JP2636622B2 - ビデオ信号の符号化方法及び復号化方法ならびにビデオ信号の符号化装置及び復号化装置 - Google Patents

ビデオ信号の符号化方法及び復号化方法ならびにビデオ信号の符号化装置及び復号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はデジタル記憶と伝送媒体
用の良好な飛び越し走査デジタルビデオ信号の符号化方
法及び復号化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ビデオ信号の帯域幅圧縮は近年数多くの
活発な研究と標準化の努力を引き付けてきた。そして様
々な技術が異なるビットレートで種々のビデオ信号フォ
ーマットのデジタル符号化のために探求されている。
【０００３】記録装置からビデオシーケンスソースを得
て、そして後にディスプレー装置上で再生する技術に関
し、ビデオシーケンスは順次走査ビデオシーケンスと飛
び越し走査ビデオシーケンスの二つの方式に分類され
る。順次走査ビデオシーケンスにおいては、シーケンス
内のフレームはフレームの上から下にライン毎に順次走
査されて、再生される。飛び越し走査ビデオシーケンス
においては、フレームの偶数ラインから成る偶数フィー
ルドとフレームの奇数ラインから成る奇数フィールドと
の二つのフィールドから構成される。走査と再生はフィ
ールドの上から下に向って順次偶数フィールド上でまず
実行され、そして同様に奇数フィールドで続けられる。
現在のソースの多くは飛び越し走査フォーマット（例え
ば、ＮＴＳＣ、ＰＡＬ）であるので、増えて来る数多く
の研究は飛び越し走査ビデオシーケンスの効率的な符号
化に方向付けられている。
【０００４】ビデオ帯域幅圧縮はビデオシーケンスの時
間的、空間的、且つ統計的冗長性を低減することにより
行われる。時間冗長性を低減するためには、移動推定と
補償が採用される。動き推定と補償に関する従来技術
（例えば、ｔｈｅ ＭＰＥＧＶｉｄｅｏ Ｓｉｍｕｌａ
ｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ Ｔｈｒｅｅ、Ｉｎｔｅｒｎａｔ
ｉｏｎａｌ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｓｔ
ａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ、Ｃｏｄｅｄ Ｒｅｐｒｅ
ｓｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｉｃｔｕｒｅａｎｄ ａ
ｕｄｉｏ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ、１９９０、ＩＳＯ
−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／ＳＣ２／ＷＧ８ＭＰＥＧ９０／０
４１）によれば、飛び越し走査ビデオシーケンスにおけ
る、画像としても又言及できるフレームは次の二つのタ
イプに分類可能である。
【０００５】（１）各フレームがそれ自体からの情報の
みを使用して符号化される自局符号化フレーム。
【０００６】（２）各フレームが過去そして未来の両
方、或はそのいずれかの自局符号化フレーム、又は予測
フレームからの動き補償された予測を使用して符号化さ
れる予測符号化フレーム。
【０００７】飛び越し走査ビデオシーケンス内の各フレ
ームはピクセルデータのブロックにまず分割され、それ
から動き補償付き、或は無しで離散的コサイン変換（Ｄ
ＣＴ：Ｄｉｓｃｒｅｔｅ Ｃｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆ
ｏｒｍ）などのブロック符号化方法により処理される。
予測フレームに対しては、ブロックは符号化フレームの
内容を予測するために動き推定と補償をブロック整合す
ることにより近接フレームからの情報を使用して符号化
される。採用されたブロック整合アルゴリズムは、ある
所定基準を下に最上の整合ブロックを見つけ出すことに
より、一つのフレームから次のフレームへのピクセルの
ブロック動き方向を決定することから成る。それから最
上整合ブロックとピクセルの実ブロック間の差分が変換
（例えば、ＤＣＴ）され、そして量子化マトリックスを
基にして量子化され、量子化ＤＣＴ係数のレートコント
ローラーによるジグザグ走査と量子化ＤＣＴ係数のラン
やレベルの可変長符号化が行われる。図１は、ＭＰＥＧ
により提示された方法を説明するブロック図である。そ
の方法の詳細な説明は、ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／Ｓ
Ｃ２／ＷＧ８、ＭＰＥＧ９０／０４１、１９９０、“Ｍ
ＰＥＧ ＶｉｄｅｏＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ
Ｔｈｒｅｅ（ＳＭ３）”に記載されている。動き推定
と補償において、ハーフピクセル分解動きベクトルはピ
クセルのブロックをより正確に予測するために得られ
る。通常、定義済み範囲内の整数フルピクセルの探索は
最初に実行される。それから、サブピクセルの探索が、
定義済み動きベクトルをハーフピクセル精度に生成する
ために近隣ハーフピクセル位置で実行される。飛び越し
シーケンスのフィールド／フレーム構成を考慮して近傍
フレームのハーフピクセル位置内にピクセルブロックを
形成する二つの方法がある。即ち、フレームベース補間
とフィールドベース補間のモードである。
【０００８】フレームベース補間モードでは、ハーフピ
クセル位置のピクセルブロックは、図２に示すロケーシ
ョンにより（数１）に示す如く、二つの近接ピクセルの
平均、或は四つの近接ピクセルの平均を取ることにより
フレームピクセル位置（そのブロック内の全ピクセルに
対して）に形成される。
【０００９】
【数１】
【００１０】フィールドベース補間モードにおいては、
ハーフピクセルブロックは、図３に示すロケーションに
より（数２）同フィールドからの二つ、又は四つのピク
セル値の平均を取ることによりフィールドピクセル位置
に形成される。
【００１１】
【数２】
【００１２】
【数３】
【００１３】フレームの二つのフィールド間の時間差の
ため、飛び越しシーケンスで対象物が移動すると、その
対象物があるフィールドから他のフィールドへと変位さ
れる。そのような場合、フィールドベース補間モードは
垂直方向のフィールドピクセル位置に関してハーフピク
セル精度で良好な動き推定を与える。動き推定プロセス
における符号化ブロックのための最上ハーフピクセル動
きベクトルを決定するために、フレームベース補間とフ
ィールドベース補間の両モードが全てのハーフピクセル
分解ブロックを得るために実行され、そしてそれに続い
て平均絶対誤差などのある定義済み基準に基づいて総当
り比較が、どのモードとどのハーフピクセル位置が符号
化ブロックに対する誤差を最小にするかを決定するため
に実行されても良い。この方法では、どのフレーム／フ
ィールド補間モードが選択されているかの情報がデコー
ダーに伝送されなければならない。上記方法の実施例は
ＩＳＯ−ＩＥＣ／ＪＴＣ１／ＳＣ２９／ＷＧ１１、ＭＰ
ＥＧ ９１／２２８／１９９１“Ｐｒｏｐｏｓａｌ Ｐ
ａｃｋａｇｅ”に記載されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】適用フレーム／フィー
ルドサブピクセル動き推定の方法は幾つかの問題を有し
ている。まず全フレーム／フィールドハーフピクセル変
位ブロックの総当り構造と比較するとその方法を実施す
るためのハードウエアーが高価となる。二番目に、この
方法を使用するためには、デコーダーがハーフピクセル
動き補償のための対応修正フレーム、或はフィールド補
間モードを使用することが出来るように、余分の情報
（ビット）が各符号化ブロックに対してそのデコーダー
に伝送される必要がある。平均絶対誤差基準を利用する
総当り比較では、ある場合に視覚的に平坦な動き推定を
見つけることが困難である。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、推定と補償のためのサブピクセル予測ブロ
ックを形成するためにフレームベース、或はフィールド
ベースのモードを自動的に選択するようにしている。こ
の方法はフレーム内の定常領域が近接ライン間で高い空
間的相関性を有し、そして動き対象物に対応する領域は
近接ラインのものと比較して各フィールド内でより高い
相関性を有するという事実に基づいている。この方法に
おいては、動き補償されるべき入力フレームはピクセル
の小ブロックに分割され、ここで動き推定が第一段階と
してフルピクセル分解の各ブロックに対して実行され
る。検出されたフルピクセル動きベクトルは、基準フレ
ームからのフルピクセル動きベクトルに関して＋／−ハ
ーフピクセル補間ブロックを垂直方向と水平方向に更に
探索することによる第二段階でハーフピクセル精度に生
成される。この段階で、その動きベクトルの水平成分の
絶対値は、それが所定の定義されたスレッショルドレベ
ルよりも大きいか、又は小さいかを見ることによって検
出され、何等かの動きがないかを検出する。それがスレ
ッショルドレベル以下であるならば、サブピクセルブロ
ックを形成するフレームベース補間が採用される。しか
し、それがスレッショルドレベルを越えるものであるな
らば、フィールドベース補間モードがその代りに採用さ
れる。
【００１６】
【作用】上記方法で、動きベクトルの水平成分の大きさ
が検出されると、高動きであるブロックは推定されて、
それからハーフピクセルブロックを形成するフィールド
ベース方式を利用して補償される。低動きのブロックは
推定されて、それからハーフピクセルブロックを形成す
