JP2000324498A - 動画像符号化装置 - Google Patents

動画像符号化装置

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JP2000324498A
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Hideki Sawada
英樹 澤田
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 動画像の符号化品質を向上させる。 【解決手段】 入力バッファと、動きベクトル検出器
と、ベクトル記憶器と、動き補償器と、減算器と、ＤＣ
Ｔ器と、量子化器と、逆量子化器と、逆ＤＣＴ器と、加
算器と、フレームメモリと、可変長符号化器と、上記ベ
クトル記憶器に記憶された動きベクトルを読み出して差
分動きベクトルを算出し、上記動きベクトルを符号化す
る際に、上記差分動きベクトルの総符号量が最も短くな
るように、上記可変長符号と上記固定長符号との組み合
わせを選択するベクトル符号長最適化器と、このベクト
ル符号長最適化器で選択された上記可変長符号と上記固
定長符号との組み合わせを使って、上記動きベクトルを
可変長符号化して出力するベクトル符合化器と、多重化
部とを備えたものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、動画像符号化装置
に関し、特にデジタル画像データを圧縮して伝送する際
に使用される動画像符号化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、動画像データを高能率に符号化す
る技術として、ブロックマッチングによる動き補償フレ
ーム間予測符号化方式が標準化され広く用いられている
（例えば、ＭＰＥＧ等）。この方式は、連続するフレー
ムの映像信号の相関が一般的に大きいという性質を利用
するものであり、現フレーム（以下、被予測フレームと
いう）と過去あるいは未来のフレーム（以下、参照フレ
ームという）との差分信号のみを符号化することによ
り、時間的冗長度の削減を図るものである。
【０００３】このような動き補償フレーム間予測符号化
方式においては、予め符号化された参照フレームを、動
きベクトルの分だけ移動させたものを予測信号としてい
る。そして、この予測信号と現フレーム信号との差分値
（以下、動きベクトルという）を符号化することによ
り、動きによって生じる符号化情報量の増加を抑制して
いる。
【０００４】ここで、一般的な画像処理単位について、
ＭＰＥＧを例にして説明する。図５は、ＭＰＥＧで使用
される画像処理単位を示す説明図である。同図に示すよ
うに、一つのビデオ・プログラム全体の符号化信号は、
画像シーケンスと呼ばれ、複数のＧＯＰ（Group Of Pic
ture）によって構成されている。画像シーケンスはシー
ケンス・ヘッダ（図示せず）で始まり、シーケンス・エ
ンド（図示せず）で終了する。シーケンス・ヘッダに
は、画像の大きさを示す情報や１秒間に符号化されるフ
レーム数、通信速度等の画像シーケンス全体に関する情
報等が格納されている。
【０００５】ＧＯＰは、ＧＯＰヘッダ（図示せず）とそ
れに続く複数のピクチャによって構成されている。各ピ
クチャは、Ｉピクチャ，Ｐピクチャ，Ｂピクチャの何れ
か一つによって構成されている。
【０００６】Ｉピクチャは、フレーム内処理のみで符号
化されたピクチャである。Ｐピクチャは、符号化済みの
直前のピクチャ（ＩまたはＰピクチャ）から予測された
ピクチャであり、連続したピクチャの中で前方向のみの
動き予測に使用される。Ｂピクチャは、２個の隣接した
符号化済みのピクチャ（ＩまたはＰピクチャ）から予測
されたピクチャであり、連続する前後方向の動き予測に
使用される。なお、このＢピクチャは、他のピクチャの
予測には使用されない。
【０００７】また、各ピクチャは、動画像信号を構成す
る各画面に相当し、ピクチャヘッダ（図示せず）とそれ
に続く複数のスライスとで構成されている。各スライス
は、複数のマクロブロックで構成されている。マクロブ
ロックは、１６×１６の画素ブロックで構成されてい
る。
【０００８】次に、従来の動き補償フレーム間予測符号
化装置について説明する。図６は、従来の動き補償フレ
ーム間予測符号化装置を示すブロック図である。同図に
示すように、従来の装置は、入力端子１０１を有する入
力バッファ１０２と、減算器１０３と、動きベクトル検
出器１０４と、動き補償器１０５と、ＤＣＴ器１０６
と、量子化器１０７と、可変長符号化器１０８と、逆量
子化器１０９と、逆ＤＣＴ器１１０と、加算器１１１
と、フレームメモリ１１２と、ベクトル符号化器１１３
と、多重化部１１４とで構成されている。
【０００９】入力端子１０１には、画像データが入力さ
れ、この入力画像データは入力バッファ１０２に供給さ
れる。入力バッファ１０２は、入力された画像データを
所定の画素単位（すなわち、上述のマクロブロック単
