JPH0563988A - 適応ｄｃｔ／ｄｐｃｍ符号器による映像信号符号化方法 - Google Patents

適応ｄｃｔ／ｄｐｃｍ符号器による映像信号符号化方法

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JPH0563988A
JPH0563988A JP21955491A JP21955491A JPH0563988A JP H0563988 A JPH0563988 A JP H0563988A JP 21955491 A JP21955491 A JP 21955491A JP 21955491 A JP21955491 A JP 21955491A JP H0563988 A JPH0563988 A JP H0563988A
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 入力フレームはより小さい画素データのブロ
ックに分割され、そこで各ブロックはエッジ検出１にか
けられる。このエッジ検出はブロックそれ自身および周
りのブロックのアクティビティを調べ、ブロックがエッ
ジブロックとして分類されうるかどうかを決定する。ブ
ロックが非エッジブロックとして分類されると、動き補
償を伴うあるいは伴わない従来のＤＣＴ符号化方法が前
記ブロックに適用される。他方、ブロックがエッジブロ
ックとして分類されると、ブロックは以前に符号化され
たフレームを適宜参照する画素値推定プロセスにかけら
れ、量子化プロセス９，１０，１５，１６および可変長
符号によるランレングス符号化プロセス１３にかけられ
る。 【効果】 ブロックの画素値の相関を除くより効率的な
ＤＰＣＭ方法を用いることにより、変換符号化技術に通
例のエッジ周辺でのリンギング作用を減少させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル記憶メディ
アおよび伝送メディアのための高品質な映像信号の符号
化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】離散的余弦変換（ＤＣＴ）は、ディジタ
ルカラービデオ信号の帯域幅圧縮に広く用いられてきて
いる。それは、ＩＳＯ／ＷＧ１１ＭＰＥＧ（動画専門家
グループ）により、約１．１５メガビット／秒のデータ
転送速度での動画情報の符号化表示に対し、国際標準化
機構（ＩＳＯ）への推薦のために採用された基本方法で
ある。図２はＭＰＥＧにより提案された方法を説明する
ブロック線図である。図２において、４０は動き検出プ
ロセス、４１はフレームメモリ、４２はフレーム予測
器、４３はフレームメモリ、４４はスイッチ、４５はＤ
ＣＴ、４６はＭ量子化器、４７はジグザク走査器、４８
は可変長符号化器、４９は転送速度制御器、５０は逆Ｍ
量子化器、５１は逆ＤＣＴである。このＭＰＥＧにより
提案された基準においては、動き補償技術とＤＣＴ符号
化方法の組合わせが用いられる。ＤＣＴ符号化方法は、
動き補償された又はされない入力ブロックの離散的余弦
変換、ＤＣＴ係数の量子化マトリックスおよび転送速度
制御器に基づく量子化、量子化されたＤＣＴ係数のジグ
ザグ走査、および量子化されたＤＣＴ係数の長さおよび
レベルの可変長符号化を含んでいる。この方法の詳細な
説明は、『「ＭＰＥＧビデオ・シミュレーション・モデ
ル・スリー（以下、ＳＭ３と略する」、ＩＳＯ−ＩＥＣ
／ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ８，ＭＰＥＧ９０／０．４
１，１９９０』に掲載されている。
【０００３】ＳＭ３の基本的符号化方法は、様々な入力
ビデオフォーマットに適用され、ビデオ信号を異なるデ
ータ転送速度で符号化する際に応用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】基本的には、ＤＣＴは
統計的に、従属する画像要素（画素）を独立した係数に
