JPH10200901A - 動画像符号化装置 - Google Patents
動画像符号化装置Info
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- JPH10200901A JPH10200901A JP457197A JP457197A JPH10200901A JP H10200901 A JPH10200901 A JP H10200901A JP 457197 A JP457197 A JP 457197A JP 457197 A JP457197 A JP 457197A JP H10200901 A JPH10200901 A JP H10200901A
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- H04N19/42—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals characterised by implementation details or hardware specially adapted for video compression or decompression, e.g. dedicated software implementation
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- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
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- H04N19/61—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using transform coding in combination with predictive coding
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- Multimedia (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 少ないフレームメモリ素子数によりノイズリ
デュース処理と動き補償予測符号化処理を実現できる動
画像符号化装置を得る。 【解決手段】 フレームメモリ11とメモリ制御ユニッ
ト12間において、ノイズリデューサユニット13から
現画像の入力、ノイズリデューサユニット13へ前
画像の出力、動き補償予測符号化ユニット14へ符号
化画像の出力および参照画像の出力、並びに動き補償
予測符号化ユニット14から局所復号画像の入力の、
少なくとも5種類の画像信号の転送を時分割処理で行
う。フレームメモリ11とメモリ制御ユニット12の間
のインターフェイスは、ビデオ信号入力レートの少なく
とも5倍以上の転送能力を持ち、少ないフレームメモリ
11の素子数でノイズリデュース処理と動き補償予測符
号化処理が可能となる。
デュース処理と動き補償予測符号化処理を実現できる動
画像符号化装置を得る。 【解決手段】 フレームメモリ11とメモリ制御ユニッ
ト12間において、ノイズリデューサユニット13から
現画像の入力、ノイズリデューサユニット13へ前
画像の出力、動き補償予測符号化ユニット14へ符号
化画像の出力および参照画像の出力、並びに動き補償
予測符号化ユニット14から局所復号画像の入力の、
少なくとも5種類の画像信号の転送を時分割処理で行
う。フレームメモリ11とメモリ制御ユニット12の間
のインターフェイスは、ビデオ信号入力レートの少なく
とも5倍以上の転送能力を持ち、少ないフレームメモリ
11の素子数でノイズリデュース処理と動き補償予測符
号化処理が可能となる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、動画像圧縮符号化
技術を用いた動画像符号化装置に関する。
技術を用いた動画像符号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、動画像符号化装置に適用される動
画像信号の圧縮符号化技術として、MPEG−1(IS
O/IEC IS 11172−2)、MPEG−2
(ISO/IEC IS 13818−2,ITU−T
勧告H.262)と呼ばれる国際規格がある。これら両
規格とも動き補償予測符号化方式として、順方向および
逆方向の動き補償を採用しており注目を集めている。
画像信号の圧縮符号化技術として、MPEG−1(IS
O/IEC IS 11172−2)、MPEG−2
(ISO/IEC IS 13818−2,ITU−T
勧告H.262)と呼ばれる国際規格がある。これら両
規格とも動き補償予測符号化方式として、順方向および
逆方向の動き補償を採用しており注目を集めている。
【0003】図7は、順方向および逆方向の画面内の動
き補償を概念的に表している。図中の画面(またはピク
チャ)I0は、画面内符号化画面(以下、Iピクチャと
も言う)と呼ばれる画面であり、動き補償を用いず、そ
の画面内のみの情報を用いて符号化される。
き補償を概念的に表している。図中の画面(またはピク
チャ)I0は、画面内符号化画面(以下、Iピクチャと
も言う)と呼ばれる画面であり、動き補償を用いず、そ
の画面内のみの情報を用いて符号化される。
【0004】次に順方向動き補償予測符号化画面(以
下、Pピクチャとも言う)である画面P3が、Iピクチ
ャI0を参照画面として動き補償予測符号化される。な
おここでは、例としてIピクチャとPピクチャ間の距離
(以下、M)を「3」としている。
下、Pピクチャとも言う)である画面P3が、Iピクチ
ャI0を参照画面として動き補償予測符号化される。な
おここでは、例としてIピクチャとPピクチャ間の距離
(以下、M)を「3」としている。
【0005】IピクチャI0およびPピクチャP3の符
号化が完了したのちに、両方向動き補償予測符号化画面
(以下、Bピクチャとも言う)である画面B1が符号化
される。BピクチャB1では時間的に前の画面であるI
ピクチャI0からの順方向動き補償、および入力として
は時間的に後であるPピクチャP3からの逆方向動き補
償、をそれぞれ行う。さらにBピクチャB1の符号化に
続いて次のBピクチャB2の符号化が行われる。
号化が完了したのちに、両方向動き補償予測符号化画面
(以下、Bピクチャとも言う)である画面B1が符号化
される。BピクチャB1では時間的に前の画面であるI
ピクチャI0からの順方向動き補償、および入力として
は時間的に後であるPピクチャP3からの逆方向動き補
