JP3258840B2 - 動画像符号化装置および領域抽出装置 - Google Patents

動画像符号化装置および領域抽出装置

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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、入力画像を２次元のブ
ロックに分割して直交変換し、量子化・符号化を行う動
画像符号化方式に係わり、特に画面から特定領域と動き
領域を抽出して、領域ごとに量子化・符号化を制御する
動画像符号化装置および領域抽出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、ＩＳＤＮ、ＰＳＴＮ（公衆回線
網）を有効に活用するサービスとしてテレビ電話やテレ
ビ会議などの画像通信サービスが有望視され、このよう
な動画像の効率的な伝送を目的とした高能率符号化の研
究が盛んに行われている。これらの研究は、画像の統計
的な性質を利用して、その画像に含まれる冗長性を取り
除くことにとにより、情報量の削減を行っている。この
ような符号化方式として動き補償予測と離散コサイン変
換を組み合わせたハイブリッド符号化方式がよく知られ
ている。しかし、低ビットレートでの伝送を行う場合に
は再生画像に雑音が発生して画質が劣化するため、これ
を改善することが望まれている。画質改善の方法とし
て、入力画像から特定の領域を抽出して領域ごとに量子
化ステップサイズを制御する方式が検討されている。こ
の一例として、入力画像から顔領域を抽出して、顔領域
以外（以下、背景領域と呼ぶ）は顔領域よりも大なる量
子化ステップサイズで量子化を行うことで、顔領域に多
くの符号量を割り当てて主観的な画質の改善を図るとい
う考えがある（例えば、R.H.J.M.Plompen, et al.:"An
image knowledge based video codec for low bitrate
s", SPIE Vol.804 Advanced in image processing(198
7)）。
【０００３】以下、図１１により動き補償予測と２次元
直交変換を用いた場合の従来例について説明する。図１
１において、３０はフレームメモリ部、３１は減算器、
３２は直交変換部、３３は量子化部、３４は符号化部、
３５はバッファメモリ部、３６は逆量子化部、３７は逆
直交変換部、３８は加算器、３９はフレームメモリ部、
４０は動き検出部、４１は動き補償予測部、４２は領域
抽出部、４３は符号化制御部を示している。今、フレー
ムメモリ部３０に画像が入力されたとする。入力画像
は、テレビカメラ等からの画像をディジタル化したもの
であり、フレームメモリ部３０において蓄積されＮ×Ｍ
画素（Ｎ、Ｍは自然数）のブロックに分割される。減算
器３１ではフレームメモリ部３０の入力画像と動き補償
予測部４１からの動き補償予測値との差分がブロック単
位で計算され、直交変換部３２で各々のブロックの画素
に２次元の直交変換を実施し、変換係数を量子化部３３
へ送出する。 量子化部３３では、符号化制御部４３か
ら出力された量子化ステップサイズにより変換係数を量
子化する。符号化部３４で量子化部３３からの量子化出
力のエントロピー符号化を行って、符号化情報を生成す
る。バッファメモリ部３５では回線の伝送速度と整合を
とるために符号化情報を蓄積する。また、量子化部３３
からの出力は逆量子化部３６にも入力され、逆量子化が
行われて変換係数を得る。逆直行変換部３７では、変換
係数を２次元逆直交変換して加算器３８で動き補償予測
部４１からの動き補償予測値と加算された画像が、フレ
ームメモリ部３９に蓄積される。フレームメモリ部３９
に蓄積された画像と、フレームメモリ部３０に蓄積され
た画像は動き検出部４０に入力され、動きベクトルが検
出される。動き補償予測部４１では動きベクトルとフレ
ームメモリ部３９に蓄積された画像から動き補償予測値
が求められる。また、動き補償予測値と入力画像の差分
のパワー、入力画像のパワーを比較してフレーム間予
測、あるいはフレーム内予測の判定を行う。符号化制御
部４３では領域抽出部４２の出力である顔領域と背景領
域の情報を示す有効／無効情報と、バッファメモリ部３
５における符号化情報のバッファ占有量が入力されて、
これに基づいて量子化ステップサイズが決定される。例
えば、領域抽出部４２で顔領域を有効領域、背景領域を
無効領域とすると、バッファ占有量から求められる量子
化ステップサイズを基準に顔領域に対しては背景領域よ
り小さい量子化ステップサイズが選択される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記の方式では量子化
ステップサイズは顔領域と背景領域との２種類しか設定
されておらず、顔領域の量子化ステップサイズは背景領
域より小さいということだけしか明らかにされていな
い。従って、これを実際の動画像符号化装置に適用した
場合、バッファメモリ部における符号化情報のバッファ
占有量により決定される量子化ステップサイズＱに対し
て、領域抽出部で抽出された結果に従って変化させる量
ｄＱf、ｄＱbを定義して顔領域に対してはＱ−ｄＱf、
背景領域に対してはＱ＋ｄＱbを使って量子化するなど
が考えられる。しかし、このような方法では、背景領域
に存在する雑音等も量子化されるため余計な符号化情報
が発生して、顔領域に割り当てられる符号量が減少して
しまう。また、顔領域の抽出は、人物領域抽出のための
数種のテンプレートを用い人物領域に相当する領域を抽
出して、この領域から顔領域を切り出している。しか
し、この方法では画面の中の人物領域の大きさ、位置が
予め用意してあるテンプレートに制約を受けてしまい、
柔軟な顔領域の抽出が困難である。さらに、抽出された
領域は前フレームの画像との相関を考慮していないの
で、顔領域に不連続な部分が生じて、再生画像が劣化す
る。
【０００５】また、正しく顔領域を抽出できたとして
