JPS59141887A - 動画像信号の予測符号化装置 - Google Patents

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】 本発明は動画像信号の予測符号化装置に関する。

動画像信号をディジタル伝送する場合に伝送すべき情報
を圧縮できれば、その圧縮率によっては複数チャンネル
の動画像信号を圧縮がない場合の１チャンネル分の伝送
路を用いて伝送することができる。この圧縮方式として
は従来からテレビジョン信号の場合ではフレーム間予測
符号化が良く知られている。フレーム間予測符号化の特
徴としては、静止画あるいは動きの少ない画１家に対す
る符号化能率はきわめて高いが、動きが大きくなると能
率は急激に低下する。この欠点を補なうものとして動き
補償フレーム間予１ｔｉｌｌ符号化が考案されている。

これは１面面内の動吻体の動きの方向と速さ、すなわち
動ベクトルを求め、このｒＸ力ベクトル分だけ補正した
フレーム間予測を行なうものである。この例としては、
１９７８年軍子通信学会技術研究報告Ｖｏ１．７８．　
Ｎｏ、３９に記載の二宮による論文「フレーム間符号化
にχ（する動き補正」（論文番号ＩＥ７８−６）がある
。

従来からの予測符号化装置においては、動き補償の適用
の有無を問わず、予測誤差信号の量子化、サブサンプリ
ング、フィールド繰り返し、あるいは符号化停止などの
符号化制御モードは伝送路との速度整合用のバッファメ
モリの充足度（全容量の何係が現在使用されている〃）
を示す）により適応的に選択されるように設計するのが
普通である。

たとえは動画謔が入力され、予測誤渋が大きくなってき
てその結果伝送すべき情報量が増大すると充足度が旨く
なり（１）を子化特性を粗くする。（２）フィールドを
繰り返す、（３）サブサンプリング、（４＋符号化停止
の舶で情報の発生の抑圧を天性する。これに対して静止
画あるいは静止画と見なすことかでさる程度の動きしか
含まない画１隊については通常は情報の発生は少な（（
１）の量子化特性制御においても密な特性が用いられる
が、非常に複雑な模様を含む静止画の場合には標本化時
のサンプリングパルスのシックにより大量の情報が発生
することがある。雑音が多（含まれている場合も勿論同
様である。この場合には情報の発生が多いため充足度は
高（なり、動画の場合と同じ符号化制御が実行されるこ
とがある。すなわち静止画であるにもかかわらすたとえ
はフィールド繰り返しゃす７゛サンプリングが適用され
る。フィールド繰り返しやサメサンプリングを適用する
と発生する情報量は大略半分となるのでバッファメモリ
の充足度は当然低くなる。するとフィールド繰り返しゃ
サブサンプリングは解除され、発生情報量が再び増加す
る。つまりフィールド繰り返しゃサブサンプリングの適
用と解除が頻繁に繰り返されることになる。その結果画
質劣化が非常に目にっ（ようになる。なぜなら、フィー
ルド繰り返しゃサブサンプリングを用いると垂直あるい
は水平方向の解像度が半分になるわけであるから解像度
の低下、すなわちボケを生じるが、これらが使用されな
い状態ではボケは生じない。したがってボケの発生と解
消が振動的に起ることになるわけである。人間の目の特
性からするとこのようＫ１１ｌｉＩｉ負が頻繁に変化す
ると非常に目につくことになる。すなわち本発明は、静
止画像あるいは画像の静止部分における画質劣化を軽減
することにある。

