JP3057746B2 - インターレース動画像の符号化方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、インタ−レ−ス化された（デジタル）動画
像の符号化方法に関するものである。

（従来の技術） 動画像（信号）の符号化方法として、第５図に示すよ
うな動き補償フレ−ム間予測符号化が有力な方式として
知られている。これは入力画像と比較画像の間の動き量
（動きベクトル）を検出して、比較画像を動きベクトル
だけシフトさせた予測値を入力画像から差し引き、その
差分値と動きベクトルを符号化するものである。

動きベクトルは、一般的にブロックマッチングの手法
を用いて検出され、この手法において、処理画像はノン
インタ−レ−スのフレ−ム画像であることが好ましい。
インタ−レ−スされたままのフレ−ム画像に対して動き
ベクトルを検出すると、インタ−レ−スによる二つのフ
ィ−ルド間の時間差の影響によりフレ−ム垂直方向の高
周波成分が増大するとともに、入力画像と比較画像の間
の垂直方向の相関が少なくなり、動きベクトルの精度が
劣化して予測値と差分値が増大することとなる。

そこで、処理画像がインタ−レ−ス画像である場合
に、動きベクトルの精度の劣化を防いで、予測効率を向
上させるために、二つのフィ−ルドよりノンインタ−レ
−ス化されたフレ−ムを生成して、そのフレ−ムに対し
て動きベクトルを検出して予測符号化を行うことが考え
られている。

ノンインタ−レ−ス化されたフレ−ム画像の生成方法
として、ひとつは単純に片フィ−ルドを間引くことによ
りフレ−ムを生成する方法や、第６図のように、両フィ
−ルドより動領域と静領域とを判別して、静領域では両
フィ−ルドをそのままはめ込み、動領域では片フィ−ル
ドを内挿することにより、適応的にフレ−ムを生成する
方法が考えられている。

（発明が解決しようとする課題） 片フィ−ルドを間引くことによりフレ−ムを生成する
方法では、生成したフレ−ムの垂直方向の解像度が半分
に劣化して画像の品質が落ちてしまう。また、動領域と
静領域とを判別して、適応的にフレ−ムを生成する方法
では、両フィ−ルド間での静・動を正確に摘出できない
と、不適切な画素をはめ込むことによりフレ−ムの垂直
方向の相関が減少し、動きベクトルの精度が大幅に劣化
して予測効率は悪化することになる。

さらに、このようなインタ−レ−ス画像における弊害
を避けるために、第７図のように奇数フィ−ルドと偶数
フィ−ルドの二つのフィ−ルドを全く別々に取り扱う方
法が考えられている。この方法では、垂直方向の解像度
の劣化はなく、動きベクトルの精度も劣化はしないので
あるが、フィ−ルド別に処理をするためにそれぞれのフ
ィ−ルド間の相関を利用できなくなる欠点が生じてしま
う。

（課題を解決するための手段） 本発明は、上記課題を解決するために、 奇数フィ−ルドと偶数フィ−ルドとで１フレ−ムが構
成されるインタ−レ−ス化された動画像の符号化方法で
あって、 入力フレ−ム画像の奇数フィ−ルドを符号化対象奇数
フィ−ルド画像とし、前記入力フレ−ム画像の偶数フィ
−ルドを符号化対象偶数フィ−ルド画像とし、 前記入力フレ−ム画像とは異なるフレ−ム画像から、
前記符号化対象奇数フィ−ルド画像及び前記符号化対象
偶数フィ−ルド画像の比較画像候補となる比較奇数フィ
−ルド画像及び比較偶数フィ−ルド画像を得て、 （イ）前記符号化対象奇数フィ−ルド画像を符号化する
場合は、 前記符号化対象奇数フィ−ルド画像と前記符号奇数フ
ィ−ルド画像との間の動きベクトルと、前記符号化対象
奇数フィ−ルド画像と前記比較偶数フィ−ルド画像との
間の動きベクトルとを検出し、 この検出した２つの動きベクトルの内、誤差評価値が
小さい方の動きベクトルを前記符号化対象奇数フィ−ル
ド画像の最適動きベクトルとして選択し、この最適動き
ベクトルを用いて前記符号化対象奇数フィ−ルド画像を
動き補償予測符号化し、 （ロ）前記符号化対象偶数フィ−ルド画像を符号化する
場合も同様に、 前記符号化対象偶数フィ−ルド画像と前記比較奇数フ
ィ−ルド画像との間の動きベクトルと、前記符号化対象
偶数フィ−ルド画像と前記比較偶数フィ−ルド画像との
間の動きベクトルとを検出し、 この検出した２つの動きベクトルの内、誤差評価値が
小さい方の動きベクトルを前記符号化対象偶数フィ−ル
ド画像の最適動きベクトルとして選択し、この最適動き
ベクトルを用いて前記符号化対象偶数フィ−ルド画像を
動き補償予測符号化する、 ことを特徴とするインタ−レ−ス動画像の符号化方法、 を提供するものである。