変換する。その結果は一般に、画像情報の主要部を含む
ほんの少しの係数に集中されたエネルギーであり、この
エネルギーは量子化およびランレングス符号化される。
しかし、変換画素ブロックのサイズが小さく、それが対
象のエッジ境界を含む場合、このコンセプトを適用する
ことは容易ではない。そのようなエッジブロックの変換
は、信号エネルギーの効率的な圧縮につながらないであ
ろう。この問題を説明するために以下、表１、表２、表
３、表４に、そのうちの１つはエッジを含んでいる、８
×８画素から成るブロックを２つイメージシーケンスか
ら取り出して示し、さらにこれら２つを２次元的に離散
的余弦変換したものを同時に示す。なお表１は非エッジ
ブロック例、表２はこれを離散的余弦変換した例、表３
エッジブロックの例、表４はこれを離散的余弦変換した
ものである。
【０００５】
【表１】
【０００６】
【表２】
【０００７】
【表３】
【０００８】
【表４】
【０００９】非エッジブロックに関して、変換後のブロ
ックのエネルギーがＤＣ係数（左上の角）とその近くの
２つのＡＣ係数に集中しているのがわかる。他方、変換
されたエッジブロックのＡＣエネルギーはでたらめに配
分されている。そのような変換されたブロックは符号化
するのが非常に困難であり、変換符号化方法に通例のエ
ッジの周囲でのリンギング作用（コロナ作用）につなが
る。
【００１０】
【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
すべく、差分パルス符号変調（ＤＰＣＭ）方法がＤＣＴ
方法と比較してエッジブロックの画素値の相関を解く点
でより良い効率をもつことを見い出した。エッジブロッ
クにおいてＤＰＣＭ方法の利点を利用するために、適応
符号器は２つの符号化方法、即ち、エッジブロックに対
し最適化されたＤＰＣＭ符号器および非エッジブロック
に対し最適化されたＤＣＴ符号器を用いて符号化を行な
い、入力画素ブロックを分類し正しい符号器を選択する
ための最適化された選択プロセスをもって設計されるも
のである。
【００１１】
【作用】本発明において、ビデオシーケンスの入力フレ
ームはより小さい画素データのブロックに分割され、そ
こで各ブロックはエッジ検出器にかけられる。このエッ
ジ検出器はブロックそれ自身および周りのブロックのア
クティビティを調べブロックがエッジブロックとして分
類されうるかどうかを決定する。ブロックが非エッジブ
ロックとして分類されると、動き補償を伴うあるいは伴
わない従来のＤＣＴ符号化方法（例えばＳＭ３）がブロ
ックに適用される。他方、ブロックがエッジブロックと
して分類されると、ブロックは以前に符号化されたフレ
ームを参照する又は参照しない画素値推定プロセスにか
けられ、量子化プロセス、および可変長符号によるラン
レングス符号化プロセス、即ち、ＤＰＣＭプロセスが続
く。
【００１２】
【実施例】本発明の好ましい実施例は、図１に示される
機能ブロック線図により最も良く説明される。ビデオ信
号符号器へ入力されるフレームは、まず、ディジタル化
され、そして空間的に重ならない画素データのブロック
に分割される。合理的な適応性レベルを与えるために８
×８画素のブロックサイズを用いることができる。各々
分割されたブロックは、それからエッジ検出プロセス１
および動き検出プロセス２に導かれる。
【００１３】エッジ検出プロセス１において、各入力ブ
ロックのアクティビティの量が計算され、予め定義され
たしきい値ｔ1 と比較される。ブロックの振幅値から平
均値を引いた偏差の平方の和を、ブロックアクティビテ
ィの表示として用いることができる。計算されたアクテ
ィビティがｔ1 より大きければ、周辺ブロックのアクテ
ィビティが別のしきい値ｔ2 と比較される。周辺ブロッ
クのアクティビティのどれか１つがｔ2 以下であれば、
入力ブロックはビデオシーケンスにおける対象と滑らか
な背景又は領域との間の境界ブロックと見なされる。そ
のような場合、入力ブロックはエッジブロックとして分
