JP2625424B2 - テレビ信号符号化装置 - Google Patents

テレビ信号符号化装置

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JP2625424B2 JP2453487A JP2453487A JP2625424B2 JP 2625424 B2 JP2625424 B2 JP 2625424B2 JP 2453487 A JP2453487 A JP 2453487A JP 2453487 A JP2453487 A JP 2453487A JP 2625424 B2 JP2625424 B2 JP 2625424B2
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  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

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符号化に係わり、特に直
交変換との組合せに適した動き補償方式に関する。
〔従来の技術〕
テレビジヨン(以下TVと略称)信号は広い周波数帯域
を有するので、これをデジタル信号に変換し伝送するた
めには、通常、高い伝送速度を必要とする。この速度を
低減するために多くの手法が知られる。代表的な方式
に、「直交変換」と「動き補償フレーム間予測」があ
る。例えば、吹抜敬彦著「画像のデイジタル信号処理」
(日刊工業新聞社)第179頁から第227頁。
「直交変換」は、TV信号は低周波成分にその電力が集
中するという統計的な性質を活用している。画像を、隣
接する数画素(例えば縦8画素、横8画素)のまとまり
である領域(ブロツク)に分割して、ブロツクごとに周
波数成分に直交変換する。変換した後、分散が大きい低
次項には多くのビツト数を割り当て、0付近に集中する
高次項には少ないビツト数、あるいは値が0である成分
の続く個数を符号化することにより、高い圧縮率を実現
する。
「動き補償フレーム間予測」は、フレーム間の相関性
を活用している。符号化するブロツクに最も類似したブ
ロツクを前のフレーム(或はそれ以前のフレーム)から
探し出し、2つのブロツクの差分を伝送することにより
元の信号を伝送するよりも高い圧縮率を実現する。
最近では上記の2つの方式を併用する場合が多い。す
なわち、まず動き補償によつて符号化するブロツクに最
も類似したブロツクを探し出し、そのブロツクと差分を
とり、その差分に対して直交変換を施す方法である。こ
の方法により、「直交変換」、「動き補償フレーム間予
測」をそれぞれ単独で行うよりも、さらに高い圧縮率を
実現できる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
動き補償では、符号化するブロツクと最も類似したブ
ロツクを探し出すために、ブロツクの類似度を定量的に
表す評価関数が必要である。従来、この評価関数とし
て、ブロツク内の対応する画素値の差の絶対値の合計
(絶対値和)、或は画素値の差の二乗値の合計(二乗
和)が用いられている。これらの評価関数は、ブロツク
間の差分の電力(誤差電力)に相当する。そのため、動
き補償した結果は、ブロツク間の誤差電力は全体として
小さくなるが、高周波成分の電力は動き補償前と変わら
ない。従つて、直交変換と組み合わせると、低次項の分
散は小さくなるが、高次項にもある程度のビツト数を配
分しなければならないので、低次項に電力を集中させ、
エントロピーを減少させること目的とする直交変換の特
性を十分に生かせない。
本発明の目的は直交変換による圧縮効率を更に高める
ために、動き補償におけるブロツク類似度の評価関数を
改良して、高品質なTV信号をより低速度で、すなわち符
号化効率を高め効率よく伝送可能にすることにある。
〔問題点を解決するための手段〕
上記の目的は、動き補償の評価関数に、直交変換後の
高次項の電力を小さくする関数を採用することにより達
成される。すなわち、ブロツクの類似度の評価関数とし
て、ブロツク間差の高周波成分の電力を表す関数を用い
ればよい。
〔作用〕
上記の評価関数を用いて高周波成分の電力が最小にな
るブロツクを探し、このブロツクとの差分信号を直交変
換する。このとき、変換後の高次項の電力は従来の動き