償、をそれぞれ行う。さらにBピクチャB1の符号化に
続いて次のBピクチャB2の符号化が行われる。
【0006】図8および図9に画像入力と符号化処理の
時間関係を示す。図8が順方向動き補償のみを行う場合
であり、図9が順方向動き補償および逆方向動き補償を
行う場合である。先ず図8で示される順方向動き補償の
みの場合は、画像入力と符号化処理のデータの扱い方の
違いによる遅延が発生する。すなわち、画像入力では通
常ライン単位の走査でデータが供給されるが、符号化処
理においては、例えばMPEG−1,2の場合では、1
6×16画素で構成されるマクロブロックが符号化を行
う為の単位となる。このため、予め16ラインの画像入
力が必要である。
時間関係を示す。図8が順方向動き補償のみを行う場合
であり、図9が順方向動き補償および逆方向動き補償を
行う場合である。先ず図8で示される順方向動き補償の
みの場合は、画像入力と符号化処理のデータの扱い方の
違いによる遅延が発生する。すなわち、画像入力では通
常ライン単位の走査でデータが供給されるが、符号化処
理においては、例えばMPEG−1,2の場合では、1
6×16画素で構成されるマクロブロックが符号化を行
う為の単位となる。このため、予め16ラインの画像入
力が必要である。
【0007】図9で示される逆方向動き補償予測符号化
方式を用いた場合、画面の入力順序と符号化順序が異な
る点に注意を要する。ここでは、Iピクチャの間隔であ
るGOPを「15」、Mを「3」としている。Iピクチ
ャとPピクチャとからだけなる順方向動き予測を用いた
場合でも、参照画面の保持の為にフレームメモリが必要
である。しかし、図9からも明らかなように、Bピクチ
ャ符号化は、逆方向動き補償予測において参照画面とな
るIピクチャまたはPピクチャ符号化処理が完了するの
を待つ必要がある。その待ち時間の間、Bピクチャの原
画像を保持するためM値に応じて多くのフレームメモリ
が必要となる。
方式を用いた場合、画面の入力順序と符号化順序が異な
る点に注意を要する。ここでは、Iピクチャの間隔であ
るGOPを「15」、Mを「3」としている。Iピクチ
ャとPピクチャとからだけなる順方向動き予測を用いた
場合でも、参照画面の保持の為にフレームメモリが必要
である。しかし、図9からも明らかなように、Bピクチ
ャ符号化は、逆方向動き補償予測において参照画面とな
るIピクチャまたはPピクチャ符号化処理が完了するの
を待つ必要がある。その待ち時間の間、Bピクチャの原
画像を保持するためM値に応じて多くのフレームメモリ
が必要となる。
【0008】一方、ディジタルビデオ信号のノイズリデ
ューサとして、例えば、吹抜敬彦著“TV画像の多次元
信号処理”(1988,日刊工業新聞社/pp.188
−191)に記載されているように、時間軸上の再帰型
フィルタが有効に機能することが知られている。このよ
うな時間軸上の再帰型フィルタでは、前画面との差分値
をとるために1画面分のフレームメモリが必要となる。
ューサとして、例えば、吹抜敬彦著“TV画像の多次元
信号処理”(1988,日刊工業新聞社/pp.188
−191)に記載されているように、時間軸上の再帰型
フィルタが有効に機能することが知られている。このよ
うな時間軸上の再帰型フィルタでは、前画面との差分値
をとるために1画面分のフレームメモリが必要となる。
【0009】動き補償予測符号化とノイズリデューサの
機能を共に有する画像符号化装置は既に開発されてお
り、大久保らによる“リアルタイムMPEG−2SP@
MLエンコーダチップセット”,1996年電子情報通
信学会総合大会論文集,C−562あるいは、熊木らに
よる“MPEG−2実時間符号化システムチップセット
の開発チップセットアーキテクチャと制御LSIの設
計”,電子情報通信学会技術報告,ICD95−102
がある。
機能を共に有する画像符号化装置は既に開発されてお
り、大久保らによる“リアルタイムMPEG−2SP@
MLエンコーダチップセット”,1996年電子情報通
信学会総合大会論文集,C−562あるいは、熊木らに
よる“MPEG−2実時間符号化システムチップセット
の開発チップセットアーキテクチャと制御LSIの設
計”,電子情報通信学会技術報告,ICD95−102
がある。
【0010】図10は、従来の複数のフレームメモリを
用いた符号化装置を説明する図である。従来のシステム
では、図10に示すように、動き補償予測の為のフレー
ムメモリとノイズリデューサ等ビデオ信号前処理の為の
フレームメモリには別々のメモリ素子を使用している。
大容量が必要なフレームメモリ素子を複数持つことが、
エンコーダシステムの小型化、低価格化の大きな障害に
なる。
用いた符号化装置を説明する図である。従来のシステム
では、図10に示すように、動き補償予測の為のフレー
ムメモリとノイズリデューサ等ビデオ信号前処理の為の
フレームメモリには別々のメモリ素子を使用している。
大容量が必要なフレームメモリ素子を複数持つことが、
エンコーダシステムの小型化、低価格化の大きな障害に
なる。
【0011】このフレームメモリの容量を削減する方法
として、特開昭61−52085号公報記載の技術が古
閑により提案されている。この開示技術の構成を図11
に示す。古閑の例では動き補償として1画面前からの順
方向予測にのみ対応している。図11中の破線で囲んだ
雑音除去回路で示したうち、約1画面分の容量であるメ
モリA(9104)の前後から1画面時間弱遅延された
信号を取り出して動きベクトル検出を行っている。この
ように1つのメモリをノイズリデュースと動き補償両方
に用いているため、それぞれ専用に用意した場合と比較
して少ないメモリ容量でシステムが実現できるという長
所をもっている。
として、特開昭61−52085号公報記載の技術が古
閑により提案されている。この開示技術の構成を図11
に示す。古閑の例では動き補償として1画面前からの順
方向予測にのみ対応している。図11中の破線で囲んだ
雑音除去回路で示したうち、約1画面分の容量であるメ
モリA(9104)の前後から1画面時間弱遅延された
信号を取り出して動きベクトル検出を行っている。この
ように1つのメモリをノイズリデュースと動き補償両方
に用いているため、それぞれ専用に用意した場合と比較
して少ないメモリ容量でシステムが実現できるという長
所をもっている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例のメモリAによる遅延時間が正確には1画面時間弱
であることから、遅延合計が1画面になるように雑音除
去回路にメモリB(9105)が必要であり、また、局
部復号信号用のフレームメモリ(915)も別途必要で
