JPS6152084A - 高能率符号化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、テレビジョン信号の高能率符号化装置に関
する。

〔従来の技術〕

１画素当たりのビット数を低減する高能率符号化として
３次元的な即ち時空間な処理を行うフレーム間符号化方
式が知られている。フレーム間符号化方式としては、動
き検出によるものと、動き補正によるものとがある。前
者は、フレーム差の有無で動き検出を行い、フレーム差
の無い所（即ち、動きの無い所）だけを前フレームのデ
ータで置き換えるものである。

後者の方式は、ブロックマツチング法等により現在と前
フレーム間の位置関係情報（動き補正量）を求め、この
動き補正量に基づいて前フレーム画像を操作してフレー
ム間の対応を取るものである。ブロックマツチング法は
、画面を複数のブロックに分割し、各ブロック毎に動き
の量及びその方向を求め、この動きの量及びその方向を
伝送するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

動き検出によるフレーム間符号化方式は、一般の動画像
では、動き部分が多く、圧縮率が低い問題点があった。

また、動き補正によるフレーム間符号化方式は、ブロッ
ク分けによる歪が発生し、各ブロック毎の動き量を伝送
するために、圧縮率が充分に低いといえない欠点があっ
た。

更に、何れの方式でも、動き物体が動いた時に、元の領
域の画素データがなくなる所謂アンカハードバックグラ
ウンドの問題を生しる欠点があった。

従って、この発明は、従来の装置に比して極めて大きい
圧縮率を実現できる高能率符号化装置の提供を目的とす
るものである。

この発明の他の目的は、時間方向の各種補正を施すこと
により、複数の動き物体による各種の動きに対応できる
高能率符号化装置を提供することにある。

この発明の更に他の目的は、空間方向の各種補正を施す
ことにより、エツジ部のボケや、アンカバードバックグ
ラウンド等の問題が生じない高能率符号化装置を提供す
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、過去の数フイールドの画素データを貯える
メモリ１．２．３と、現在のフィールドの画素データと
メモリ１．２．３に貯えられている過去の数フィールド
の画素データとから線形１次結合で規定される時空間な
関係式を規定するパラメータを例えば最小自乗法により
同定する手段１と、同定したパラメータに基づいて、過
去の数フィールドの画素データから現在のフィールドの
画素データの予測を行う手段２とを備え、同定されたパ
ラメータを伝送するようにした高能率符号化装置である
。

〔作用〕

この発明は、過去数フィールドの画素データから、現在
の動きを予測するものである。この発明では、複数の動
き物体の各々の動き情報は上記の画素データに含まれて
いるので、つまり、各種の方向や速度を持つ動きベクト
ルも時間的には強い相関を有するので、動き量を伝送す
る必要がなく、１フイールド毎のパラメータ（予測のた
めの係数）のみを伝送すれば良く、１画素当たりの平均
ビット数を極めて少な（できる。また、この発明では、
動き補正を各画素のレベルの時間的変化として捕らえる
ので、動きベクトルの方向や速度に依らない定速度運動
（過去２フイールドのデータで表現される）或いは定加
速度運動（過去３フイールドのデータで表現される）と
いった運動モデルとして統一的に扱えるので、単純にｖ
Ｊきモデルからのずれを補正するだけですむ。従って、
この発明によれば、圧縮率を高めることができる。更に
、時間的及び空間的の３次元的に補正がなされるので、
ブロック歪やアンカバードハックグラウンドの問題を何
等生じない。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例について、図面を参照して説
明する。第１図は、この発明の一実施例即ち送信側に設
けられる符号化装置の構成を示し、第２図は、受信側に
設けられる復号化装置の構成を示す。

第１図において、１は、バラメーク同定部を示す。この
パラメータ同定部１には、所定のサンプリング周波数で
ディジタル化されたディジタルテレビジョン信号即ち現
フィールドにの画像データが入力されると共に、前フィ
ールドに−１の画像データと、更に前のフィールドに−
２の画像データと、より更に前のフィールドに−３の画
像データとが入力される。これらの画像データは予測デ
ータで、この予測データを用いてパラメータ同定部１は
、最小自乗法により例えば各々が８ビツトの３５個のパ
ラメータＷ１〜Ｗ３５を１フイールドごとに同定する。

パラメータ同定部１には、空間的位置関係を調整するた
めのライン遅延回路及びサンプル遅延回路が含まれてい
る。パラメータ同定部１で同定されたパラメータ・〃１
〜ｗ３５が送信データとされる。このパラメータｗ　ｌ
〜Ｗ３５は、入力データに対して１フイールド遅れたフ
ィールドに−１のものである。

２は、予測部を示し、３．４．５は、夫々フィールドメ
モリを示す。フィールドメモリ３．４．５には、予測部
２からの予測データが書き込まれ、フィールドに−１よ
り過去の３フイールド］＜−２。