類される。しきい値ｔ1 およびｔ2 の決定は実験に基づ
いて行われ、各々５３００と１０００が１つの合理的な
組合せであることが見い出された。
【００１４】動き検出プロセス２は、フレームメモリ３
に記憶された時間的に近い参考フレームを参照して入力
ブロックに対し動きベクトルを評価するものである。前
記参考フレームは、図１に示されたオリジナルの未処理
フレームであるか、又は以前の符号化されたフレームを
用いることができる。上述したＳＭ３のアルゴリズムに
記述されているような二方向性動き検出も本発明におい
て適用することができる。
【００１５】エッジ検出プロセス１の結果が、スイッチ
Ｓ1 （４）およびスイッチＳ2 （５）の出力を決定す
る。エッジブロックの場合、スイッチＳ1 （４）および
スイッチＳ2 （５）は共に位置Ａにつながれる。それ
故、入力ブロックはＤＰＣＭプロセスにかけられる。他
方、入力ブロックが非エッジブロックの場合スイッチＳ
1 およびスイッチＳ2 は共に位置Ｂにつながれる。この
場合、入力ブロックは基本的にＤＣＴプロセスにかけら
れる。スイッチＳ2 はまた、ブロックがどのフレームと
の動き参照もないＤＣＴ方法を用いて符号化される場
合、後に、位置Ｏ（非出力）に設定されることができ
る。
【００１６】ＤＰＣＭプロセスにおいては、入力ブロッ
クの画素値が走査され、画素ごとに推定プロセスにかけ
られる。推定プロセスは、２つの要素、即ち、空間予測
器６およびフレーム予測器７から成り、それが基本的
に、フレームメモリ８又は局地的に空間予測器６に記憶
された過去の近辺画素の符号化された値に基づいて、現
在の入力画素の値を予測する。空間予測は、現在の画素
位置の左および上の画素の、符号化された値の平均に等
しい出力をもたせることにより容易に実現される。多く
の適応予測器が存在し、これらが、より良い予測を行な
うために本発明に適用されるかもしれない。
【００１７】フレーム予測器７は、過去の符号化された
フレームとの時間又は動き補償を伴う参照フレームを用
いて画素値予測を行ない、また現在の入力ブロックに属
さない過去の符号化された画素値を得るよう機能する。
空間予測器およびフレーム予測器の組合わせは、２つの
モード、即ち内部符号化および予測符号化モードにおい
て操作されることができる。他のフレームが参照されな
い内部符号化モードにおいて、時間予測器は現在の入力
ブロックに属さない過去の符号化された画素値（主に左
および上からの画素値）を空間予測器に供給し、そこで
ブロックの各画素の値が、概に述べられた方法を用いて
予測されることができる。推定符号化モードの場合、フ
レーム予測器は、ＳＭ３のアルゴリズムに類似した方法
により、評価された動きベクトルを用いて参照フレーム
から選択された動き置換ブロック又は動き補間ブロック
を得る特別の機能を空間予測器に提供する。空間予測器
はこの場合、特別な動き置換ブロック又は動き補間ブロ
ックを利用し、３次元予測を実行する。それ故、予測器
は、現在の画素の左又は上の符号化された画素値、また
前記動き置換又は補間ブロックの相応する画素位置の画
素値を符号化した値を適応的に利用する。
【００１８】現在の画素の値と予測値との差である予測
誤差は、転送速度制御器１１により設定される量子化器
ステップにより制御される量子化器９によって量子化さ
れる。量子化器９としての一実施例が、ベルント・ジロ
ッドその他による論文『「カラーテレビジョン信号の適
応フレーム内部／フレーム間ＤＰＣＭ符号化のための雑
音整形量子化の主観的評価」，ＩＥＥＥ通信会報、第３
６巻、第３号、１９８８年３月、３３２−３４６ペー
ジ：「A Subjective Evaluation of Noise-Shaping Qua
ntization for Adaptive Intra-/Interframe DPCM Codi
ng of Color Television Signals」，IEEE Transaction
