JP2956726B2 - 動画像の高能率符号化方法及び装置 - Google Patents

動画像の高能率符号化方法及び装置

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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、動画像の離散コサイン
変換(DCT)等の変換符号化やベクトル量子化及び動
き補償予測符号化を行う高能率符号化方法及び装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】テレビ会議等の動画像通信や、CD−R
OM等への動画像蓄積を目的とした動画像の高能率符号
化方法においては、フレームやフィールド単位を1画面
とし、各画面を例えば16画素×16ラインのブロック
に分割して面内符号化や、動き補償による参照画面と現
画面との差分を符号化する面間符号化を用いて高能率符
号化を行っている。
【0003】図4は、従来技術による符号化器の構成詳
細図である。同図において、41は減算器であり、入力
画面X1と予測画面X2との差分を求めて予測誤差画面
X3を発生する。42は離散コサイン変換(DCT)
器、43は量子化器、44は逆量子化器、45は逆離散
コサイン変換(IDCT)器、46は加算器である。こ
の加算器46はIDCT器45によって復元された予測
誤差画面X5と予測画面X2とを加算して局部復号画面
Rを発生する。47は予測器であり、予測モードとして
は、面内予測、動き補償予測、面間予測等が用いられ
る。量子化器43からの出力X4はハフマン符号化器4
8によって符号化され、ハフマン符号H及び符号化情報
量(エントロピー)Eが出力される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した符号化器で
は、フレーム画面、又はフィールド画面のどちらか一方
でブロック単位に符号化を行っている。この場合、 (1)フレームブロックのみの場合、面内符号化では動
きのある画像に対して、また面間符号化では加速度的な
動きの画像に対して、上下ライン間の相関が小さくなる
ために符号化効率が低下する。 (2)フィールドブロックのみの場合、面内符号化では
動きのない画像に対してはフレーム単位に比べ上下ライ
ン間の相関が低いために符号化効率も低くなり、また面
間符号化では隣接フィールドとは垂直位置が異なるため
にフレーム単位の予測に比べ予測精度が落ち、符号化効
率が低下する。
【0005】よって、本発明は上述した従来の符号化方
法の欠点である符号化効率及び画質について、その向上
を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、動画像
をブロック単位で変換符号化及び動き補償予測符号化処
理する場合に、フレームブロック単位で動き補償予測を
行なった場合のフレーム予測誤差ブロックデータの標準
偏差を求めると共に、フィールドブロック単位で動き補
償予測を行なった場合の各フィールドブロックのフィー
ルド予測誤差ブロックデータの標準偏差の和を求め、該
求めた標準偏差と該求めた標準偏差の和とを比較し、該
比較結果に基づいてフレームブロック単位毎の符号化、
又はフィールドブロック単位毎の符号化を適応的に選択
して符号化を行ない、該選択されたブロックに、選択さ
れたブロック単位を示すフラグ信号を付加して伝送する
高能率符号化方法が提供される。
【0007】本発明によれば、さらに、動画像をブロッ
ク単位で変換符号化及び動き補償予測符号化処理する高
能率符号化装置であって、フレームブロック単位で動き
補償予測を行なった場合のフレーム予測誤差ブロックデ
ータの標準偏差を求める手段と、フィールドブロック単
位で動き補償予測を行なった場合の各フィールドブロッ
クのフィールド予測誤差ブロックデータの標準偏差の和
を求める手段と、求めた標準偏差と求めた標準偏差の和
とを比較する手段と、比較手段の比較結果に基づいてフ
レームブロック単位毎の符号化、又はフィールドブロッ
ク単位毎の符号化を適応的に選択して符号化を行う手段
と、選択されたブロックに、選択されたブロック単位を
示すフラグ信号を付加して伝送する手段とを備えた高能
率符号化装置が提供される。
【0008】動き補償予測を行った場合のフレーム予測
誤差ブロックデータの標準偏差と、各フィールドブロッ
クのフィールド予測誤差ブロックデータの標準偏差の和
とを比較することにより、符号化効率が高くなるよう
に、符号化のブロック単位をフレ−ムブロック又はフィ
ールドブロックのいずれかに適応的に選択している。従
って、符号化効率が確実に改善される。
【0009】
【実施例】本発明の実施例を説明する前に、その参考例
を図1の装置構成図を用いて説明する。
【0010】入力テレビジョン信号11は奇数フィール
ド及び偶数フィールドから構成されるフレームブロック
のデータであり、フレーム/フィールド変換器12によ
ってフレームブロックとフィールドブロックとに分解さ
れ、フレーム符号化器13にはフレームブロックが、フ
ィールド符号化器14にはフィールドブロックがそれぞ
れ入力される。フレーム符号化器13及びフィールド符
号化器14の出力であるエントロピーER及びEF、並
びに局部復号画面RR及びRFを比較器16でそれぞれ
比較し、その結果により選択器15がフレーム符号化器
13又はフィールド符号化器14のいずれかの符号化結
果であるハフマン符号ZHを選択する。
【0011】図2(a)及び図2(b)はそれぞれフレ
