JP2644811B2 - 動き補償フレーム間予測符号化装置 - Google Patents

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、特に動
き補償フレーム間予測方式における装置規模の小型化と
予測効率の向上が可能な動き補償フレーム間予測符号化
装置に関する。

〔従来の技術〕

テレビ（以下TVと略称）信号は広い周波数帯域を有す
るので、これをデイジタル信号に変換し伝送するために
は通常は高い伝送速度を必要とする。この速度を低減す
るために多くの方式が知られる。

代表的な方式の一つに、「動き補償フレーム間予測」
がある。これは、 １）TV信号を標本化して画素とし、 ２）複数個の画素（例えば縦横各８画素の正方形内の64
画素）を１つのブロツクにまとめ、 ３）上記ブロツクに最も類似しているブロツクを伝送済
みの前TVフレームから少しずつ位置をずらしながら探し
出し、 ４）上記の「位置のズレ量」と「２つのブロツク間の差
分」を伝送する、 ものである。

上記の動き補償フレーム間予測された後の予測誤差信
号は、可変長符号化された後にバツフアメモリ（以降FI
FO:フアーストイン・フアーストアウトFirst In First
Out）を通して平滑化され、一定速度で伝送路に送出さ
れる。ここで上記の予測誤差信号の絶対値が大きくなる
と符号語長が長い符号語が多数発生する。このため該FI
FOに書き込まれる信号量が増大するので、FIFO内の蓄積
量が増加して、やがては溢れてしまう。この溢れを防止
するために、実際には処理を一時的に中断して上記の書
き込みを禁止する。

逆に上記の予測誤差信号の絶対値が小さく符号語長が
短い場合には上記のFIFO内の蓄積量は減少してやがては
空になり、伝送路に信号を送出できなくなる。これを防
ぐために通常な無駄信号（ダミー信号）をFIFOに書き込
む。

上記の前TVフレーム内の位置を少しずつずらしながら
最も類似するブロツクを探索する手法（以降動きベクト
ル検出法）には大別して次の２通りが知られる。

１）全探索：探索すべき範囲内の全てのズレた位置にあ
るブロツクと比較し、差分が最小となるブロツクを選択
する。

２）多段探索：予め定められた数種類のズレた位置にあ
るブロツクと比較し、その中で最も類似したブロツクの
周囲に最適なブロツクがあるとして、その周囲を更に細
かく探索する。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の全探索／多段探索動きベクトル検出手法には各
々次の問題点がある。即ち全探索は、その範囲内では最
も類似したブロツクを選択できるが、比較するブロツク
の数が多くなるので、処理時間が長くなる問題がある。
多段探索ではその逆の関係にある。又、短い処理時間内
に多数のブロツクの比較を行うためには、回路規模が大
きくする必要が生じる。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、処理時間に余裕がある時（例えば上記
のFIFOが溢れそうな時）には比較回数を増加して最適な
動きベクトルを検出する精度を向上し、他の場合（例え
ばFIFOが空になりそうな時）には比較回数を減少して処
理速度を向上することにより解決される。

〔作用〕

処理時間に余裕があるときには、比較回数を増加する
ことにより最適なブロツクを検出できるので、符号語長
を短くできる。従つて符号化効率を向上できる。この場
合には処理時間は増加するが、処理時間に余裕があるの
で回路規模を増加することなく比較回数を増加できる。

また、処理時間に余裕が無い時には比較回数を減少す
るので処理を高速化でき、無駄なダミー信号を伝送する
必要が無くなるので、全体としては符号化効率を向上で
きる。従つて、いずれの場合にも回路規模を大きくする
こと無く、高い符号化効率を達成できる。

〔実施例〕

以下、図を用いて本発明の実施例を説明する。後の説
明を容易とするために、先ず第２図を用いい従来から知
られるTV信号の動き補償フレーム間予測符号化装置のブ
ロツク構成を簡単に述べる。

