JPH11243547A - 動き補償符号化装置及び動き補償符号化方法 - Google Patents

動き補償符号化装置及び動き補償符号化方法

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JPH11243547A
JPH11243547A JP6047398A JP6047398A JPH11243547A JP H11243547 A JPH11243547 A JP H11243547A JP 6047398 A JP6047398 A JP 6047398A JP 6047398 A JP6047398 A JP 6047398A JP H11243547 A JPH11243547 A JP H11243547A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像を効率的に伝送、蓄積、表示するため
に、画像情報をより少ない符号量でディジタル信号にす
る高能率符号化において、動き補償画像間予測符号化を
行う動き補償符号化装置に係り、特に入力画像を異なっ
た画像フォーマットに変換して動きベクトルを検出する
動き補償符号化装置を提供する。 【解決手段】 動き補償画像間予測を行い符号化がなさ
れる動画像の動き補償符号化装置において、入力画像を
異なった走査線の符号化画像に変換する第１の画像フォ
ーマット変換手段２と、前記入力画像を空間的折返し歪
成分が抑圧された動き推定専用画像に変換する第２の画
像フォーマット変換手段８と、前記動き推定専用画像を
用いて粗動きベクトルを検出する動き推定手段１１と、
前記粗動きベクトルに基づき前記符号化画像を用いて動
きベクトルを再探索し、最終的な動きベクトルを得る動
きベクトル再探索手段１２と、前記最終的な動きベクト
ルを用いて符号化画像の動き補償画像間予測を行う動き
補償手段９とを有して構成した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】画像を効率的に伝送、蓄積、
表示するために、画像情報をより少ない符号量でディジ
タル信号にする高能率符号化において、動き補償画像間
予測符号化を行う動き補償符号化装置に係り、特に入力
画像を異なった画像フォーマットに変換して動きベクト
ルを検出する動き補償符号化装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】＜動画像の画像間予測符号化＞ＭＰＥＧ
規格などに代表される動画像高能率符号化では動き補償
画像間予測が行われる。そこで、インターレース画像は
各フィールドに空間的折返し歪成分が多く含まれている
ので、画像間予測残差が多くなり易いのに対して、プロ
グレッシブ画像は歪がないので適切に予測すれば、予測
残差は極めて少ない。よって、インターレース画像はそ
のまま符号化するよりもプログレッシブ画像に変換して
から符号化した方が、発生符号量はむしろ少なくなる。
【０００３】＜動き補償符号化装置の従来例＞図５は動
き補償符号化装置の従来例の構成を示したものである。
画像入力端子１から入来するインターレース信号は、画
像変換器２でプログレッシブ信号に変換される。補間走
査線は前後のフィールドまたは上下の走査線から作られ
る。変換された画像信号は、減算器３において動き補償
器９から与えられる画像間予測信号が減算され、予測残
差となってＤＣＴ４に与えられる。ＤＣＴ４はＤＣＴ
（離散コサイン変換）の変換処理を行い、得られた係数
を量子化器５に与える。量子化器５は所定のステップ幅
で係数を量子化し、固定長の符号となった係数を可変長
符号化器６と逆量子化器１０に与える。
【０００４】可変長符号化器６は、固定長の予測残差を
可変長符号で圧縮し、さらに動きベクトル（ＭＶ）を可
変長符号化し、両者を多重化してできた符号列を符号列
出力端子７より出力する。一方、逆量子化器１０及び逆
ＤＣＴ１５ではＤＣＴ４及び量子化器５の逆処理が行わ
れ、画像間予測残差を再生する。得られた再生画像間予
測残差は加算器１４で画像間予測信号が加算され再生画
像となり、画像メモリ１３に与えられる。画像メモリ１
３に蓄えられている再生画像は、動き補償器９に与えら
れる。
【０００５】動き補償器９は、ＭＶ検出器５１から与え
られるＭＶに従って動き補償を行って画像間予測信号を
作り、減算器３と加算器１４に与える。ＭＶ検出器５１
は画像変換器２から出力される符号化信号であるプログ
レッシブ画像と、画像メモリ１３に蓄えられている同様
なフォーマットの再生画像を用いてＭＶを求める。ＭＶ
検出は動き補償の単位である１６×１６画素ブロック毎
に、パターンマッチング誤差が最小となる空間移動ベク
トルをＭＶとする。求められたＭＶは動き補償器９と可