ある。そのためフレームメモリの素子数が増えてしまう
という問題点がある。
来例のメモリAによる遅延時間が正確には1画面時間弱
であることから、遅延合計が1画面になるように雑音除
去回路にメモリB(9105)が必要であり、また、局
部復号信号用のフレームメモリ(915)も別途必要で
ある。そのためフレームメモリの素子数が増えてしまう
という問題点がある。
【0013】本発明は、少ないフレームメモリ素子数に
よりノイズリデュース処理と動き補償予測符号化処理を
実現できる動画像符号化装置を提供することを目的とす
る。
よりノイズリデュース処理と動き補償予測符号化処理を
実現できる動画像符号化装置を提供することを目的とす
る。
【0014】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の動画像符号化装置は、符号化対象となる画
面フォーマットにおいて原画像信号用の2画面および局
所復号画像信号用の1画面の少なくとも合計3画面の容
量を有するフレームメモリと、前画面信号と現画面信号
との差分値を生成し、この差分値に基づき前画面信号ま
たは現画面信号を処理する所定の処理回路を有するノイ
ズリデューサユニットと、符号化画面と時間的に前ある
いは後の参照画面との間で動き探索および動き補償を行
い符号化処理する動き補償予測符号化ユニットと、フレ
ームメモリ、ノイズリデューサユニット、動き補償予測
符号化ユニットのそれぞれと接続されたメモリ制御ユニ
ットとを具備し、フレームメモリとメモリ制御ユニット
間において、ノイズリデューサユニットから現画像の
入力、ノイズリデューサユニットへ前画像の出力、動
き補償予測符号化ユニットへ符号化画像の出力および
参照画像の出力、並びに動き補償予測符号化ユニット
から局所復号画像の入力の、少なくとも5種類の画像
信号の転送を、時分割処理で行う動き補償予測符号化方
式を用いたことを特徴としている。
め、本発明の動画像符号化装置は、符号化対象となる画
面フォーマットにおいて原画像信号用の2画面および局
所復号画像信号用の1画面の少なくとも合計3画面の容
量を有するフレームメモリと、前画面信号と現画面信号
との差分値を生成し、この差分値に基づき前画面信号ま
たは現画面信号を処理する所定の処理回路を有するノイ
ズリデューサユニットと、符号化画面と時間的に前ある
いは後の参照画面との間で動き探索および動き補償を行
い符号化処理する動き補償予測符号化ユニットと、フレ
ームメモリ、ノイズリデューサユニット、動き補償予測
符号化ユニットのそれぞれと接続されたメモリ制御ユニ
ットとを具備し、フレームメモリとメモリ制御ユニット
間において、ノイズリデューサユニットから現画像の
入力、ノイズリデューサユニットへ前画像の出力、動
き補償予測符号化ユニットへ符号化画像の出力および
参照画像の出力、並びに動き補償予測符号化ユニット
から局所復号画像の入力の、少なくとも5種類の画像
信号の転送を、時分割処理で行う動き補償予測符号化方
式を用いたことを特徴としている。
【0015】また、上記の動き補償予測符号化ユニット
の符号化処理は、差分値を0より大きく1未満の倍率で
乗算しこの乗算の結果を前画面信号に加算する処理か、
差分値がある閾値以下の場合は前画面信号を出力し閾値
以上の場合は現画面信号を出力する処理か、差分値の絶
対値が小振幅である場合にその絶対値を小さくして前画
面に加算する処理か、のいずれかとするとよい。
の符号化処理は、差分値を0より大きく1未満の倍率で
乗算しこの乗算の結果を前画面信号に加算する処理か、
差分値がある閾値以下の場合は前画面信号を出力し閾値
以上の場合は現画面信号を出力する処理か、差分値の絶
対値が小振幅である場合にその絶対値を小さくして前画
面に加算する処理か、のいずれかとするとよい。
【0016】
【発明の実施の形態】次に添付図面を参照して本発明に
よる動画像符号化装置の実施の形態を詳細に説明する。
図1〜図6を参照すると本発明の動画像符号化装置の一
実施形態が示されている。
よる動画像符号化装置の実施の形態を詳細に説明する。
図1〜図6を参照すると本発明の動画像符号化装置の一
実施形態が示されている。
【0017】図面に沿って説明する。図1は本発明によ
る第1の実施形態の動画像符号化装置の構成例を示した
図である。図1において、フレームメモリ11は、原画
像信号用に少なくとも2画面、局所復号信号用に少なく
とも1画面、の合計3画面分以上の容量を有している。
メモリ制御ユニット12は、フレームメモリ11とノイ
ズリデューサユニット13と動き探索動き補償ユニット
14とに接続されている。この動画像符号化装置に対し
てビデオ信号が入力線203から入力される。一方、フ
レームメモリ11に格納されている1画面前の信号がメ
モリ制御ユニット12を介して信号線103からノイズ
リデューサ13に供給される。減算器21により、これ
ら2つの信号の差分値が計算される。
る第1の実施形態の動画像符号化装置の構成例を示した
図である。図1において、フレームメモリ11は、原画
像信号用に少なくとも2画面、局所復号信号用に少なく
とも1画面、の合計3画面分以上の容量を有している。
メモリ制御ユニット12は、フレームメモリ11とノイ
ズリデューサユニット13と動き探索動き補償ユニット
14とに接続されている。この動画像符号化装置に対し
てビデオ信号が入力線203から入力される。一方、フ
レームメモリ11に格納されている1画面前の信号がメ
モリ制御ユニット12を介して信号線103からノイズ
リデューサ13に供給される。減算器21により、これ
ら2つの信号の差分値が計算される。
【0018】乗算器22において、「0」より大きく
「1」未満である係数Kを、また、減算器21により求
められた差分値を被乗数とする乗算処理が行われる。得
られた積は信号線205により加算器23へ供給され、
信号線103によって供給される前画面信号と加算処理
が行われる。加算器23の出力がノイズリデューサ出力
信号として信号線102を介してメモリ制御ユニット1
2に供給され、さらに信号線101を介してフレームメ
モリ11に格納される。
「1」未満である係数Kを、また、減算器21により求
められた差分値を被乗数とする乗算処理が行われる。得
られた積は信号線205により加算器23へ供給され、
信号線103によって供給される前画面信号と加算処理
が行われる。加算器23の出力がノイズリデューサ出力
信号として信号線102を介してメモリ制御ユニット1
2に供給され、さらに信号線101を介してフレームメ
モリ11に格納される。
【0019】また、メモリ制御ユニット12は、動き探
索動き補償ユニット14に接続されている。動き探索の
ための符号化画面信号および参照画面信号の2つの信号