補償に比べ減少し、0付近に集中する。逆に低次項の電
力は増加し、その分散は大きくなるが、低次項の分散は
元来大きいために、電力増加による影響は少ない。その
結果、高次項への配分ビツト数は減少し、低次項への配
分ビツト数は僅かに増加する。ブロツク全体としては、
高次項の項数が多いこともあり、伝送するための全ビツ
ト数は減少し、一層高い圧縮率が得られる。
〔実施例〕
以下に、本発明の実施例を示す。
実施例を説明する前に、第2図を用いて、直交変換に
離散コサイン変換(DCT)を用いた場合の、一般的なTV
信号符号化回路について説明する。
第2図においてテレビカメラ1から入力したテレビ信
号はA/D変換回路2によりデイジタル信号に変換された
後に、Y/C分離回路3にてY信号あるいはC信号を抽出
されフレームメモリ4に格納される。以下、フレームメ
モリ4に格納されている信号を現フレーム信号と呼ぶ。
また、フレームメモリ11に格納されている信号は、現在
処理しているフレームの1つ前に伝送したフレーム信号
であり、以下、前フレーム信号と呼ぶ。
この後に述べる処理は、現フレーム信号、前フレーム
信号共に、ブロツク単位に行合う。現フレームのブロツ
クは、次に述べる動き補償ブロツクとの差分を取りDCT
回路5に入力される。
動き補償ブロツクとは前フレーム信号の中で、符号化
するブロツクに最も類似したブロツクである。以下に動
き補償ブロツクを定める方法について説明する。動きベ
クトル検出回路13は、前フレームのある範囲内に存在す
るブロツクの中で、符号化するブロツクとの間の誤差が
最も小さいものの位置を動きベクトル信号19として出力
する。可変遅延回路12では、この動きベクトルによつて
示されるブロツクをフレームメモリ11から取り出す。
符号化ブロツクと動き補償ブロツクとの差分信号は、
DCT回路5で直交変換され、変換された各係数は量子化
回路6で量子化される。符号化回路7では量子化された
DCT係数と動きベクトルを符号化して、伝送制御回路8
を通して伝送回線14に伝送する。一方、量子化されたDC
T係数は逆量子化回路9、逆DCT回路10によつて差分信号
に復号化される。復号化された差分信号は、上記の動き
補償ブロツクの信号と加算されて画像として復号化され
る。復号化された画像は受信側で得られる画像と同一で
ある。この画像はフレームメモリ11に格納されて、次の
フレームの処理の時に「前フレーム」として使われる。
本発明は、特に、動きベクトル検出回路13の構成に特徴
を持つものである。
以下、本発明の第一の実施例を第1図,第3図を用い
て説明する。第1図の回路は、第2図の動きベクトル検
出回路13の詳細である。第1図において点線31で囲まれ
た部分が本発明の特徴部である動きベクトル検出回路で
ある。
アドレス発生回路20は、ブロツク内の全ての画素を1
回づつアクセスするようなアドレス15を生成する(第3
図、信号ADX)。このアドレスはフレームメモリ4にあ
る符号化するブロツクの画素のアクセスに使われると共
に、後述する信号VDを加えて、フレームメモリ11の動き
補償候補ブロツクをアクセスするアドレス17(第3図、
信号ADY)を生成するのに使われる。動きベクトル生成
回路21は動き補償ブロツクを探索する位置の相対アドレ
スを順次生成する(第3図、信号VD。なお、第3図にお
いてMは探索するブロツクの数を表す)。
アドレス15、アドレス17によつてアクセスされた、そ
れぞれのブロツク内の画素の値は画像入力信号16,18と
して入力される。これらの信号は差分を取り二乗回路22
で2乗され、累積回路23で加算される。この累積値は、
ブロツク間誤差電力の総和でブロツク間誤差を評価する
従来例と同一である。これらの処理と同時に入力信号1
6,18は、それぞれ累積回路24,25で加算される。1ブロ
ツクの全ての画素に対する処理が行われた後、X,Y各々
の累積信号は差分を取られ二乗回路26で2乗され、1/N
倍回路27で1/N倍される。ここでNはブロツク内の画素
の総数である。累積回路6の出力(入力値の差分の二乗
和)から、この1/N倍された信号を引いた信号が、本発
明による2つのブロツク間誤差となる(第3図、信号ER
R)。ブロツク間誤差信号は比較器28によつて、それま
での最小値と比較され、小さい場合には、第3図の信号
