
では、入力画面ブロックとフレームメモリ2に格納され
ている参照画面上の同位置及びその周辺のブロックとの
間で画素単位の差分の絶対値を動き検出器4でとり且つ
lブロック分累積し、その累積値が最も小さいブロック
が移動する前のブロックと予測してその予測ブロックを
可変遅延器3において移動分だけ遅延させてから次の入
力画面ブロックとの差分がとられる。
このようにして得られた差分信号はDCT5でコサイン
変換することにより周波数成分に分解され、周波数領域
で係数の量子化を量子化器lで行い、低周波成分の係数
から順に量子化伝送し、残りの量子化したDCT係数が
全て“O”になったときに「無効」情報を送るとともに
ブロックの伝送を終了させることにより、高周波成分の
圧縮を行っている。
また、受信側では丁度この逆の動作が行われる。
〔発明が解決しようとした課題〕
従来の動き補償方式では、1フレームを複数のブロック
に分割して各ブロックごとに動き補償を施すことが行わ
れるが、動き補償をかけるブロックサイズは画面の平坦
部でも変化の激しい部分でも同一であった。
一方、動き補償のブロックサイズは大きいほど、動き補
償の動き情報を伝送する情報量は少なく、また動き補償
により得られた画面と原画との差(誤差)は大きい。
従って、従来は、上述のごとく、画面のどんな部分でも
同じブロックサイズで動き補償を行っていたので、例え
ばブロックサイズが一様に大きいときには、画面の平坦
部では生じる誤差が少ないが、画面の変化が激しい部分
では誤差が大きく、また逆にブロックサイズが一様に小
さいときには、画面の変化が激しい部分では生じる誤差
が少ないが、画面の平坦部では誤差はブロックサイズが
大きいときとほぼ同じであるにもかかわらず余分な情報
量が増えてしまうという問題点があった。
本発明は、このような二律背反的な問題点を解決しよう
としたもので、符号化処理を施すブロックサイズを可変
にできるようにした動画像の動き補償付予測符号化方式
を提供することを目的としている。
〔課題を解決するための手段〕
第1図乃至第3図は、上記の目的を達成するための本発
明に係る動画像の予測符号化方式における、予測符号化
方式を示したもので、この第1図においては、予測方式
を決定するために、入力画像情報を含む複数種類のブロ
ックサイズについて、それぞれフレーム間予測、動き補
償予測およびフレーム内予測を行うことにより、各大き
さのブロックについてのそれぞれの予測誤差を求める手
段14.15.16と、これらの予測誤差の中から、該
フレーム間予測、動き補償予測およびフレーム内予測の
いずれか及びその予測誤差を選択する第1の評価手段1
7と、を備えている。
第2図は、第1図の評価手段17で求められた予測誤差
により、該複数種類のブロックの中から最適なブロック
サイズを決定する第2の評価手段22を示したもので、
この第2の評価手段22は。
全ブロックサイズのうちの隣り合った大小2つのブロッ
クについて順次行われたDCTの結果、無効となった大
きい方のブロックサイズか、又は、第1の評価手段17
からの大きいブロックサイズと小さいブロックサイズの
予測誤差の単位画素当たりの差の絶対値が所定しきい値
より小さい場合に、大きい方のブロックサイズを決定し
て伝送するものである。
この場合、本発明では、第2の評価手段22は、第3図
に示すように大小両ブロックのDCT情報量と該第1の
評価手段17からの予測方式の情報量との和を互いに比
較して、大きい方のブロックサイズの情報量の和の方が
小さければその大きいブロックサイズを決定して伝送す
ることもできる。
〔作  用) 第2図においては、第2の評価手段22は、比較する大
小2つのブロックの各DCT結果が、大きいブロックサ
イズについて無効となった時にそのブロックサイズを決
定するとともに、無効とならなかった場合でも、大小両
方のブロックサイズの各予測誤差の単位当たりの差の絶
対値が所定しきい値よりも小さければ、大きい方のブロ
ックサイズを決定するので、これを順次全ブロックにつ
いて行うことにより、画面の変化が平坦な部分について
は大きなブロックが選択され、画面の変化が激しい部分
に対しては小さなブロックが選択されることになる。
また、第3図のように、第2の評価手段が、更に大小両
ブロックのDCT情報量と第1の評価手段17からの予
測方式の情報量との和を互いに比較して、大きい方のブ
ロックサイズの情報量の和く小さい方のブロックサイズ