（作用） 上記したインタ−レ−ス動画像の符号化方法では、分
割された入力フィ−ルド画像に対して、奇数フィ−ルド
画像と偶数フィ−ルド画像とに分割された比較フィ−ル
ド画像がそれぞれ対比されて、対比された比較フィ−ル
ド画像から検出した動きのベクトルのうちで最適なベク
トルが選択され、検出選択された最適なベクトルをもと
にして動き補償予測符号化が行なわれる。

（実施例） 本発明になるインタ−レ−ス動画像の符号化方法（以
下、単に符号化方法と称することもある）の一実施例を
以下、図面とともに詳細に説明する。第１図は本発明に
なるインタ−レ−ス動画像の符号化方法の一実施例を示
す図で、その概念を説明する図、第２図（Ａ）及び
（Ｂ）は本符号化方法の概念を説明する図である。

第１図及び第２図（Ａ）に示すように、本符号化方法
は、入力フレ−ム画像を入力フィ−ルド画像（奇数フィ
−ルドと偶数フィ−ルドと）に分割する。分割された入
力フィ−ルド画像に対して、奇数フィ−ルドと偶数フィ
−ルドとに分割した比較フィ−ルド画像を対比し、対比
したフィ−ルド画像から検出した動きベクトルのうちで
最適なベクトルを検出選択する。検出選択されたベクト
ルを求めた側の比較フィ−ルド画像を動きベクトルだけ
シフトさせた予測値を入力フィ−ルド画像から差し引
き、その差分値と動きベクトルを符号化（可変長符号
化）するものである。

次に、第３図を参照して、本符号化方法による動き補
償予測符号化について説明する。第３図は本符号化方法
による動き補償予測符号化回路の構成図である。

同図において、入力されたインタ−レ−ス動画像、す
なわち符号化対象となる入力画像（入力フレ−ム画像）
とその比較画像（比較フレ−ム画像）とが、奇数フィ−
ルドと偶数フィ−ルドとに夫々分割されて、奇数フィ−
ルドメモリ1a、偶数フィ−ルドメモリ1bにそれぞれ記憶
される。（具体的には、入力奇数フィ−ルド画像と比較
奇数フィ−ルド画像とが偶数フィ−ルドメモリ1aに記憶
され、入力偶数フィ−ルド画像と比較偶数フィ−ルド画
像とが奇数フィ−ルドメモリ1bに記憶される。） また、奇数フィ−ルドメモリ4aに記憶される奇数フィ
−ルド画像は、比較奇数フィ−ルド画像と略同じ画像で
局部復号化された画像であり、偶数フィ−ルドメモリ4b
に記憶される偶数フィ−ルド画像は、比較偶数フィ−ル
ド画像と略同じ画像で局部復号化された画像である。

そして、次段の奇数フィ−ルド動きベクトル検出回路
2a、偶数フィ−ルド動きベクトル検出回路2bにより、前
記した第１図及び第２図（Ａ）に示したように、入力さ
れたフィ−ルド画像に対して、比較される奇数フィ−ル
ド画像と偶数フィ−ルド画像のそれぞれに対して、フィ
−ルド間で最適な動きベクトルが検出される。動きベク
トルは、例えばブロックマッチングの手法を用いて検出
される。

それぞれの比較フィ−ルド画像に対して求められた動
きベクトルは、次段の最適ベクトルの検出回路３によ
り、検出時の誤差の評価値が比較されて、より誤差の小
さいベクトルを最終的に求める動きベクトルとして選択
される。

そして、動き補償フィ−ルド間予測回路５は、選択さ
れた動きベクトルを検出した側のフィ−ルド画像のメモ
リ4a,4bから、入力フィ−ルド画像の空間位置より前記
選択された動きベクトル分だけシフトさせた位置の比較
フィ−ルド画像の画像デ−タを読みだす（この画像デ−
タは局部復号化後のデ−タである）。読みだされた画像
デ−タと入力フィ−ルド画像との差分値を動きベクトル
とともに符号化して出力する。