ーム信号及びフィールド信号のブロックデータの構成を
示す。処理するブロックの大きさが輝度信号については
16画素×16ライン、2つの色信号U、Vについては
いずれも8画素×16ラインとし、これらをまとめてマ
クロブロックと呼ぶ。フレーム信号のブロックでは図2
(a)のように奇数ラインに奇数フィールドのデータ
(○)を、偶数ラインには偶数フィールドのデータ
(×)を有する。また、フィールド信号ブロックでは図
2(b)のように上部8ラインは奇数フィールドのデー
タ(○)を有し、下部8ラインは偶数フィールドのデー
タ(×)を有する。
【0012】図1におけるフレーム符号化器13又はフ
ィールド符号化器14の各々の具体的な構成としては、
図4(従来例)に示すものがある。各マクロブロックの
符号化においてハフマン符号化器48を含むDCT器4
2からIDCT器45までの符号化処理は8ライン×8
画素ごとに行い、ハフマン符号化器48からハフマン符
号HR又はHF及び符号化情報量ER又はEFが出力さ
れる。また局部復号画面RR又はRFが加算器46から
出力される。これらの出力は、図1のフレーム符号化器
13ではそれぞれHR、ER及びRRとして出力され、
またフィールド符号化器14ではHF、EF及びRFと
して出力される。
【0013】比較器16では各マクロブロックの処理が
終了した時点で、1マクロブロック分の符号化情報量の
合計と局部復号値とをフレーム符号化の場合とフィール
ド符号化の場合とについて比較する。例えば、符号化情
報量の比較には輝度信号のエントロピーを比較し、符号
化情報量の少ない符号化方法を候補とし、また局部復号
値の比較に関しては入力画素との差分二乗値の累積和を
それぞれ求め、誤差の少ない符号化方法を候補とする。
選択の一例としては、局部復号化画像と原画像との誤差
が少なくかつ符号化情報量が少ない場合はフィールド符
号化方法を候補とし、それ以外はフレーム符号化方法を
候補とする。すなわち、フレームの符号化情報量をE
R、フィールドの符号化情報量をEF、フレーム符号化
における局部復号化画像と原画像との誤差をDR(図示
せず)、フィールド符号化における局部復号化画像と原
画像との誤差をDF(図示せず)としたとき、EF<E
RでかつDF<DRの場合はフィールド符号化方法と
し、その他の場合はフレーム符号化方法とする。
【0014】比較器16で選択された方法によりハフマ
ン符号出力が選択器15から出力され、またこの選択フ
ラグがZMとして出力される。予測画面の種類としては
面内予測、面間予測、動き補償予測画面が考えられる。
従って予測方法も含めた符号化モードとしては、フレー
ム内符号化、フィールド内符号化、フレーム間符号化、
フィールド間符号化、動き補償フレーム間符号化、及び
動き補償フィールド間符号化の6つのモードが可能とな
る。
【0015】復号器ではマクロブロック毎にフラグZM
に基づきフレームブロック又はフィールドブロックで復
号化処理を行う。
【0016】上述の参考例には種々の変更態様が可能で
ある。例えば上述の参考例では入力画像信号を符号化す
る方法としてDCTを用いたが、これに限らずベクトル
量子化やDPCM等の種々の符号化方法が適応可能であ
る。またブロックのサイズについても16画素×16ラ
インに限らずに32画素×32ライン等の種々のサイズ
が適応可能である。
【0017】また、図1の比較器16では局部復号値又
は符号化情報量いずれか一方の結果をもとに比較を行う
ことも可能である。
【0018】次に本発明の一実施例について説明する。
この実施例では、図1のフレーム符号化器13及びフィ
ールド符号化器14のように2つの符号化器を用いてフ
レーム信号及びフィールド信号の符号化を行うかわり
に、図3のように符号化器34の入力段階でフレーム信
号かフィールド信号かの選択を前もって行ない、どちら
か一方の符号化方法を選択的に実施している。以下に1
6画素×16ラインのブロックの場合について説明す
る。
【0019】まず、面内符号化の場合には、入力画面X
1はフレーム/フィールド変換器31に入力され、この
フレーム/フィールド変換器31で16画素×16ライ
ンのフレームブロックRXと16画素×8ラインのフィ
ールドブロックLXとが作成され、比較器32に入力さ
れる。この比較器32ではフレームブロックに対する標
準偏差RSD及び2つのフィールドブロックの標準偏差
の和LSDが求められる(標準偏差はブロック内の画素
値と平均値との差の絶対値に対して求める)。これらの
結果は、選択器33に入力され、ここでは標準偏差の小
さいほうのブロックが選択され、選択フラグZMとして
出力される。符号化器34ではこの選択フラグZMに基
づいてフレーム符号化又はフィールド符号化を行なう。
【0020】また、面間符号化の場合は、入力画面X1
及び符号化器で作成された予測画面X2がフレーム/フ
ィールド変換器31に入力され、このフレーム/フィー
ルド変換器31でそれぞれの画面についてフレームブロ
ックRXとフィールドブロックLXとが作成され、比較
器32に入力される。比較器32では、フレームまたは
フィールド符号化器34に蓄積されている動き補償後の
予測画面と入力画面との差分信号を動き補償予測誤差と
し、フレームブロックの場合の予測誤差をフレーム動き
補償予測誤差ブロックデータ、フィールドブロックの場
合の予測誤差をフィールド動き補償予測誤差ブロックデ
ータとした場合、フレーム動き補償予測誤差ブロックデ
ータとフィールド動き補償予測誤差ブロックデータの各
々の絶対値データについて標準偏差を求め、これらをR
SD及びLSDとして選択器33に出力する。以下、面