の情報量の和の関係にあれば、DCTの結果無効となっ
た場合と同様に平坦部分であるとして大きい方のブロッ
クサイズを選択することができる。
このようにして、画面の部分的な状態に応じてブロック
サイズを適応的に切り替えている。
〔実 施 例〕
まず、第1図及び第2図により本発明の一実施例を説明
する。
まず、第1図を説明すると、この第1図において、3は
可変遅延手段(VDLY)、4は動き検出・補償手段(
MC)、13は平均値算出手段、14はフレーム間予測
手段、15は動き補償予測手段、16はフレーム内予測
手段、17は第1の評価手段である。
ここで、動き補償手段4は、入力画像情報とフレームメ
モリ(図示せず)からの再生画像情報とを受けて動ベク
トル情報を可変遅延手段3へ出力する。
可変遅延手段3は、動ベクトル情報に従って再生画像を
遅延させて動き補償予測手段15へ出力する。
平均値算出手段13は、入力画像情報の平均値を計算し
てフレーム内予測手段16へ出力する。
フレーム間予測手段14は再生画像情報と入力画像情報
とを受けて、フレーム間予測による予測誤差を第1の評
価手段17へ出力し、動き補償予測手段15は入力画像
情報と可変遅延手段12からの遅延された再生画像情報
とを受けて、動き補償予測による予測誤差を第1の評価
手段17へ出力し、フレーム内予測手段16は入力画像
情報と平均値算出手段13からの出力とを受けて、フレ
ーム内予測による予測誤差を第1の評価手段17へ出力
する。
第1の評価手段17は、フレーム間予測手段14からの
予測誤差、動き補償予測手段15からの予測誤差、およ
びフレーム内予測手段16からの予測誤差を受けて、所
定の評価関数により上記の予測誤差を評価することによ
り、最適な予測方式を選定して出力ライン17aからそ
の最適な予測方式に関する情報を出力するとともに、選
ばれた予測方式の予測誤差を出力ライン17bから出力
する。
また、第2図において、20は第1の評価手段17から
の相対的に大きいサイズのブロックについての予測誤差
情報を出力するラインで、21ば予測誤差平均値算出手
段で、この予測誤差平均値算出手段21は第1の評価手
段17からの相対的に小さいサイズのブロックn個分(
小ブロツクn個で大ブロックの大きさに相当する)につ
いての予測誤差の平均値(大ブロックに換算した場合の
予測誤差)を算出するもので、その出力ライン21aを
通じて上記予測誤差の平均値情報が第2の評価手段22
へ入力される。
第2図の第2の評価手段22には、更に大ブロックのD
CT結果(OCTを行って量子化を行った場合の有効/
無効結果)がライン31から入力され、同じく小ブロッ
クのDCT結果がライン32から入力されている。尚、
DCT結果は、OCT後の量子化した係数が“0”とな
ったとき「無効」であり、そうでない場合は「有効」と
なる。
このような入力情報を受けて、第2の評価手段22は、
最適なブロックサイズを決定して出力ライン22aから
その情報を出力する。
以下に、この実施例について更に詳細に説明する。
まず、ブロックサイズを例えば第4図(a)〜(d)、
第5図に示すごと<32X32 (画素)、16X16
(画素)、8x8 (画素)、4X4(画素)という様
に複数種類予め定めておき、それぞれのブロックサイズ
について、ブロック毎に、フレーム間予測手段14、動
き補償予測手段15、およびフレーム内予測手段16に
おいて、それぞれフレーム間予測、動き補償予測、およ
びフレーム内予測を行い、その予測誤差を、ある定めら
れた評価関数を持った第1の評価手段17に入力し、評
価をした結果、どの予測方式を選ぶかを、第1の評価手
段17の出力ライン17aから出力し、また、選ばれた
予測方式の誤差を他の出力ライン17bから出力する。
なお、ブロックサイズの種類は、上記のごとく、4つと
し、32X32 (画素)、16X16.8×8.4X
4〔第4図(a) 〜(d)、第5図)としたが、ブロ
ックサイズは32X32を最大のブロックサイズとし、
このサイズで同じ処理が繰り返されるものとした。また
、これらのブロックサイズは倍数関係にあるので、lフ
レーム内での相対的な換算が可能となっている。
また、フレーム内予測は、第1図では、自分自身の(被
符号化ブロックの)平均値を計算する方式となっている
が、特にそのようには限らず、被符号化画像(入力画像
)の処理済みのブロック(例えば左や上のブロック)の
平均値を用いる方法でもよい。なお、フレーム内予測で