TVカメラ１で撮像されたTV信号は、走査線方向に走査
され、アナログ／デイジタル変換器２によりデイジタル
信号に変換された画素信号となる。さらに走査線／ブロ
ツク走査変換回路３により複数画素単位に纏められてブ
ロツクとなり、一時記憶メモリ４に格納される。

一時記憶メモリ４から読み出されたデイジタル信号
と、伝送済みの前TVフレームの信号を格納するフレーム
メモリ５から読み出された信号とは、動き補償回路６に
より比較されて類似度が計算される。その結果に従い動
き補償回路６は遅延回路７の遅延量を変化させて比較す
べき前TVフレーム内の位置を変化させる。そして、最も
類似度が高い位置を動き量とする。

そして動き量を補償した位置にある前TVフレームの画
素信号を用いて符号化すべき画素を予測し、減算回路８
により動き補償後のフレーム間予測誤差を計算する。

上記の予測誤差は、そのまま、又は直交変換回路９に
より直交変換された後に量子化器10により量子化され、
可変長符号化回路11により発生頻度に対応した長さの符
号語が割り当てられる。一般に、予測誤差が小さい場合
には符号語長は短くなり、これが大きい場合には、符号
語長が長くなることが知られる。可変長符号化回路11で
符号化された信号は、上記の動き量と共に伝送速度の平
滑化用のFIFO12に書き込まれる。FIFO12から符号化信号
が一定の速度で読み出され、伝送路13に送出される。こ
こでFIFO12は、蓄積量が減少し空に近づくと可変長符号
化回路11に識別信号を出してダミー信号を送出させる。
逆に蓄積量が増加し溢れそうになると他の識別信号を出
して符号化を中断させる。これによりFIFO12が空になつ
たり溢れることによる誤動作を防止する。

同時に、上記の量子化信号、又はこれを逆直交変換回
路14により逆直交変換した信号と、動き補償予測信号と
は、加算回路15により加算された後に次のTVの画面を予
測するためにフレームメモリ５に書き込まれる。

以上TV信号の動き補償フレーム間符号化装置の全体構
成を簡単に述べた。次に本発明に特に関係がある動き補
償回路６の一般的な構成法を第３図を用いて詳しく説明
する。

動き補償回路６は、直前のブロツクの動き補償フレー
ム間予測の処理を終了するとカウンタ21を初期化する。
カウンタ21の出力信号は、読み出し専用メモリ22（RO
M:）に与えられる。ひのカウンタ値に対応して前TVフレ
ームから読み出す位置をずらすズレ量（以降動き量）
と、比較をさらに続けるか否かを識別する信号とが該RO
M22から読み出させる。

該動き量は遅延回路７に与えられ、遅延量が制御され
て、動き量を補償した位置にある前TVフレームの画素信
号が読み出される。

該前TVフレームの画素信号と上記の一時記憶メモリ４
に格納された画素信号とは、減算回路25により差分が計
算され、絶対値回路26により絶対値に変換され、蓄積加
算器27により１ブロツク全体における２ブロツク間の類
似度が計算される。その結果は、比較回路28は、上記の
蓄積加算器27の出力とメモリ29に格納されているそれ以
前で最も類似している動き量における類似度と比較し、
類似度が以前よりもさらに高い場合にはその類似度がメ
モリ29に書き込まれ、同時にその動き量がメモリ30に書
き込まれる。

１つの動き量に対する比較を終了すると、上記のカウ
ンタ21を１だけ歩進し、ROM22から次の動き量と比較を
続行するか否かの識別信号を読み出す。以降この処理を
続け、ROM22から比較を終了する旨の識別信号が出力さ
れるまで、動き量を測定する。

そして、メモリ30に格納された最適な動き量を読み出
し、遅延回路７の遅延量を制御することにより動き量を
補償した位置の前TVフレームの信号を読み出し、符号化
すべき画素を予測する。

以上、従来の動き補償回路を説明した。次に本発明に
よる動き量探索の比較回数可変法を第１図を用いて説明
する。

本発明では、上記のズレ量と比較を続行するか否かを
識別するROMを合計で３個用意する。即ちROM23は多数回
の比較を行うようにカウンタ21の値が大きくなつた時に
始めて終了信号を出力し、ROM24は少数回の比較を行う
ようにカウンタ21の値が小さい時に終了信号を出力す
る。ROM22はその中間の比較回数の時に１ブロツクの比
較を終了する信号を出力する。