も、動き領域が多い場合にはこの部分に相対的に多くの
符号量が割り当てられるので、顔領域に割り当てられる
符号量が少なくなり、顔領域の画質改善に十分な効果が
得られない。さらに、画面に占める顔領域が大きいと
き、あるいは小さいときにも領域毎に量子化ステップサ
イズを変化させることによる顔領域の画質改善の効果は
少ない。また、シーンチェンジが発生した場合において
背景領域の符号量を少なくすると、背景領域の画質が安
定しないので、再生画像が見苦しくなる。また、顔領域
においても肌と比べて輝度変化が激しい目、鼻、口等を
同じ量子化ステップサイズで量子化することは適切でな
い。また、顔領域がある程度大きくなると符号化効率が
低下するという欠点がある。
【０００６】本発明は、特定領域と動き領域を抽出して
量子化・符号化し、背景領域の余計な符号量の発生を防
止するように制御することで顔領域の画質を向上させる
ことが可能な動画像符号化装置を提供することを目的と
するものである。さらに、顔領域の抽出に柔軟に対応で
き、前フレームの画像との領域の相関を考慮することで
入力画像における特定領域と動き領域の欠落を防ぐ領域
抽出装置を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、第１に、入力画像をＮ×Ｍ画素（Ｎ、Ｍは自然数）
のブロック単位に分割し、動き検出手段でブロック毎に
前フレームの画像と比較して動きベクトルを検出し、動
き補償予測手段で動きベクトルから動き補償予測値を求
め、入力画像と動き補償予測値との差分を算出し、この
差分に直交変換を行い変換係数を得て、この変換係数を
量子化手段で量子化して、量子化された変換係数を符号
化手段で符号化する動画像符号化装置において、所定の
範囲の値をとる画素を所定数以上含むブロックからなる
特定領域を抽出する特定領域抽出手段と、前記動き検出
手段により、所定量以上の動きがあると判断されたブロ
ックからなる動き領域を抽出する動き領域抽出手段と、
前記量子化手段において、特定領域と動き領域に対し、
所定のステップで量子化を行うとともに、前記特定領域
と動き領域以外の領域には０を出力し、前記量子化手段
からの出力を前記符号化手段により符号化することによ
り上記課題を解決する。第２に、入力画像の表色系を各
成分間の相関が低い表色系に変換する表色系変換手段を
備え、前記特定領域抽出手段は、表色系が変換された画
素により抽出を行うことにより上記課題を解決する。第
３に、前記動き領域抽出手段において、前フレームの動
き領域を記憶する動き領域ブロックマップメモリを備
え、前記動き検出手段により、求められた入力画像の動
き領域と、前記動き領域ブロックマップメモリに記憶さ
れている動き領域の論理和を動き領域として抽出するこ
とにより上記課題を解決する。第４に、前記量子化手段
において、特定領域の各ブロックに割り当てる符号量
が、動き領域の各ブロックに割り当てられる符号量より
多く割り当てられるよう量子化ステップを設定すること
により上記課題を解決する。第５に、前記特定領域抽出
手段で抽出された領域のブロック数所定の閾値Ｔ１以
下、あるいは閾値Ｔ２以上（Ｔ１＜Ｔ２）であった場合
には、画面の全てのブロックに対して前記量子化手段に
おいて所定の量子化ステップで量子化を行い、前記符号
化部において符号化を行うことにより上記課題を解決す
る。第６に、シーンチェンジ判定手段を備え、シーンチ
ェンジが発生したと判定された場合には、画面の全ての
ブロックに対して前記量子化手段において所定の量子化
ステップで量子化を行い、前記符号化部において符号化
を行うことにより上記課題を解決する。第７に、アクテ
ィビティ算出手段を備え、該アクティビティ算出手段で
ブロック内の変換係数のパワーを算出し、該パワーに応
じて前記量子化手段における量子化ステップを可変する
ことにより上記課題を解決する。第８に、前記特定領域
抽出手段において、所定の範囲の値をとる画素を所定数
以上含むブロックのうち、前記動き検出手段で求められ
た動きベクトルが所定の閾値Ｔ３未満であり、かつフレ
ーム間予測されるブロックを、特定領域から除外するこ
とにより上記課題を解決する。 第９に、入力画像を所定
の大きさに縮小する画像縮小手段と、前記画像縮小手段
で縮小された入力画像の表色系を変換する表色系変換手
段と、前記表色系変換手段で変換された画像において特
定領域を抽出するために所定の値をもつ画素を抽出する
特定色領域検出手段と、前記特定色領域抽出手段で抽出
された画素がＬ×Ｋ画素（Ｌ、Ｋは自然数）の単位ブロ
ックに分割された画面において各単位ブロックに含まれ
る画素数をカウントする画素数カウント手段と、前記画
素数カウント手段でカウントした結果を符号化レートを
基準にして設定したしきい値以上であるか否かの判定を
単位ブロック毎に行い、しきい値以上の単位ブロックを
有意であると判定する特定領域ブロック判定手段を備え
ることにより上記課題を解決する。 第１０に、入力画像
に関して前フレームの画像との変化量が符号化レートを
基準にして設定したしきい値以上であるか否かの判定を
行い、しきい値以上のブロックを有意であると判定する
動き判定手段と、前フレームの画像に関して特定領域を
記憶する特定領域ブロックマップメモリ手段と、前フレ
ームの画像に関して前記動き判定手段で有意ブロックと
判定された動き領域を記憶する動き領域ブロックマップ
メモリ手段と、前記特定領域ブロックマップメモリ手段
に記憶されているブロックマップと前記動き領域領域ブ
ロックマップメモリ手段に記憶されているブロックマッ
プと前記動き判定手段で有意であると判定されたブロッ
クの論理和演算を行うブロックマップ論理和手段を備え
ることにより上記課題を解決す る。
【０００８】
【作用】入力画像と動き補償予測値との差分に対してブ
ロック単位に２次元の直交変換を実施して得られた変換
係数を量子化・符号化して生成された符号化情報は回線
の伝送速度と整合させるためのバッファメモリ手段に蓄
