JP2604371B2 - 直交変換符号化装置 - Google Patents

直交変換符号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本願発明は、直交変換を用いた動画像信号の符号化装
置に関する。
(従来の技術) 従来、高能率符号化の一手法である直交変換は、ウェ
ン−シアン チェン(WEN−HSIUNG CHEN)らによる論文
「Adaptive Coding of Monochrome and Color Images」
(IEEE TRANSACTIONS COMMU−NICATIONS,VOL.COM−25,N
o11,NOVEMBER1977)に記載の方法などが用いられてい
た。
(発明が解決しようとする問題点) 従来の直交変換および画面間の相関を利用した動画像
信号の符号化においては、入力動画像信号の動きが多く
なると発生する情報が増加する。このような場合、従来
の技術においては、情報発生を抑圧するために粗い量子
化を適用するが、入力動画像信号の動きが更に激しくな
ると粗い量子化だけでは過大な情報発生を抑圧できなく
なり、その結果、符号化情報量と伝送路の伝送速度との
整合が取れなくなり、やむをえず符号化を停止して情報
発生を抑える場合があった。この様に符号化が停止され
た場合には、画面の途中で画像が切れたり、画像に不連
続が生じ、動きが不自然になり非常に見苦しい符号化画
像となっていた。
(問題点を解決するための手段) 本願発明によれば、直交変換を用いて動画像信号の符
号化を行う装置であって、入力の動画像信号内の動き領
域の判定を行う手段と、該判定手段で判定された動き領
域の割合に応じて、符号化を行う動画像信号の帯域制限
の幅を決定する手段と、前記入力の動画像信号を直交変
換し第一の動画像信号を得る手段と、該第一の動画像信
号を前記帯域制限の幅に応じた帯域制限を行い、第二の
動画像信号を得る手段と、該第二の動画像信号および予
測信号により第三の動画像信号を得る予測手段と、該第
三の動画像信号を量子化する手段と、該量子化手段の出
力および前記予測信号により局部復号信号を発生する手
段と、該局部復号信号を1フレーム時間だけ遅延させて
前記予測信号として出力するフレームメモリーと、前記
量子化手段の出力を可変長符号化する手段と、該可変長
符号化手段の出力を伝送路の速度と整合させるバッファ
ーメモリーとを備えることを特徴とする直交変換符号化
装置が得られる。
(作用) 従来の直交変換および画面間の相関を利用した符号化
においては、入力の動画像信号の動きが激しくなったと
きには、一時的に符号化を停止し過大な情報の発生を抑
え、符号化情報量と伝送路の速度の整合を取っていた。
しかしながらこの様な方法では、符号化が停止された時
に符号化画像に不連続が生じてしまい、動きが不自然に
なり非常に見苦しい符号化画像となっていた。
本願発明によれば、直交変換および画面間の相関を利
用した符号化において、まず動画像信号内の動き領域の
判定を行う。この方法は既にいくつか知られている。例
えば特願昭59−194110号明細書「動画像信号の動静分離
装置」にあるように、画面をある大きさのブロックに分
割しブロック内の各画素のフレーム差分の絶対値をブロ
ック内で加算し、この加算結果と定めらたれ閾値との大
小比較により、該ブロック判定を行う方法がある。ある
いは、グラジェント法と呼ばれる方法を用いて、フレー
ム内の輝度勾配とフレーム差分値から画素単位の動きベ
クトルを求め、この動ベクトルがゼロでない画素の集合
をもって動き領域とすることができる。本発明において
は、動静分離の方法はいずれの方法でも構わない。
つぎに、入力動画像信号の動きが激しくなった場合の
情報発生量削減について説明する。空間領域の入力動画
像信号に対して直交変換を行い、周波数領域の動画像信
号に置き換える。そして動き部分に対して帯域制限を行
う。この帯域制限は高周波成分の定められた成分を削除
することによって行われる。これは、視覚特性を利用し
たもので、一般に人間の目は動いている物の細かい柄な
どは少々解像度が低くても気づかないという特性を利用
し、細かい柄を表す高周波成分を削除することによって
行われる。そして前記動き領域の判定によって求められ
た動き領域が画面を占める割合に応じて帯域制限の幅を
適応的に変化させることによって情報発生量の削減を行
う。入力の動画像信号をブロック毎に直交変換した周波
数領域の信号は、例えば第1図Aに示すように左上の直
流成分から始まり、右下の方へいくにつれて高域成分と
なると仮定する。入力の画像が停止しているとき、ある
いは動きが非常に少なく動き領域の割合が小さいとき
は、情報発生量が非常に少ないので第1図Aに示すよう
にブロックの左上の直流成分から右下の高域成分を全て