位）で減算器１０３および動きベクトル検出器１０４に
供給する。減算器１０３は、入力バッファ１０２から出
力された画像データと、動き補償器１０５で動き補償さ
れた参照フレームのブロックデータ（参照マクロブロッ
クデータ）とが供給され、これらを使ってフレーム間差
分信号を求めてＤＣＴ器１０６に供給する。
【００１０】ＤＣＴ器１０６は、入力されたフレーム間
差分信号を、ＤＣＴ（離散コサイン変換）処理すること
によって水平および垂直方向の周波数成分に分離してか
ら、量子化器１０７に供給する。量子化器１０７は、Ｄ
ＣＴ器１０６の出力を量子化することによってビットレ
ートを低減し、可変長符号化器１０８および逆量子化器
１０９に供給する。逆量子化器１０９は、量子化器１０
７の出力を逆量子化してから逆ＤＣＴ器１１０に供給す
る。
【００１１】逆ＤＣＴ器１１０は、逆量子化器１０９の
出力を逆ＤＣＴ処理してから加算器１１１に供給する。
すなわち、逆量子化器１０９および逆ＤＣＴ器１１０に
よって復号化処理が行われ、符号化前のフレーム間差分
信号と同様のデータが得られる。加算器１１１は、動き
補償器１０５で動き補償された参照フレームのブロック
データと、逆ＤＣＴ器１１０の出力とが供給される。そ
して、これらを加算することにより、現フレームの予測
される入力ブロックデータを再生し、フレームメモリ１
１２に供給する。
【００１２】フレームメモリ１１２は、入力されたブロ
ックデータを、新たな参照フレームのデータとして動き
補償器１０５および動きベクトル検出器１０４に供給す
る。動きベクトル検出器１０４は、入力バッファ１０２
から現フレームのブロックデータが供給されるととも
に、フレームメモリ１１２から参照フレームのブロック
データが供給される。そして、これら入力されたブロッ
クデータを用いて、参照フレームと現フレームとの間の
動きベクトルを求め、求めた動きベクトルを動き補償器
１０５に供給する。
【００１３】動き補償器１０５には、フレームメモリ１
１２から参照フレームのブロックデータが与えられてい
る。したがって、動き補償器１０５は、このブロックデ
ータを動きベクトル検出器１０４からの動きベクトルで
動き補償することにより、動き補償された参照フレーム
のブロックデータ（参照マクロブロックデータ）を作成
して減算器１０３に供給する。
【００１４】一方、可変長符号化器１０８は、量子化器
１０７の出力を可変長符号化して多重化部１１４に供給
する。ベクトル符号化器１１３は、動きベクトル検出器
１０４で求められた動きベクトルを可変長符号化して多
重化部１１４に供給する。多重化部１１４は、可変長符
号化器１０８で可変長符号化された画像データに、ベク
トル符号化器１１３で可変長符号化された動きベクトル
値をヘッダ情報として多重してから出力する。
【００１５】次に、このような動き補償フレーム間予測
符号化装置の動作原理について説明する。
【００１６】図７は、ある物体が一定の方向へ一定速度
で移動している場合における、参照フレームおよびその
動きベクトルを示す説明図である。一般的に、ＴＶ画像
中に映し出される人の動きなどのように、動画像中の物
体の動きは、非常に複雑なものであるかのように感じら
れる。しかしながら、画像の動きを画素単位でとらえる
と、必ずしもそのようなことはない。動画像を圧縮する
際には、所定の画素単位で動き補償を行うため、図７に
示すように、大部分の画素の動きはほとんど一定速度で
動くことになる。
【００１７】したがって、動きベクトルの値は、参照フ
レームとの距離に比例して大きくなるものと考えられ、
動き補償フレーム間予測符号化装置における動きベクト
ルの検索範囲は、被予測フレームと参照フレームとの距
離に応じて決められるのが妥当である。
【００１８】例えば被予測フレーム１の動きベクトル
（ｘ1，ｙ1）の検索範囲を −ｒ＜ｘ1，ｙ1＜ｒ （ｒ：任意自然数） とすれば、被予測フレーム２の動きベクトル検索範囲は
少なくとも、 −２ｒ＜ｘ2，ｙ2＜２ｒ とすべきである。
【００１９】このような参照フレームと被予測フレーム
との距離に応じて検索範囲を拡大する動き補償フレーム
間予測符号化装置の一例としては、特開平１−１６６６
８４号公報や特開平１０−３３６６６６号公報に開示さ
れた装置が知られている。
【００２０】これらの公報に開示された装置は、参照フ
レームと被予測フレームとの距離に応じて単純に検索範
囲を大きくするものではなく、検索範囲を適宜調整する
ものである。すなわち、予め定められた動きベクトルの
検索範囲に対して、すでに動きベクトル検出を行った過
去の符号化フレームにおける動きベクトルの値に応じて
検索中心位置にオフセットを設定し、検索範囲をシフト
することにより、検索範囲の大きさを変えることなく、
動きベクトルの検索範囲を見かけ上拡大している。
【００２１】しかしながら、動きベクトルを符号化する
場合、すべての動きベクトルに可変長符号を割り当てる
ハフマン符号化を行うと、動きベクトルの大きさはダイ
ナミックレンジが広いため、膨大なテーブルが必要とな