が、信号線104を介して動き探索動き補償ユニット1
4に転送される。動き探索動き補償ユニット14では、
例えば、MPEG−1(ISO/IEC11172−
2)に記載されているブロックマッチング法等により動
き探索が行われる。この際、符号化画面信号と参照画面
信号を用いる方式であればブロックマッチング法以外の
方法でも一向に構わない。動き探索動き補償ユニット1
4では、動き探索で得られた結果をもとに動き補償を行
い、局所復号信号が生成される。その局所復号信号は、
信号線105を介してメモリ制御ユニット12に供給さ
れ、さらに信号線101を介してフレームメモリ11に
格納される。
索動き補償ユニット14に接続されている。動き探索の
ための符号化画面信号および参照画面信号の2つの信号
が、信号線104を介して動き探索動き補償ユニット1
4に転送される。動き探索動き補償ユニット14では、
例えば、MPEG−1(ISO/IEC11172−
2)に記載されているブロックマッチング法等により動
き探索が行われる。この際、符号化画面信号と参照画面
信号を用いる方式であればブロックマッチング法以外の
方法でも一向に構わない。動き探索動き補償ユニット1
4では、動き探索で得られた結果をもとに動き補償を行
い、局所復号信号が生成される。その局所復号信号は、
信号線105を介してメモリ制御ユニット12に供給さ
れ、さらに信号線101を介してフレームメモリ11に
格納される。
【0020】図2の上段は、順方向予測のみを行う最も
簡単な場合の、フレームメモリ11への書き込み読み出
しのタイミング図である。また、図2の下段は、メモリ
制御ユニット12を基準とする画面信号の入出力の関係
を表した図である。図2において、図中の符号0,1,
2,…が入力画面番号であり、符号0’,1’,2’,
…が局所復号画面番号である。フレームメモリ11には
原画像用に2画面分の領域が確保されており、符号0,
1,2,3,…の順で交互に書き込みを行う。また、局
所復号信号用に1画面分の領域が確保されている。
簡単な場合の、フレームメモリ11への書き込み読み出
しのタイミング図である。また、図2の下段は、メモリ
制御ユニット12を基準とする画面信号の入出力の関係
を表した図である。図2において、図中の符号0,1,
2,…が入力画面番号であり、符号0’,1’,2’,
…が局所復号画面番号である。フレームメモリ11には
原画像用に2画面分の領域が確保されており、符号0,
1,2,3,…の順で交互に書き込みを行う。また、局
所復号信号用に1画面分の領域が確保されている。
【0021】上述の説明で述べたように、ノイズリデュ
ーサユニット13から信号線102を介してビデオ信号
/が入力され、信号線103には1画面前の信号/
が出力される。また、動き探索動き補償ユニット14に
は、信号線104を介して符号化画面としての原画像信
号/と参照画面信号としての局所復号信号/が出力
され、動き探索および動き補償の結果得られる局所復号
信号/が信号線105を介して入力される。
ーサユニット13から信号線102を介してビデオ信号
/が入力され、信号線103には1画面前の信号/
が出力される。また、動き探索動き補償ユニット14に
は、信号線104を介して符号化画面としての原画像信
号/と参照画面信号としての局所復号信号/が出力
され、動き探索および動き補償の結果得られる局所復号
信号/が信号線105を介して入力される。
【0022】このようにフレームメモリ11ではノイズ
リデューサユニット13からの現画像入力、ノイズリデ
ューサユニット13への前画像出力、動き補償予測符号
化ユニット14への符号化画像および参照画像出力、動
き補償予測符号化ユニット14からの局所復号画像入力
である2入力および3出力機能を有している。
リデューサユニット13からの現画像入力、ノイズリデ
ューサユニット13への前画像出力、動き補償予測符号
化ユニット14への符号化画像および参照画像出力、動
き補償予測符号化ユニット14からの局所復号画像入力
である2入力および3出力機能を有している。
【0023】図1中の信号線101で示されるメモリ制
御ユニット12とフレームメモリ11間のインターフェ
イスが、符号化処理対象であるフォーマットでのビデオ
信号レートに対して少なくとも5倍以上の転送速度を持
ち、時分割で処理を行えば上記5種類の画像信号入出力
を処理できる。
御ユニット12とフレームメモリ11間のインターフェ
イスが、符号化処理対象であるフォーマットでのビデオ
信号レートに対して少なくとも5倍以上の転送速度を持
ち、時分割で処理を行えば上記5種類の画像信号入出力
を処理できる。
【0024】第1の実施形態の動作例について説明す
る。本実施形態では、符号化方式として順方向予測のみ
に限定したMPEG−1を採用したが、動き補償予測符
号化方式を用いるものであれば他の方式であっても構わ
ない。ノイズリデューサに入力するビデオ信号は、SI
F(Source Input Format )と呼ばれる画面サイズで、
1フレームあたりの画素数は輝度(Y)信号が352×
240、色差信号(C:Cb,Cr)がともに176×
120であり、いずれも1画素8bitで表現される。
また、フレーム周波数は30frame/secであ
る。本第1の実施形態ではこのSIFビデオ信号を国際
規格(ITU−R勧告601)で規定されるビデオ信号
をダウンサンプリングすることにより生成した。
る。本実施形態では、符号化方式として順方向予測のみ
に限定したMPEG−1を採用したが、動き補償予測符
号化方式を用いるものであれば他の方式であっても構わ
ない。ノイズリデューサに入力するビデオ信号は、SI
F(Source Input Format )と呼ばれる画面サイズで、
1フレームあたりの画素数は輝度(Y)信号が352×
240、色差信号(C:Cb,Cr)がともに176×
120であり、いずれも1画素8bitで表現される。
また、フレーム周波数は30frame/secであ
る。本第1の実施形態ではこのSIFビデオ信号を国際
規格(ITU−R勧告601)で規定されるビデオ信号
をダウンサンプリングすることにより生成した。
【0025】ITU−R601は、画素のサンプリング
周波数13.5MHz、有効画素数1フレームあたりY
が720×480、Cb,Crが360×480で、各
画素は8bitで表現される。またブランク期間を含む
画面サイズは858×525である。このフィールド単
位で送られるインターレス信号であるITU−R601
を前処理として奇数フィールド選択(Y,C垂直方向ダ
ウンサンプリング)、Y,Cの水平方向1/2ダウンサ
ンプリングおよび左右端切捨て、さらにCの垂直方向ダ