符号化する。また、入力の動画像の動きが中程度の場合
は動き領域の割合も中程度となるため発生する情報が多
くなる。従って第1図Bに示す斜線部分の高域成分を削
除し、左上の信号のみ符号化する。更に入力の動画像の
動きが大きくなると動き領域の割合も非常に大きくな
り、情報発生量が増大する。そこで、第1図Cに示す斜
線部分の高域成分を削除し、左上の三角に含まれている
信号のみを通過させる。帯域制限された信号は画面間相
関を利用した符号器に送られ、画面間の差分を量子化し
た後に可変長符号化が行われ、更にバッファーメモリー
により発生情報と伝送路の速度の整合が行われる。
本願発明は、このようにして過大な情報の発生を抑え
ることによって符号化停止を防止し、符号化画像の連続
性を保ち自然な動きの符号化画像を得る。
(実施例) 次に第2図、第3図、第4図および第5図を参照しな
がら本願発明の実施例を詳細に説明する。
第2図は本願発明の一実施例を示すブロック図であ
る。入力の動画像信号は、線10を介して走査変換器1と
同期分離器2に供給される。走査変換器1は、入力の動
画像信号を、ある定められた大きさのブロックに走査変
換する。走査変換器1の出力は、線13を介して直交変換
器3と動静分離器6に供給される。また走査変換器1
は、ブロックの先頭を示すタイミング信号を遅延器8に
供給する。同期分離器2は、入力の動画像信号から同期
を分離し、分離された同期を基にフレームの先頭を示す
フレームパルスを発生して線27を介して制御回路7に供
給する。直交変換器3は、走査変換器1から供給された
ブロック化された信号を直交変換し、フレームメモリー
4に供給する。動静分離器6は、走査変換器1から供給
されたブロック化された信号に含まれている各画素のフ
レーム差分値の絶対値をブロック内で加算し、この加算
結果と定められた閾値との大小比較により、そのブロッ
クの動静判定を行う。動静分離器6の出力の動静信号
は、線67を介して制御回路7に供給される。
制御回路7は、第3図に示すようにカウンター71と判
定回路72で構成されている。カウンター71は、線27を介
して供給されたフレームの先頭を示すフレームパルスに
よりフレームの始りでリセットを行い、線67を介して供
給された動静信号が動のときのみカウントする。カウン
ター71の出力は、判定回路72に供給される。判定回路72
は、線27により供給されたフレームパルスのタイミング
でカウンター71から供給された動ブロックの数を示す信
号を取込む。判定回路72に取込まれた今から符号化する
フレームの動ブロックの数を示す信号は、あらかじめ定
められたいくつかの閾値との比較を行い第1図にて例示
したように帯域制限の幅を決める。例えば、静止また
は、動きが非常に少ないときには帯域幅を広く取る信号
を出力する。動きが中ぐらいのときには、中ぐらいの帯
域制限を行う信号を出力する。動き面積が非常に大きい
場合には、帯域幅を狭くする信号を出力する。判定回路
72で決定された帯域制限の幅を示す信号は、制御回路7
の出力として線75を介して帯域制限器5に供給される。
第2図に戻る。フレームメモリー4は、直交変換器3
から供給された信号を帯域制限の幅を決定するのに要す
る時間に相当するおよそ1フレーム時間遅延し線45を介
して帯域制限器5に供給する。つぎに遅延器8は、走査
変換器1から供給されたタイミング信号を直交変換に要
する時間とフレームメモリーの遅延を加えた時間だけ遅
延させ線65を介して帯域制限器5に供給する。
帯域制限器5は、第4図に示すようにカウンター51,R
OM(リードオンリーメモリー)52及び選択器53により構
成されている。線45を介して帯域制限器5に供給された
信号が、例えば8サンプル×8ラインのブロック直交変
換され、第5図に示すような0番から63番の順序で送ら
れてきたとする。この場合0番が直流成分で数が大きく
なるに従って高域成分となり、63番が最も周波数の高い
成分とする。カウンター51は、線65を介して供給された
ブロックの先頭を示すタイミング信号によりリセットさ
れサンプル毎にカウントアップして0から63までのカウ
ントを行う。カウンター51の出力は、ROM52のアドレス
入力に供給される。ROM52は、動き面積に対応して帯域
制限を行うための選択信号をあらかじめ書込んでおく。
例えば、帯域を広く取るものとしては、0か63の間全部
に対して1を出力する様にする。中ぐらいの帯域にする
場合には、0から35までのアドレスが選ばれているとき
に1を出力し、36から63のアドレスが選ばれたときに
は、0を出力するようにする。また、帯域を狭くする場
合のものは、0から14までは、1を出力し、15から63ま
では0を出力するようにする。ROM52は、線75を介して
供給された帯域制限の幅を示す信号およびカウンター51