自分自身のブロックの平均値を用いる時は、どの予測方
式を選択したかという情報やその予測誤差を出力する他
、これと共に、自分自身のブロックの平均値も出力しな
ければならない。
次に、それぞれのブロックサイズについて最適な予測方
式を選ぶためのアルゴリズムを、第6図に示すフローチ
ャートを用いて説明する。
まず、ステップa1で、フレーム間予測、動き補償予測
およびフレーム内予測の予測誤差D XAN、D、c、
DH□を計算して入力するとともに、予めしきい値TH
を決めておく。
そして、次のステップa2において、フレーム間予測の
予測誤差D XANが最小値であるかどうかが判断され
るが、もしフレーム間予測の予測誤差D KAIIが最
小値であれば、ステップa2でYESルートをとって、
ステップa4で、フレーム間予測方式を採用することと
、その予測誤差D□、をそれぞれ第1の評価手段11の
出力ライン17a及び17bから出力する。
また、もしフレーム間予測の予測誤差り、、8が最小値
でなければ、、ステップa3において、フレーム間予測
の予測誤差D IIAMと動き補償予測の予測誤差DK
cとの差(絶対値)がしきい値TH以内かどうかを判断
するが、このステップa3でYESなら、ステップa4
で、フレーム間予測方式を採用することと、その予測誤
差D KANをそれぞれライン17a及び17bから出
力する。
一方、ステップa3で、NOなら、ステップa5におい
て、動き補償予測の予測誤差Dxcとフレーム内予測の
予測誤差I)、Ia+ とを比べ、動き補償予測の予測
誤差DMCの方が小さいなら、ステップa7で、動き補
償予測方式を採用することと、その予測誤差DNCをそ
れぞれライン17a及び17bから出力する。
そうでなければ、ステップa6で、動き補償予測の予測
誤差DNCと、フレーム内予測の予測誤差り、□との差
(絶対値)がしきい値TH以内なら、ステップa7で、
動き補償予測方式を採用することと、その予測誤差DM
Cをそれぞれライン17a及び17bから出力する。
また、ステップa6で、NOなら、ステップa8で、フ
レーム内予測方式を採用することと、その予測誤差DM
□をそれぞれライン17a及び17bから出力する。
このようにして、最適な予測方式が選ばれるが。
この場合、動きが少ないと、フレーム間予測が選ばれ、
動きが多くなるに従い、順に動き補償予測、フレーム内
予測が選ばれる。
次に、第2の評価手段22におけるブロックサイズの決
定の仕方について説明する。
かかるブロックサイズ決定操作は、まず、32×32と
16X16について行い、次に16×16と8×8.8
×8と4×4の順で大ブロツク対小ブロックの関係にお
いて行い、同じ処理が繰り返される。
すなわち、上記のようにして、それぞれのブロックサイ
ズの予測方式と、予測誤差が第1の評価手段17で決定
されると、次にブロックサイズの決定を行うが、この場
合、大ブロックの予測誤差と、次に小さい小ブロックの
予測誤差の平均値(これは大ブロックの大きさで、小ブ
ロンクがn個分とした)とを第1の評価手段17から第
2の評価手段22(この第2の評価手段22の有する評
価関数は第1の評価手段17の有するものと同一でもよ
い)に入力し、更に大ブロック及び小ブロックのDCT
結果を入力することにより、この第2の評価手段22の
評価関数により選ばれたブロックサイズとその予測誤差
を出力ライン22a、22bから出力する。
次に、ブロックサイズを決定するための第2の評価手段
22のアルゴリズムを、第7図に示すフローチャートを
用いて説明する。
まず、ステップblでは、大ブロックの32×32で得
られた予測誤差に対するDCT結果が、無効(量子化器
の量子化係数が“0”になった場合)ブロックであれば
ブロックサイズを32×32として決定する(ステップ
b2)。
そうでなければ、次に大きいサイズの16X16ブロツ
クについてのDCT結果が無効ブロックになればブロッ
クサイズを16X16として決定する(ステップb3、
b4)、このステップは、32X32のブロック中に1
6X16のブロックが4つ存在するので、それぞれにつ
いて行う。
そうでなければ、ステップb5において、16×16の
ブロックの予測誤差の平均値(1画素当たりの予測誤差
)と、より小さい8X8 (4個)のブロックの予測誤
差の平均値との差がと2きい値TH,以下ならブロック
サイズを16X16を決定する(ステップb4)。
そうでなければ、ステップb6において、8×8のブロ