ウンサンプリングすることによりSIFビデオ信号を生
成することが可能である。この時のビデオ信号の平均供
給レートは、奇数フィールドにおける有効ライン時で、
13.5×8×352/858×1.5=66Mbit
/secとなる。ここで1.5とはC信号Cb,Crの
画素数の合計がY信号の0.5であるからである。
周波数13.5MHz、有効画素数1フレームあたりY
が720×480、Cb,Crが360×480で、各
画素は8bitで表現される。またブランク期間を含む
画面サイズは858×525である。このフィールド単
位で送られるインターレス信号であるITU−R601
を前処理として奇数フィールド選択(Y,C垂直方向ダ
ウンサンプリング)、Y,Cの水平方向1/2ダウンサ
ンプリングおよび左右端切捨て、さらにCの垂直方向ダ
ウンサンプリングすることによりSIFビデオ信号を生
成することが可能である。この時のビデオ信号の平均供
給レートは、奇数フィールドにおける有効ライン時で、
13.5×8×352/858×1.5=66Mbit
/secとなる。ここで1.5とはC信号Cb,Crの
画素数の合計がY信号の0.5であるからである。
【0026】図1に示すノイズリデューサ、メモリ制御
ユニット、動き探索動き補償ユニット以外にも、上述S
IF信号生成のためのダウンサンプリング処理、MPE
G−1符号化に必要なDCT(離散コサイン変換)/逆
DCT処理、量子化/逆量子化処理、可変長符号化処理
機能を合わせ持つ専用LSIを作製した。ノイズリデュ
ーサ13における差分値を被乗数とする乗算器乗数K
は、1/16〜15/16の15段階として外部からの
指定が可能になるようにした。ここではシフト演算と加
算器により乗算を行っているが、乗算処理を行うもので
あれば回路構成は任意である。またメモリ制御ユニット
は、ノイズリデュースおよび動き探索動き補償関係とし
て周波数変換用ラインバッファおよびタイミング管理回
路、フレームメモリ用アドレス生成回路より構成され
る。このLSIは、0.35μm−メタル3層CMOS
技術を用いて作製したところ、回路部分のサイズが1
1.2mm角であった。
ユニット、動き探索動き補償ユニット以外にも、上述S
IF信号生成のためのダウンサンプリング処理、MPE
G−1符号化に必要なDCT(離散コサイン変換)/逆
DCT処理、量子化/逆量子化処理、可変長符号化処理
機能を合わせ持つ専用LSIを作製した。ノイズリデュ
ーサ13における差分値を被乗数とする乗算器乗数K
は、1/16〜15/16の15段階として外部からの
指定が可能になるようにした。ここではシフト演算と加
算器により乗算を行っているが、乗算処理を行うもので
あれば回路構成は任意である。またメモリ制御ユニット
は、ノイズリデュースおよび動き探索動き補償関係とし
て周波数変換用ラインバッファおよびタイミング管理回
路、フレームメモリ用アドレス生成回路より構成され
る。このLSIは、0.35μm−メタル3層CMOS
技術を用いて作製したところ、回路部分のサイズが1
1.2mm角であった。
【0027】この符号化処理専用LSIにフレームメモ
リ11として、4Mbit(16bit×128kwo
rd)の同期型ダイナミックRAM(SDRAM)を接
続し、専用LSIおよびSDRAMの動作周波数を54
MHzに設定した。SIF画像では、1フレームあたり
のデータ量が352×240×8×1.5=10137
60bit、すなわち約1Mbitであるから、容量4
Mbitのうち3Mbitを原画像2フレーム、局所復
号画像1フレームの記憶領域とし、残り1Mbitを符
号化処理の結果生成されるビットストリームの出力バッ
ファとした。このときの符号化処理専用LSI−SDR
AM間の転送能力は、16×54=864Mbit/s
ecで、上述のデータ入力レート66Mbit/sec
の5倍を大きく越える値になっているところが重要な点
である。
リ11として、4Mbit(16bit×128kwo
rd)の同期型ダイナミックRAM(SDRAM)を接
続し、専用LSIおよびSDRAMの動作周波数を54
MHzに設定した。SIF画像では、1フレームあたり
のデータ量が352×240×8×1.5=10137
60bit、すなわち約1Mbitであるから、容量4
Mbitのうち3Mbitを原画像2フレーム、局所復
号画像1フレームの記憶領域とし、残り1Mbitを符
号化処理の結果生成されるビットストリームの出力バッ
ファとした。このときの符号化処理専用LSI−SDR
AM間の転送能力は、16×54=864Mbit/s
ecで、上述のデータ入力レート66Mbit/sec
の5倍を大きく越える値になっているところが重要な点
である。
【0028】以上の回路構成により、さらには順方向予
測という制限はあるものの、それ以外ではMPEG−1
規格に準拠したビットストリームを生成できた。さらに
画面上で原画像のビデオ信号においてちらついて見える
ノイズに対して、ちらつき感が低減できることを主観評
価により確認した。
測という制限はあるものの、それ以外ではMPEG−1
規格に準拠したビットストリームを生成できた。さらに
画面上で原画像のビデオ信号においてちらついて見える
ノイズに対して、ちらつき感が低減できることを主観評
価により確認した。
【0029】図3は、第2の実施形態の動画像符号化装
置の構成例を示した図である。本実施形態では、上述の
第1の実施形態と同じく、符号化方式にMPEG−1を
用い、ノイズリデューサ入力にはSIFフォーマットビ
デオ信号とし、フレームメモリとして4MbitのSD
RAMを用いた。さらにメモリ制御ユニットや動き探索
動き補償等ノイズリデューサ以外の機能に関しては、第
1の実施形態と同じ回路構成となっている。本実施形態
におけるノイズリデューサ15の構成は次の通りであ
る。
置の構成例を示した図である。本実施形態では、上述の
第1の実施形態と同じく、符号化方式にMPEG−1を
用い、ノイズリデューサ入力にはSIFフォーマットビ
デオ信号とし、フレームメモリとして4MbitのSD
RAMを用いた。さらにメモリ制御ユニットや動き探索
動き補償等ノイズリデューサ以外の機能に関しては、第
1の実施形態と同じ回路構成となっている。本実施形態
におけるノイズリデューサ15の構成は次の通りであ
る。
【0030】減算器21で原画面信号と前画面信号の差
分値を計算する。その差分値を閾値判定回路に入力し、
差分値の絶対値と閾値との比較により得られる制御信号
を、信号線207を通し選択回路25へ入力する。その
結果、前画面−原画面間の差分値の絶対値が小さいとき
は前画面信号が、差分値の絶対値が大きいときは原画面
信号が、それぞれ選択回路から出力される。
