JPS6269789A - フレ−ム間符号化方式 - 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） 本発明はテレビ信号の高能率なフレーム間符号化方式に
関するものである。

（従来の技術） テレビ信号のフレーム間符号化方式として、連続する２
フレ一ム間の差分信号をベクトル量子化して符号化伝送
する方式がある。このような方式では、フレーム間差分
をとることによりテレビ画面の静止領域における情報を
除去でき、動領域の占める割合が１０％であればＶｌｏ
への帯域圧縮が可能である。又、動領域についてはｐ画
素×ｑラインから成るブロック毎にベクトル量子化を行
っている。ベクトル量子化はｐＸｑ個の画素値の組合わ
せに関して、発生確率が低く、かつ視覚感度の低い組合
わせの領域においてはベクトル量子化代表値の組合わせ
の数を大幅に削減するもので、例えば８×８のブロック
に対して５１２通９の組合わせにしている。従って、８
×８のブロックには６４個の画素が含まれており、これ
を８ビット／画素のＰＣＭ符号化を行えば５１２ビツト
／ブロツクの情報量が発生するのに対し、５１２通シの
組合わせを表わすインデックス情報は９ビツト／ブロツ
クとなるため約Ｖ５７の帯域圧縮が可能となる。以上の
ことから動領域の占める割合いが１０％の時には全体で
１１５７０の帯域圧縮が可能となる。しかし、このよう
な方式では被写体の動きが大きく、動領域の占める割合
いが大きくなるにつれて情報発生量が多くなり帯域圧縮
率が低くなる欠点がある。

動領域の占める割合いが大きい場合にも帯域圧縮率を高
める方法として、ベクトル量子化の単位であるブロック
の大きさを大きクシ、かつベクトル量子化代表値の組合
わせの数を減らすことによりインデックス情報の画素当
りのビット長を短かくする方法が考えられる。しかし、
ブロックの大きさを大きくすると、ベクトル量子化に際
して最適となるベクトル量子化代表値を選定するための
回路規模が大きくなる欠点がある。また、ベクトル量子
化回路の規模を大きくすることなく等制約にブロックの
大きさを大きくする方法として、符号化の対象とする画
素を１個おきに間引く方法が考えられるが、この方法で
は再生画像の解像度が劣化する欠点がある。

（発明が解決しようとする問題点） このため、この種の従来方式では、動領域の占める割合
いが大きく情報発生量が多い時、画像の１フレ一ム単位
あるいは１フイ一ルド単位の符号化停止即ちフレーム駒
落しあるいはフィールド駒落しを行い、情報発生量が更
に多くなるにつれて駒落し率を高くすることにより情報
発生の抑圧を行っていた。このため、従来方式では被写
体の動きが大きい時伝送できるフレーム数あるいはフィ
ールド数が減少することになｐ、再生画像にジャーキネ
スを生じ画品質が劣化する欠点があった。

本発明の目的は、ベクトル量子化の単位となるブロック
の大きさを大きくした時回路規模が大きくなる点、符号
化の対象とする画素を間引いた時再生画像の解像度が劣
化する点、及び被写体の動きが大きくなった時駒落し率
が大きくなり過ぎる点を解決したフレーム間符号化方式
を提供することにある。

（問題点を解決するだめの手段） 前記目的を達成するための本発明の特徴は、ディジタル
化されたテレビ信号入力に対し、ｎ（ｎ＝０．１．２・
・・）フレーム前の画素値から予測信号を構成する手段
と、入力信号と予測信号との差をとり予測誤差信号を出
力する手段と、入カテレピ信号または前記予測誤差信号
のｍ（ｍ＝１．２゜３・・・）フレームを組とし、ｍフ
レームの内の各フレームの画素を予め定められた規則に
基づいてドツトインタレース式に出力する手段と、当該
ドツトインタレース式に出力する手段により符号化対象
とされた画素をｐ画素×ｑライン（ｐ、ｑは自然数）か
らなる大きさのブロックに分割し、かつ符号化された信
号を伝送路の速度に整合させるための速度平滑用バッフ
ァメモリの記憶情報量に応じてｐＸｑのブロックの大き
さを適応的に切替えるブロック化手段と、当該ブロック
化手段により分割されたブロック内の各画素の予測誤差
信号の組合わせに対して、予め約束されたベクトル量子
化特性の内評価値の最小となるベクトルを選定し、当該
ベクトルのインデックス情報を出力するベクトル量子化
符号化手段と、前記インデックス情報に所定の符号を割
当てる手段と、インデックス情報等に割当てられた符号
を一旦記憶し、記憶された情報を所定の伝送速度で読出
すバックアメモリと、前記ベクトル量子化符号化手段の
出力であるインデックス情報を基にベクトル量子化代表
値を出力するベクトル量子化復号手段、及び当該ベクト
ル量子化代表値と前記予測信号を加算する局部復号手段
を有するフレーム間符号化方式にある。