変長符号化器６に与えられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来例の動き補償符号
化装置は、フォーマット変換された符号化画像を用いて
動きベクトルの検出を行う。しかし、フォーマット変換
画像は、主観画質に問題がなくとも補間走査線で微妙な
位置ずれや誤補間成分の混入がある。そのため、正しい
動きを捉え難くなっており、符号化効率の低下や主観画
質の低下が生じ易かった。本発明は以上の点に着目して
なされたもので、変換前の入力画像から折返し歪成分が
抑圧された動き推定専用の画像を作り、そこで求められ
た粗動きベクトルを基準にして画像フォーマット変換さ
れた符号化画像を用いて再探索を行うことで、適切な動
きベクトルが得られ、効率や画質が改善される動き補償
符号化装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は動き補償画像間
予測を行い符号化がなされる動画像の動き補償符号化装
置及び方法において、入力画像を画像フォーマット変換
して異なった走査線の符号化画像を得、それとは別の画
像フォーマット変換を行って空間的折返し歪成分の抑圧
が行われた動き推定専用画像を得る。その動き推定専用
画像を用いて粗動きベクトルを求め、それに基づき符号
化画像を用いて動きベクトルを再探索し、得られた最終
的な動きベクトルで符号化画像の動き補償画像間予測を
行うようにした。また、前記動き補償符号化装置及び方
法の画像フォーマット変換で、符号化画像の有効ライン
数が、動き推定専用画像の有効ライン数の整数倍である
ようにした。
【０００８】（ 作 用 ）本発明では、変換前の入力
画像から折返し歪成分が抑圧された動き推定専用の画像
を作り、そこで粗動きベクトルを求めるが、専用画像は
インターレース信号の折返し歪や補間による劣化のない
純粋な画像なので、実際の画像の動きを適切に捕らえる
ことが出来る。一方、実際の符号化は変換画像に対して
行うので、最終的な動きベクトルは、それに適合するこ
とが望まれるが、実際の動きベクトルは粗動きベクトル
を基準にして変換された符号化画像で再探索により求め
られるので、大局的な動きを見失うことなく予測残差の
少なくなる動きベクトルが求まる。実際の動きに即した
動きベクトルは不必要な変化がなく動きベクトルの情報
量は少ない。また、見た目にも自然な動きなので、粗い
量子化で予測残差が多少残留しても、主観的画質の劣化
となり難い。
【０００９】
【発明の実施の形態】＜動き補償符号化装置の実施例＞
本発明の動き補償符号化装置の実施例について図と共に
以下に説明する。図１は、本発明の動き補償符号化装置
の一実施例の構成を示したもので、図５の従来例と同一
構成要素には同一付番を記してある。図１には、図５と
比較して動きベクトル（ＭＶ）検出器５１の代わりに、
画像変換器８と動き推定器１１とＭＶ再探索器１２とが
追加されている。本実施例において、従来例と異なるの
は、画像フォーマット変換と動きベクトルの検出の部分
であり、画像間予測符号化処理は基本的に同じである。
【００１０】画像入力端子１から入来する有効走査線数
１０８０本のインターレース信号は、画像変換器２と画
像変換器８とに与えられる。画像変換器２では有効走査
線数７２０本／毎秒６０フレームのプログレッシブ信号
に変換される。画像変換は、インターレースで間引かれ
ている走査線を補間して一度１０８０本のプログレッシ
ブ信号とし、走査線数変換処理で１０８０本が７２０本
に変換される。補間走査線は前後のフィールドまたは上
下の走査線から作られる。なお、水平方向の画素数は１
２８０画素とする。
【００１１】変換された画像信号は、減算器３において
動き補償器９から与えられる画像間予測信号が減算さ
れ、予測残差となってＤＣＴ４に与えられる。ＤＣＴ４
はＤＣＴ（離散コサイン変換）の変換処理を行い、得ら
れた係数を量子化器５に与える。量子化器５は所定のス
テップ幅で係数を量子化し、固定長の符号となった係数
を可変長符号化器６と逆量子化器１０とに与える。可変
長符号化器６は、固定長の予測残差を可変長符号で圧縮
し、さらに供給されるＭＶを可変長符号化し、多重化し
て出来た符号列を符号列出力端子７より出力する。
【００１２】一方、逆量子化器１０及び逆ＤＣＴ１５で
は、ＤＣＴ４及び量子化器５の逆処理が行われ、画像間
予測残差を再生する。得られた再生画像間予測残差は加
算器１４で画像間予測信号が加算されて再生画像とな
り、画像メモリ１３に与えられる。画像メモリ１３に蓄
えられている再生画像は、動き補償器９に与えられる。
動き補償器９は、ＭＶ再探索器１２から与えられるＭＶ
に従って動き補償を行って画像間予測信号を作り、減算
器３と加算器１４に与える。
【００１３】次に本発明の特徴となるＭＶ検出処理の部
