JP2002281508A - スキップ領域検出型動画像符号化装置および記録媒体 - Google Patents
スキップ領域検出型動画像符号化装置および記録媒体Info
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Abstract
ップ領域に属する小ブロックを精度良く検出することが
できるようにする。 【解決手段】 スキップ領域検出部11は、複数の画素
から構成される小ブロック毎に、前フレームとの予測誤
差の総計を求め、第1の閾値Th1と比較する処理と、
前記小ブロック内の分散を求め、第2の閾値Th2と比
較する処理と、前記前フレームとの予測誤差の総計が前
記第1の閾値Th1以下で、かつ前記分散が前記第2の
閾値Th2以下である時、該小ブロックは背景領域に属
すると判定する処理とを行う。また、前記小ブロック内
の輝度値の総計を求め、第4の閾値Th4と比較する処
理と、該輝度値の総計が前記第4の閾値Th4以下であ
る時、該小ブロックは背景景領域に属すると判定する処
理を行う。
Description
動画像符号化装置および記録媒体に関し、特に、領域ご
とに明確に分割されているような動画像に対して、情報
的に符号化の必要が無いスキップ領域を検出し、その領
域に対して割り当てる符号化情報量を最小とすることに
よって、画質の改善と符号化情報量削減の観点から効率
良く蓄積、保存が可能であるスキップ領域検出型動画像
符号化装置および記録媒体に関する。
補償予測と直交変換を基本技術とした方式が挙げられ
る。この符号化方式では、まず動画像を、例えば16×
16画素程度の小ブロック(マクロブロック)に分割
し、小ブロック単位で動きベクトルを求める。次に動き
補償を行い、入力画像と参照画像との予測誤差を直交変
換して直交変換係数を求める。このようにして求められ
た直交変換係数と動きベクトルをハフマン符号などでエ
ントロピー符号化し、ある書式にしたがって配列し、最
終的な符号化系列となる。
ベクトルを符号化する際、直前の小ブロックの動きベク
トルとの差分を符号化することにより、エントロピーが
低くなり、発生符号化情報量を少なくすることができ
る。
情報量を削減するためにスキップ符号化の機能が備えら
れている。該スキップ符号化の従来方法を、図6のフロ
ーチャートを参照して説明する。
償予測し、ステップS52では、前のフレームの参照画
像との予測補償予測誤差値が0であるか否かの判断がな
される。この判断が否定の時には、ステップS57に進
んでスキップ領域ではないと判定される。一方、肯定の
時には、ステップS53に進んで、該小ブロックがPピ
クチャであるかBピクチャであるかの判断がなされる。
進んで、動きベクトルMV=0であるか否かの判断がな
される。この判断が肯定の時にはステップS56に進ん
でスキップ領域と判定され、否定の時にはステップS5
7に進んでスキップ領域でないと判定される。一方、ス
テップS53でBピクチャであると判断された時には、
ステップS55に進んで、動きベクトルの差分値=0が
成立するか否かの判断がなされる。そして、この判断が
肯定の時にはステップS56に進んでスキップ領域と判
定され、否定の時には、ステップS57に進んでスキッ
プ領域でないと判定される。
直前の小ブロックの持つ動きベクトルと同じ動きベクト
ルを持つことを意味しているので、復号の際には直前の
小ブロックの動きベクトルを用いることができ、予測誤
差は前フレーム参照画像からの動き補償で簡単に求める
ことができる。ここで、Pピクチャとは時間的に前にあ
るフレーム画像だけを参照して動きベクトルを求めた予
測画像のことを言い、Bピクチャとは前にあるフレーム
画像だけでなく、後ろにあるフレーム画像の両方向から
動きベクトルを求める予測画像のことを言う。
号化を行えば、直交変換係数と動きベクトル差分値を符
号化する必要が無くなり、発生する符号化情報量を削減
することができる。例えば、領域が明確に分割されてい
る超音波医用動画像に適用すると、背景領域はスキップ
モードで符号化され、体内の状態を表している断層領域
だけを効率良く符号化することができ、発生する符号化
情報量を削減することが可能である。
たスキップ符号化方法を有する従来の動画像符号化方式
は、スキップ領域を検出する条件が非常に厳密なもので