分値を計算する。その差分値を閾値判定回路に入力し、
差分値の絶対値と閾値との比較により得られる制御信号
を、信号線207を通し選択回路25へ入力する。その
結果、前画面−原画面間の差分値の絶対値が小さいとき
は前画面信号が、差分値の絶対値が大きいときは原画面
信号が、それぞれ選択回路から出力される。
【0031】本第2の実施形態では8bitの入力に対
してY,Cともに閾値を「3」に設定し、差分値の絶対
値が「3」以下の場合は前画面情報が、「3」より大き
い場合は現画面情報が出力されるようにした。なお、こ
の閾値は「3」以外の値を用いても構わない。第2の実
施形態においても、0.35μm−メタル3層CMOS
技術を用いて、回路部分のサイズが11.2mm角で符
号化専用LSIを作製できた。さらに、実動作でMPE
G−1符号化処理とノイズリデュース処理ができること
を確認した。
してY,Cともに閾値を「3」に設定し、差分値の絶対
値が「3」以下の場合は前画面情報が、「3」より大き
い場合は現画面情報が出力されるようにした。なお、こ
の閾値は「3」以外の値を用いても構わない。第2の実
施形態においても、0.35μm−メタル3層CMOS
技術を用いて、回路部分のサイズが11.2mm角で符
号化専用LSIを作製できた。さらに、実動作でMPE
G−1符号化処理とノイズリデュース処理ができること
を確認した。
【0032】図4は、第3の実施形態の動画像符号化装
置の構成例を示した図である。本実施形態では、符号化
方式としてMPEG−2を選択し、特にMPEG−2の
中でも有効画素数が、Y:720×480、Cb,C
r:360×240で逆方向予測を用いるMP@ML
(Main Profile,Main Level)と呼ばれる方式を採用し
た。この入力ビデオ信号は、第1の実施形態で説明した
ITU−R601フォーマットビデオ信号を、C信号の
み垂直方向に1/2にダウンサンプリングすることで生
成することとした。このときのビデオ信号入力レート
は、13.5×8×720/858=91Mbit/s
ecとなる。
置の構成例を示した図である。本実施形態では、符号化
方式としてMPEG−2を選択し、特にMPEG−2の
中でも有効画素数が、Y:720×480、Cb,C
r:360×240で逆方向予測を用いるMP@ML
(Main Profile,Main Level)と呼ばれる方式を採用し
た。この入力ビデオ信号は、第1の実施形態で説明した
ITU−R601フォーマットビデオ信号を、C信号の
み垂直方向に1/2にダウンサンプリングすることで生
成することとした。このときのビデオ信号入力レート
は、13.5×8×720/858=91Mbit/s
ecとなる。
【0033】図4に示すノイズリデューサ16の構成は
以下のようになっている。減算器21により前画面信号
と原画面信号の差分値を求めたのち、小振幅抑圧回路2
6に入力する。小振幅入力回路26は、絶対値が小さい
入力信号に対してはさらにその絶対値を小さくして出力
し、絶対値が大きい入力信号はそのまま出力するもので
あり、その入出力特性例を図5(a)および図5(b)
に示す。図5(a)は、最も絶対値の小さい入力範囲で
出力を「0」、それより大きい入力範囲において絶対値
で一定値を減算処理し、それ以上では入力値を出力値と
する特性である。図5(b)は、絶対値の小さい入力範
囲で出力「0」、それ以上で直線的に増加し、ある値以
上で入力値を出力値とする特性である。
以下のようになっている。減算器21により前画面信号
と原画面信号の差分値を求めたのち、小振幅抑圧回路2
6に入力する。小振幅入力回路26は、絶対値が小さい
入力信号に対してはさらにその絶対値を小さくして出力
し、絶対値が大きい入力信号はそのまま出力するもので
あり、その入出力特性例を図5(a)および図5(b)
に示す。図5(a)は、最も絶対値の小さい入力範囲で
出力を「0」、それより大きい入力範囲において絶対値
で一定値を減算処理し、それ以上では入力値を出力値と
する特性である。図5(b)は、絶対値の小さい入力範
囲で出力「0」、それ以上で直線的に増加し、ある値以
上で入力値を出力値とする特性である。
【0034】本第3の実施形態では図5(a)に基づ
き、入力絶対値が「1」以下の場合は出力を「0」、入
力絶対値が「2〜6」の場合は絶対値を「1」小さくし
て出力し、入力絶対値が「7」以上の場合は入力値を出
力値とする特性をゲート回路により構成した。この入出
力特性は、小振幅を抑圧する特性であれば他の特性でも
構わない。また、本第3の実施形態ではゲート回路によ
り実現したが、ROMを用いる等他の手段を用いても差
し支えない。
き、入力絶対値が「1」以下の場合は出力を「0」、入
力絶対値が「2〜6」の場合は絶対値を「1」小さくし
て出力し、入力絶対値が「7」以上の場合は入力値を出
力値とする特性をゲート回路により構成した。この入出
力特性は、小振幅を抑圧する特性であれば他の特性でも
構わない。また、本第3の実施形態ではゲート回路によ
り実現したが、ROMを用いる等他の手段を用いても差
し支えない。
【0035】第3の実施形態では、16MbitSDR
AM(16bit×1Mword)素子を2個用いて合
計32Mbitのフレームメモリとした。上述の画素サ
イズにおいて1フレームのデータ量は、720×480
×8×1.5=4147200bitと約4Mbitで
ある。そこで32Mbitのフレームメモリに原画像用
4フレーム、局所復号画像3フレーム分の領域を確保
し、I,Pピクチャ間距離であるM値を「3」として動
作させることにした。その時のメモリの読み書きタイミ
ングを図6の上段に、また、図6の下段は、メモリ制御
ユニット16を基準とする画面信号の入出力の関係を表
した図である。
AM(16bit×1Mword)素子を2個用いて合
計32Mbitのフレームメモリとした。上述の画素サ
イズにおいて1フレームのデータ量は、720×480
×8×1.5=4147200bitと約4Mbitで
ある。そこで32Mbitのフレームメモリに原画像用
4フレーム、局所復号画像3フレーム分の領域を確保
し、I,Pピクチャ間距離であるM値を「3」として動
作させることにした。その時のメモリの読み書きタイミ
ングを図6の上段に、また、図6の下段は、メモリ制御
ユニット16を基準とする画面信号の入出力の関係を表
した図である。
【0036】図6から明らかなように、順方向動き補償
と逆方向動き補償まで行うフレームメモリ−メモリ制御
ユニット間では、ノイズリデューサユニットからの現画
像入力、ノイズリデューサユニットへの前画像出力、動
き補償予測符号化ユニットへの符号化画像、順方向予測
のための参照画像出力、逆方向予測のための参照画像出