（作用） 本発明は、ドツトインタレース式に画素を間引くことに
より再生画像の静止領域における解像度を確保し、また
上述した方法で画素を間引いたことによりベクトル量子
化の回路規模を増加させることなく等測的にブロックの
大きさを大きくし、この結果ブロックの数を削減するこ
とにより情報発生量を抑圧する。またブロックの大きさ
を適応的に切替えてベクトル量子化を行うことにより動
きが大きくなった場合にも駒落し率を従来方式に比べ低
下できる。

従来方式とは、ドツトインタレース方式とベクトル量子
化を組合わせた点及び、ベクトル量子化におけるブロッ
クの大きさの適応制御を行うようにした点が異なる。

（実施例） 第１図は本発明の実施例であって、１はチンピ信号入力
端子、２はルΦ変換回路、３は遅延回路、４はテレビ信
号入力から予測信号を引いて予測誤差信号を出力する減
算回路、５はドツトインタレース及び駒落し回路、６は
適応ブロック化回路、７は平均値分離回路、８はブロッ
ク内の標準偏差により正規化を行う正規化回路、９はベ
クトル量子化符号化回路、１０は多重化回路、１１は可
変長符号化回路、１２はバッファメモリ、１３はデータ
出力端子、１４はベクトル量子化復号回路、１５は標準
偏差による重み付けを行う重み付は回路、１６は平均値
加算回路、１７は逆ブロツク化回路、１８はフレーム間
の局部復号信号を再生する加算回路、１９は間引かれた
画素及び駒落しされたフィールドの画素値を補間する補
間回路、加はフレームメモリ、２１は動き検出回路、ｎ
は可変遅延回路、おはフィルタ、詞は遅延回路、５は同
期分離回路、２６はクロック発生回路である。

先ずテレビ信号入力端子１から入力されるテレビ信号は
〜巾変換回路２においてアナログ信号から１画素当シ８
ビットのＰＣＭ信号に変換され、遅延回路３において後
述する動き検出処理に必要とする所定の遅延時間だけ遅
延された後、減算回路４においてフィルタ乙の出力を減
算される。減算回路４の出力即ち予測誤差信号は、ドツ
トインタレース及び駒落し回路５において、符号化停止
される画素及び駒落しされるフィールドの予測誤差値を
０または前の画素の予測誤差値に変換される。この処理
はクロック発生回路あの出力である標本化クロック、フ
ィールドパルス、フレームパルス及びバッファメモリ１
２の出力である符号化制御信号により行われる。第２図
は駒落し方式の基本原理を説明するための図であって、
実線は符号化される奇フィールドを表わし、１点鎖線は
奇フィールドの内、バックアメモリの記憶情報量が閾値
を越えた時駒落しされるフィールドを表わす。

又、偶フィールドは破線で示したように毎フィールド駒
落しされる。第３図はドツトインタレース方式の基本原
理を説明するための図であって、０印は奇フレーム用符
号化画素を、Δ印は偶フレーム用符号化画素を表わす。