ってしまう。上述したように動きベクトルの値は、被予
測フレームと参照フレームとの距離に比例するものと考
えられるため、動きベクトルをフレーム間の距離に依存
しない部分とフレーム間の距離に依存する部分とに分
け、前者に可変長符号を割り当て後者に別の符号化方法
を導入すると効率がよいといえる。
【００２２】そこで、動画像符号化の国際標準規格であ
るＭＰＥＧ方式では、前者のフレーム間隔によらない符
号化のために「ｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅ」という「−１
６〜＋１６」までの数値に可変長符号を割り当て、後者
のフレーム間隔に依存する符号化のために「ｆ＿ｃｏｄ
ｅ」というパラメータを用いている。
【００２３】表１は、ｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅの値と可
変長符号との対応を示す表である。この表に示すとお
り、「０」に近づくほど可変長符号のビット数は減少
し、「０」から離れるに従って可変長符号のビット数は
増加している。
【００２４】
【００２５】表２は、ｆ＿ｃｏｄｅと動きベクトルの探
索範囲との関係を示す表である。この表に示すとおり、
ｆ＿ｃｏｄｅの値が増える毎に、探索範囲は２の累乗単
位で広がっている。
【００２６】
【００２７】一方、ＭＰＥＧ方式は、現在の動きベクト
ルと一つ前の動きベクトルとの差分（以下、差分動きベ
クトルという）を符号化するという差分符号化方式を採
用している。一般的に動きベクトルは、隣り合ったもの
同士がほぼ同じような値となることが多いため、差分動
きベクトルの値は「０」に近いものほど発生頻度が高い
傾向にある。したがって、表１に示すように「０」に近
いものに、短い符号長を割り当てることによって効率化
を図っている。差分動きベクトルの範囲が「−１６〜＋
１５」の場合には、表１を用いてそのまま符号化すれば
よい。
【００２８】ところが、差分動きベクトルの範囲が「−
３２〜＋３１」の場合には、表１だけで表現することは
できない。そこで、表１に示す可変長符号に固定長符号
を新たに付加することにより差分動きベクトルを表現す
る。すなわち、表３を使って差分動きベクトルに対応す
る固定長符号の値およびｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅの値を
調べ、調べたｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅに対応する可変長
符号を表１から選択し、選択された可変長符号の後に、
前述の固定長符号を付加する。
【００２９】
【００３０】例えば、差分動きベクトルが「４」であれ
ば、表３から固定長符号が「１」であり、ｍｏｔｉｏｎ
＿ｃｏｄｅが「２」であることがわかる。したがって、
表１を参照して、ｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅが「２」の可
変長符号は「００１０」であるから、前述の固定長符号
「１」を付加することにより、「００１０１」が求ま
る。
【００３１】なお、差分動きベクトルの範囲が「−６４
〜＋６３」の場合においても同様であり、表４を使って
２ビットの固定長符号およびｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅを
求めてから、求められたｍｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅに対応
する可変長符号を表１から選択し、選択した可変長符号
に固定長符号を付加する。
【００３２】
【００３３】このように、ＭＰＥＧ方式では、参照フレ
ームと被予測フレームとの距離に応じて、ｆ＿ｃｏｄｅ
の値を増加させることにより、動きベクトルの探索範囲
を比例的に大きく表すことが可能となっている。
【００３４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、参照フ
レームと被予測フレームとのフレーム間隔に応じてｆ＿
ｃｏｄｅの値を決めるというこのような従来方式では、
必ずしもすべての動画像に対して、効率よく動きベクト
ルを符号化できるわけではない。
【００３５】例えば、同じ「１」という差分動きベクト
ルを符号化する場合、ｆ＿ｃｏｄｅ＝１なら３ビット
（「０１０」）で済むのに対して、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２で
は４ビット（「０１００」）必要になる。また「４」と
いう差分動きベクトルを符号化する場合、ｆ＿ｃｏｄｅ
＝１では７ビット（「００００１１０」）であるのに対
し、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２では５ビット（「００１０１」）
で済む。
【００３６】すなわち、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２に割り当てら