るフレームベース方式を利用して補償される。それで、
符号化されるブロックと予測されたブロック間の差分
は、量子化やランレングス可変長符号化を伴うＤＣＴな
どの従来のブロック符号化技術を使用して処理される。
この方法が図３と図４で例証されている。
【００１７】
【実施例】本発明の一実施例を図４に基づいて説明す
る。図４は本発明の一実施例におけるビデオ信号符号化
方法の説明図である。まず、ビデオ信号符号器へ入力さ
れた入力飛び越しビデオ信号がデジタル化されて、フィ
ールド併合１にてフィールド併合され、そして空間的に
重なっていないピクセルデータブロックに分割される。
適用性の適正なレベルを提供するために、ブロックサン
プリング２にて８×８ピクセルのブロックサイズを採用
しても良い。それから、そのブロックは、動き補償５と
共に、或は無しで離散的コサイン変換（ＤＣＴ：Ｄｉｓ
ｃｒｅａｔｅＣｏｓｉｎｅ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉ
ｏｎ）６などのブロック符号化方法を利用して処理され
る。伝送されたデータは、それから量子化器マトリック
スとレートコントローラ９により与えられる量子化器増
分量、さらにランレングス符号化及び可変長符号化８を
利用して量子化処理７が成される。
【００１８】本発明が最も特徴とするところは図４と図
１とを比較すれば明らかなように、水平動きベクトルの
動き量に応じてフレーム、フィールド補間を自動的に行
なうブロック２５を設けた点にある。
【００１９】もしデータのブロックが動き補償されるべ
きならば、その時に動きベクトル検出処理が、オリジナ
ルの近接フレーム、或は局所的に復号化された近接フレ
ームからの動きベクトルを決定するために実行される。
最も密接な整合を見つける一つの方法は、平均２乗誤差
などのある所定基準に基づいた最上整合ブロックを見い
出すことにより一つのフレームから次のフレームへのピ
クセルのブロックの動き方向を決定することである。フ
ルピクセル分解動きベクトルは、上記処理を利用してフ
ルピクセル推定３にて最初検出され、その後にハーフピ
クセル推定４が行なわれる。ハーフピクセル分解動きベ
クトル検出プロセスにおいては、水平動きベクトルの大
きさが、それが所定のレベルで定義されたスレッショル
ドレベルよりも大きいか、又は小さいかによって水平動
き検出１１にて検出され、何等かの動きがないかを検出
する。それがスレッショルドレベル以下であるならば、
サブピクセルを形成するフレームベース補間１２が採用
される。しかし、それがスレッショルドレベルを越える
ものであるならば、フィールドベース補間１３が採用さ
れる。なお、この際のフレーム、フィールド補間処理は
基準フレームメモリ１０に記憶された信号をもとに行な
われる。符号化されるブロックと評価されたブロックの
ピクセル間の差分は、ＤＣＴ変換６、量子化７、そして
ランレングス符号化及び可変長符号化処理８等が行なわ
れるが、これらについては従来例と同一であるので説明
を省略する。
【００２０】本実施例に対応するビデオ信号復号化方法
の説明図を図５に示す。この形態において、符号化ビデ
オ信号、或はビットストリームは可変長復号化及びラン
レングス復号化処理１７に入力され、そこで可変長符号
化ランレングス符号をデマルチプレクス処理し、そして
復号化して、符号化フレームの各ブロックの量子化係数
を復元する。その復号化された量子化係数ブロックに対
して逆量子化プロセス１８と逆離散的コサイン変換（Ｄ
ＣＴ）プロセス１９が行なわれる。もし前記ブロックが
動き補償プロセスを利用して符号化されるならば、動き
変位ブロックが予測される。水平動き検出２２にて得ら
れた情報は、フレーム補間モード２３、或はフィールド
補間モード２４のどちらを予測されたブロックを得るた
めに使用するかを決定するために使用される。予測ブロ
ック２６は、動き補償２０の入力へ加えられる。復元ブ
ロックは復元画像を形成するために使用される。
【００２１】
【発明の効果】以上のように本発明は、入力フレーム内
の異なる領域にフィールド、或はフレームベース方式を
上記のように自動的に適用することにより、二つの特色
が実現化される。まず、符号化器に伝送されるべき余分
な情報が必要ないのでビットレートを低減することが可
能となる。二番目に、フレームベース、或はフィールド
ベースの補間のいずれかが演算されれば良く、両方を演
算する必要がないので、ハーフピクセル動きベクトルを
探索するための演算時間を低減することが可能となる。
サブピクセルブロックは、フレームベース補間を単独
で、或はフィールドベース補間を単独で使用する方式と
比べてより良好に表されるので、符号化されるブロック
に対してより良好な予測を提供することが出来る。
【００２２】一般に、ビデオシーケンス内の各画像フレ
ーム内の相関レベルは定常画像と乱画像との間で異なる
ので、本発明は動き推定と補償プロセス時においてこれ