積される。また、入力画像から特定領域を抽出する特定
領域抽出手段と、前フレームの画像と入力画像との変化
を判定し動き領域として抽出する動き領域抽出手段と、
前記特定領域抽出手段により抽出した領域および前記動
き領域抽出手段により抽出した領域を量子化し符号化す
るように制御して、特定領域と動き領域の符号化情報を
送信する。上記の特定領域を抽出するために、まず、入
力画像を所定の大きさに縮小して、この縮小画像を表色
系変換手段で表色系を変換する。次に、変換された空間
において特定領域を代表するような所定の値をもつ画素
を抽出し、これが単位ブロック内に含まれる数により符
号化レートを基準にしたしきい値以上である単位ブロッ
クを有意であると判定し、これを特定領域とする。ま
た、上記の動き領域を抽出するために、入力画像と前フ
レームの画像との変化量が符号化レートを基準としたし
きい値以上であるかを判定し、しきい値以上の有意ブロ
ックを得る。この有意ブロックと前フレームの画像に関
する特定領域と動き領域の有意ブロックを論理和演算し
た結果を動き領域とする。また、特定領域に相対的に多
くの符号量を割り当てるために動き領域に割り当てられ
る符号量を削減する。また、画面に占める特定領域があ
るしきい値よりも大きいか小さいとき、あるいはシーン
チェンジが発生したときは、全画面を量子化・符号化す
る。また、特定領域においてもブロック内のアクティビ
ティにより量子化を制御する。また、特定領域内のブロ
ックにおいて、動きベクトル及びブロックのフレーム間
予測、あるいはフレーム内予測の判定結果により特定領
域を選択し、この選択結果に従って量子化・符号化を行
う。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例につ
いて説明する。 ［第１実施例］以下、請求項１〜５に記載の発明に係わ
る実施例について説明する。図１は本発明の第１の実施
例のブロック図であり、入力画像を蓄積するフレームメ
モリ部１と、該フレームメモリ部１と動き補償予測部１
２に接続し入力画像と動き補償予測値の差分を求める減
算器２と、該減算器２に接続し入力画像と動き補償予測
値の差分をブロック単位で直交変換を行い変換係数を出
力する直交変換部３と、該直交変換部３と符号化制御部
１５に接続し直交変換部３からの変換係数を符号化制御
部１５で決定した量子化ステップサイズにより量子化す
る量子化部４と、該量子化部４に接続し量子化された変
換係数を符号化する符号化部５と、該符号化部５に接続
し符号化部５からの符号化情報を蓄積するバッファメモ
リ部６と、該量子化部４に接続し量子化された変換係数
を逆量子化する逆量子化部７と、該逆量子化部７に接続
し逆量子化部７からの変換係数を逆直交変換する逆直交
変換部８と、該逆直交変換部８と動き補償予測部１２に
接続し逆直交変換部８で得られた画像と動き補償予測値
を加算する加算器９と、該加算器９に接続し加算器９の
出力画像を蓄積するフレームメモリ部１０と、該フレー
ムメモリ部１０とフレームメモリ部１に接続し動きベク
トルを検出する動き検出部１１と、該フレームメモリ部
１０と該動き検出部１１に接続し動き補償予測値を求め
る動き補償予測部１２と、該フレームメモリ部１に接続
し特定の領域を抽出する特定領域抽出部１３と、該動き
検出部１１と該特定領域抽出部１３に接続し動きベクト
ルの大きさと前フレームの画像の特定領域により動き領
域を抽出する動き領域抽出部１４と、該バッファメモリ
部６と該特定領域抽出部１３と該動き領域抽出部１４に
接続し量子化・符号化を制御する符号化制御部１５を備
えている。
【００１０】上記構成による動画像符号化装置の動作
は、以下の通りである。フレームメモリ部１は、例えば
ＩＴＵ−Ｔ勧告Ｈ．２６１に従う共通フォーマット（Ｃ
ＩＦ、またはＱＣＩＦ）の入力画像を蓄積する。減算器
２においてフレームメモリ部１に蓄積された入力画像と
動き補償予測部１２で算出される動き補償予測値との差
分を、例えば８×８画素のブロック毎に２次元の離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）を実施し、時間領域の信号から周
波数領域の信号へ変換してＤＣＴ係数を量子化部４に出
力する。量子化部４は、高い符号化効率を得るために符
号化制御部１５で決定された量子化ステップサイズに従
ってＤＣＴ係数の量子化を行い、符号化するＤＣＴ係数
を削減する。このように量子化されたＤＣＴ係数は、符
号化部５に出力される。符号化部５では、量子化された
ＤＣＴ係数に適切な符号割当を行うエントロピー符号化
を実施し、可変長符号からなる符号化情報を生成して出
力する。
【００１１】バッファメモリ部６は、符号化部５で生成
された符号化情報と回線の伝送速度との整合をとるため
に符号化情報を蓄積し、これが一定速度で出力される。
また、符号化情報がバッファメモリ部６を占有する量
（バッファ占有量）が符号化制御部１５に入力される。
逆量子化部７では量子化部４で行ったのと逆の処理であ
る逆量子化を行い、逆量子化されたＤＣＴ係数を逆直交
変換部８に出力する。逆直交変換部８において、２次元
の逆離散コサイン変換を実施して、加算器９で逆直交変
換部８の画像と動き補償予測部１２の動き補償予測値と
の間で加算が行われ、その結果がフレームメモリ部１０
に蓄積される。動き検出部１１では、フレームメモリ部
１０の画像とフレームメモリ部１の画像との間で動きベ
クトルを検出し、動き補償予測部１２に動きベクトルを
出力する。動き補償予測部１２は、フレームメモリ部１
０の画像と動き検出部１１の動きベクトルから動き補償
予測値を求める。また、動き補償予測値と入力画像の差
分のパワー、入力画像のパワーを比較してフレーム間予
測、あるいはフレーム内予測の判定を行う。特定領域抽
出部１３では、画質を向上させる対象となる特定領域の
抽出が行われる。例えば、動画像符号化装置をテレビ電
話やテレビ会議に適用した場合、一般的に注目される領