あり、画像に付加される雑音によって、スキップ領域の
検出能力が著しく劣化し、符号化情報量の面での動画像
の符号化効率が悪くなるという問題があった。
医用動画像はビデオテープで保存されることが多く、符
号化前の準備として、ビデオキャプチャボードによって
アナログビデオテープからディジタル動画像に変換を施
す必要がある。このビデオキャプチャ時に付加される雑
音の影響によって、本来スキップ領域となるはずの背景
領域にある小ブロックで直交変換係数が‘0’ではなく
なり、スキップブロックではなくなってしまうという問
題がある。また、動き補償時に動きベクトルが散乱し、
スキップブロックが減少するといった不都合も合わせて
生じていた。
点を解消し、符号化する必要がある情報を有していない
スキップ領域に属する小ブロックを精度良く検出するこ
とができる、スキップ領域検出型動画像符号化装置およ
びコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供すること
にある。
ために、本発明は、情報的に符号化の必要が無いスキッ
プ領域を検出し、その領域に対して割り当てる符号化情
報量を最小とする動画像のスキップ領域検出型動画像符
号化装置において、複数の画素から構成される小ブロッ
ク毎に、前フレームとの予測誤差の総計を求め、予め定
められた第1の閾値Th1と比較する第1の手段と、前
記小ブロック内の分散を求め、予め定められた第2の閾
値Th2と比較する手段とを具備し、前記前フレームと
の予測誤差の総計が前記第1の閾値Th1以下で、かつ
前記分散が前記第2の閾値Th2以下である時、該小ブ
ロックは背景領域に属すると判定するようにした点に第
1の特徴がある。
雑音が乗っていても、小ブロックが該背景領域に属する
か否かを精度良く判定することができるようになる。
値の総計を求め、予め定められた第4の閾値Th4と比
較する手段を具備し、該輝度値の総計が前記第4の閾値
Th4以下である時、該小ブロックは背景領域に属する
と判定するようにした点に第2の特徴がある。
うに、背景色として黒が用いられている場合に、該背景
に雑音が乗っても、小ブロックが背景領域に属するか否
かを精度良く判定することができるようになる。
係数を求め、予め定められた第3の閾値Th3と比較す
る手段を設けた点に第3の特徴がある。この特徴によれ
ば、小ブロックが文字領域に属するか否かを精度良く判
定することができるようになる。
れる小ブロック毎に、前フレームとの予測誤差の総計を
求め、該総計が予め定められた第1の閾値Th1以下で
あるか否かを判断する処理と、該判断が肯定の時に、前
記小ブロック内の分散を求め、該分散が予め定められた
第2の閾値Th2以下であるか否かを判断する処理と、
該判断が肯定であるとき、該小ブロックは背景領域に属
すると判定する処理とを実行するプログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供するように
した点に第4の特徴がある。
ていても、小ブロックが該背景領域に属するか否かの判
定を精度良くできるプログラムを記録したコンピュータ
読み取り可能な記録媒体を提供することができるように
なる。
説明する。図1は、本発明によるスキップ領域検出型動
画像符号化装置の一実施形態の概略の構成を示すブロッ
ク図である。
器に入力され、さらに16×16画素程度の小ブロック
単位で符号化処理が行われる。小ブロックの処理は図2
に示すように、左から右方向の順番に行われ、画像の右
端のブロックに達したら次の小ブロックは1つ下の左端
の小ブロックへと、左から右、上から下の順番で符号化
する。
補償予測部2に入力する。動き補償予測部2は該入力画
像1とフレームメモリ10からの前画像との差、すなわ
ち動き補償予測誤差値mと、動き補償に用いられた動き
ベクトルMVとを出力する。スイッチSW1とSW2は
符号化制御器3によって制御され、インター符号化する
場合には端子aを選択し、イントラ符号化する場合には
端子bを選択する。ここで、インター符号化とは入力画
像だけでなく前の参照画像も用いて動き補償予測を行う
符号化であるが、イントラ符号化とは入力画像のみで行
う符号化のことであり、イントラ符号化時には本発明で
あるスキップ領域検出型動画像符号化は適用されない。
を直交変換し、直交変換係数を求め、さらに量子化部5