ｋ−３，に−４の画像データ（予測データ）が貯えられ
る。予測部２は、予測しようとする画素の近傍に位置し
、且つ過去３フイールド内に含まれる３５個の予測デー
タとパラメータｗｌ〜ｗ３５とを用いて現画素に対する
予測値を求めるものである。このため、予測部２にも、
空間的位置関係を調整するための複数のライン遅延回路
及び複数のサンプル遅延回路が含まれている。

現フィールドにの画素データ（第３図Ａ）に対する予測
値は、その前フィールドに−１の近傍の１０画素のデー
タ（第３図Ｂ）、その前々フィールドに−２の近傍の１
５画素のデータ（第３図Ｃ）、その前々々フィールドに
−３の近傍の１０画素のデータ（第３図Ｄ）の計３５個
の画素データの線形１次結合として求められる。

第３図Ａ〜第３図りにおいて水平方向の実線がフィール
ドｋ及びフィールドに−２において走査されるラインを
表し、水平方向の破線がフィールドに−１及びフィール
ドに−３において走査されるラインを表す。現フィール
ドにの画素データが含まれる位置のラインをｙとして、
その上側に位置するラインをＸ＋１とし、更にラインｙ
＋ｌの上側に位置するラインをＸ＋２としている。ライ
ンｙの下側に位置するラインは、夫々ｙ−１，ｙ−２と
している。

第３図Ａ〜第３図りにおいて垂直方向の実線が各フィー
ルドにおけるサンプリング位置を示し、現フィールドに
の画素データのサンプリング位置Ｘより１サンプル前の
サンプリング位置及びこれより２サンプル前のサンプリ
ング位置を夫々Ｘ−１、ｘ−２としている。また、サン
プリング位置Ｘの後のサンプリング位置及びより後のサ
ンプリング位置を夫々Ｘ＋１、Ｘ＋２としている。

現画素に対する予測データＴｋ（ｘ、ｙ）は、次式の線
形−次結合で表される。

１ｗ　（ｘ、ｙ）　＝　　　　　ｗｌ　ｘ↑ｈ−＋　（
ｘ−２，Ｘ＋１）＋Ｗ２×↑に−Ｉ（ｘ−１，Ｘ＋１）
　　＋　ｗ３　ｘ↑＊−＋　（ｘ、Ｘ＋１）＋ｗ４　　
Ｘ　　Ｌ−＋　　（ｘ＋１．Ｘ＋１）　　　＋ｗ５　　
ｘ　　↑　＊−＋　　（ｘ＋２．Ｘ＋１）＋Ｗ６×↑＊
−＋　（ｘ−２，ｙ−１’）　　＋　ｗ７　ｘ↑に−，
１（ｘ−１，ｙ−１）＋Ｗ８×↑＊−＋　（ｘ＋ｙ−１
）　　＋　ｗ９　Ｘ↑、ｌ−＋　（ｘ＋１．ｙ−１）＋
ｗｌＯＸ↑ｗ−＋　（ｘ＋２．ｙ−１）＋ｗｌｌＸ↑ｗ
−ｚ　（ｘ−２，Ｘ＋２）　　＋　ｗ１２Ｘ↑に−ｚ　
（ｘ−１，Ｘ＋２）＋ｗ１３Ｘ↑に−ｚ　（ｘ、Ｘ＋２
）　　＋　Ｗ１４Ｘ　Ｔ　ｘ−ｚ　（ｘ＋１．Ｘ＋２）
＋ｗ１５Ｘ↑に−ｚ　　（ｘ＋２．Ｘ＋２）　　＋ｗ１
５Ｘ　１ｋ−２（ｘ−２，ｙ）＋ｗ１７Ｘ了に−ｚ　　
（ｘ−Ｌい　＋Ｗ１８×↑＊−ｚ　　（ｘ、ｙ）＋ｗ１
９Ｘ↑＊−ｚ　　（ｘ＋１．ｙ）　　＋　ｗ２０Ｘ　Ｔ
　ｋ−ｚ　　（ｘ＋２．ｙ）＋Ｗ２１Ｘ↑に−ｚ　　（
ｘ−２，ｙ−２）　　＋　Ｗ２２Ｘ↑よ−２（ｘ−１，
ｙ−２）＋ｗ２３Ｘ　　↑　ｋ−ｚ　　（ｘ、ｙ−２）
　　　＋　　ｗ２４Ｘ　　Ｔ　　ｋ−ｚ　　（ｘ＋１．
ｙ−２）＋ｗ２５Ｘ↑に−ｚ　　（ｘ＋２．ｙ−２）＋
Ｗ２６×↑に−＋　　（ｘ−２，Ｘ＋１）　　＋　ｗ２
７Ｘ↑ｗ−３（ｘ−１，Ｘ＋１）＋　Ｗ２８Ｘ　Ｔ　ｗ
−ｚ　　（ｘ、Ｘ＋１）　　＋　Ｗ２９Ｘ↑に−３（ｘ
＋Ｌｙ＋１）＋ｗ３０Ｘ了１１−３　　（ｘ＋２．Ｘ＋
１）　　＋　ｗ３１Ｘ↑ｕ−３（ｘ−２，ｙ−１，）＋
ｗ３２ｘ↑に−３（ｘ−１，ｙ−１）　　＋ｗ３３Ｘ↑
ｗ−ｓ　　（ｘ、ｙ−１）＋　ｗ３４Ｘ　Ｙ　ｋ−ｓ　
　（ｘ＋１．ｙ−１）　　＋　ｗ３５Ｘ↑に−３（ｘ＋
２．ｙ−１）上述の予測式は、現フィールドの画素に対
する予測値を、最も相関が強い近傍の３５画素を代表値
として取り出し、この代表値に時空間方向の補正を施し
て求めることを意味する。