域は顔であり、顔領域を抽出して顔領域の画質改善を行
うことによって主観的画質の改善を図ることができる。
そこで、ここでは特定領域を顔領域とし、顔領域を抽出
する手法について説明する。
【００１２】図２は特定領域抽出部１３の構成を示し、
該フレームメモリ部１に接続し入力画像を所定の大きさ
に縮小する画像縮小部１６と、該画像縮小部１６に接続
し表色系の変換を行う表色系変換部１７と、該表色系変
換部１７に接続し所定の色をもつ画素を抽出する特定色
領域抽出部１８と、該特定色領域抽出部１８に接続し単
位ブロック毎に特定色の画素をカウントする画素数カウ
ント部１９と、該画素数カウント部１９に接続し単位ブ
ロック毎の画素数のカウント結果から有意な単位ブロッ
クの判定を行う特定領域ブロック判定部２０を備えてい
る。
【００１３】上記構成の特定領域抽出部１３の動作は、
以下の通りである。画像縮小部１６では、フレームメモ
リ部１に蓄積されている入力画像のＹ、Ｃｒ、Ｃｂ成分
を入力して、それぞれ所定の大きさの縮小画像を作成す
る。縮小画像を作成することで後の処理時間を短縮する
ことができ、さらに輝度や色差の小さな変化が消えて有
力な情報を残すことができる。ここでは、Ｙ成分は入力
画像の４×４画素単位で平均値を求め１／１６に、Ｃ
ｒ、Ｃｂ成分は入力画像の２×２画素単位で平均値を求
め１／４の大きさにする。なお、ここでは縮小画像にお
いて、入力画像のブロックに相当する大きさを単位ブロ
ックと呼び、図３に示す縮小画像２１では２×２画素の
大きさである。表色系変換部１７は、ＹＣｒＣｂ表色系
の縮小画像をＨＳＶ表色系に変換する。ＨＳＶ表色系
は、知覚的表色系と呼ばれ人間の知覚に近い表色系とし
て知られており、各成分に相関のあるＹＣｒＣｂ表色系
に比べて成分間の相関が低いので色を用いた領域分割に
適している。変換は、式（１）〜式（３）によりＹ、Ｃ
ｒ、Ｃｂ成分を一旦、ＲＧＢ表色系に変換して、式
（４）〜式（６）によりＨＳＶ表色系に変換する。
【００１４】 Ｒ ＝ Ｙ＋１．４０２０Ｃｒ （１） Ｇ ＝ Ｙ−０．３４４１Ｃｂ−０．７１３９Ｃｒ （２） Ｂ ＝ Ｙ＋１．７７１８Ｃｂ−０．００１２Ｃｒ （３） Ｈ ＝ ｃｏｓ-1（（（Ｒ−Ｇ）＋（Ｒ−Ｂ））／ （２（（Ｒ−Ｇ）2＋（Ｒ−Ｂ）（Ｇ−Ｂ））1/2 （４） Ｓ ＝ （ｍａｘ（Ｒ，Ｇ，Ｂ）−ｍｉｎ（Ｒ，Ｇ，Ｂ））／Ｖ（５） Ｖ ＝ ｍａｘ（Ｒ，Ｇ，Ｂ） （６） 特定色領域抽出部１８では、安定した顔領域を抽出する
ためにＨＳＶ表色系において、シェーディングやシャド
ウの影響を受けにくいという特徴をもつＨ成分の縮小画
像から顔領域を抽出する。これは、Ｈ成分画像の画素値
をＨi,jとしたとき、顔領域を抽出するしきい値Ｔ
ｈHL、ＴｈHUにより次式の条件を満足する画素を抽出し
て、図３に示す顔領域２２を得る。 ＴｈHL ＜ Ｈi,j ＜ ＴｈHU （７） 画素数カウント部１９は、特定色領域抽出部１８で求め
た顔領域において各単位ブロック内に存在する顔領域の
画素数をカウントし、単位ブロック毎にカウントした結
果を特定領域ブロック判定部２０に入力する。
【００１５】特定領域ブロック判定部２０では、画素数
カウント部１９で単位ブロック毎にカウントした結果を
有意ブロック判定のしきい値と比較し、しきい値以上で
あるか否かの判定を行う。このとき、しきい値以上のブ
ロックを有意ブロック、そうでないものを有意でないブ
ロックとして入力画像の１画面のブロックマップを得
て、これを出力する。ここで、有意ブロック判定のしき
い値は、符号化レートを基準にして設定する。すなわ
ち、符号化レートが低いときはより有効な単位ブロック
を抽出するために、しきい値を大きくして画素数カウン
ト部１９でのカウント数が少ない単位ブロックを除去す
る。また、符号化レートが高い場合には画像の細かな部
分も正確に伝送するために、しきい値を小さくして画素
数カウント部１９でのカウント数が少ない単位ブロック
も抽出できるようにする。このようにして、符号化レー
トが低い方から高くなるにつれて特定領域ブロック判定
のしきい値を段階的に小さくなるように予め設定してお
く。図４は、図３の顔領域２２をあるしきい値で特定領
域ブロック判定をした結果であり、顔領域の画素が少な
い単位ブロックが除去され有効なブロックがハッチング
で示す特定領域ブロックとして抽出され、１画面の特定
領域ブロックのマップを特定領域ブロックマップとす
る。
【００１６】動き領域抽出部１４は、前記動き検出部１
１から出力される動きベクトル及び前フレームの画像の
特定領域ブロックマップに基づき動き領域を抽出する。
【００１７】図５は動き領域抽出部１４の構成を示し、
該動き検出部１１に接続し動きベクトルの状態から動き
の判定を行う動き判定部２３と、該動き判定部２３に接
続し動き領域と判定されたブロックマップを記憶する動
き領域ブロックマップメモリ部２４と、該特定領域抽出
部１３に接続し特定領域ブロックマップを記憶する特定
領域ブロックマップメモリ部２５と、該動き判定部２３
と該動き領域ブロックマップメモリ部２４と該特定領域
ブロックマップメモリ部２５に接続し入力画像の動き領
域ブロックマップと前フレーム動き領域ブロックマップ
及び前フレーム特定領域ブロックマップの論理和演算を
行うブロックマップ論理和部２６を備えている。
【００１８】上記構成の動き領域抽出部１４の動作は、
以下の通りである。動き判定部２３は、前記動き検出部
１１から出力されるｘ方向、ｙ方向の動きベクトルｍｖ
ｘ、ｍｖｙから、 ｍｖ＝ｍｖｘ＋ｍｖｙ （８） によりブロック毎のｍｖを求める。さらに、このｍｖを
動き判定のしきい値と比較し、しきい値以上であるか否
かの判定をブロック毎に行う。このとき、しきい値以上
のブロックを動きブロックとして入力画像の１画面の動
きブロックマップを出力する。ここで、動き判定のしき
い値は、符号化レートを基準にして設定する。すなわ
ち、符号化レートが低いときは動きが明確なブロックを
抽出するために、しきい値を大きくしてｍｖが小さいブ