はその直交変換係数を量子化する。量子化された直交変
換係数nは、直前小ブロックとの動きベクトルMVと符
号化制御器3から出力されるブロックタイプpなどの情
報と共に、出力バッファ6に出力される。また、同時に
該直交変換係数nは逆量子化部7に送られ逆量子化さ
れ、逆直交変換部8で逆直交変換される。また、ここで
求められた逆直交変換系列は、動きベクトルMVによっ
て動き補償されたフレームメモリ10の前画像と加算器
9において加算され、該加算値は、次段の動き補償の参
照データとしてフレームメモリ10に蓄えられる。
にスキップ領域検出部11の働きについて説明する。
と、直交変換部4の出力である直交変換係数と、動きベ
クトルMVと、フレームメモリ10に蓄えられた前フレ
ーム参照画像との4つの要素をもとにして、符号化時に
その小ブロックがスキップ領域にあるかどうかの判定を
し、スキップ領域の検出を行う。着目している小ブロッ
クがスキップ領域にあると判断されたとき、スキップ情
報qが符号化制御器3に送られ、該符号化制御器3はブ
ロックタイプpがスキップであるという情報を出力バッ
ファ6に出力する。
あるときは、スキップ領域検出部11からの制御信号に
より、SW3は端子dに切り替えられ、スキップ領域に
無いときは端子cを選択する。この操作により、スキッ
プブロックの符号化時には直交変換係数と動きベクトル
は出力バッファ6に出力されず、ブロックタイプだけが
符号化されることになり符号化情報量が削減される。
予測画像がPピクチャであった場合、動きベクトルMV
は‘0’であり、単純フレーム間予測を行うことを示
し、かつ、前のフレームの参照画像との動き補償予測誤
差が‘0’であることを意味している。再生画像を復号
する場合には、前フレームの参照画像の小ブロックをそ
のまま持ってくることで復号が可能である。
には、直前に符号化処理された小ブロックとの動きベク
トルの差分値が‘0’、つまり直前に符号化処理された
の小ブロックと同じ動きベクトルを持ち、かつ、前のフ
レームの参照画像との動き補償予測誤差が‘0’である
ことを意味している。このとき、再生画像を復号する場
合には直前の小ブロックと同じ動きベクトルを用い、輝
度値は前のフレームの画像を参照して求められる。直前
の小ブロックもスキップブロックであった場合は、さら
に前の小ブロックを参照し、スキップブロックでない小
ブロックが出現するまでさかのぼって動きベクトルと輝
度値を決定する。
を、図3のフローチャートを参照して説明する。
ム単位で動き補償予測を行い、小ブロック単位で予測誤
差と動きベクトルを求める。この処理は、図1のブロッ
ク図の中では動き補償予測部2の動作に相当する。図3
が図6のフローチャートと異なる所は、ステップS1の
小ブロックを動き補償予測した後に、ステップS2の背
景・文字領域検出処理をすることだけであるので、以下
に該ステップS2の処理の詳細を図4および図5を参照
して説明する。
域検出処理の一具体例を示すフローチャートである。こ
の処理を行うと、動領域と背景領域の混在した画像か
ら、スキップ領域となる背景領域と文字領域の小ブロッ
クを検出することが可能となる。
フレーム画像との単純予測誤差を求め、その小ブロック
内での総計(前フレームとの単純予測誤差の総計)が、
予め定められた第1の閾値Th1以下であるか否かの判
断がなされる。この判断が肯定の時にはステップS12
に進み、否定の時には該処理を終了する。
考えられる。例えば、超音波医用動画像で入力された画
像と前フレームの参照画像との間で差分値の総計が大き
ければ、その小ブロックは輝度値に時間的変化があり、
断層領域にあると考えられる。逆に小さければ、その小
ブロックは背景領域にある可能性が高いと判断できる。
ステップS12では、該小ブロックの分散が、予め定め
られた第2の閾値Th2以下であるか否かの判断がなさ
れる。スキップされるべき背景領域の小ブロック内では
輝度値にほとんど変化が無く一定で、その分散も非常に
小さい値である。そこで分散の値を調べ、分散が非常に
小さければ、その小ブロックは背景領域であると判断で
きる。そこで、該小ブロックの分散が該第2の閾値Th
2よりも小さければ、そのブロックは背景領域であると
考え、次のステップS14の処理へ進む。
時には、ステップS13に進む。ステップS13では、