れたフレームの動きベクトル検出の結果、その差分動き
ベクトルの値がｆ＿ｃｏｄｅ＝１で表せる範囲に収ま
り、かつ、差分動きベクトル値の発生分布が「±１」近
辺に集中しているようであれば、ｆ＿ｃｏｄｅ＝１で符
号化した方が効率がよい。逆に、「±４」近辺に集中し
ているようであれば、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２で符号化した方
が効率がよい。
【００３７】動きベクトルの符号化効率が悪いと、画像
データに割り当てられる符号量が減少し、画質劣化の要
因となるため、ｆ＿ｃｏｄｅをどのように決定するかは
重要である。したがって、参照フレームと被予測フレー
ムとの間隔にのみ応じて、単純にｆ＿ｃｏｄｅを決定す
るだけでは、動きベクトルの符号化効率が低下し、さら
には画像データに割り当てられる符号量が減少し、画像
品質が劣化するという問題点があった。
【００３８】本発明は、このような課題を解決するため
のものであり、動画像の符号化品質を向上させることが
できる動画像符号化装置を提供することを目的とする。
【００３９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために、本発明に係る動画像符号化装置は、動きベク
トルおよび差分動きベクトルを、被予測フレームと参照
フレームとの距離に依存しない部分に割り当てられた可
変長符号と、上記被予測フレームと上記参照フレームと
の距離に依存する部分に割り当てられた固定長符号と、
の組み合わせによって符号化するとともに、動き補償フ
レーム間予測符号化方式を使用する動画像符号化装置に
おいて、入力された画像データを記憶保持するととも
に、この画像データをマクロブロック単位で出力する入
力バッファと、上記マクロブロック単位の画像データと
所定の参照フレームとの間の動きベクトルを求めてから
出力する動きベクトル検出器と、この動きベクトルを記
憶保持するベクトル記憶器と、このベクトル記憶器から
動きベクトルを読み出すとともに、この動きベクトルと
上記参照フレームとを使って、動き補償された参照マク
ロブロックデータを作成して出力する動き補償器と、上
記入力バッファの出力および上記動き補償器の出力が入
力され、両出力の差分信号を求めて出力する減算器と、
この減算器から出力される差分信号を離散コサイン変換
処理することにより、水平および垂直方向の周波数成分
に分離してから出力するＤＣＴ器と、このＤＣＴ器の出
力を量子化してから出力する量子化器と、この量子化器
の出力を逆量子化してから出力する逆量子化器と、この
逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換処理してから出
力する逆ＤＣＴ器と、上記動き補償器からの動き補償さ
れた参照マクロブロックデータと上記逆ＤＣＴ器の出力
とが入力され、両者を加算して得られたブロックデータ
を出力する加算器と、上記加算器からのブロックデータ
を新たな参照フレームのデータとして記憶保持するとと
もに出力するフレームメモリと、上記量子化器の出力を
可変長符号化してから出力する可変長符号化器と、上記
ベクトル記憶器に記憶された動きベクトルを読み出して
差分動きベクトルを算出し、上記動きベクトルを符号化
する際に、上記差分動きベクトルの総符号量が最も短く
なるように、上記可変長符号と上記固定長符号との組み
合わせを選択するベクトル符号長最適化器と、このベク
トル符号長最適化器で選択された上記可変長符号と上記
固定長符号との組み合わせを使って、上記動きベクトル
を可変長符号化して出力するベクトル符合化器と、上記
可変長符号化器で可変長符号化された画像データと、上
記ベクトル符号化器で可変長符号化された動きベクトル
とを多重してから出力する多重化部とを備えたものであ
る。
【００４０】一方、本発明のその他の態様として、以下
のようなものがある。すなわち、上記動画像符号化装置
は、ＭＰＥＧ方式に使用されてもよい。また、上記可変
長符号は、上記ＭＰＥＧ方式で使用されるｍｏｔｉｏｎ
＿ｃｏｄｅであり、上記固定長符号は、上記ＭＰＥＧ方
式で使用されるｆ＿ｃｏｄｅであってもよい。
【００４１】また、上記ベクトル符号長最適化器は、１
フレーム内の動きベクトルの各成分について最大値およ
び最小値を求め、ｆ＿ｃｏｄｅの値を所定の範囲内で可
変しながら、差分動きベクトルを算出するとともに、各
ｆ＿ｃｏｄｅの値毎に差分動きベクトルの総符号量を算
出し、この総符号量が最も小さくなるｆ＿ｃｏｄｅを選
択するものであってもよい。
【００４２】さらに、上記ベクトル符号長最適化器は、
１フレーム内の動きベクトルの各成分について最大値お
よび最小値を求め、差分動きベクトルを算出し、この差
分動きベクトルの平均値を算出し、予め差分動きベクト
ルの平均値とｆ＿ｃｏｄｅの値とを対応づけて設定され
た所定のテーブルから、上記差分動きベクトルの平均値
に対応するｆ＿ｃｏｄｅを選択するものであってもよ