on Communication, Vol.36, No.3, March1988, pp.332
-346 』に記述されたＢ量子化器である。Ｂ量子化器の
特徴は、量子化誤差ｅを制限するマスキング関数ｍ
（ｅ）により定義される。マスキング関数は以下の式に
より与えられる。
【００１９】
【数１】
【００２０】それ故、出力量子化ノイズと符号化された
情報の量は、基本的にただ１つのパラメータｂによって
制御される。転送速度制御器１１は、可変長符号器１３
により生み出される出力情報（又はビット）の量を監視
し、Ｂ量子化器９に対し周期的に量子化器ステップの値
を設定し、Ｂ量子化器９がｂの値を制御する。転送速度
制御器１１の１つの実施例は、ＳＭ３のアルゴリズムで
用いられているものである。この場合、従来例で述べた
ＳＭ３の転送速度制御器の出力量子化器のステップ巾が
調整され値ｂを得るようオフセットされる。
【００２１】Ｂ量子化器の出力は、多くのゼロ係数から
成り、残りの値は小さい（ほぼ値として１をもつ）。そ
れ故、Ｂ量子化器の出力は、ＳＭ３のアルゴリズムにお
いて用いられている、Ｂ量子化器出力のゼロ係数の個数
および非ゼロ係数のレベルを作り出すジグザグ走査器１
２によりランレングス符号化されることができる。ジグ
ザグ走査器１２の各出力であるゼロの個数およびレベル
のペアはさらに可変長符号器１３により可変長符号によ
って符号化される。本発明における可変長符号器１３の
一実施例として、ＳＭ３に述べられている可変長符号器
がある。
【００２２】入力ブロックがエッジ検出器１により非エ
ッジブロックとして分類されると、入力ブロックは、基
本的には推定された動きベクトルを用いる入力ブロック
のフレーム間予測７、動き補償、動き補償されたブロッ
クのＤＣＴ係数への離散的余弦変換１４、量子化器マト
リックス（Ｍ量子化）および転送速度制御器１１により
制御される量子化器ステップを用いるＤＣＴ係数の量子
化１５、量子化された係数のジグザグ走査１２（ランレ
ングス符号化）、および符号化されたシーケンスの出力
ビットストリームを生み出すために走査された係数の可
変長符号化１３から成るＳＭ３のアルゴリズムのような
従来のＤＣＴ符号化方法により符号化される。
【００２３】本発明に相応する映像信号復号装置の一実
施例を図３に示す。この実施例において、復号化された
映像信号又はビットストリームは逆ジグザグ走査器２１
によって後に続くデマルチプレクサ／ＶＬＣ復号器２０
に入力される。逆ジグザグ走査器２１は可変長符号化さ
れたランレングス符号をデマルチプレクスおよび復号
し、符号化されたフレームの各ブロックの量子化された
係数を再構成する。復号された量子化係数ブロックは、
それが前記離散的余弦変換符号化プロセスにより符号化
されていれば、逆Ｍ量子化プロセス２２、および逆離散
的余弦変換（ＤＣＴ）プロセス２３にかけられる。復号
された量子化係数ブロックが前記動き補償プロセスを用
いて符号化されていれば、動き置換ブロックは伝送され
た動きベクトルを用い時間予測器２４により予測され、
逆ＤＣＴプロセス２３の出力に加えられる。再構成され
たブロックはフレームバッファ２５に導かれる。復号さ
れた量子化係数ブロックが前記差分パルス符号変調プロ
セスにより符号化されていれば、ブロックの各係数は逆
Ｂ量子化器２６により逆量子化され、相応するフレーム
予測器２４および空間予測器２７によって決定された推
定画素値を加えられ、再構成されたブロックは前記フレ
ームバッファ２５に導かれる。
【００２４】
【発明の効果】従来のＤＣＴ符号化方法は、空間的に相
関した画素値をもつブロックを符号化する点で効率的で
ある。しかし、ブロックが滑らかな背景に対する対象の
エッジ境界を含んでおれば、ブロックの画素値の空間的
相関は低く、ブロックの２次元離散的余弦変換はブロッ
ク信号エネルギーの効率的圧縮につながらない。そのよ
うなブロックのＤＣＴ係数の量子化プロセスは、通例、
マスクすることのできない大きいひずみ又は量子化ノイ