その小ブロックは分散の大きい動領域か文字領域に属す
るブロックであり、小ブロック内の相関係数を求め、ど
ちらの領域に属しているのか判断する。動領域では高い
相関を示すため、相関係数は1に近い値に、また文字領
域では、相関係数は中程度と考えることができるため、
相関係数をもとにして文字領域と動領域の判定を行う。
相関係数が予め設定された第3の閾値Th3よりも小さ
ければ文字領域と考え、次のステップS14の処理へ進
み、大きければそのブロックは動領域領域と考え、この
小ブロックは、背景または文字領域ではないと判断して
終了する。
であるという背景領域に順ずる性質を持っているため、
文字領域も背景領域と同じようにスキップ符号化が有効
である。
クが背景領域、または文字領域であると判定されたた
め、その予測誤差の直交変換係数を全て‘0’とし、動
きベクトルも‘0’とする。雑音が付加されていない理
想的な動画像では背景領域、文字領域では動きが無いの
で、動きベクトルは‘0’で、かつ予測誤差の直交変換
係数も全て‘0’になるということから、このようなス
テップ13の操作を行う。
って考えると、上述のアルゴリズムで背景領域、文字領
域と判断された小ブロックはその直交変換係数を全て
‘0’で、かつ、動きベクトルの差分も‘0’であるの
で、予測画像がPピクチャの場合、ステップS52,5
4の判定条件によりステップS56のスキップ領域と判
定される。Bピクチャであっても、背景または文字領域
となる小ブロックが連続する場合、つまり、直前の小ブ
ロックが動きベクトル‘0’を持った小ブロックであれ
ば、直前の小ブロックの動きベクトルの差分は‘0’と
なり、該小ブロックはスキッップ領域と判定される。
で用いられる雑音が付加された画像に対してもスキップ
領域を検出可能で、かつ、より柔軟なスキップ領域判定
条件式を採用する。
検出の他の具体例を、図5のフローチャートを参照して
説明する。このアルゴリズムを使うと、動領域と背景領
域の混在した画像から、スキップ領域となる背景領域と
文字領域の小ブロックを検出することが可能となる。た
だし、前記図4の背景・文字領域検出アルゴリズムと異
なる点は、図5のアルゴリズムは、輝度値を持たない黒
画素で背景領域が表されているような動画像に対しての
み有効で、かつ、図4のアルゴリズムよりも検出に必要
な計算量を削減することができる点である。
の画素値(輝度値)の総和を求める。該輝度値の総和
が、予め設定された閾値Th4より小さければ、この小
ブロックは背景領域に属すると考え、ステップS23へ
進み、そうでなければ次のステップS22へ進む。
考えられる。例えば、超音波医用動画像の背景領域は黒
色でスキップされる小ブロックを含んだ領域である。該
背景領域では、雑音が付加されていなければ、その小ブ
ロック内は全ての画素の輝度値が‘0’であると考えら
れる。しかし、今、雑音が付加された可能性も考慮する
と、輝度値の合計は必ずしも‘0’ではなく‘0’に近
い値である。そこで、入力された画像を小ブロック単位
で輝度値の合計を求め、その和が‘0’に近い小さな値
を持つ前記第4の閾値Th4以下であれば、その小ブロ
ックは背景領域に属すると判断する。
場合は、図4の背景・文字領域検出アルゴリズムのステ
ップ13と同じ観点から、文字領域と動領域の判別を行
う。小ブロックの相関係数を求め、その相関係数が予め
設定された前記第3の閾値Th3より小さければ文字領
域と考え、次のステップS23の処理へ進み、大きけれ
ばそのブロックは動領域領域と考え、この小ブロックは
背景領域に属さないと判断する。
と同様の観点から、その小ブロックの直交変換係数を全
て‘0’とし、動きベクトルも‘0’とする。
において動領域と文字領域と背景領域の混在画像からス
キップ領域となる背景領域と文字領域だけを検出し、そ
の小ブロックの直交変換係数を‘0’、動きベクトルを
‘0’とすることができる。
応用例として、超音波医用動画像の符号化が挙げられ
る。超音波医用画像は背景領域と文字領域と断層領域
(動領域)が明確に分かれており、診療の観点から背景
色として黒が用いられていることが多いので、本具体例
を超音波医用動画像の符号化に用いると有効である。
のコンピュータにより実現するのが好適であり、該処理
のプログラムをコンピュータ読み取り可能なプログラム