ックについてのDCT結果が無効ブロックになればブロ
ックサイズを8×8として決定する(ステンブb7)、
このステンブも16X16のブロック中、8×8は4つ
存在するので、それぞれについて行う。
そうでなければ、8×8のブロックの予測誤差の平均値
と、4×4のブロック(4個)の予測誤差の平均値との
差がしきい値TH,以下なら、ブロックサイズを8×8
としくステップ1))(、bT)、そうでなければブロ
ックサイズを4×4として決定する(ステップb9)。
尚、上記のように選択されたブロックサイズは第2の評
価手段22の出力ライン22aから出力される。また、
ステップb1とb3の間に32×32と16X16の予
測誤差の比較を特に設けていないのは、はとんどの場合
、両者の差がしきい値を越えてしまうことが実験により
明らかとなっているからである。
第8図は、第3図に示した第2の評価手段22において
ブロックサイズを決定するための本発明の一実施例を示
したフローチャート図で、この実施例では、大小2つの
ブロックサイズを比較しながらいずれかのブロックサイ
ズを決定するもので、まず大ブロックについてのDCT
結果が無効になったら大ブロツクサイズを選択する(ス
テップC1、C2)。
そうでないときは、大ブロックの予測方式の情報量(動
き補償方式の場合は動ベクトル情報、フレーム間予測方
式の場合はその方式情報、フレーム内や測方式の場合は
平均値情報)と、予測誤差&’Th D CTをかけた
時の情報量との和を、小ブロックのP測方式の情報量と
DCT情報量の和と比較し、大ブロックの方が小さけれ
ば大ブロックを選?76、1″るが(ステップC3、C
I)、そうでない時は、小ブロックを選択する(ステッ
プC3、C4)。
これらのステップは最初、32X32の大ブロックと1
6X16の小ブロックとを比較し、大ブロックが選択さ
れたときはそのブロックサイズ情報が受信側に送られる
が、そうでない場合には、今魔は16X16の大ブロッ
クと8×8の小ブロックとを比較する。このように隣り
合ったブロック同士を比較し、大きい方のブロックサイ
ズか又は4×4の最小のブロックサイズの情報が送られ
ることになる。
尚、選択されたブロックサイズとともにそのプロ、クサ
イズの予測方式の情報量とDCTの情報量との和も同時
に伝送する必要がある。
このようにして、最適なブロックサイズが選ばれる。こ
の場合、動きが少ないと、最大のブロックサイズ(32
X32)が選ばれ、動きが多くなるにしたがい、順に小
さなブロックサイズ(16X16→8×8→4×4)が
選ばれる。
なお、小ブロツクn個分の予測誤差の平均値の計算方法
は、予測誤差の計算方法によって異なるので、特に第1
図の通りにしなければならない等の限定はせず、大ブロ
ックの大きさでの小ブロックがn個集まった時の予測誤
差の平均値が計算できれば良い。
また、この第1図では、予測誤差を、絶対値誤差とし、
た時の計算方法である。
ところで、この実施例のフロー等や、第4図(a)〜(
d)および第5図のブロックサイズや対応する位置関係
などから、32X32を1つの大きなブロックの単位と
したと、本方式によるデータ構造GJ7第9図のように
4分岐4段のツリー状となり、この中で、評価関数によ
り最適な経路をたどることとなる。
本実施例の処理結果の例を第10.11図に示す。
第10図は、第9図にならって、処理結果の例を図示し
、第11図(a)は第1O図の16×16における位置
関係を示し、第11図(b)は第10図に対応した画面
の分割例である。
なお、この実施例において、決定した予測方式とブロッ
クサイズの大きさ(並びにフレーム内子測方式を採用し
た場合の平均値情報)は受信側にも伝送する。
このように、本方式では、ブロックの大きさの情報およ
び予測方式の種類を受信側に伝送するものの平坦部はブ
ロックサイズを大きくし、変化の激しい部分ではブロッ
クサイズを小さくし、また両面の局部的な性質に合わせ
て予測の方法を適応的に切り替えるため、全体として伝
送効率の向上を図れるものである。
尚、上記の実施例に加えて、第1及び第2の評価手段に
おいて、それぞれDCT情報量に、各予測方式の符号長
及びその重み係数を乗じた判定数をDCT情報量の代わ
りに用いても同様の結果が得られる。
[発明の効果〕 以上詳述したように、本発明によれば、ブロックの大き
さの情報および予測方式の種類を受信側に伝送するもの
の、従来から用いられているDCTの演算結果を基に平