ロックを除去する。また、符号化レートが高い場合には
画像の小さな動きも正確に伝送するために、しきい値を
小さくしてｍｖが小さいブロックも抽出できるようにす
る。このようにして、符号化レートが低い方から高くな
るにつれて動き判定のしきい値を段階的に小さくなるよ
うに予め設定しておく。図６（ａ）は、動き判定をした
結果であり、１画面の動き領域ブロックのマップを動き
領域ブロックマップとする。
【００１９】動き領域ブロックマップメモリ部２４で
は、動き判定部２３から出力される動き領域ブロックマ
ップを記憶する。この内部はダブルバッファ構成となっ
ており、入力画像に対して前フレームの画像の動き領域
ブロックマップも記憶できるようになっている。特定領
域ブロックマップメモリ部２５は、特定領域抽出部１３
から出力される特定領域ブロックマップを記憶する。こ
の内部はダブルバッファ構成となっており、入力画像に
対して前フレームの画像の特定領域ブロックマップも記
憶できるようになっている。ブロックマップ論理和部２
６では、前フレームの画像の特定領域及び動き領域の欠
損を防ぐために、動き判定部２３から出力される入力画
像の動き領域ブロックマップ（図６（ａ））と、動き領
域ブロックマップメモリ部２４から出力される前フレー
ム動き領域ブロックマップ（図６（ｂ））と、特定領域
ブロックマップメモリ部２５から出力される前フレーム
特定領域ブロックマップ（図６（ｃ））の論理和演算を
行い、図６（ｄ）に示す新たな動き領域ブロックマップ
が得られる。このようにすることで、特定領域および動
き領域に関して未符号化部分がなくなり再生画像の劣化
を防止できる。
【００２０】符号化制御部１５は、特定領域抽出部１３
で得られた特定領域ブロックマップと動き領域抽出部１
４で得られた動き領域ブロックマップに従い、量子化器
４を制御する。まず、動き領域ブロックマップに特定領
域ブロックマップを上書きした状態の図７に示す符号化
ブロックマップを作成する。図７のハッチングは、それ
ぞれ特定領域ブロックと動き領域ブロックを示し、それ
以外のブロックは無効ブロックなる。そして、符号化ブ
ロックマップが特定領域ブロック、あるいは動き領域ブ
ロックであることを示しているブロックは、直交変換部
３から出力される変換係数を量子化部４で量子化するよ
うに制御する。また、符号化ブロックマップが無効ブロ
ックである場合は、量子化器４の出力をゼロにするよう
に制御する。 ここで、１画面内において特定領域ブロ
ック、動き領域ブロックを量子化する際の量子化ステッ
プサイズをそれぞれＱs、Ｑmとしたとき、 Ｑs ＜ Ｑm （９） を満足するようにして、特定領域ブロックの方が動き領
域ブロックより多くの符号量が割り当てられるようにす
る。こうすることで、特定領域である顔領域を高画質に
伝送でき、さらに動いた領域にもある程度符号量が割り
当てられるので再生画像に不連続な部分が生じず、再生
画像の劣化を抑制できる。
【００２１】また、符号化制御部１５では、特定領域の
効果的な高画質化を図るために、符号化ブロックマップ
の１画面における特定領域ブロック数をＮs、第１のし
きい値をＴｈn1、第２のしきい値をＴｈn2としたとき、
以下の条件を満足する場合には符号化ブロックマップに
従わず、所定の量子化ステップサイズで全ブロックを量
子化するように制御する。 Ｎs ≦ Ｔｈn1 （１０） あるいは、 Ｎs ≧ Ｔｈn2 （１１） ここで、Ｔｈn1 ＜ Ｔｈn2 なお、上記の各量子化ステップサイズはバッファメモリ
部６がオーバーフロー、アンダーフローしないようにバ
ッファ占有量を監視しながら調整される。
【００２２】［第２実施例］以下、請求項６に記載の発
明に係わる実施例について説明する。図８は本発明の第
２の実施例のブロック図であり、図１と同じ構成要素に
は同じ符号を付してある。図８において、入力画像を蓄
積するフレームメモリ部１と、該フレームメモリ部１と
動き補償予測部１２に接続し入力画像と動き補償予測値
の差分を求める減算器２と、該減算器２に接続し入力画
像と動き補償予測値の差分をブロック単位で直交変換を
行い変換係数を出力する直交変換部３と、該直交変換部
３と符号化制御部１５に接続し直交変換部３からの変換
係数を符号化制御部１５で決定した量子化ステップサイ
ズにより量子化する量子化部４と、該量子化部４に接続
し量子化された変換係数を符号化する符号化部５と、該
符号化部５に接続し符号化部５からの符号化情報を蓄積
するバッファメモリ部６と、該量子化部４に接続し量子
化された変換係数を逆量子化する逆量子化部７と、該逆
量子化部７に接続し逆量子化部７からの変換係数を逆直
交変換する逆直交変換部８と、該逆直交変換部８と動き
補償予測部１２に接続し逆直交変換部８で得られた画像
と動き補償予測値を加算する加算器９と、該加算器９に
接続し加算器９の出力画像を蓄積するフレームメモリ部
１０と、該フレームメモリ部１０とフレームメモリ部１
に接続し動きベクトルを検出する動き検出部１１と、該
フレームメモリ部１０と該動き検出部１１に接続し動き
補償予測値を求める動き補償予測部１２と、該フレーム
メモリ部１に接続し特定の領域を抽出する特定領域抽出
部１３と、該動き検出部１１と該特定領域抽出部１３に
接続し動きベクトルの大きさと前フレームの画像の特定
領域により動き領域を抽出する動き領域抽出部１４と、
該動き補償予測部１２に接続しシーンチェンジを判定す
るシーンチェンジ判定部２７と、該バッファメモリ部６
と該特定領域抽出部１３と該動き領域抽出部１４と該シ
ーンチェンジ判定部２７に接続し量子化・符号化を制御
する符号化制御部１５を備えている。
【００２３】上記構成による動画像符号化装置の動作
は、以下の通りである。なお、図１の動画像符号化装置
と同一の動作をする構成要素は説明を省略する。シーン
チェンジ判定部２７では、動き補償予測部１２からのフ
レーム間予測／フレーム内予測の判定結果が入力され
る。そして、１画面においてフレーム内予測と判定され