第３図では２フレームで全画素を符号化する例について
示しているが、ｎフレーム毎に全画素が符号化されるよ
うにドツトインタレースを構成し得ることは明らかであ
る。

また、第３図の例では連続する２フレームを組としてい
るが、第２図に１点鎖線で示した駒落しされるフィール
ドを除いた符号化するフィールドのみについて連続する
２フイールドを組として構成すればバッファメモリ１２
の記憶情報量に応じて１フレームおきに駒落しが発生し
た場合にも第３図のＯ印又はΔ印の画素がいつまでも符
号化されない状態を避けることができる。ドツトインタ
レース及び駒落し回路５の出力は適応ブロック化回路６
において、バッファメモリ１２の記憶情報量が増大する
のに応じて、例えば４画素×４ライン、８画素×８ライ
ン、１６画素×１６ラインと次第に大きいブロック化に
分割される。これらは第３図に示したドツトインタレー
スにより実質上は２画素×４ライン、４画素×８ライン
、８画素Ｘ１６ラインになる。平均値分離回路７は入力
の各ブロック毎の平均値を計算し、得られた平均値を各
画素毎に予測誤差値から引いて正規化回路８に出力する
とともに平均値情報を多重化回路１０及び平均値加算回
路１６に供給する。正規化回路８は平均値分離回路７の
出力の各ブロック毎の標準偏差により入力値を正規化し
、正規化出力をベクトル量子化符号化回路９に出力する
とともに標準偏差情報を多重化回路１０及び重み付は回
路に供給する。但し、前述した平均値及び標本偏差が夫
々所定の閾値以下の時、これを無効ブロックとし無効ブ
ロック識別情報を多重化回路１０に出力する。ベクトル
量子化符号化回路９は、ブロック毎の入力信号の値を所
定のベクトル量子化特性に基づいて、評価値例えば各画
素毎の入力値と量子化代表値の差分絶対値の１ブロツク
当シの累算値が最小となるベクトルを最適ベクトルとし
て選定し、この最適ベクトルを表わすインデックス情報
を多重化回路１０及びベクトル量子化復号回路１４へ供
給する。なお、ベクトル量子化用コードブックは適応的
に切替えられるブロックの大きさに応じて切替えられる
。多重化回路１０は平均値分離回路７から供給される平
均値情報、正規化回路８から供給される標準偏差情報及
び無効ブロック識別清報、ベクトル量子化符号化回路か
ら供給されるインデックス情報、動き検出回路２１から
供給される動きベクトル情報、及びクロック発生回路２
６から供給される映像フレーム情報等を時分割多重し、
多重化されたデータを可変長符号化回路１１に出力する
。可変長符号化回路１１は入力される各データに対し、
所定のテーブルに基づいた可変長符号を割当ててバッフ
ァメモリ１２に出力する。バッファメモリ１２は非定常
に入力される可変長符号化データを一旦記憶し、記憶さ
れたデータを一定の伝送路クロックで読み出し、伝送路
上の信号形式例えばＡＭＩ符号に変換してデータ出力端
子１３に出力する。また、バックアメモリ内の記憶情報
量を算出し、これを基にする符号化制御情報を出力する
。

ベクトル量子化復号回路１４は入力される前記インデッ
クス情報を基に、ブロック内の各画素に対する量子化代
表値を出力する。重み付は回路１５は入力される量子化
代表値に正規化回路８から供給される標準偏差をかけ正
規化されている値を元に戻す。平均値加算回路１６は重
み付は回路１５の出力に前記平均値を加算する。また無
効ブロック識別情報を入力し、無効ブロック内の全画素
の値を零にする。逆ブロツク化回路１７は適応ブロック
化回路６で適応的に大きさを制御されたブロックを夫々
逆ブロック化し、加算回路１８以降ではブロックの大き
さが可変となる回路構成上の影響を除去する。加算回路
１８は逆ブロツク化回路１７の出力と遅延回路冴を介し
て得られる予測信号を加算して局部復号信号を出力する
。補間回路１９ではドツトインタレース及びフィールド
駒落しされた画素の値を補関する。ドツトインタレース
により間引かれた画素について、静止領域内の画素は過
去のフレームの同一位置の画素値で補関し、動領域内の
画素は近傍画素の値を用いて補間する方法等各種の方法
が可能である。また、フィールド駒落しされた画素につ
いでも前後のフィールドの相加平均で補間する方法等各
種の方法が可能である。フレームメモリ四は補間回路１
９の出力を約１フレーム期間遅延させる。動き検出回路
２１は、〜Φ変換回路２から供給される入力信号を例え
ば１６画素×１６ライン毎のブロックに分割し、当該入
力ブロックに対する最適予測ブロックを符号化済みの過
去のフレームの近傍領域のブロックの中から選択し、当
該最適予測ブロックを表わす動きベクトル情報を可変遅
延回路ｎ、補間回路１９、及び多重化回路１０に出力す
る。最適予測ブロックを検出する方法は例えば動き補償
範囲内の全ブロックについて探索する全探索法等各種あ
り、いずれもこの種の方式に関連する業者において容易
に実現し得るものである。可変遅延回路ｎは動き検出回
路２１の出力である動きベクトル情報により指定される
ブロック内の画素値をフレームメモＩＪ　２０の出力か
ら選択して出力する。フィルタおは可変遅延回路乙の出
力に対し空間的なディジタルフィルタ処理を施Ｌ、ベク
トル量子化により生じるエツジ部の量子化雑音を抑圧す
る。遅延回路群はフィルタ乙の出力を、減算回路４から
加算回路１８までの処理に要する時間と同じ時間だけ遅
延させる。