分について説明する。画像変換器８では、入力画像信号
である有効走査線１０８０本のインターレース信号（ 1
080I）から、動き推定専用画像として有効走査線数３６
０本のプログレッシブ信号（360P）を変換して得る。画
像変換は、入力信号の１フィールドの５４０本を３６０
本に走査線数を変換することで得る。その際に、適切な
帯域制限を行って、折返し歪成分を十分抑圧する。フレ
ームレートは毎秒６０フィールドが、毎秒６０フレーム
に変換され、水平方向の画素数は６４０画素に変換され
る。
【００１４】図３に、入力画像と２種類の変換画像の走
査線構造と垂直方向スペクトラム（ν）の様子を示す。
まず、入力画像の１０８０本のインターレース信号（ 1
080I）の各フィールドは、図３ a) に示されるように３
６０ＴＶ本以上に空間的折返し歪み成分を含んでいる
が、この成分は画像の動きとは別に変化するので、ＭＶ
検出、及び画像間予測共に不都合なものである。
【００１５】ところが、符号化画像である７２０本のプ
ログレッシブ信号（720P）は、図３b) に示されるよう
に折返し歪み成分が抑圧されるので、画像間予測残差を
軽減することが出来る。しかし、補間画像の形成で動き
補償処理が使われていると動き補償精度の関係で微小な
位置ずれがある。また、完璧な補間処理は出来ないの
で、多少の誤補間成分が混入する。この様な信号は、視
覚的に問題なく符号化信号として使用することが可能で
あっても、動きベクトルの検出においては、誤差成分に
より正しい動きが補足され難い。
【００１６】動き推定専用画像である３６０本のプログ
レッシブ信号（360P）は、解像度が低下しているので符
号化画像としては使えないが、図３ c) に示されるよう
に折返し歪み成分も補間による劣化もないので、パター
ンマッチングを用いたＭＶ検出で適切な動きを補足する
ことが出来る。
【００１７】動き推定器１１は、画像変換器８から供給
される動き推定専用画像を用いて、画像間予測が行われ
るフレーム間で、粗ＭＶを求める。ＭＶを求める単位
（ブロック）は８×８画素、検出精度は１画素とする。
動き推定専用画像の画素数は符号化画像の縦横共に半分
になっているので、前記仕様で求められた粗ＭＶは、符
号化画像ではブロックが１６×１６画素、精度は２画素
となる。動き推定方法はパターンマッチングにより行わ
れるが、８×８画素と参照画素数が比較的少ないので、
周辺ブロックの結果を考慮しても良い。
【００１８】ＭＶ再探索器１２は、動き推定器１１から
出力される粗ＭＶを基準にして画像変換器２から出力さ
れる符号化信号である７２０本プログレッシブ画像（72
0P）と、画像メモリ１３に蓄えられている同じ画像フォ
ーマットの再生画像を用いてＭＶの再探索を行い、最終
的なＭＶを求める。再探索は粗ＭＶの周辺について、垂
直水平共±１画素の範囲、１画素精度で行う。得られた
ＭＶは動き補償器９と可変長符号化器６とに与えられ
る。
【００１９】図４はこの探索の様子を示したＭＶ探索模
式図である。図４において、◎は動き推定専用画像で存
在する画素、○は符号化画像でのみ存在する画像であ
る。矢印はＭＶで、図４ b) では破線で示したものが粗
ＭＶであり、実線のものが最終的なＭＶである。また、
点線矩形は再探索の範囲を示す。最終的に、０．５画素
精度のＭＶが必要な場合は、１画素精度のＭＶの周辺に
ついて、垂直水平共±０．５画素の範囲、０．５画素精
度で、再度ＭＶ探索を行う。この様にして得られたＭＶ
は、まず、粗ＭＶで画像の大局的な動きが間違いなく捕
らえられ、つぎの再探索で、実際の符号化画像に合わせ
て高精度で求められるもので、符号化に適したものとな
る。
【００２０】＜動き補償復号化装置＞図２の復号化装置
は、図１の本発明の動き補償符号化装置の実施例に対応
する復号化装置であり、図５の従来例に対応するものと
共通である。その動作を説明する。符号列入力端子２１
より入来する動き補償画像間予測符号化された符号列
は、予測残差の符号列と動きベクトル（ＭＶ）の符号列
が可変長復号化器２２で固定長の符号に戻される。固定
長符号として得られたＤＣＴ係数は逆量子化器１０で係
数値となり、逆ＤＣＴ１５に与えられる。
【００２１】逆ＤＣＴ１５は、８×８個の係数を再生画
像間予測残差信号に変換し、加算器１４に与える。加算
器１４では、再生画像間予測残差信号に画像間予測信号
が加算され、再生画像信号となる。この様にして得られ
た再生画像信号は、画像メモリ１３と画像変換器２３に
与えられる。
【００２２】画像変換器２３は、走査線７２０本のプロ
グレッシブ信号を１０８０本のインターレース信号に変
換し、画像出力端子２４より出力される。動き補償器２
５は、画像メモリ１３に蓄積されている画像を、可変長
復号化器２２より与えられるＭＶに基づいて動き補償
し、画像間予測信号を形成する。得られた画像間予測信