い。
【００４３】
【発明の実施の形態】次に、本発明の一つの実施の形態
について図を参照して説明する。
【００４４】図１は、本発明の一つの実施の形態を示す
ブロック図である。同図に示すように、本実施の形態に
係る動画像符号化装置は、入力端子１を有する入力バッ
ファ２と、動きベクトル検出器４と、ベクトル記憶器５
と、動き補償器６と、減算器３と、ＤＣＴ器７と、量子
化器８と、可変長符号化器９と、逆量子化器１０と、逆
ＤＣＴ器１１と、加算器１２と、フレームメモリ１３
と、ベクトル符号長最適化器１４と、ベクトル符号化器
１５と、多重化部１６とを備えている。
【００４５】入力端子１には、画像データが入力され、
この画像データは入力バッファ２に供給される。入力バ
ッファ２は、入力された画像データを所定の画素単位
（すなわち、マクロブロック単位）で減算器３および動
きベクトル検出器４に供給する。減算器３は、入力バッ
ファ２から出力された画像データと、動き補償器６で動
き補償された参照フレームのブロックデータ（参照マク
ロブロックデータ）とが供給され、これらを使ってフレ
ーム間差分信号を求めてＤＣＴ器７に供給する。
【００４６】動きベクトル検出器４は、入力バッファ２
から現フレームのブロックデータが供給されるととも
に、フレームメモリ１３から参照フレームのブロックデ
ータが供給される。そして、これら入力されたブロック
データを用いて、参照フレームと現フレームとの間の動
きベクトルを求め、求めた動きベクトルをベクトル記憶
器５に格納する。
【００４７】ベクトル記憶器５は、１フレーム内のすべ
てのマクロブロックの動きベクトルを記憶するだけの記
憶容量を持っている。動き補償器６は、フレームメモリ
１３から参照フレームを読み出すとともに、符号化した
いマクロブロックの動きベクトルをベクトル記憶器５か
ら読み出し、これらを使って動き補償された参照マクロ
ブロックデータを作成し、減算器３に供給する。
【００４８】ＤＣＴ器７は、減算器３から供給されたフ
レーム間差分信号をＤＣＴ（離散コサイン変換）処理す
ることにより、水平および垂直方向の周波数成分に分離
してから量子化器８に供給する。量子化器８は、ＤＣＴ
器７の出力を量子化してビットレートを低減し、可変長
符号化器９および逆量子化器１０に供給する。逆量子化
器１０は、量子化器８の出力を逆量子化してから逆ＤＣ
Ｔ器１１に供給し、逆ＤＣＴ器１１は、逆量子化器１０
の出力を逆ＤＣＴ処理して加算器１２に供給する。すな
わち、逆量子化器１０および逆ＤＣＴ器１１によって復
号化処理が行われ、符号化前のフレーム間差分信号と同
様のデータが得られる。
【００４９】加算器１２は、動き補償器６からの動き補
償された参照マクロブロックデータと、逆ＤＣＴ器１１
の出力とが供給される。そして、これらを加算すること
により、現フレームの予測される入力ブロックデータを
再生し、フレームメモリ１３に供給する。フレームメモ
リ１３は、入力されたブロックデータを、新たな参照フ
レームのデータとして動き補償器６および動きベクトル
検出器４に供給する。
【００５０】ベクトル符号長最適化器１４は、ベクトル
記憶器５に記憶されている動きベクトルを符号化する際
に、できる限り短い符号長になるように最適化処理を施
す。最適化処理の詳細については後述する。ベクトル符
号化器１５は、ベクトル符号長最適化器１４で最適化さ
れた動きベクトルを可変長符号化して多重化部１６に供
給する。
【００５１】一方、可変長符号化器９は、量子化器８の
出力を可変長符号化して多重化部１６に供給する。多重
化部１６は、可変長符号化器９で可変長符号化された画
像データに、ベクトル符号化器１５で可変長符号化され
た動きベクトル値をヘッダ情報として多重してから出力
する。
【００５２】次に、図１に係る本実施の形態の動作につ
いて説明する。
【００５３】［動きベクトル検出器４の動作］動きベク
トル検出器４は、入力バッファ２から供給されたマクロ
ブロックデータについて、フレームメモリ１３から入力
された参照フレーム内の、予め定められた検索範囲内を
検索して動きベクトルを求める。差分器３以降の符号化
処理を実行するよりも前に、表５に示すように現フレー
ムの左上のマクロブロックＭＢ 0 から、右下のマクロブ
ロックＭＢN にかけてのすべてのマクロブロックの動き
ベクトルを求め、ベクトル記憶器５に予め記憶してお
く。
【００５４】
【００５５】［ベクトル記憶器５の動作］ベクトル記憶
器５は、動きベクトルの値を記憶するためのメモリであ
り、動きベクトル検出器４で検出された動きベクトルの
値を、マクロブロックＭＢ0 からマクロブロックＭＢN
まで順次記憶する。ここで、動きベクトルＭＶは、図２
のように水平成分（ＭＶｘ）と垂直成分（ＭＶｙ）を持
っており、また動画像符号化の国際標準規格であるＭＰ
ＥＧ方式では、過去のフレームからの順方向予測と未来
のフレームからの逆方向予測の両方を用いた内挿的予
測、さらにフレームを偶数、奇数各フィールド個別に予