本発明は、複数個の予測関数の中から予測誤差を小さく
する予測関数すなわち最適予測関数を決定する手段、こ
の決定された最適予測関数に基づいて予測信号を発生す
る手段、入力された動画像信号とこの予測信号とから予
測誤差を得る手段、前記′ｉ＆適予測関数が静止部分の
予測に適した予測関数に一致するときこの予測誤差に対
しては粗い童子化を行なうことができる皿子化手段を少
な（とも含む動画像信号の予測符号化装置である。前述
のように解像度の低下ともとの解１象朋への復帰が頻繁
に起るために画質劣化が目につくわけであるが、そもそ
も静止画であるのに多量の情報が発生することが問題で
ある。、すなわち静止画あるいは画像の静止部分が検出
されたとするとき、ここで情報が発生しないようにすれ
は良い。動き補償を適用した予測符号化においては通常
は静止画に対して最適な予測方式であるフレーム間予測
も多数の子ω１ｊ方式の中の一つに含んでおり、もしフ
レーム間予測が画面内のある部分について最適予測関数
であったとすると、この部分は静止部分であると考える
ことができる。この最適予測関数を用いて予測符号化が
行なわれるわけで轡るが、その時の予測誤差を量子化す
る時に静止部分とそうでない部分の各々に対して異なっ
た童子化特性をコΔ用する。すなわち静止を示すフレー
ム間予ｙ１４１Ｉが最適予測関数となる場合には量、子
化特性を祖（とって情報の発生を抑えても画質劣化は生
じない。なぜなら標本化パルスのシックは画面上で目に
見えるほど太き（はないからである。、？、二とえは標
本化周波数を７ＭＨ２、シック巾を５ナノ秒、ＴＶモニ
タ上での画素間の距１ｉ、ｌｔ　（隣接画素との距離）
を１　ｖＩｍとするとき、シックによるこの距離の変動
分は１間Ｘ５／１４３＝ｏ、ｏ３ｓ藺できわめて小さい
。−しかしながら情報の発生に関してはこの影響は必す
しも小さくはない。かりに各画素が８ピノ）　ＰＣＭで
表現されており、鼠接画素叩で１００　／　２５５だけ
レベル変化があるものとすると１ｏｏ／２５５Ｘ０．０
３５＝３．５／２５５だけシックによりレベル変化が発
生する。静止部分のフレーム間差分は本来はゼロである
べきであるが、この例の場合にはジッタにより３．５／
２５５ものレベル変動が発生する。輪郭部分では１００
　／　２５５程反の隣接画素間でのレベル変動は多いた
め、はとんど輪郭部分のみから成るような複雑な画像で
（はシックがあると静止部分と言えども大量の情報を発
生すること（（なる。したがって本発明のように静止部
分では量子化特性を租（して、たとえは４／２５６以下
のフレーム間差分をゼｐとすれば画質劣化なくして情報
発生を抑圧できる。動き部分では量子化特性ｆ：柑＜　
していくとダーティ・ウィンドウ（Ｄｉｒｔｙ　Ｗｉｎ
ｄｏｗ）と呼ばれる汚れた窓を通して画像を見るような
劣化が起るため、粗い量子化特性の使用はできるだけさ
けた方がよい。

このように画像の静止部分と動き部分で用いる量子化特
性の粗さを変えることにエリ、１！！Ｉ質′！ｉｌ：損
なうことなく情報の発生を抑えることかでさる。

以下に図面を参照しながら本発明にかかる実施１＋１１
について詳細に説明する。

第１図に本発明に係る符号化装時のブロック図を示す、
ティジタル化された入力動画；象信号は線１０００を介
してｇ、算器１０と最適予測関数検出回路１２へ供給さ
れる。減算器１０は入力信号と可変遅延回路１１より供
給される予測１ｇ号との間の差を取り、この差すなわち
予測誤差をｂｉ　１ｏ　１３を介して量子化回路１３へ
供給′する。量子化回路１３は線１２００を介して供給
される最適予測関数を表わす情報と線１９００を介して
供給される符号化制御情報に従って予測誤差の量子化を
行なう。この量子化回路１３の動作の詳細については後
述する。

量子化された予測誤差は線１３００を介し゛て加算器１
４と圧縮符号化回路１７へ供給される。加算回路１４は
この量子化された予測誤差と可変遅延回路１１の出力で
ある予測信号を加算し局部復号信号を発生し、内挿回路
１５に供給する。内１１１．１回路１５は線１９１５　
ＶＣより供給される内挿制御信号ＶＣ従ってサブサンプ
リング時に符号化されない画素を内挿により再生し、サ
ブサンプリングがなされていない場合には７Ｊ１１算器
１４の出力画像信号をそのまま出力する。内挿の方法は
１画素毎にサブサンプルする２：１サプザンプリングの
場合には、符号化されない画素の両隣りの符号化された
両系の荷Δに和を始めとして可能な方法ならイＩｉ１で
もよ（、とくに節ｊ限はない。内挿回路１５の出力は爾
後信号をお工そＪフレームあるいは指定により１フイ一
ルド時間遅延させることがでさるフレームメモリ１６へ
供給される。フレームメモリ１６の出力は最適予測関数
検出回路１２と可変遅延回路１１に供給さ＋Ｉる。最適
予測関数検出回路］２は入力動画像信号とフレームメモ
リ１６から供給された画像４ｇ号エリ予測炉差を小さく
できる予測関数を１個愛；び線１２００を介して可変遅
延回路１１、量子化回路１３、圧縮符号化回路１７へ供
給する。