号は加算器１４に与えられる。
【００２３】
【発明の効果】本発明では、変換前の入力画像から折返
し歪成分が抑圧された動き推定専用の画像を作り、そこ
で粗動きベクトル（ＭＶ）を求め、それを基準にして変
換された符号化画像で再探索により最終的なＭＶを求め
るようにしているので、動き推定専用画像は、インター
レース信号の折返し歪や補間による劣化のない純粋な画
像なので、実際の画像の動きを適切に捕えられる。
【００２４】また、最終的なＭＶは、大局的な動きを見
失うことなくマッチング誤差の少なくなるＭＶを求める
ことが出来るので、このＭＶは、実際の動きに即してお
り、不必要な変化がなく、ＭＶの情報量は少ない。ま
た、見た目にも自然な動きなので、粗い量子化で予測残
差が多少残留しても、主観的画質劣化となり難く、その
結果、発生符号量を減少させながら、再生画像の品質も
向上させることが出来る。
【００２５】また、第１の画像フォーマット変換で得る
符号化画像の有効ライン数が、第２の画像フォーマット
変換で得る動き推定専用画像のものの整数倍にすると、
動き推定器のＭＶを求めるブロックとＭＶ再探索器のブ
ロックが一致し、最終的なＭＶを実際の動きに即したも
のに出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動き補償符号化装置の一実施例の構成
を示す図である。
【図２】本発明の動き補償復号化装置の一実施例の構成
を示す図である。
【図３】各画像フォーマットの走査線と垂直スペクトラ
ムを示す図である。
【図４】粗動きベクトルと最終的な動きベクトルの様子
を示す図である。
【図５】従来の動き補償符号化装置の構成例を示す図で
ある。
【符号の説明】
１ 画像入力端子 ２ 画像変換器（第１の画像フォーマット変換手段） ３ 減算器 ４ ＤＣＴ ５ 量子化器 ６ 可変長符号化器 ７ 符号列出力端子 ８ 画像変換器（第２の画像フォーマット変換手段） ９ 動き補償器（動き補償手段） １０ 逆量子化器 １１ 動き推定器（動き推定手段） １２ ＭＶ再探索器（動きベクトル再探索手段） １３ 画像メモリ １４ 加算器 １５ 逆ＤＣＴ ２１ 符号入力端子 ２２ 可変長復号化器 ２３ 画像変換器 ２４ 画像出力端子 ２５ 動き補償器 ５１ ＭＶ検出器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】動き補償画像間予測を行い符号化がなされ
    る動画像の動き補償符号化装置において、 入力画像を異なった走査線の符号化画像に変換する第１
    の画像フォーマット変換手段と、 前記入力画像を空間的折返し歪成分が抑圧された動き推
    定専用画像に変換する第２の画像フォーマット変換手段
    と、 前記動き推定専用画像を用いて粗動きベクトルを検出す
    る動き推定手段と、 前記粗動きベクトルに基づき前記符号化画像を用いて動
    きベクトルを再探索し、最終的な動きベクトルを得る動
    きベクトル再探索手段と、 前記最終的な動きベクトルを用いて符号化画像の動き補
    償画像間予測を行う動き補償手段とを有して構成したこ
    とを特徴とする動き補償符号化装置。
  2. 【請求項２】請求項１に記載された動き補償符号化装置
    において、 前記第１の画像フォーマット変換で得る符号化画像の有
    効ライン数が、前記第２の画像フォーマット変換で得る
    動き推定専用画像の有効ライン数の整数倍であることを
    特徴とする動画像符号化装置。
  3. 【請求項３】動き補償画像間予測を行い符号化がなされ
    る動画像の動き補償符号化方法において、 入力画像を異なった走査線の符号化画像に変換する第１
    の画像フォーマット変換を行い、前記入力画像を空間的
    折返し歪成分の抑圧された動き推定専用画像に変換する
    第２の画像フォーマット変換を行い、前記動き推定専用
    画像を用いて粗動きベクトルを検出する動き推定を行
    い、前記粗動きベクトルに基づき前記符号化画像を用い
    て動きベクトルを再探索し、最終的な動きベクトルを得
    る動きベクトル再探索を行い、前記最終的な動きベクト
    ルを用いて符号化画像の動き補償画像間予測を行うよう
    にしたことを特徴とする動き補償符号化方法。
  4. 【請求項４】請求項３に記載された動き補償符号化方法
    において、 前記第１の画像フォーマット変換で得る符号化画像の有
    効ライン数が、前記第２の画像フォーマット変換で得る
    動き推定専用画像の有効ライン数の整数倍であることを
    特徴とする動画像符号化方法。
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