入力画像との差分値の検出及び符号化は、すでに第５
図に示した従来例と同様に、差分器6,量子化器7,符号化
器8,逆量子化器9,加算器10などによりなされる。

この時、最適なものとして選択された動きベクトル
は、画像内を２次元ブロック（例えば８×８画素）に分
割したそれぞれのブロックに対して検出され、第２図
（Ａ）に示すように、各ブロック毎に検出されたベクト
ル値（水平方向・垂直方向の２次元ベクトルで表され
る）と、どちらのフィ−ルド画像からのベクトル値かを
示すモ−ド信号の２つの情報が検出される。

この場合、ベクトル値は、隣り合うブロック間の物体
が同じ物であれば、ほぼ等しい方向を向いており、隣接
差分は零の近傍に集中することにより、可変長符号化を
行えば情報量を大幅に圧縮出来るのである０しかし、モ
−ド信号は隣接相関が少なく情報量を充分に圧縮するこ
とができない。

そこで、第２図（Ｂ）に示すように、ベクトル値をイ
ンタ−レ−スされた状態のフレ−ム画像の空間位置にお
ける動きベクトルとして表す。このようにすると、符号
化側でモ−ド信号を送ることなしに動きベクトル値とモ
−ド信号を符号・復号できる。第４図（Ａ）及び（Ｂ）
は、動きベクトルの符号化回路（11）及び復号回路の一
例を示すものである。

同図（Ａ）に示すように、符号化回路側では、フィ−
ルド空間位置に対応するベクトル値Ｖ（vx,vy）と、入
力フィ−ルドがどちらのフィ−ルドであるかを示す信号
Ｉ（例えば、奇数フィ−ルドであれば１、偶数フィ−ル
ドであれば０の１ビットで表される）と、どちらのフィ
−ルド画像からのベクトル値かを示すモ−ド信号Ｍ（例
えば、奇数フィ−ルドであれば１、偶数フィ−ルドであ
れば０の１ビットで表される）とが入力される。ベクト
ル値の垂直方向値vyは２倍（すなわち、１ビット左シフ
ト回路12によりシフト処理）される。そして、この出力
値は、フレ−ム相対位置補正回路13において信号Ｉとモ
−ド信号Ｍの演算によって出力された補正値と加算器14
により足し合わされてvfyとされ、第２図（Ａ）及び
（Ｂ）から明らかなように、フレ−ム空間位置に対応す
る垂直方向のベクトル値が出力される。インタ−レ−ス
は垂直方向に関して行われているので、水平方向のベク
トル値vxはそのままフレ−ム空間位置に対応する水平方
向のベクトル値として出力される。

なお、フレ−ム相対位置補正回路13における演算とし
ては、奇数フィ−ルドと偶数フィ−ルドの同一フィ−ル
ド空間位置をフレ−ム空間位置で比較すると、奇数フィ
−ルドのほうが偶数フィ−ルドよりも垂直方向に１ライ
ン上に位置しているので、（Ｉ−Ｍ）を出力させること
で相対位置は補正できることになる。

また、第４図（Ｂ）に示すように、復号回路側では、
フィ−ルド相対位置復号回路15において、フレ−ム空間
位置に対応する垂直方向のベクトル値vfyを受けとり、
それと復号されるフィ−ルドがどちらのフィ−ルドであ
るかを示す信号Ｆ（＝ｌ）との演算が行われ、フィ−ル
ド空間位置に対応する垂直方向のベクトルvy′とモ−ド
信号Ｍ′が復号されて出力される。

なお、vy′とＭ′は、以下の式で表わされる。

Ｍ′＝abs（（vfy−Ｆ）mod2） （abs:絶対値、mod2:2で除した時の余り） vy′＝（vfy＋Ｍ′−Ｆ）/2 このように動きベクトルの符号化を行うと、フレ−ム
空間位置として補正された動きベクトル値は、隣り合う
ブロック間の物体が同じ物であればほぼ等しい方向を向
いており、隣接差分は零の近傍に集中する。したがっ
て、可変長符号化により情報量を大幅に圧縮できると共
に、モ−ド信号なしに復号側でどちらのフィ−ルドから
の動きベクトルであるかを判断できる。

従来は、インタ−レ−ス画像に対して動き補償予測符
号化を行う際に、二つのフィ−ルドよりノンインタ−レ
−ス化されたフレ−ムを生成して、そのフレ−ムに対し
て動きベクトルを検出して予測符号化を行うか、二つの
フィ−ルドを全く別々に取り扱い予測符号化を行うかし
ていたが、以上詳述したように、本符号化方法では、フ
ィ−ルド画像に対して、それぞれのフィ−ルドからの動
きベクトルのうちで最適なものを選択し動き補償予測符
号化を行うので、インタ−レ−スによる時間方向の弊害
を避けることができるとともに、フィ−ルド間の相関を
有効に利用できる。