たブロックの数をＮintra、シーンチェンジ判定のしき
い値をＴｈcとしたとき、式（１２）を満たした場合に
シーンチェンジ発生と判定して符号化制御部１５へ通知
する。 Ｎintra ＞ Ｔｈc （１２） 符号化制御部１５は、シーンチェンジ判定部２７におい
てシーンチェンジ発生の通知を受信したとき、背景領域
の画質を早期に安定させるために、動き領域抽出部１４
で得られる動き領域ブロックマップに特定領域抽出部１
３で得られる特定領域ブロックマップを上書きした符号
化ブロックマップに従わず、所定の量子化ステップサイ
ズで全ブロックを量子化するように制御する。この制御
は、シーンチェンジ発生と判定されたフレームから画質
がある程度安定すると考えられる数フレームにわたり実
施する。なお、上記の量子化ステップサイズはバッファ
メモリ部６がオーバーフロー、アンダーフローしないよ
うにバッファ占有量を監視しながら調整される。
【００２４】［第３実施例］以下、請求項７に記載の発
明に係わる実施例について説明する。図９は本発明の第
３の実施例のブロック図であり、図１と同じ構成要素に
は同じ符号を付してある。図９において、入力画像を蓄
積するフレームメモリ部１と、該フレームメモリ部１と
動き補償予測部１２に接続し入力画像と動き補償予測値
の差分を求める減算器２と、該減算器２に接続し入力画
像と動き補償予測値の差分をブロック単位で直交変換を
行い変換係数を出力する直交変換部３と、該直交変換部
３と符号化制御部１５に接続し直交変換部３からの変換
係数を符号化制御部１５で決定した量子化ステップサイ
ズにより量子化する量子化部４と、該量子化部４に接続
し量子化された変換係数を符号化する符号化部５と、該
符号化部５に接続し符号化部５からの符号化情報を蓄積
するバッファメモリ部６と、該量子化部４に接続し量子
化された変換係数を逆量子化する逆量子化部７と、該逆
量子化部７に接続し逆量子化部７からの変換係数を逆直
交変換する逆直交変換部８と、該逆直交変換部８と動き
補償予測部１２に接続し逆直交変換部８で得られた画像
と動き補償予測値を加算する加算器９と、該加算器９に
接続し加算器９の出力画像を蓄積するフレームメモリ部
１０と、該フレームメモリ部１０とフレームメモリ部１
に接続し動きベクトルを検出する動き検出部１１と、該
フレームメモリ部１０と該動き検出部１１に接続し動き
補償予測値を求める動き補償予測部１２と、該フレーム
メモリ部１に接続し特定の領域を抽出する特定領域抽出
部１３と、該動き検出部１１と該特定領域抽出部１３に
接続し動きベクトルの大きさと前フレームの画像の特定
領域により動き領域を抽出する動き領域抽出部１４と、
該直交変換部３と該特定領域抽出部１３に接続しブロッ
ク内の交流成分のパワーを算出するアクティビティ算出
部２８と、該バッファメモリ部６と該動き領域抽出部１
４と該アクティビティ算出部２８に接続し量子化・符号
化を制御する符号化制御部１５を備えている。
【００２５】上記構成による動画像符号化装置の動作
は、以下の通りである。なお、図１の動画像符号化装置
と同一の動作をする構成要素は説明を省略する。アクテ
ィビティ算出部２８では、まず、特定領域抽出部１３で
得られた特定領域ブロックにおいて、Ｙ成分の８×８画
素のＤＣＴブロックの交流成分のパワーＰacを次式で求
める。
【００２６】
【数１】
【００２７】ここで、Ｆ（ｕ，ｖ）はＤＣＴ係数を示
す。次に、このＰacを所定のしきい値Ｔｈactと比較し
て、Ｔｈact以上のＰacをもつブロックはアクティビテ
ィが有意であるとする。すなわち、この処理で特定領域
ブロックマップはアクティビティが有意である特定領域
ブロックとアクティビティが有意でない特定領域ブロッ
クに分類できる。符号化制御部１５は、アクティビティ
算出部２８で分類された特定領域ブロックマップと動き
領域抽出部１４で得られた動き領域ブロックマップに従
い、量子化器４を制御する。まず、動き領域ブロックマ
ップに特定領域ブロックマップを上書きした符号化ブロ
ックマップを作成する。そして、符号化ブロックマップ
が特定領域ブロック、あるいは動き領域ブロックである
ことを示しているブロックは、直交変換部３から出力さ
れる変換係数を量子化部４で量子化するように制御す
る。また、符号化ブロックマップが無効ブロックである
場合は、量子化器４の出力をゼロにするように制御す
る。ここで、１画面内においてアクティビティが有意な
特定領域ブロック、アクティビティが有意でない特定領
域ブロック、動き領域ブロックを量子化する際の量子化
ステップサイズをそれぞれＱsv、Ｑsi、Ｑmとしたと
き、 Ｑsv ＜ Ｑsi ＜ Ｑm （１４） を満足するようにして、アクティビティが有意な特定領
域ブロックの方がアクティビティが有意でない特定領域
ブロックより多くの符号量が割り当てられるようにす
る。こうすることで、顔の中で重要な目、鼻、口などの
輝度変化の激しい部分を高画質に伝送できる。また、動
き領域ブロックの量子化ステップサイズを大きくするこ
とで特定領域ブロックに割り当てられる符号量が相対的
に多くなる。
【００２８】なお、上記の各量子化ステップサイズはバ
ッファメモリ部６がオーバーフロー、アンダーフローし
ないようにバッファ占有量を監視しながら調整される。
【００２９】［第４実施例］以下、請求項８に記載の発
明に係わる実施例について説明する。図１０は本発明の
第４の実施例のブロック図であり、図１と同じ構成要素
には同じ符号を付してある。図１０において、入力画像
を蓄積するフレームメモリ部１と、該フレームメモリ部
１と動き補償予測部１２に接続し入力画像と動き補償予
測値の差分を求める減算器２と、該減算器２に接続し入
力画像と動き補償予測値の差分をブロック単位で直交変
換を行い変換係数を出力する直交変換部３と、該直交変
換部３と符号化制御部１５に接続し直交変換部３からの
変換係数を符号化制御部１５で決定した量子化ステップ
サイズにより量子化する量子化部４と、該量子化部４に
接続し量子化された変換係数を符号化する符号化部５