測するフィールド予測が行われるため、１マクロブロッ
ク当たり最大で４つのベクトル、すなわち最大で８つの
成分が存在する。したがって、ベクトル記憶器５は、少
なくとも（１フレーム内のマクロブロック数）×８の成
分を記憶するだけのメモリ容量を有している。
【００５６】［ベクトル符号長最適化器１４の動作］Ｍ
ＰＥＧ方式では、現フレームのマクロブロックの動きベ
クトルと、その直前のマクロブロックの動きベクトルと
の差分信号を符号化する方式を採用している。また、差
分動きベクトルの符号化に、表１，表３，表４に示すｍ
ｏｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅという可変長符号と、表２に示す
ｆ＿ｃｏｄｅというパラメータとを用いて符号化する方
式を採用している。
【００５７】したがって、ベクトル符号長最適化器１４
は、ベクトル記憶器５に記憶した１フレーム分の動きベ
クトルのそれぞれについて差分動きベクトルを計算し、
この差分動きベクトルの値の発生状況から、最もベクト
ル符号量が少なくなるようなｆ＿ｃｏｄｅを選択する。
【００５８】図４は、ベクトル符号長最適化器の動作を
示すフローチャートである。まず、ベクトル記憶器５に
記憶した１フレーム分の動きベクトルのすべての成分に
ついて、最大値および最小値をチェックする（ステップ
Ｓ１）。
【００５９】このチェックの結果、動きベクトルの範囲
が「−１６〜＋１５」であれば、表１に示したｍｏｔｉ
ｏｎ＿ｃｏｄｅをそのまま割り当てればよく、最小のｆ
＿ｃｏｄｅは「１」となる。また、もし動きベクトルの
範囲が「−３２〜＋３１」であれば、表３に示すように
１ビットの固定長符号が必要となり、最小のｆ＿ｃｏｄ
ｅは「２」となる（ステップＳ２）。
【００６０】次いで、ステップＳ２で取得したｆ＿ｃｏ
ｄｅの最小値を使用して、マクロブロック間の各ベクト
ル成分の差分動きベクトルを算出する（ステップＳ
３）。なお、差分動きベクトルの変動範囲は、もとの動
きベクトルの変動範囲の２倍となる。そのため、差分動
きベクトルをモジュロ補正することにより、もとの変動
範囲に収まるようにする。
【００６１】次いで、ステップＳ３で得られた差分動き
ベクトルを符号化して、１フレーム分の総符号量を算出
する（ステップＳ４）。ここで、その他のｆ＿ｃｏｄｅ
を使って、差分動きベクトルの総符号量をすでに算出し
ている場合には、今回算出した値とすでに求められてい
る値との大小比較を行うことにより、総符号量が小さく
なるｆ＿ｃｏｄｅを決定する（ステップＳ５）。
【００６２】次いで、ステップＳ６において、ｆ＿ｃｏ
ｄｅが予め定めた最大値になるまで、ｆ＿ｃｏｄｅの値
を１インクリメントし（ステップＳ７）、ステップＳ３
に戻る。したがって、ｆ＿ｃｏｄｅの値を逐次増加させ
る毎に、差分動きベクトルの総符号量の算出を繰り返
し、最終的にステップＳ８において、最も総符号量が少
なくなるｆ＿ｃｏｄｅを決定する。
【００６３】なお、例えばもとの動きベクトルの範囲が
「−１６〜＋１５」の範囲であったとすると、最小のｆ
＿ｃｏｄｅは「１」となる。しかし、差分動きベクトル
が「４」の場合、表１，３よりそのままｆ＿ｃｏｄｅ＝
１で符号化すると７ビットの符号量を必要とするが、ｆ
＿ｃｏｄｅ＝２またはｆ＿ｃｏｄｅ＝３で符号化する
と、５ビットの符号量で済む。したがって、差分動きベ
クトルの発生分布が「４」近辺に集中していた場合にお
いては、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２またはｆ＿ｃｏｄｅ＝３で符
号化した場合の総符号量の方が少なくなる。
【００６４】同様にして差分動きベクトルが「１」の場
合、ｆ＿ｃｏｄｅ＝１で符号化すると３ビットの符号量
で済むが、ｆ＿ｃｏｄｅ＝２で符号化すると４ビットの
符号量が必要となる。したがって、差分動きベクトルの
発生分布が「１」近辺に集中していたとすると、ｆ＿ｃ
ｏｄｅ＝１で符号化した場合の総符号量の方が少なくな
る。
【００６５】［ベクトル符号化器１５の動作］ベクトル
符号化器１５は、ベクトル符号長最適化器１４で決定さ
れたｆ＿ｃｏｄｅの値を用いて、差分動きベクトル値を
マクロブロック毎に符号化し、多重化部１６に出力す
る。すると多重化部１６は、減算器３とＤＣＴ器７と量
子化器８と可変長符号化器９とにより、マクロブロック
毎に符号化された画像符号に対して、ベクトル符号化器
１５によって符号化された差分動きベクトルをヘッダ情
報として多重してから出力する。
【００６６】次に、本発明のその他の実施の形態につい
て説明する。上述のように、ｆ＿ｃｏｄｅの値毎に差分
動きベクトルの総符号量を計算し、総符号量がもっも小
さくなるｆ＿ｃｏｄｅの値を選択するようにしてもよい
が、これでは符号化に時間がかかりすぎてしまう場合が
ある。そこで、差分動きベクトルとｆ＿ｃｏｄｅとの対
応表を予め用意しておき、差分動きベクトルの平均値に
対応するｆ＿ｃｏｄｅを、この対応表から選択するよう
にしてもよい。
【００６７】図５は、本発明のその他の実施の形態を示