そして、FIFO12の蓄積量が増加して閾値TH1以上にな
り溢れそうになつた時にはその旨を示す信号をスイツチ
41,42に与えてROM231を選択し、比較回数を増加させ
る。逆FIFO12の蓄積量が閾値TH2以下になり空になりそ
うな時ま、同じくその旨をスイツチ41,42に与えてROM24
を選択し、比較回数を減少させる。他の場合にはROM22
を選択して通常の回数の比較を行う。

以上の動作により、本発明の目的が達成されることは
明らかである。なお、以下も本発明に含まれる。

１）上記の実施例においては、動き量の測定のための比
較回数を３通りに切り替えたが、２通り以上の任意の比
較回数を切り替えても良い。

２）上記の実施例においては、処理時間の余裕を測定す
る手段としてFIFOの蓄積量を用いたが、その他の手段を
用いても良い。例えば、伝送速度を変化させて高速にな
つた時は、一般に処理時間の余裕が減少するので、伝送
速度の切り替えスイツチと連動する等の手段により比較
回数を切り替えても良い。

３）上記の実施例では、いわゆる「ブロツクマツチン
グ」と呼ばれる手法で動き量を測定する場合を説明した
が、この他に、「勾配法」と呼ばれる手法の動き量測定
常法を採用した場合にも有効である。即ち動き勾配法で
は、対応する2TVフレーム間の差分と符号化すべき信号
のTVフレーム内の勾配との差分から大まかな動き量を測
定し、さらに上記の大まかな動き量を補償した位置の2T
Vフレーム間の差分と上記の勾配から、さらに正確な動
き量を検出する。

一般にこの繰り返し回数が多くなるほど動き量の測定
が正確になるが、処理回数が増加するので、回路規模は
大きなくる。そこで、本発明に従い、処理時間に余裕が
ある時のみ上記の繰り返し回数を多くすれば良い。

４）上記のように比較回数を切替える他に、１回の比較
における処理を簡単化（例えば、サブサンプルした後に
TVフレーム間差を比較する）しても同等の効果が得られ
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によると装置規模を大き
くすることなく動き量の測定精度が向上するので、符号
化効率が上昇し、画像品質を向上できる。従つて、実用
上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の動き量探索の比較回数可変
回路のブロツク図、第２図は動き補償フレーム間予測符
号化装置のブロツク図、第３図は第２図の要部の動き補
償回路のブロツク図である。 １……TVカメラ、２……アナログ／デイジタル変換器、
３……走査線／ブロツク走査変換回路、４……一時記憶
メモリ、５……フレームメモリ、６……動き補償回路、
７……遅延回路、８……減算回路、９……直交変換回
路、10……量子化器、11……可変長符号化回路、12……
FIFO、13……伝送路、14……逆直交変換回路、15……加
算回路、21……カウンタ、22,23,24……動き量発生RO
M、25……減算回路、26……絶対値回路、27……蓄積加
算器、28……比較回路、29,30……メモリ、31,41,42…
…スイツチ。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】符号化すべきTV信号と伝送済みの参照テレ
   ビジヨンフレーム内の信号とを比較して動き量を測定す
   る手段と、動き量を補償した後に上記の参照テレビジヨ
   ンフレーム内の信号により符号化すべきテレビジヨン信
   号を予測しその差分である予測誤差を求める手段と、上
   記予測誤差を符号語に割り当てる手段と上記符号語を平
   滑化用のバツフアメモリを通して伝送路に送出する手段
   とを有する動き補償フレーム間予測符号化装置におい
   て、上記平滑化用のバツフアメモリの蓄積量や伝送速度
   により処理時間の余裕度を検出する手段と、上記余裕度
   に応じて上記動き量の測定精度を切り替える手段とを有
   してなることを特徴とする動き補償フレーム間予測符号
   化装置。