と、該符号化部５に接続し符号化部５からの符号化情報
を蓄積するバッファメモリ部６と、該量子化部４に接続
し量子化された変換係数を逆量子化する逆量子化部７
と、該逆量子化部７に接続し逆量子化部７からの変換係
数を逆直交変換する逆直交変換部８と、該逆直交変換部
８と動き補償予測部１２に接続し逆直交変換部８で得ら
れた画像と動き補償予測値を加算する加算器９と、該加
算器９に接続し加算器９の出力画像を蓄積するフレーム
メモリ部１０と、該フレームメモリ部１０とフレームメ
モリ部１に接続し動きベクトルを検出する動き検出部１
１と、該フレームメモリ部１０と該動き検出部１１に接
続し動き補償予測値を求める動き補償予測部１２と、該
フレームメモリ部１に接続し特定の領域を抽出する特定
領域抽出部１３と、該特定領域抽出部１３と該動き検出
部１１と該動き補償予測部１２に接続し動きベクトルお
よびフレーム間予測、あるいはフレーム内予測の判定結
果により特定領域を分類する特定領域選択部２９と、該
動き検出部１１と該特定領域選択部２９に接続し動きベ
クトルの大きさと前フレームの画像の特定領域により動
き領域を抽出する動き領域抽出部１４と、該バッファメ
モリ部６と該動き領域抽出部１４と該特定領域選択部２
９に接続し量子化・符号化を制御する符号化制御部１５
を備えている。
【００３０】上記構成による動画像符号化装置の動作
は、以下の通りである。なお、図１の動画像符号化装置
と同一の動作をする構成要素は説明を省略する。特定領
域選択部２９は、特定領域抽出部１３で得られた特定領
域を次の処理により有効なブロックの選択を行う。ま
ず、動き検出部１１からブロック毎に出力されるｘ方
向、ｙ方向の動きベクトルｍｖｘ、ｍｖｙから式（８）
によりｍｖを求める。ここで、ｍｖが所定のしきい値以
上であった場合は、そのブロックを特定領域として残
す。また、ｍｖが所定のしきい値未満のときは、動き補
償予測部１２で判定される符号化モードがフレーム内予
測であった場合はそのブロックを特定領域として残し、
フレーム間予測であった場合はそのブロックを特定領域
から削除する。以上の処理で新たな特定領域ブロックマ
ップが得られ、これを動き領域抽出部１４へ入力する。
なお、以降の処理である動き領域抽出部１４及び符号化
制御部１５は、第１実施例と同様の動作をする。以上の
ように、特定領域を動きベクトルと符号化モードによっ
て、より有効な領域を選択することで符号化効率を高め
ることができる。
【００３１】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば以下のような効果がある。
【００３２】（１）入力画像の特定領域および前フレー
ムの画像と入力画像との間での動き領域を抽出して、こ
れらの領域のみを符号化することにより背景領域に存在
する雑音等の余計な符号化情報を削減ができ、特定領域
および動き領域に割り当てられる符号量を増加させるこ
とができる。 （２）特定領域を抽出する際に、入力画像を所定の大き
さに縮小することで後の処理時間を短縮でき、さらに輝
度や色差の小さな変化が消えて有力な情報を残すことが
できる。また、この縮小画像の表色系を変換して変換さ
れた空間において特定領域を代表するような所定の値を
もつ画素を抽出するので、予めテンプレート等を用意す
る必要が無く柔軟な領域抽出ができる。さらに、ブロッ
ク内に含まれる特定領域の画素数を符号化レートを基準
にしたしきい値と比較することで、符号化レートに適し
た特定領域を抽出することができる。 （３）入力画像の動き領域ブロックマップと前フレーム
の画像の動き領域ブロックマップと前フレームの画像の
特定領域ブロックマップの論理和演算を行うことによ
り、特定領域および動き領域に関して未符号化部分がな
くなり再生画像の劣化を防止できる。 （４）特定領域に相対的に多くの符号量を割り当てるた
めに動き領域に割り当てられる符号量を削減すること
で、特定領域の画質を向上させることができる。
【００３３】（５）画面に占める特定領域があるしきい
値よりも大きいか小さいときは、全ブロックを量子化・
符号化することで再生画像の画質を安定させることがで
きる。 （６）シーンチェンジが発生したときは、全ブロックを
量子化・符号化することで再生画像の画質を安定させる
ことができる。 （７）特定領域においてもブロック内のアクティビティ
により量子化を制御することで、輝度変化が激しいブロ
ックも高画質に伝送できる。 （８）特定領域を動きベクトルと符号化モードによっ
て、より有効な領域を選択することで符号化効率を高め
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を説明するブロック図で
ある。
【図２】特定領域抽出部の一実施例を説明するブロック
図である。
【図３】縮小画像における顔領域を説明する図である。
【図４】特定領域ブロックマップを説明する図である。
【図５】動き領域抽出部の一実施例を説明するブロック
図である。
【図６】動き領域ブロックマップを説明する図である。
【図７】符号化ブロックマップを説明する図である。
【図８】本発明の第２の実施例を説明するブロック図で
ある。
【図９】本発明の第３の実施例を説明するブロック図で
ある。
【図１０】本発明の第４の実施例を説明するブロック図
である。
【図１１】従来例のハイブリッド符号化方式を説明する
ブロック図である。
【符号の説明】
１ フレームメモリ部 ２ 減算器 ３ 直交変換部 ４ 量子化部 ５ 符号化部 ６ バッファメモリ部 ７ 逆量子化部 ８ 逆直交変換部 ９ 加算器 １０ フレームメモリ部 １１ 動き検出部 １２ 動き補償予測部 １３ 特定領域抽出部 １４ 動き領域抽出部 １５ 符号化制御部
───────────────────────────────────────────────────── 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 G06T 9/00 - 9/40