A<Bがアクテイブになり、ラツチ29にその値が保持さ
れると同時にラツチ30にそのときの動きベクトルが保持
される。なお、ラツチ29は1つの動きベクトル検出を始
める前に初期化しておく必要がある。1つの符号化する
ブロツクとすべての動き補償候補ブロツクとのフレーム
間誤差の演算が終つた後に、ブロツク間誤差が最小であ
つたブロツクが動き補償ブロツクとなり、その相対位置
を動きベクトル信号19に出力する(第3図、信号VOU
T)。
第1図の回路は評価関数として を用いたものである。この式の処理は第1図の20ないし
27の部分の回路で行われる。これは直流成分(信号の平
均値)を除いた成分の電力を最小にするものである。
次に第2の実施例について、第4図、及び第5図を用
いて説明する。第4図は、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検出回路の構成を示したも
のである。
第1の実施例と同様、ブロツク間誤差が最小になる動
きベクトルを検出するため、動きベクトル発生回路21に
より生成される動きベクトルの各各について、現フレー
ムと前フレームの画像信号の相関を評価関数F2(X,Y)
により、評価する。
第1の実施例との相違点は、画像信号の直流成分を除
去する回路のかわりに、2次元のハイパスフイルタ32,3
3を設けた点にある。これらのフイルタの出力の差成分
は、ブロツク毎に累積され、その値の最小値がラツチ29
に保持される。
本実施例の評価関数は、次式で表わされる。
ここでH1,H2は現フレームと前フレームのフレームメ
モリから読みだされた画像信号xij,yijに、それぞれ2
次元のハイパスフイルタを通した信号である。
2次元ハイパスフイルタの特性としては種々のものが
考えられるが、その1例として第5図(a)に示すもの
があげられる。これは、注目する画素の値を4倍し、そ
の値から、上下左右に隣接する画素の値を差し引いたも
のである。
このほか、第5図(b)に示すように、ブロツクをた
とえば4分割し、これらのサブブロツク(B11,B12,B21,
B22)ごとに平均値を差し引くことにより、直流付近の
成分を除去する方式も考えられる。
また、第4図では、現フレーム用と前フレーム用に独
立したハイパスフイルタを用いているが、評価関数が線
形の場合には二乗回路22の前段に設けることにより、1
系列に省略することも可能である。
以上のような検出方法を採用することにより、画像信
号の直流付近の成分を除いた部分の電力が、最小となる
動きベクトルを容易に検出することができ、動き補償フ
レーム間符号化装置の符号化効率を向上させることが可
能になる。
〔発明の効果〕
第1図に示した実施例について、比較的動きの小さい
画像でシミユレーシヨンを行つた結果、評価関数に絶対
値和、二乗和を用いた場合よりもエントロピーは小さく
なり、絶対値和の場合に比較して約5%減少することが
わかつた。
また、画面内の動き量が大きい時、画面の明るさが変
化した時、画面が切り替わつた時には、評価関数に絶対
値和、二乗和を用いた場合よりもエントロピーが5%以
上減少することがわかつた。
【図面の簡単な説明】
第1図,第3図はそれぞれ本発明の一実施例における動
きベクトル検出方法を説明するためのブロツク図ならび
にタイミングチヤート、第2図は、直交変換に離散コサ
イン変換(DCT)を用いた場合の、一般的なTV信号符号
化回路を説明するためのブロツク図、第4図は本発明に
使用される動きベクトル検出回路の一実施例の構成図、
第5図は上記第4図の動作説明のための信号ブロツク図
である。 第1図および第2図において、1……テレビカメラ、2
……A/D変換器、3……Y/C分離器、4……フレームメモ
リ、5……DCT回路、6……量子化器、7……符号化
器、8……伝送制御回路、9……逆量子化器、10……逆
DCT回路、11……フレームメモリ、12……可変遅延回
路、13……動きベクトル検出回路、14……伝送器、15…
…現フレーム内ブロツク用アドレス信号、16……現フレ
ーム内ブロツク画素値信号、17……前フレーム内ブロツ
ク用アドレス信号、18……前フレーム内ブロツク画素値
信号、19……動きベクトル信号、20……ブロツクアドレ
ス生成回路、21……動きベクトル生成回路、22……二乗
回路、23……累積回路、24……累積回路、25……累積回