すフローチャートである。まず、ベクトル記憶器５に記
憶した１フレーム分の動きベクトルのすべての成分につ
いて、最大値と最小値をチェックする（ステップＳ１
１）。このチェックの結果、動きベクトルの範囲が「−
１６〜＋１５」であれば、表１に示したｍｏｔｉｏｎ＿
ｃｏｄｅをそのまま割り当てればよく、ｆ＿ｃｏｄｅの
最小値は「１」となる。また、もし動きベクトルの範囲
が「−３２〜＋３１」であれば、表３に示すとおり、１
ビットの固定長符号が必要となり、最小のｆ＿ｃｏｄｅ
値は「２」となる（ステップＳ１２）。
【００６８】次いで、ステップＳ１２で取得したｆ＿ｃ
ｏｄｅの最小値を使用して、マクロブロック間の各ベク
トル成分の差分動きベクトルを算出する（ステップＳ１
３）。
【００６９】次いで、ステップＳ１３で算出した差分動
きベクトルの平均値を算出する（ステップＳ１４）。こ
こで、表６に示すような差分動きベクトルの平均値と、
ｆ＿ｃｏｄｅとの対応表を予め作成しておくものとす
る。第１候補とは、平均差分ベクトルを符号化するのに
最も短い符号長で表すことのできるｆ＿ｃｏｄｅであ
り、第２候補とは、その次に短い符号長で表すことので
きるｆ＿ｃｏｄｅである。表６には記載していないが、
さらに第３、第４、・・・と順次候補となるｆ＿ｃｏｄ
ｅを設定しておいてもよい。
【００７０】次いで、ステップＳ１５において、ステッ
プＳ１１で得られた動きベクトルの範囲と、ステップＳ
１４で得られた差分動きベクトルの平均値とに従って、
表６に示すテーブルを参照し、ｆ＿ｃｏｄｅを決定する
（ステップＳ１６）。
【００７１】以上のとおり本実施の形態は、差分動きベ
クトルの１フレーム分の総符号量を算出する必要がな
い。差分動きベクトルの平均値に基づいてテーブルを参
照することにより、最適なｆ＿ｃｏｄｅの値を決定する
ため、ベクトル符号長最適化器の処理を高速に行えると
いう効果がある。
【００７２】
【００７３】
【発明の効果】以上説明したとおり本発明は、入力され
た画像データを記憶保持するとともに、この画像データ
をマクロブロック単位で出力する入力バッファと、上記
マクロブロック単位の画像データと所定の参照フレーム
との間の動きベクトルを求めてから出力する動きベクト
ル検出器と、この動きベクトルを記憶保持するベクトル
記憶器と、このベクトル記憶器から動きベクトルを読み
出すとともに、この動きベクトルと上記参照フレームと
を使って、動き補償された参照マクロブロックデータを
作成して出力する動き補償器と、上記入力バッファの出
力および上記動き補償器の出力が入力され、両出力の差
分信号を求めて出力する減算器と、この減算器から出力
される差分信号を離散コサイン変換処理することによ
り、水平および垂直方向の周波数成分に分離してから出
力するＤＣＴ器と、このＤＣＴ器の出力を量子化してか
ら出力する量子化器と、この量子化器の出力を逆量子化
してから出力する逆量子化器と、この逆量子化器の出力
を逆離散コサイン変換処理してから出力する逆ＤＣＴ器
と、上記動き補償器からの動き補償された参照マクロブ
ロックデータと上記逆ＤＣＴ器の出力とが入力され、両
者を加算して得られたブロックデータを出力する加算器
と、上記加算器からのブロックデータを新たな参照フレ
ームのデータとして記憶保持するとともに出力するフレ
ームメモリと、上記量子化器の出力を可変長符号化して
から出力する可変長符号化器と、上記ベクトル記憶器に
記憶された動きベクトルを読み出して差分動きベクトル
を算出し、上記動きベクトルを符号化する際に、上記差
分動きベクトルの総符号量が最も短くなるように、上記
可変長符号と上記固定長符号との組み合わせを選択する
ベクトル符号長最適化器と、このベクトル符号長最適化
器で選択された上記可変長符号と上記固定長符号との組
み合わせを使って、上記動きベクトルを可変長符号化し
て出力するベクトル符合化器と、上記可変長符号化器で
可変長符号化された画像データと、上記ベクトル符号化
器で可変長符号化された動きベクトルとを多重してから
出力する多重化部とを備えている。
【００７４】したがって、動画像の符号化品質を向上さ
せることができる。特に動きベクトルを符号化する際
に、現フレームと参照フレームとの距離に応じて、固定
的にｆ＿ｃｏｄｅの値を割り当てるのではなく、最も動
きベクトルの符号量が少なくなるようにｆ＿ｃｏｄｅの
値を割り当てることにより、固定的にｆ＿ｃｏｄｅを割
り当てる場合に比べて、冗長な動きベクトルの符号量の
発生を防止することができる。また、画像符号に効率よ
く符号量を割り当てることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一つの実施の形態を示すブロック図
である。
【図２】 マクロブロックを示す説明図である。
【図３】 本発明の動作を示すフローチャートである。
【図４】 本発明の動作を示すフローチャートである。
【図５】 圧縮した画像を示す説明図である。
【図６】 従来例を示すブロック図である。