から与えられたアドレスに従って、あらかじめ書込んで
おいた選択信号を出力する。ROM52の出力は、選択器53
に供給される。選択器53は、ROM52から供給された選択
信号が1のときには、線45を介して供給された信号をそ
のまま出力する。選択信号が0のときには、出力の信号
を0に置き換えて出力する。選択器53の出力は帯域制限
器5の出力として線59を介して減算器9に供給される。
この様に高域成分の信号を0に置き換えることにより帯
域制限を行うことができる。ここでは、3種類の動きの
大きさについての動作を述べたが、動きの種類をもっと
きめ細かく分け、帯域制限幅の種類を増やすことにより
発生する情報を、より滑らかに制御することができる。
また帯域制限の方法としては、別の方法でも構わない。
また、帯域制限器5をA点に置いて説明したが、この他
にも帯域制限器5を置ける所がいくつかあるので簡単に
説明する。例れば、B点のみ、A点とC点、A点
とE点、B点とD点、E点のみ、F点のみ、以上
に示した位置に帯域制限器5を置き換えることも可能で
ある。なお、符号化ループ内のC点、D点、E点のいず
れを含む点で帯域制限を行う場合には、帯域制限の幅を
示す信号を受信側に送る必要がある。
第2図に戻る。減算器9は、線59を介して帯域制限器
5から供給された信号と線129を介してフレームメモリ
ー12から供給される予測信号の減算を行い出力として予
測誤差信号を量子化器10に供給する。量子化器10は、減
算器9から供給された予測誤差信号を量子化し、加算器
11と可変長符号器13に供給する。加算器11は、量子化器
10から供給された信号とフレームメモリー12から供給さ
れる予測信号とを加算し、局部復号信号を得る。加算器
11で得られた局部復号信号は、フレームメモリー12に供
給される。フレームメモリー12は、加算器11から供給さ
れた局部復号信号をおよそ1フレーム時間遅延し予測信
号として減算器9と加算器11に供給する。つぎに、可変
長符号器13は、量子化器10から供給された信号をハフマ
ン符号などの効率のよい符号を用いて可変長符号化し、
バッファーメモリー14に供給する。バッファーメモリー
14は、可変長符号器13から供給された可変長符号を伝送
路の速度と整合を取りながら線140を介して伝送路に出
力する。
(発明の効果) 以上に詳しく説明したように、本願発明の直交変換符
号化装置では、直交変換を用いた動画像信号の符号化に
おいては、動画像の動き面積に対応して適応的に符号化
する信号の帯域幅を変化させ帯域の制限を行うことによ
り急激な情報の発生を抑え、符号化の停止による不連続
を無くし動きの滑らかな符号化を行うことができる。こ
の様に本願発明を実用に供すると動画像の符号化におけ
る画質改善の効果はきわめて大きい。
【図面の簡単な説明】
第1図は本願発明の原理を説明する図、第2図は本願発
明の一実施例を示すブロック図、第3図はその実施例に
おける制御回路の構成を示すブロック図、第4図はその
実施例における帯域制限器の構成を示すブロック図、第
5図はその実施例における直交変換器で直交変換する際
のブロック構成を例示する図である。 1……走査変換器、2……同期分離器、3……直交変換
器、4……フレームメモリー、5……帯域制限器、6…
…動静分離器、7……制御回路、8……遅延器、9……
減算器、10……量子化器、11……加算器、12……フレー
ムメモリー、13……可変長符号器、14……バッファーメ
モリー、51……カウンター、52……ROM、53……選択
器、71……カウンター、72……判定回路。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直交交換を用いて動画像信号の符号化を行
    う装置であって、 入力の動画像信号内の動き領域の判定を行う手段と、 該判定手段で判定された動き領域の割合に応じて、符号
    化を行う動画像信号の帯域制限の幅を決定する手段と、 前記入力の動画像信号を直交変換し第一の動画像信号を
    得る手段と、 該第一の動画像信号を前記帯域制限の幅に応じた帯域制
    限を行い、第二の動画像信号を得る手段と、 該第二の動画像信号および予測信号により第三の動画像
    信号を得る予測手段と、 該第三の動画像信号を量子化する手段と、 該量子化手段の出力および前記予測信号により局部復号
    信号を発生する手段と、 該局部復号信号を1フレーム時間だけ遅延させて前記予
    測信号として出力するフレームメモリーと、 前記量子化手段の出力を可変長符号化する手段と、 該可変長符号化手段の出力を伝送路の速度と整合させる
    バッファーメモリーとを備えることを特徴とする直交変
    換符号化装置。
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