らの二つの異なる画像に最も効率的に適用される方法を
提供する。固定ビットレートビデオ符号化システムにお
いて、本発明はより良好な復元画質の効果を提供する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の先行技術であるＳＭ３符号化アルゴリ
ズムを示すブロック図
【図２】フレームベースのハーフピクセル補間を示す図
【図３】フィールドベースのハーフピクセル補間を示す
図
【図４】本発明の一実施例である自動サブピクセルフレ
ーム／フィールド動き補償を適用し得る符号化器のブロ
ック図
【図５】本発明の一実施例である図４に示した符号化器
に対応する復号化器の一実施例のブロック図
【符号の説明】
１ フィールド併合 ２ ブロックサンプリング ３ フルピクセル推定 ４ ハーフピクセル推定 ５ 動き補償 ６ ＤＣＴ ７ 量子化 ８ ランレングス符号化及び可変長符号化 ９ レートコントローラ １０ 基準フレームメモリ １１ 水平動き検出 １２，２３ フレーム補間 １３，２４ フィールド補間 １４ 局所復号フレームメモリー １５ 逆ＤＣＴ １６ 逆量子化 １７ ランレングス復号化及び可変長復号化 １８ 逆量子化 １９ 逆ＤＣＴ ２０ 動き補償 ２１ 局所復号フレームメモリー ２２ 水平動き検出 ２５，２６ 予測ブロック

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号を符号化する方法であって、 入力された前記ビデオ信号を複数のブロックに分割する
    ステップと、前記分割された各ブロックの動きベクトル
    を決定するステップと、決定された前記動きベクトルの
    水平成分の大きさが所定値以上であるブロックにはフィ
    ールドベース補間処理を、所定値以下であるブロックに
    はフレームベース補間処理をするステップと、前記補間
    処理されたブロックを動き補償し前記入力されたビデオ
    信号のブロックとの差分をとる動き補償ステップと、前
    記差分及び前記動きベクトルを少なくとも符号化処理す
    る符号化ステップとを有することを特徴とするビデオ信
    号の符号化方法。
  2. 【請求項２】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号を符号化する方法であって、 入力された前記ビデオ信号を複数のブロックに分割する
    ステップと、前記分割された各ブロックの動きベクトル
    を決定するステップと、前記ブロックをフィールドベー
    ス補間処理するステップと、前記ブロックをフレームベ
    ース補間処理するステップと、決定された前記動きベク
    トルの水平成分の大きさが所定値以上であるブロックに
    はフィールドベース補間処理を、所定値以下であるブロ
    ックにはフレームベース補間処理を施したブロックを用
    いて動き補償して、前記入力されたビデオ信号のブロッ
    クとの差分をとる動き補償ステップと、前記差分及び前
    記動きベクトルを少なくとも符号化処理する符号化ステ
    ップとを有することを特徴とするビデオ信号の符号化方
    法。
  3. 【請求項３】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号をブロックに分割し、前記分割ブロックに対
    して動きベクトルの水平成分の大きさが所定値以上であ
    るブロックにはフィールドベース補間処理を、所定値以
    下であるブロックにはフレームベース補間処理をし、前
    記補間処理されたブロックを用いて動き補償を行ない前
    記ビデオ信号の分割ブロックとの差分をとって、該差分
    及び前記動きベクトルを少なくとも符号化した信号を復
    号化する方法であって、 前記差分と前記動きベクトルを復号化するステップと、
    復号化した情報を用い て、復号化した差分に基づいて形
    成される分割ブロックをフィールドベース補間処理する
    かフレームベース補間処理するステップと、前記補間処
    理された分割ブロックを用いて前記動きベクトルに応じ
    て動き補償するステップとを有することを特徴とするビ
    デオ信号の復号化方法。
  4. 【請求項４】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号をブロックに分割し、前記分割ブロックに対
    して動きベクトルの水平成分の大きさが所定値以上であ
    るブロックにはフィールドベース補間処理を、所定値以
    下であるブロックにはフレームベース補間処理をし、前
    記補間処理されたブロックを用いて動き補償を行ない前
    記ビデオ信号の分割ブロックとの差分をとって、該差分
    及び前記動きベクトルを少なくとも符号化した信号を復