【図７】 参照フレームおよび被予測フレームを示す説
明図である。
【符号の説明】
１…入力端子、２…入力バッファ、３…減算器、４…動
きベクトル検出器、５…ベクトル記憶器、６…動き補償
器、７…ＤＣＴ器、８…量子化器、９…可変長符号化
器、１０…逆量子化器、１１…逆ＤＣＴ器、１２…加算
器、１３…フレームメモリ、１４…ベクトル符号長最適
化器、１５…ベクトル符合化器、１６…多重化部。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動きベクトルおよび差分動きベクトル
    を、被予測フレームと参照フレームとの距離に依存しな
    い部分に割り当てられた可変長符号と、前記被予測フレ
    ームと前記参照フレームとの距離に依存する部分に割り
    当てられた固定長符号と、の組み合わせによって符号化
    するとともに、動き補償フレーム間予測符号化方式を使
    用する動画像符号化装置において、 入力された画像データを記憶保持するとともに、この画
    像データをマクロブロック単位で出力する入力バッファ
    と、 前記マクロブロック単位の画像データと所定の参照フレ
    ームとの間の動きベクトルを求めてから出力する動きベ
    クトル検出器と、 この動きベクトルを記憶保持するベクトル記憶器と、 このベクトル記憶器から動きベクトルを読み出すととも
    に、この動きベクトルと前記参照フレームとを使って、
    動き補償された参照マクロブロックデータを作成して出
    力する動き補償器と、 前記入力バッファの出力および前記動き補償器の出力が
    入力され、両出力の差分信号を求めて出力する減算器
    と、 この減算器から出力される差分信号を離散コサイン変換
    処理することにより、水平および垂直方向の周波数成分
    に分離してから出力するＤＣＴ器と、 このＤＣＴ器の出力を量子化してから出力する量子化器
    と、 この量子化器の出力を逆量子化してから出力する逆量子
    化器と、 この逆量子化器の出力を逆離散コサイン変換処理してか
    ら出力する逆ＤＣＴ器と、 前記動き補償器からの動き補償された参照マクロブロッ
    クデータと前記逆ＤＣＴ器の出力とが入力され、両者を
    加算して得られたブロックデータを出力する加算器と、 前記加算器からのブロックデータを新たな参照フレーム
    のデータとして記憶保持するとともに出力するフレーム
    メモリと、 前記量子化器の出力を可変長符号化してから出力する可
    変長符号化器と、 前記ベクトル記憶器に記憶された動きベクトルを読み出
    して差分動きベクトルを算出し、前記動きベクトルを符
    号化する際に、前記差分動きベクトルの総符号量が最も
    短くなるように、前記可変長符号と前記固定長符号との
    組み合わせを選択するベクトル符号長最適化器と、 このベクトル符号長最適化器で選択された前記可変長符
    号と前記固定長符号との組み合わせを使って、前記動き
    ベクトルを可変長符号化して出力するベクトル符合化器
    と、 前記可変長符号化器で可変長符号化された画像データ
    と、前記ベクトル符号化器で可変長符号化された動きベ
    クトルとを多重してから出力する多重化部とを備えたこ
    とを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１において、 前記動画像符号化装置は、ＭＰＥＧ方式に使用されるこ
    とを特徴とする動画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 請求項２において、 前記可変長符号は、前記ＭＰＥＧ方式で使用されるｍｏ
    ｔｉｏｎ＿ｃｏｄｅであり、 前記固定長符号は、前記ＭＰＥＧ方式で使用されるｆ＿
    ｃｏｄｅであることを特徴とする動画像符号化装置。
  4. 【請求項４】 請求項３において、 前記ベクトル符号長最適化器は、 １フレーム内の動きベクトルの各成分について最大値お
    よび最小値を求め、 ｆ＿ｃｏｄｅの値を所定の範囲内で可変しながら、差分
    動きベクトルを算出するとともに、各ｆ＿ｃｏｄｅの値
    毎に差分動きベクトルの総符号量を算出し、 この総符号量が最も小さくなるｆ＿ｃｏｄｅを選択する
    ことを特徴とする動画像符号化装置。
  5. 【請求項５】 請求項３において、 前記ベクトル符号長最適化器は、 １フレーム内の動きベクトルの各成分について最大値お
    よび最小値を求め、差分動きベクトルを算出し、 この差分動きベクトルの平均値を算出し、 予め差分動きベクトルの平均値とｆ＿ｃｏｄｅの値とを
    対応づけて設定された所定のテーブルから、前記差分動
    きベクトルの平均値に対応するｆ＿ｃｏｄｅを選択する
    ことを特徴とする動画像符号化装置。
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