坦部又は変化の激しい部分を検出し、それぞれに応じて
ブロックサイズを大きくしたり小さくしたりするので、
画面の平坦部及び変化の激しい部分いずれに対しても最
適なブロックサイズが選択されることになり、全体とし
て伝送効率の向上を図れる利点がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明において予測方式を決定するための原理
構成図、 第2図は本発明においてブロックサイズを決定するため
の原理構成図、 第3図は本発明においてプロ・〉クサイズを決定するた
めの別の原理構成図、 第4図(a)〜(d)および第5図はいずれもブロック
の分割方法を説明する図、 第6図は本発明において予測方式を決定するためのフロ
ーチャート図、 第7図は本発明においてブロックサイズを決定するため
のフローチャート図、 第8図は本発明においてブロックサイズを決定するため
のフローチャート図、 第9図は本発明の実施例におけるデータ構造図、第10
図は本発明の実施例においである評価関数により定めら
れた経路を説明するための模式図、第11図(a)、(
b)はいずれも本発明の実施例における処理結果を示す
模式図、 第12図は従来から良く知られた動画像の予測符号化方
式を示したブロック図、である。 図において、 3は可変遅延手段、 4は動き補償手段、 14はフレーム間予測手段、 15は動き補償予測手段、 16はフレーム内予測手段、 17は第1の評価手段、 22は第2の評価手段。 図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。 七―σ′ 74−−一−フレーム闇予測手段  16−−−フレー
ム内予)列手段本発明にbいマ予′/則方式砒犬定■る
ための原理図鵠1図 驚3図 (α)     (b)     Cc)     (
d)絶4図 ブロックのけ別方法を説明ず夕図 莞5図 本弁明におい7予規り方式を決定するためのフローチャ
ート莞6図 銚7図 第9図 e4測’5%      i’予〉則のための情報量 
     4x4(pet)C: i冗妊Iこブロック
   e :tLt’n勾〃ちたフロック(α)   
                (b)$発明におσ
夕几理結果を示すブbツクサイズ゛の模式図鋼11図 従来図 第12図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)入力画像情報を含む所要の大きさのブロックを複
    数種類定めておき、これらの各大きさのブロックについ
    て、それぞれフレーム間予測、動き補償予測およびフレ
    ーム内予測を行うことにより、各大きさのブロックにつ
    いてのそれぞれの予測誤差を求める手段(14、15、
    16)と、これらの予測誤差の中から、該フレーム間予
    測、動き補償予測およびフレーム内予測のいずれかと、
    その予測誤差を選択する第1の評価手段(17)と、該
    選択された予測誤差により、該複数種類のブロックの中
    から最適なブロックサイズを決定する第2の評価手段(
    22)とを備えた動画像の予測符号化方式において、該
    第2の評価手段(22)が、全ブロックサイズの内隣り
    合った大小2つのブロックサイズについて順次行われた
    離散コサイン変換の結果、無効となった大きい方のブロ
    ックサイズ、又は該第1の評価手段(17)からの大き
    いブロックサイズと小さいブロックサイズの予測誤差の
    単位画素当たりの差の絶対値が所定しきい値より小さい
    場合に大きい方のブロックサイズを決定して伝送するこ
    とを特徴とした方式。
  2. (2)該第2の評価手段(22)が、全ブロックサイズ
    のうち隣り合った大小2つのブロックサイズについて順
    次行われた離散コサイン変換の結果、無効となった大き
    い方のブロックサイズ、又は大きいブロックサイズと小
    さいブロックサイズの離散コサイン変換情報量、及び該
    第1の評価手段(17)からの予測方式の情報量との和
    を互いに比較し、大きいブロックサイズの方の情報量の
    和の方が小さければ該大きいブロックサイズを決定して
    伝送することを特徴とした請求項1に記載の方式。
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