    号化する方法であって、 前記差分と前記動きベクトルを復号化するステップと、
    復号化した差分に基づいて形成される分割ブロックをフ
    ィールドベース補間処理するステップと、復号化した差
    分に基づいて形成される分割ブロックをフレームベース
    補間処理するステップと、復号化した情報を用いて、フ
    ィールドベース補間処理かフレームベース補間処理かの
    いずれかの補間処理を施した前記差分ブロックを動き補
    償するステップとを有することを特徴とするビデオ信号
    の復号化方法。
  5. 【請求項５】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号を符号化する装置であって、 入力された前記ビデオ信号を複数のブロックに分割する
    ブロック分割手段と、前記分割された各ブロックの動き
    ベクトルを決定する動きベクトル決定手段と、決定され
    た前記動きベクトルの水平成分の大きさが所定値以上で
    あるブロックにはフィールドベース補間処理を、所定値
    以下であるブロックにはフレームベース補間処理をする
    補間手段と、前記補間処理されたブロックを用いて動き
    補償し、前記入力されたビデオ信号のブロックとの差分
    をとる動き補償手段と、前記差分及び前記動きベクトル
    を少なくとも符号化処理する符号化手段とを有すること
    を特徴とするビデオ信号の符号化装置。
  6. 【請求項６】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号を符号化する装置であって、 入力された前記ビデオ信号を複数のブロックに分割する
    ブロック分割手段と、 前記分割された各ブロックの動き
    ベクトルを決定する動きベクトル決定手段と、前記ブロ
    ックをフィールドベース補間処理するフィールド補間手
    段と、前記ブロックをフレームベース補間処理するフレ
    ーム補間手段と、決定された前記動きベクトルの水平成
    分の大きさが所定値以上であるブロックにはフィールド
    ベース補間処理を、所定値以下であるブロックにはフレ
    ームベース補間処理を施したブロックを用いて動き補償
    し、前記入力されたビデオ信号のブロックとの差分をと
    る動き補償手段と、前記差分及び前記動きベクトルを少
    なくとも符号化処理する符号化手段とを有することを特
    徴とするビデオ信号の符号化装置。
  7. 【請求項７】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号をブロックに分割し、前記分割ブロックに対
    して動きベクトルの水平成分の大きさが所定値以上であ
    るブロックにはフィールドベース補間処理を、所定値以
    下であるブロックにはフレームベース補間処理をし、前
    記補間処理されたブロックを用いて動き補償を行ない前
    記ビデオ信号の分割ブロックとの差分をとって、該差分
    及び前記動きベクトルを少なくとも符号化した信号を復
    号化する装置であって、 前記差分と前記動きベクトルを復号化する復号化手段
    と、復号化した情報を用いて、復号化した差分に基づい
    て形成される分割ブロックをフィールドベース補間処理
    するかフレームベース補間処理する補間手段と、前記補
    間処理された分割ブロックを用いて前記動きベクトルに
    応じて動き補償する動き補償手段とを有することを特徴
    とするビデオ信号の復号化装置。
  8. 【請求項８】 飛び越し走査ビデオシーケンスにおける
    ビデオ信号をブロックに分割し、前記分割ブロックに対
    して動きベクトルの水平成分の大きさが所定値以上であ
    るブロックにはフィールドベース補間処理を、所定値以
    下であるブロックにはフレームベース補間処理をし、前
    記補間処理されたブロックを用いて動き補償を行ない前
    記ビデオ信号の分割ブロックとの差分をとって、該差分
    及び前記動きベクトルを少なくとも符号化した信号を復
    号化する装置であって、 前記差分と前記動きベクトルを復号化する復号化手段
    と、復号化した差分に基づいて形成される分割ブロック
    をフィールドベース補間処理するフィールド補間手段
    と、復号化した差分に基づいて形成される分割ブロック
    をフレームベース補間処理するフレームベース補間手段
    と、復号化した情報を用いて、フィールドベ ース補間処
    理かフレームベース補間処理かのいずれかの補間処理を
    施した前記差分ブロックを動き補償する動き補償手段と
    を有することを特徴とするビデオ信号の復号化装置。
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