この最適予測関数の検出は前述の二宮の倫文に記運され
ているように複欽１１ｖ１の画素からなるブロック単位
で行なわれるものとするが、これに限定されるものでは
ない。可変Ｍ延回路１１は供給された最適予ω１１関数
に従ってフレームメモリ１６より供給された画１＃ｌｌ
Ｋ号に必要な遅延を与え最通予測信号を発生し、減−一
器１０と加算器Ｊ４に供線する。フレームメモリ１６の
遅延量は一定で１１５Ｔ変遅延回路１１の遅延量のみが
変化するが、たとえは最適予測関数がフレーム間予測と
一致する場合には可変遅延回路１１の遅延量はフレーム
メモリ１６の遅延量との和が丁度１フレ一ム時間に等し
くなるように設定される。フィールド繰り返し、の場合
にはこれが１フイ一ルド時間となる。圧縮符号化回路１
７は符号化制御情報の他に紡１２００を介［７て供給さ
れる最適予測関数と侮１３００を介して供給される量子
化された予測誤差とをそれぞれに適した不等長符号を用
いて符号化する。不等長符号□としてはそれぞれの統計
的分布から求められるハフマン符号が適しているが、他
の不等長符号でもよい。また線１９００を介して供給さ
れる再封化制御信号も符号化される。圧縮符号化回路１
７の出力符号は時間的にその葉が変動するので一定速度
の伝送路との速度整合を行なうため、−たんバ。

ファメモリ１８へ格納される。バッフ、メモリ１８にて
速度整合された符号は伝送路２０００に出力される。符
号化制御回路１９は線１８１９を介して供給されるバッ
ファメモリ１８の充足度を常に監視しており、あらかじ
め設定される符号化の制御単位時間毎に充足度に一適応
した制御信号を出す。たとえば充足度が非常に低い時に
Ｉ′ｉ密な量子化特性を用い、充足度が増大するにつメ
１て量子化特性を粗（する。それでも増大が止まらない
時にはフィールド繰り返しやサブサンプリングを適用し
て情報の発生を抑える。最慾の場合にバッファメモリ１
８があふれそうになるとすなわち充足度が１００係に近
づくと、符号化を一時停止する。符号化制御回路１９は
線１９００を介して量子化特性の指定、サブサンプリン
グの実行および停止ならひに符号化の停止を指示し、さ
らに４４Ａ　１９１６を介してフィールド繰り返しの指
示を行なうと同時に圧縮符号化回路１７へも供給する。

さらに誠ｘ９１ｓｔ−介して内挿実行と停止を指示する
。量子化回路１３は通例複数個の量子化特性をもってい
るため、各特性に適した不等長符号の組が圧縮符号化回
路１７に用意されており、符号化制御回路１９の指定に
従って量子化特性とそれに）Ｎする不等長杓号の組が選
択さ九る。

つぎに１を子化ｌ！２１路］３の動作について第２．３
図をも参照して詳しく説明する。

量子化回路１３はｉｌ’ｏ１３を介して供給される予測
誤差を量子化して結果を紳１３００を介して出力する。

本実施例においては４種類の邦・子化特性が用いられ、
各々ｌ′１１３３〜１３６の変換回路により実現されて
いるものとする。これらのＲ＞Ｍ回路は読み出し専用メ
モリ（ＲＯＭ　）を用いると容易に実現できる。量子化
特性の１例を第３図中に実線にて示す。第２図に戻る。