パラメータ同定部１は、予測データを用いて、最小自乗
法によりパラメータを同定する。つまり、現フィールド
の成る画素の真値１６は、上式で求められたこれと対応
する画素の予測値↑うに誤差ｅが重畳されたものである
から、（ｅ−↑、−Ｔ３）となり、この誤差の自乗値を
所定数の画素に関して最小にするパラメータＷ１〜ｗ３
５が計算される。

この場合、１フイールドに含まれる全ての予測画素（例
えば１ライン内に８００００画素フイールドが２５５ラ
インの場合では、８００ｘ２５５個）を用いてパラメー
タＷ１〜Ｗ３５を最小自乗法により計算すれば、最高の
精度が得られるが、回路規模が大きくなるので、複数サ
ンプル毎の間引きにより得られた所定数の例えば３００
個の代表の画素を用いてパラメータＷ１〜Ｗ３５の同定
がなされる。

また、画面の周辺部でデータが存在しない所では、第４
図に示すように、画面内のデータａ　−ｈと同一のデー
タが画面外にあるものとして代用すれば良い。或いは、
第４図において破線図示のように、１ライン内側で且つ
２サンプル内側に寄った領域内で同定を行うようにして
も良い。

上述の符号化がなされた送信データを受信する復号化装
置は、第２図に示すように、フィールドメモリ７．８．
９と、受信されたバラメークｗ１〜Ｗ３５が供給される
と共に、フィールドメモリ７．８．９から過去３フイー
ルドのデータが供給される予測部６とで構成される。こ
の予測部６により予測データ即ちディジタルテレビジョ
ン信号が形成される。受信側で、ディジタルテレビジョ
ン信号を復号するために、パラメータｗ１〜ｗ３５の送
信に先行して３フィールド分の初期値が送信され、この
初期値がフィールドメモリ７．８．９の夫々に書き込ま
れる。

尚、現在のフィールドに対して過去の２フイールドの画
素データを用いても良く、そのときには、３次元運動モ
デルとして、定速度運動モデルを表現することになる。

〔発明の効果〕

この発明は、過去数フィールドの画素データから、現在
の動きを予測するものであり、従って、複数の動き物体
の各々の動き情報は上記の画素データに含まれているの
で、動き量を伝送する必要がなく、１フイールド毎のパ
ラメータ（予測のための係数）のみを伝送すれば良く、
■画素当たりの平均ビットＢを極めて少なくできる。ま
た、この発明では、動き補正を各画素のレヘルの時間的
変化として捕らえるので、動きベクトルの方向や速度に
依らない定速度運動（過去２フイールドのデータで表現
される）或いは定加速度運動（過去３フイールドのデー
タで表現される）といった運動モデルとして統一的に扱
えるので、単純に動きモデルからのずれを補正するだけ
ですむ。従って、この発明によれば、圧縮率を高めるこ
とができる。

また、時間的及び空間的の３次元的に補正がなされるの
で、ブロック歪やアンカハードバックグラウンドの問題
を何等生じない。

更に、線形１次結合により３次元運動モデルを表現して
いるので、非線形高次結合により表現するのと比較して
、パラメータの同定をより簡単なハードウェアで高速に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図はこ
の発明の一実施例により符号化された送信データを受信
するための構成を示すブロック図、第３図及び第４図は
この発明の一実施例の説明に用いる路線図である。 １：パラメータ同定部、２：予測部、３．４．５：フィ
ールドメモリ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 過去の数フイールドの画素データを貯えるメモリと、現
   在のフイールドの画素データと上記メモリに貯えられて
   いる過去の数フイールドの画素データとから線形１次結
   合で規定される時空間な関係式を規定するパラメータを
   同定する手段と、上記同定したパラメータに基づいて、
   上記過去の数フイールドの画素データから上記現在のフ
   イールドの画素データの予測を行う手段とを備え、上記
   同定されたパラメータを伝送するようにしたことを特徴
   とする高能率符号化装置。