力、動き補償予測符号化ユニットからの局所復号画像入
力らの6種類の画像データ読み書きが発生する。このた
め、ビデオ信号入力レートの少なくとも6倍以上の転送
能力が必要となる。
と逆方向動き補償まで行うフレームメモリ−メモリ制御
ユニット間では、ノイズリデューサユニットからの現画
像入力、ノイズリデューサユニットへの前画像出力、動
き補償予測符号化ユニットへの符号化画像、順方向予測
のための参照画像出力、逆方向予測のための参照画像出
力、動き補償予測符号化ユニットからの局所復号画像入
力らの6種類の画像データ読み書きが発生する。このた
め、ビデオ信号入力レートの少なくとも6倍以上の転送
能力が必要となる。
【0037】本第3の実施形態においてはフレームメモ
リおよびメモリ制御ユニットの動作周波数を81MHz
としている。そのときのフレームメモリ−メモリ制御ユ
ニット間転送レートは、16×2×81=2592Mb
it/secであり、ビデオ信号入力レートの約28倍
と非常に大きな値となっている。そのため符号化領域に
比べて非常に広い参照領域を転送することが可能となっ
ており広い探索範囲を実現できる。ただし、28倍の転
送レートは、本発明の実現には必ずしも不可欠なもので
はなく、第3の実施形態の場合では少なくとも6倍以上
であればよい。
リおよびメモリ制御ユニットの動作周波数を81MHz
としている。そのときのフレームメモリ−メモリ制御ユ
ニット間転送レートは、16×2×81=2592Mb
it/secであり、ビデオ信号入力レートの約28倍
と非常に大きな値となっている。そのため符号化領域に
比べて非常に広い参照領域を転送することが可能となっ
ており広い探索範囲を実現できる。ただし、28倍の転
送レートは、本発明の実現には必ずしも不可欠なもので
はなく、第3の実施形態の場合では少なくとも6倍以上
であればよい。
【0038】以上の構成で、ノイズリデューサユニッ
ト、動き探索動き補償ユニット、フレームメモリ制御ユ
ニットを含み、さらにはMPEG−2MP@ML符号化
に必要なDCT/逆DCT処理、量子化/逆量子化処
理、可変長符号化処理を含む符号化LSIを作製した。
そのLSIの寸法は、0.35μm−メタル3層CMO
S技術を用いた場合では、回路部分のサイズが12.5
mm角となった。さらに、実動作で、MPEG−2MP
@ML符号化処理とちらつき感が低減するノイズリデュ
ーサ処理ができることを確認した。
ト、動き探索動き補償ユニット、フレームメモリ制御ユ
ニットを含み、さらにはMPEG−2MP@ML符号化
に必要なDCT/逆DCT処理、量子化/逆量子化処
理、可変長符号化処理を含む符号化LSIを作製した。
そのLSIの寸法は、0.35μm−メタル3層CMO
S技術を用いた場合では、回路部分のサイズが12.5
mm角となった。さらに、実動作で、MPEG−2MP
@ML符号化処理とちらつき感が低減するノイズリデュ
ーサ処理ができることを確認した。
【0039】尚、上述の実施形態は本発明の好適な実施
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。
の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発
明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能で
ある。
【0040】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の動画像符号化装置は、前画面信号と現画面信号との差
分値を生成し、この差分値に基づき前画面信号または現
画面信号を処理し、符号化画面と時間的に前あるいは後
の参照画面との間で動き探索および動き補償を行い符号
化処理する。この符号化処理には、現画像の入力、
前画像の出力、符号化画像の出力および参照画像の
出力、局所復号画像の入力の、少なくとも5種類の画
像信号を、時分割処理で転送する動き補償予測符号化方
式を用いる。よって、少ないフレームメモリ素子数でノ
イズリデュース処理と動き補償予測符号化処理が可能と
なり、動画像符号化システムの高画質化、小型化、低価
格化が可能となる。
の動画像符号化装置は、前画面信号と現画面信号との差
分値を生成し、この差分値に基づき前画面信号または現
画面信号を処理し、符号化画面と時間的に前あるいは後
の参照画面との間で動き探索および動き補償を行い符号
化処理する。この符号化処理には、現画像の入力、
前画像の出力、符号化画像の出力および参照画像の
出力、局所復号画像の入力の、少なくとも5種類の画
像信号を、時分割処理で転送する動き補償予測符号化方
式を用いる。よって、少ないフレームメモリ素子数でノ
イズリデュース処理と動き補償予測符号化処理が可能と
なり、動画像符号化システムの高画質化、小型化、低価
格化が可能となる。
【図1】本発明による第1の実施形態の動画像符号化装
置の構成例を示した図である。
置の構成例を示した図である。
【図2】第1の実施形態のフレームメモリ内の書き込み
のタイミング、およびメモリ制御ユニットを基準とした
画面信号の入出力の関係を表した図である。
のタイミング、およびメモリ制御ユニットを基準とした
画面信号の入出力の関係を表した図である。
【図3】第2の実施形態の動画像符号化装置の構成例を
示した図である。
示した図である。
【図4】第3の実施形態の動画像符号化装置の構成例を
示した図である。
示した図である。
【図5】第3の実施形態の小振幅入力回路の入出力特性
例を示した図である。
例を示した図である。
【図6】第3の実施形態のフレームメモリ内の書き込み
のタイミング、およびメモリ制御ユニットを基準とした
画面信号の入出力の関係を表した図である。
のタイミング、およびメモリ制御ユニットを基準とした
画面信号の入出力の関係を表した図である。
【図7】順方向動き補償および逆方向動き補償を説明す
るための概念図である。
るための概念図である。
【図8】動き補償予測符号化における画像入力と符号化
順序を説明するための順方向動き補償のみを行う場合の
図である。
順序を説明するための順方向動き補償のみを行う場合の
図である。
【図9】動き補償予測符号化における画像入力と符号化
順序を説明するための順方向動き補償および逆方向動き
補償を行う場合の図である。
順序を説明するための順方向動き補償および逆方向動き
補償を行う場合の図である。
【図10】従来の複数のフレームメモリを用いた動き補
償予測の為のフレームメモリの構成例を説明するための
図である。
償予測の為のフレームメモリの構成例を説明するための
図である。
【図11】従来技術である古閑による複数のフレームメ