４種の変換回路１３３〜１３６の変換出力は選択回路１
３７により１個だけ選択され、ゲート回路１３８へ供給
される。

判定回路１３１は線１２００を介して供給される最適予
測関数を表わす情報がフレーム間予測と一致しているか
否かを判定し、その結果を選択信号発生器１３２へ供給
する。選択信号発生器１３２は線１９００を介して供給
される符号化制御信号より選択回路１３７における選択
信号と、ゲート信号１３８に対するゲート信号とを発生
し、それぞれ線３２３７，３’２３８を介して供給する
。選択回路１３７における選択が量子化特性の選択に対
応する。

つぎにゲート信号の発生方法について説明する。

線１９００によりｒ＊−ｆ化性性が指定される場合につ
いては、判定回路１３１における判定結果により出力信
号がゼｐとされる入力信号の範囲（テノｉ”・ゾーンと
呼ばれる）が変化する。判定結果がフレーム間予測であ
ることを示している時には、この時の予測誤差は静止部
分に対応しているのでデッド・ゾーンを広（するが、そ
うでない時にはそのままとする。すなわち１３３〜１３
６の変要回路のうち現在選択されているもののり（子化
特性が第３図の実線（デッド・ゾーンがＡ）で示されて
いる特性であるとする。この時前記判定結果がフレーム
間予測を示しているとするとゲート回路１３８ではデッ
ド・ゾーンＢ　（Ｂ＞Ａ　）に広げるようにする。そう
でない時にはテッド・ゾーンの変更６行なわない。この
ようにして静止部分の予測誤差についてはテッド・ゾー
ンが広（される。

つぎに疏１９００によりサブサンプリングが指定された
場合を説９月する。サブサンプリングの場合、間引かれ
た符号化されない画素に対しては量子化出力をゼロにす
るため、デッド・ゾーンを等測的に無限大にとればよい
。符号化される画素に対しては、フレーム間予検［１に
ついてはデッド−ゾーンをＢにし、フレーム間予測でな
い時にはＡとする。

したがって２＝１サブサンブリ・ングの場合にはデッド
・ゾーンが１画素おきに無限大となる。符号化停止の場
合には停止期間中はデッド・ゾーンが無限大に選ばれる
。またフィールへ繰り返しの場合にもデノトブーンが無
限大に選ばれ、さらに線１９１６を介して供給されるフ
ィールド繰り返し制御信号に従ってフレームメモリ１６
の遅延量がおよそ１フイ一ルド時間となると同時に可変
遅延回路１１の遅延時間はフレームメモリＪ６との和が
丁度１フイールドとなるように変化する。

受信側で（−ｊ１符号化制御信号も伝送されるため使用
された不等長符号のｍｌもわかるため正しく復号化する
ことができる。

本実施例では最適予測関数を表わす情報を伝送する場合
を例にとって説明したが、符号化済みの画素のみを用い
て最適予測関数を検出する場合にはこの情報を伝送する
必要がないことは勿論である。この場合には第１図にお
（する最適予測関数検出回路１２へ入力動画像信号を供
給する必要はない。

以上詳しく説明したように、本発明を適用することによ
りたとえ祖雑な模様を含んでいても、静止部分について
は鮮明な画像が提供されるだめ、実用に供することの効
果にきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１〜２図は本発明に係る予測符号化装置を説明するだ
めの７′ロック図で、第３図は量子化特性の一例を示す
図。図中、１０は減算器、１１は可変遅延回路、１２１
は最適予測関数検出回路、１３は量子化回路、１４は７
１０算器、１５は内挿回路、１６は）Ｌ−−ＡメモＩＪ
、１７は圧縮符号化回路、１８にバッフアメそり、１９
は符号化制御回路、である。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の予測関数を用い、この中から予測誤差を小さく
   する予測関数すなわち最適予測関数を一個定め、この最
   適予測関数に基づいて動画源信号の予測符号化を実行す
   るにあたり、前記最適予測関数を決定する手段、該決定
   された最適予測関数に基づいて予測信号を発生する手段
   、入力された動画像信号と該予測信号とから予測誤差を
   得る手段、前記最適予測関数が静止部分の予測に適した
   予測関数に一致するとき、該予測誤差に対しては粗い童
   子化を行なうことができる欝子化手段、を具備すること
   を特徴とする動画像信号の予測符号化装置。