ズを引き起こす。本発明はこれらエッジブロックに対し
ＤＣＴ符号化方法を用いることを避け、その代わりにブ
ロックの画素値の相関を除くにより効率的なＤＰＣＭ方
法を用いる適応ＤＣＴ／ＤＰＣＭ符号器は、変換符号化
技術に通例のエッジの周囲でのリンギング（コロナ）作
用を減少させた。本発明を用いて再構成された映像信号
シーケンスの主観的質は、ＳＭ３に述べられている方法
以上の改善を示した。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例における適応ＤＣＴ／ＤＰＣ
Ｍ符号化方法のブロック線図
【図２】本発明の先行技術であるＳＭ３符号化アルゴリ
ズムを説明するブロック線図
【図３】本発明の映像信号符号化方法に対応する復号器
のブロック線図
【符号の説明】
１ エッジ検出プロセス ２ 動き検出プロセス ６ 空間予測プロセス ７ フレーム予測プロセス ９ Ｂ量子化プロセス １０ 逆Ｂ量子化プロセス １１ 転送速度制御器 １２ ジグザグ走査器 １３ 可変長符号器 １４ ＤＣＴ １５ Ｍ量子化プロセス １６ 逆Ｍ量子化プロセス １７ 逆ＤＣＴ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】入力ビデオ信号の各フレームをより小さい
    画素データのブロックに分割するステップと各ブロック
    をエッジ検出器にかけ、前記エッジ検出器は前記ブロッ
    クおよびその周りのブロックを調べ、前記ブロックがエ
    ッジブロックとして分類されうるかを決定するステップ
    と前記ブロックがエッジブロックとして分類されなけれ
    ば、前記ブロックを離散的余弦変換符号化プロセスにか
    け、そこで前記ブロックはＤＣＴ係数に離散的余弦変換
    され、量子化され、ジグザグ走査され、可変長符号によ
    りランレングス符号化されるステップと前記ブロックが
    エッジブロックとして分類されると、それは差分パルス
    符号変調プロセスにかけられ、そこで前記ブロックの画
    素値の各々が推定され、前記画素値と推定値の差が量子
    化され、可変長符号によりランレングス符号化されるス
    テップとから成る映像信号符号化方法。
  2. 【請求項２】ブロックを離散的余弦変換符号化プロセス
    又は差分パルズ符号変調プロセスにかける前に、前記ブ
    ロックが時間的冗長を減ずるために動き補償プロセスに
    かけられる請求項１記載の映像信号符号化方法。
  3. 【請求項３】可変長符号化されたランレングス符号を復
    号し、符号化されたフレームの各ブロックの量子化され
    た係数を再構成するステップと各復号された量子化され
    た係数ブロックをそれが前記離散的余弦変換符号化プロ
    セスにより符号化されていれば、逆量子化プロセス、逆
    離散的余弦変換プロセスにかけ、前記係数ブロックが前
    記動き補償プロセスを用いて符号化されていれば逆動き
    補償プロセスにかけ、フレームバッファに置かれるべき
    ブロック画素値を再構成するステップと復号された量子
    化された係数ブロックが差分パルス符号変調プロセスに
    より符号化されていれば、ブロックの各係数は逆量子化
    されて推定画素値を加えられ、再構成されたブロックが
    前記フレームバッファに置かれるステップとから復号が
    成される請求項１または請求項２記載の映像信号符号化
    する方法。
JP21955491A 1991-08-30 1991-08-30 映像信号符号化装置 Expired - Lifetime JP2507204B2 (ja)

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Cited By (9)

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