モリを用いた符号化装置を説明する図である。
モリを用いた符号化装置を説明する図である。
11 フレームメモリ 12 メモリ制御ユニット 13、15、16 ノイズリデューサユニット 14 動き探索動き補償ユニット 21 減算器 22 乗算器 23 加算器 24 閾値判定回路 25 選択回路 26 小振幅抑圧回路
Claims (4)
- 【請求項1】 符号化対象となる画面フォーマットにお
いて原画像信号用の2画面および局所復号画像信号用の
1画面の少なくとも合計3画面の容量を有するフレーム
メモリと、 前画面信号と現画面信号との差分値を生成し、該差分値
に基づき前画面信号または現画面信号を処理する所定の
処理回路を有するノイズリデューサユニットと、 符号化画面と時間的に前あるいは後の参照画面との間で
動き探索および動き補償を行い符号化処理する動き補償
予測符号化ユニットと、 前記フレームメモリ、ノイズリデューサユニット、動き
補償予測符号化ユニットのそれぞれと接続されたメモリ
制御ユニットとを具備し、 前記フレームメモリとメモリ制御ユニット間において、
前記ノイズリデューサユニットから現画像の入力、ノ
イズリデューサユニットへ前画像の出力、動き補償予
測符号化ユニットへ符号化画像の出力および参照画
像の出力、並びに前記動き補償予測符号化ユニットから
局所復号画像の入力の、少なくとも5種類の画像信号
の転送を、時分割処理で行う動き補償予測符号化方式を
用いたことを特徴とする動画像符号化装置。 - 【請求項2】 前記動き補償予測符号化ユニットの符号
化処理は、前記差分値を0より大きく1未満の倍率で乗
算し、該乗算の結果を前画面信号に加算する処理である
ことを特徴とする請求項1記載の動画像符号化装置。 - 【請求項3】 前記動き補償予測符号化ユニットの符号
化処理は、前記差分値がある閾値以下の場合は前画面信
号を出力し、閾値以上の場合は現画面信号を出力する処
理であることを特徴とする請求項1記載の動画像符号化
装置。 - 【請求項4】 前記動き補償予測符号化ユニットの符号
化処理は、前記差分値の絶対値が小振幅である場合にそ
の絶対値を小さくして前画面に加算する処理であること
を特徴とする請求項1記載の動画像符号化装置。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP457197A JP2923875B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 動画像符号化装置 |
US09/007,000 US5978033A (en) | 1997-01-14 | 1998-01-14 | Motion picture encoder |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP457197A JP2923875B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 動画像符号化装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10200901A true JPH10200901A (ja) | 1998-07-31 |
JP2923875B2 JP2923875B2 (ja) | 1999-07-26 |
Family
ID=11587734
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP457197A Expired - Lifetime JP2923875B2 (ja) | 1997-01-14 | 1997-01-14 | 動画像符号化装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5978033A (ja) |
JP (1) | JP2923875B2 (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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Families Citing this family (2)
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---|---|---|---|---|
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US7787541B2 (en) * | 2005-10-05 | 2010-08-31 | Texas Instruments Incorporated | Dynamic pre-filter control with subjective noise detector for video compression |
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JP2908796B2 (ja) * | 1988-03-30 | 1999-06-21 | 富士写真フイルム株式会社 | 画像信号の直交変換符号化装置 |
JPH0678296A (ja) * | 1992-07-09 | 1994-03-18 | Mitsubishi Electric Corp | 画像符号化装置及び画像雑音除去装置 |
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-
1997
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1998
- 1998-01-14 US US09/007,000 patent/US5978033A/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005130494A (ja) * | 2003-10-14 | 2005-05-19 | Nextream France | ビデオ信号のノイズを評価する装置及び方法 |
JP2010088122A (ja) * | 2004-05-14 | 2010-04-15 | Panasonic Corp | 動き補償装置、動き補償方法、および集積回路 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2923875B2 (ja) | 1999-07-26 |
US5978033A (en) | 1999-11-02 |
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