また、どちらのフィ−ルドを選択したかを示すモ−ド
信号は、隣接相関が少なく情報量を充分に圧縮すること
が出来なかったのであるが、ベクトル値をインタ−レ−
スフレ−ム画像としての動き量として示すことによりモ
−ド信号を伝送することなしに復号でき、可変長符号化
を行うことで情報量の大幅な圧縮が可能となる。

なお、以上で詳述した実施例では、ベクトル値をフレ
−ム空間位置としての動き量として示しているが、フィ
−ルド空間位置の垂直方向ベクトル値を２倍して、その
最下位ビットにモ−ド信号を付加して動きベクトル値と
しても、ベクトル値の隣接相関は損なわれず、情報量を
充分に圧縮することが可能である。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明になるインタ−レ−ス動
画像の符号化方法によれば、フィ−ルド画像に対して、
それぞれのフィ−ルドからの動きベクトルのうちで最適
なものを選択し動き補償予測符号化を行うので、インタ
−レ−スによる時間方向の弊害を避けることができると
ともに、フィ−ルド間の相関を有効に利用でき、さらに
ベクトル値をインタ−レ−スフレ−ム画像としての動き
量として示すことによりモ−ド信号を伝送することなし
に復号できるので、可変長符号化を行うことで情報量の
大幅な圧縮が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明になるインタ−レ−ス動画像の符号化方
法の一実施例を示す図で、その概念を説明する図、第２
図（Ａ）及び（Ｂ）は本符号化方法の概念を説明する
図、第３図は本符号化方法による動き補償余地符号化回
路の構成図、第４図（Ａ）及び（Ｂ）は特に動きベクト
ルの符号化回路及び復号化回路を示す図、第５図〜第７
図は従来例を説明する図である。 1a,4a……奇数フィ−ルドメモリ、 1b,4b……偶数フィ−ルドメモリ、 2a……奇数フィ−ルド動きベクトル検出回路、 2b……偶数フィ−ルド動きベクトル検出回路、 ３……最適ベクトル検出回路、 ５……動き補償フィ−ルド問予測回路、 ６……差分器（演算器）、 ７……量子化器、 ８……符号化器、 ９……逆量子化器、 10……加算器、 11……動きベクトル符号化回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ) ＥＰＡＴ（ＱＵＥＳＴＥＬ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】奇数フィ−ルドと偶数フィ−ルドとで１フ
   レ−ムが構成されるインタ−レ−ス化された動画像の符
   号化方法であって、 入力フレ−ム画像の奇数フィ−ルドを符号化対象奇数フ
   ィ−ルド画像とし、前記入力フレ−ム画像の偶数フィ−
   ルドを符号化対象偶数フィ−ルド画像とし、 前記入力フレ−ム画像とは異なるフレ−ム画像から、前
   記符号化対象奇数フィ−ルド画像及び前記符号化対象偶
   数フィ−ルド画像の比較画像候補となる比較奇数フィ−
   ルド画像及び比較偶数フィ−ルド画像を得て、 （イ）前記符号化対象奇数フィ−ルド画像を符号化する
   場合は、 前記符号化対象奇数フィ−ルド画像と前記比較奇数フィ
   −ルド画像との間の動きベクトルと、前記符号化対象奇
   数フィ−ルド画像と前記比較偶数フィ−ルド画像との間
   の動きベクトルとを検出し、 この検出した２つの動きベクトルの内、誤差評価値が小
   さい方の動きベクトルを前記符号化対象奇数フィ−ルド
   画像の最適動きベクトルとして選択し、この最適動きベ
   クトルを用いて前記符号化対象奇数フィ−ルド画像を動
   き補償予測符号化し、 （ロ）前記符号化対象偶数フィ−ルド画像を符号化する
   場合も同様に、 前記符号化対象偶数フィ−ルド画像と前記比較奇数フィ
   −ルド画像との間の動きベクトルと、前記符号化対象偶
   数フィ−ルド画像と前記比較偶数フィ−ルド画像との間
   の動きベクトルとを検出し、 この検出した２つの動きベクトルの内、誤差評価値が小
   さい方の動きベクトルを前記符号化対象偶数フィ−ルド
   画像の最適動きベクトルとして選択し、この最適動きベ
   クトルを用いて前記符号化対象偶数フィ−ルド画像を動
   き補償予測符号化する、 ことを特徴とするインタ−レ−ス動画像の符号化方法。