内符号化の場合と同様にして選択し、符号化を行なう。
【0021】本実施例では符号化処理が1回ですむため
にハードウェアの小型化を図ることが可能であるが、上
述の参考例で述べたような復号画面と入力画面との比
較、及び符号化情報量によるフレーム/フィールド符号
化の比較による選択を行なっていないため、上述の参考
例と比較すると符号化効率は低下することがある。
【0022】なお、標準偏差の代りに、分散、又は差分
信号の絶対値の総和等のブロックの偏差を用いることが
可能である。
【0023】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明ではフレ
ームブロックの符号化とフィールドブロックの符号化と
を適応的に選択して用いることによって従来フレーム信
号のみの符号化やフィールド信号のみの符号化における
符号化効率の低下を防ぎ、画質の向上及び伝送情報量の
削減を実現している。特に本発明によれば、動き補償予
測を行った場合のフレーム予測誤差ブロックデータの標
準偏差と、各フィールドブロックのフィールド予測誤差
ブロックデータの標準偏差の和とを比較することによ
り、符号化効率が高くなるように、符号化のブロック単
位をフレ−ムブロック又はフィールドブロックのいずれ
かに適応的に選択している。従って、符号化効率が確実
に改善される。効果の一例として、ISOテスト動画像
(flower garden, football)
においては、CCIR601画像フォーマットにおいて
4 Mbit/sのビットレートで画質(S/N比)と
して0.2〜0.3 dB向上、情報伝送量として約5
%削減できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例における装置構成図である。
【図2】処理する単位であるブロックを説明する例示図
であり、(a)はフレームブロックの構成、(b)はフ
ィールドブロックの構成を示す。
【図3】本発明の一実施例における装置構成図である。
【図4】従来技術による符号化器の構成詳細図である。
【符号の説明】
11 入力画面 12 フレーム/フィールド変換器 13 フレーム符号化器 14 フィールド符号化器 15、33 選択器 16、32 比較器 31 フレーム/フィールド変換器 34 フレームまたはフィールド符号化器 41 減算器 42 DCT器 43 量子化器 44 逆量子化器 45 IDCT器 46 加算器 47 予測器 48 ハフマン符号化器
フロントページの続き (56)参考文献 電子情報通信学会技術研究報告,IE 86−72,P.29−34(HDTV信号にお ける多モード適応サブサンプリング方式 の検討) 1989年電子情報通信学会秋季全国大 会,D−54(適応ブロック構成DCTを 用いたHDTV・標準TVコンパチブル 符号化)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 動画像をブロック単位で変換符号化及び
    動き補償予測符号化処理する高能率符号化方法であっ
    て、 フレームブロック単位で動き補償予測を行なった場合の
    フレーム予測誤差ブロックデータの標準偏差を求めると
    共に、フィールドブロック単位で動き補償予測を行なっ
    た場合の各フィールドブロックのフィールド予測誤差ブ
    ロックデータの標準偏差の和を求め、 該求めた標準偏差と該求めた標準偏差の和とを比較し、 該比較結果に基づいてフレームブロック単位毎の符号
    化、又はフィールドブロック単位毎の符号化を適応的に
    選択して符号化を行ない、 該選択されたブロックに、選択されたブロック単位を示
    すフラグ信号を付加して伝送することを特徴とする高能
    率符号化方法。
  2. 【請求項2】 動画像をブロック単位で変換符号化及び
    動き補償予測符号化処理する高能率符号化装置であっ
    て、 フレームブロック単位で動き補償予測を行なった場合の
    フレーム予測誤差ブロックデータの標準偏差を求める手
    段と、 フィールドブロック単位で動き補償予測を行なった場合
    の各フィールドブロックのフィールド予測誤差ブロック
    データの標準偏差の和を求める手段と、 該求めた標準偏差と該求めた標準偏差の和とを比較する
    手段と、 該比較手段の比較結果に基づいてフレームブロック単位
    毎の符号化、又はフィールドブロック単位毎の符号化を
    適応的に選択して符号化を行う手段と、 該選択されたブロックに、選択されたブロック単位を示
    すフラグ信号を付加して伝送する手段とを備えたことを
    特徴とする高能率符号化装置。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0556415A (ja) * 1991-08-23 1993-03-05 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 動画像符号化装置

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1989年電子情報通信学会秋季全国大会,D−54(適応ブロック構成DCTを用いたHDTV・標準TVコンパチブル符号化)
電子情報通信学会技術研究報告,IE86−72,P.29−34(HDTV信号における多モード適応サブサンプリング方式の検討)

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