路、26……二乗回路、27……1/N倍回路、28……比較
器、29……ブロツク間誤差最小値保持用ラツチ、30……
動きベクトル保持用ラツチ、31……本発明の特徴部分。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】テレビ信号をブロック単位の第1の信号に
    走査変換し、既に符号化処理された別フレームのテレビ
    信号から、複数の異なる時間遅延させた複数のブロック
    単位の信号を予測候補信号として取り出し、上記第1の
    信号と予測候補信号との差分電力を計算し、差分電力の
    最も少ない予測候補信号のブロック単位を動き補償ブロ
    ックとし、第1の信号と動き補償ブロックの信号との差
    分信号を符号化するテレビ信号符号化装置であって、 予測候補信号と第1の信号の差分信号の低周波数成分を
    低減する手段、上記低周波数成分を低減された差分信号
    の電力を計算し、最も電力の少ないものを選択する手
    段、上記選択された電力に対応する予測候補信号を動き
    補償ブロックからの予測信号として出力する手段とをも
    つことを特徴とするテレビ信号符号化装置。
  2. 【請求項2】テレビ信号をブロック単位の第1の信号に
    走査変換し、既に符号化処理された別フレームのテレビ
    信号から、複数の異なる時間遅延させた複数のブロック
    単位の信号を予測候補信号として取り出し、上記第1の
    信号と予測候補信号との差分電力を計算し、差分電力の
    最も少ない予測候補信号のブロック単位を動き補償ブロ
    ックとし、第1の信号と動き補償ブロックの信号との差
    分信号を符号化するテレビ信号符号化装置であって、 上記第1の信号の低周波成分を低減する手段、予測候補
    信号の低周波数成分を低減する手段、低周波数成分を低
    減された上記第1の信号と低周波数成分を低減された複
    数の予測候補信号との差分信号の電力を計算し、最も電
    力の少ないものを選択する手段、選択された電力に対応
    する予測候補信号を動き補償ブロックからの予測信号と
    して出力する手段とをもつことを特徴とするテレビ信号
    符号化装置。
  3. 【請求項3】テレビ信号をブロック単位の第1の信号に
    走査変換し、既に符号化処理された別フレームのテレビ
    信号から、複数の異なる時間遅延させた複数のブロック
    信号を予測候補信号として取り出し、第1の信号と複数
    の予測候補信号との差分電力を計算し、その差分電力の
    最も少ない予測候補信号を予測信号とし、第1の信号と
    上記予測信号との相対的位置を表す動きベクトルを計算
    する動きベクトル検出装置であって、 予測候補信号の低周波数成分を低減する手段、低周波数
    成分を低減された信号の電力を計算する手段、複数の予
    測候補信号の低周波数成分を低減された信号の電力のう
    ち最も電力の少ないものを選択する手段、選択された電
    力に対応する動きベクトルを出力する手段とをもつこと
    を特徴とする動きベクトル検出装置。
  4. 【請求項4】テレビ信号をブロック単位の第1の信号に
    走査変換し、既に符号化処理された別フレームのテレビ
    信号から、異なる時間だけ遅延させた複数のブロック信
    号を予測候補信号として取り出し、符号化ブロックから
    入力信号と複数の予測信号との差分電力を計算し、差分
    電力の最も少ない予測候補信号を予測信号とし、入力信
    号と予測信号の相対的位置を表す動きベクトルを計算す
    る動きベクトル検出装置であって、 第1の信号を低周波数成分に分解し、低周波数成分を低
    減する手段、予測候補信号の低周波数成分を低減する手
    段、低周波数成分を低減された第1の信号と低周波数成
    分を低減された予測候補信号の差分信号の電力を計算
    し、複数の低周波数成分を低減された信号の最も電力の
    少ないものを選択する手段、選択された電力に対応する
    動きベクトルを出力する手段とをもつことを特徴とする
    動きベクトル検出装置。
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