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力画像をＮ×Ｍ画素（Ｎ、Ｍは自然
    数）のブロック単位に分割し、動き検出手段でブロック
    毎に前フレームの画像と比較して動きベクトルを検出
    し、動き補償予測手段で動きベクトルから動き補償予測
    値を求め、入力画像と動き補償予測値との差分を算出
    し、この差分に直交変換を行い変換係数を得て、この変
    換係数を量子化手段で量子化して、量子化された変換係
    数を符号化手段で符号化する動画像符号化装置におい
    て、所定の範囲の値をとる画素を所定数以上含むブロックか
    らなる特定領域を抽出する特定領域抽出手段と、 前記動き検出手段により、所定量以上の動きがあると判
    断されたブロックからなる動き領域を抽出する動き領域
    抽出手段と、 前記量子化手段において、特定領域と動き領域に対し、
    所定のステップで量子化を行うとともに、前記特定領域
    と動き領域以外の領域には０を出力し、 前記量子化手段からの出力を前記符号化手段により符号
    化する ことを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 入力画像の表色系を各成分間の相関が低
    い表色系に変換する表色系変換手段を備え、 前記特定領域抽出手段は、表色系が変換された画素によ
    り抽出を行うことを特徴とする前記請求項１に記載の動
    画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 前記動き領域抽出手段において、前フレ
    ームの動き領域を記憶する動き領域ブロックマップメモ
    リを備え、 前記動き検出手段により、求められた入力画像の動き領
    域と、前記動き領域ブロックマップメモリに記憶されて
    いる動き領域の論理和を動き領域として抽出することを
    特徴とする前記請求項１または２に記載の動画像符号化
    装置。
  4. 【請求項４】 前記量子化手段において、特定領域の各
    ブロックに割り当てる符号量が、動き領域の各ブロック
    に割り当てられる符号量より多く割り当てられるよう量
    子化ステップを設定することを特徴とする前記請求項１
    乃至３のいずれかに記載の動画像符号化装置。
  5. 【請求項５】 前記特定領域抽出手段で抽出された領域
    のブロック数所定の 閾値Ｔ１以下、あるいは閾値Ｔ２以
    上（Ｔ１＜Ｔ２）であった場合には、画面の全てのブロ
    ックに対して前記量子化手段において所定の量子化ステ
    ップで量子化を行い、前記符号化部において符号化を行
    うことを特徴とする前記請求項１乃至４のいずれかに記
    載の動画像符号化装置。
  6. 【請求項６】 シーンチェンジ判定手段を備え、シーン
    チェンジが発生したと判定された場合には、画面の全て
    のブロックに対して前記量子化手段において所定の量子
    化ステップで量子化を行い、前記符号化部において符号
    化を行うことを特徴とする前記請求項１乃至５のいずれ
    かに記載の動画像符号化装置。
  7. 【請求項７】 アクティビティ算出手段を備え、該アク
    ティビティ算出手段でブロック内の変換係数のパワーを
    算出し、該パワーに応じて前記量子化手段における量子
    化ステップを可変することを特徴とする前記請求項１乃
    至６のいずれかに記載の動画像符号化装置。
  8. 【請求項８】 前記特定領域抽出手段において、所定の
    範囲の値をとる画素を所定数以上含むブロックのうち、
    前記動き検出手段で求められた動きベクトルが所定の閾
    値Ｔ３未満であり、かつフレーム間予測されるブロック
    を、特定領域から除外することを特徴とする前記請求項
    １乃至７のいずれかに記載の動画像符号化装置。
  9. 【請求項９】 入力画像を所定の大きさに縮小する画像
    縮小手段と、前記画像縮小手段で縮小された入力画像の
    表色系を変換する表色系変換手段と、前記表色系変換手
    段で変換された画像において特定領域を抽出するために
    所定の値をもつ画素を抽出する特定色領域検出手段と、
    前記特定色領域抽出手段で抽出された画素がＬ×Ｋ画素
    （Ｌ、Ｋは自然数）の単位ブロックに分割された画面に
    おいて各単位ブロックに含まれる画素数をカウントする
    画素数カウント手段と、前記画素数カウント手段でカウ
    ントした結果を符号化レートを基準にして設定したしき
    い値以上であるか否かの判定を単位ブロック毎に行い、
    しきい値以上の単位ブロックを有意であると判定する特
    定領域ブロック判定手段を備えたことを特徴とする領域
    抽出装置。
  10. 【請求項１０】 入力画像に関して前フレームの画像と
    の変化量が符号化レートを基準にして設定したしきい値
    以上であるか否かの判定を行い、しきい値以 上のブロッ
    クを有意であると判定する動き判定手段と、前フレーム
    の画像に関して特定領域を記憶する特定領域ブロックマ
    ップメモリ手段と、前フレームの画像に関して前記動き
    判定手段で有意ブロックと判定された動き領域を記憶す
    る動き領域ブロックマップメモリ手段と、前記特定領域
    ブロックマップメモリ手段に記憶されているブロックマ
    ップと前記動き領域領域ブロックマップメモリ手段に記
    憶されているブロックマップと前記動き判定手段で有意
    であると判定されたブロックの論理和演算を行うブロッ
    クマップ論理和手段を備えたことを特徴とする領域抽出
    装置。
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