記録媒体に記録して提供することができる。該記録媒体
には、光ディスク、フロッピー(登録商標)ディスク、
ハードディスクなどの過般型記録媒体が含まれるのは勿
論、ネットワークのように、データを一時的に記録保持
するような伝送媒体も含まれる。
理が、動画像に付加された雑音の影響を除去するフィル
タ作用を有しているため、画質改善の効用を持った動画
像符号化が可能となる。
号化処理と並行して実行することが可能であり、本実施
形態の動画像符号化装置は前処理が不要なリアルタイム
符号化方式として利用することが可能となる。
によれば、スキップ領域の判定に、従来装置には備えら
れていなかった雑音耐性を持たせることができるので、
雑音の付加された動画像でも高いスキップ領域検出能力
を持つようにすることができる。その結果、スキップ領
域と判定される小ブロックの増加により、全体としての
符号化情報量削減が可能である。
符号化を行う場合には、量子化を行う際により多くの符
号化情報量を動領域へ割り当てることが可能となるた
め、より高品質な画像を提供することのできる動画像符
号化装置となる。
である。
説明図である。
フローチャートである。
チャートである。
ローチャートである。
る。
御器、4・・・直交変換部、5・・・量子化部、6・・・出力バ
ッファ、10・・・フレームメモリ、11・・・スキップ領域
検出部。
Claims (6)
- 【請求項1】 情報的に符号化の必要が無いスキップ領
域を検出し、その領域に対して割り当てる符号化情報量
を最小とする動画像のスキップ領域検出型動画像符号化
装置において、 複数の画素から構成される小ブロック毎に、前フレーム
との予測誤差の総計を求め、予め定められた第1の閾値
Th1と比較する第1の手段と、 前記小ブロック内の分散を求め、予め定められた第2の
閾値Th2と比較する手段とを具備し、 前記前フレームとの予測誤差の総計が前記第1の閾値T
h1以下で、かつ前記分散が前記第2の閾値Th2以下
である時、該小ブロックは背景領域に属すると判定する
ことを特徴とするスキップ領域検出型動画像符号化装
置。 - 【請求項2】 情報的に符号化の必要が無いスキップ領
域を検出し、その領域に対して割り当てる符号化情報量
を最小とする動画像のスキップ領域検出型動画像符号化
装置において、 前記小ブロック内の輝度値の総計を求め、予め定められ
た第4の閾値Th4と比較する手段を具備し、 該輝度値の総計が前記第4の閾値Th4以下である時、
該小ブロックは背景領域に属すると判定することを特徴
とするスキップ領域検出型動画像符号化装置。 - 【請求項3】 請求項1または2に記載のスキップ領域
検出型動画像符号化装置において、 前記小ブロック内の相関係数を求め、予め定められた第
3の閾値Th3と比較する手段をさらに具備し、 該相関係数が前記第3の閾値Th3以下である時、該小
ブロックは、背景領域または文字領域に属すると判定す
ることを特徴とするスキップ領域検出型動画像符号化装
置。 - 【請求項4】 請求項1ないし3のいずれかに記載のス
キップ領域検出型動画像符号化装置において、 前記小ブロックが背景領域または文字領域に属すると判
定された時に、該小ブロックの予測誤差の直交変換係数
を全て‘0’にし、かつ小ブロックの動きベクトルを
‘0’にすることを特徴とするスキップ領域検出型動画
像符号化装置。 - 【請求項5】 複数の画素から構成される小ブロック毎
に、前フレームとの予測誤差の総計を求め、該総計が予
め定められた第1の閾値Th1以下であるか否かを判断
する処理と、 該判断が肯定の時に、前記小ブロック内の分散を求め、
該分散が予め定められた第2の閾値Th2以下であるか
否かを判断する処理と、 該判断が肯定であるとき、該小ブロックは背景領域に属
すると判定する処理とを実行するプログラムを記録した
コンピュータ読み取り可能な記録媒体。 - 【請求項6】 複数の画素から構成される小ブロック毎
に、該小ブロック内の輝度値の総計を求め、該総計が予
め定められた第4の閾値Th4以下であるか否かを判断
する処理と、 該判断が肯定の時、該小ブロックは背景領域に属すると
判定する処理とを実行するプログラムを記録したコンピ
ュータ読み取り可能な記録媒体。
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