同期分離回路２５は入力テレビ信号から例えば水平同期
信号や垂直同期信号を分離する。クロック発生回路２６
は例えば水平同期信号に位相同期した標本化クロックや
波形整形した水平同期パルス、フレームパルス等を発生
し、これらを必要とする各回路に出力する。

以上の説明ではモノクロームテレビ信号について説明し
たが、ＮＴＳＣカラーテレビ信号を輝度信号と色信号に
分離し、分離された色信号を時間軸圧縮し、更にこの色
信号を輝度信号の水平ブランキング期間に時分割多重し
た時分割多重信号（ＴＤＭ信号）に対し本発明を適用し
得ることは明らかである。

（発明の効果） 以上説明したように、符号化画素数を削減するドツトイ
ンタレース方式とベクトル量子化方式とを組合わせたた
め、ベクトル量子化の回路規模を増加させることなく等
制約にブロックの大きさを大きくでき、この結果、ブロ
ックの数を削減することにより情報発生量を削減できる
利点がある。

また、ドツトインタレース方式を採用しているので静止
領域の解像度を確保できる利点がある。

更にベクトル量子化の単位となるブロックの大きさを適
応的に切替えるようにしたため、動きが大きくなった場
合にも情報発生量の増加を抑圧でき、このことにより、
情報発生量が増加した場合に使用されるフィールド駒落
しの駒落し率を低減できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例、第２図は駒落し方式の基本原
理を説明するための図、第３図はドツトインタレース方
式の基本原理を説明するだめの図である。 １・・・テレビ信号入力端子、２・・・〜の変換回路、
３．２４・・・遅延回路、４・・・減算回路、５・・・
ドツトインタレース及び駒落し回路、６・・・適応ブロ
ック化回路、７・・・平均値分離回路、８・・・正規化
回路、９・・・ベクトル量子化符号化回路、１０・・・
多重化回路、１１・・・可変長符号化回路、１２・・・
バッファメモリ、１３・・・データ出力端子、１４・・
・ベクトル量子化復号回路、１５・・・重み付は回路、
１６・・・平均値加算回路、１７・・・逆ブロツク化回
路、１８・・・加算回路、１９・・・補間回路、加・・
・フレームメモリ、２１・・・動き検出回路、ｎ・・・
可変遅延回路、ｎ・・・フィルタ、５・・・同期分離回
路、２６・・・クロック発生回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ディジタル化されたテレビ信号入力に対し、ｎ（ｎ＝０
   、１、２・・・）フレーム前の画素値から予測信号を構
   成する手段、 入力信号と予測信号との差をとり予測誤差信号を出力す
   る手段、 入力テレビ信号または前記予測誤差信号のｍ（ｍ＝１、
   ２、３・・・）フレームを組とし、ｍフレームの内の各
   フレームの画素を予め定められた規則に基づいてドット
   インタレース式に出力する手段、当該ドットインタレー
   ス式に出力する手段により符号化対象とされた画素をｐ
   画素×ｑライン（ｐ、ｑは自然数）からなる大きさのブ
   ロックに分割し、かつ符号化された信号を伝送路の速度
   に整合させるための速度平滑用バッファメモリの記憶情
   報量に応じてｐ×ｑのブロックの大きさを適応的に切替
   えるブロック化手段 当該ブロック化手段により分割されたブロック内の各画
   素の予測誤差信号の組合わせに対して、予め約束された
   ベクトル量子化特性の内評価値の最小となるベクトルを
   選定し、当該ベクトルのインデックス情報を出力するベ
   クトル量子化符号化手段、 前記インデックス情報に所定の符号を割当てる手段、 インデックス情報等に割当てられた符号を一旦記憶し、
   記憶された情報を所定の伝送速度で読出すバッファメモ
   リ、 前記ベクトル量子化符号化手段の出力であるインデック
   ス情報を基にベクトル量子化代表値を出力するベクトル
   量子化復号手段、及び 当該ベクトル量子化代表値と前記予測信号を加算する局
   部復号手段 を有することを特徴とするフレーム間符号化方式。