JP3323876B2 - 画像符号化装置及び画像復号装置並びに画像符号化方法及び画像復号方法 - Google Patents

画像符号化装置及び画像復号装置並びに画像符号化方法及び画像復号方法

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JP3323876B2 JP27402795A JP27402795A JP3323876B2 JP 3323876 B2 JP3323876 B2 JP 3323876B2 JP 27402795 A JP27402795 A JP 27402795A JP 27402795 A JP27402795 A JP 27402795A JP 3323876 B2 JP3323876 B2 JP 3323876B2
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典男 伊藤
裕之 堅田
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  • Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明が属する技術分野】本発明は、ディジタル画像処
理における画像データの高能率符号化を可能とする画像
符号化処理及び画像復号処理に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、動画像の冗長度圧縮の標準化活動
が活発になされ、対象となる画像サイズや画面の品質毎
にいくつかの国際標準が存在する。これらの国際標準で
は、時間方向の相関をなくす方法として動き検出・動き
補償を導入し、これを実現しており、例えば、ITU−
T Recomendation H.261(199
0)(以下、単にH.261と称す)や、ITU−T
Recomendation H.263(1995)
(以下、単にH.263と称す)等の文献に詳しく記載
されている。
【0003】図4は、これらの標準で採用されている画
像符号化装置の概要を示すブロック図である。同図にお
いて、変換・量子化部701で量子化されたデータは、
第1の可変長符号化部702にて可変長符号化される。
一方、符号化・量子化部701のもう一方の出力は、逆
量子化・逆変換部703にて復号画像を得た後、フレー
ムメモリ706にて1フレーム分遅延され、これを参照
画像(参照フレーム)とし、次の入力画像即ち対象画像
(対象フレーム)とともに動きベクトル検出・予測画像
生成部705にて動ベクトルが検出され、これを基に予
測画像が作成される。
【0004】そして、この予想画像と次のフレームとの
差分が変換・量子化部701の次の入力となる。第2の
可変長符号化部707にて可変長符号化された動ベクト
ルは、多重化部704にて多重化され、符号化データと
して出力される。一方、画像復号装置は、前述した画像
符号化装置における動きベクトル検出部がないことを除
いてほぼこれと逆の手順により復号画像を生成する.次
に、動ベクトル検出の概念を図5に示す。動ベクトル検
出は画像を矩形に区切った領域(マクロブロックと呼ば
れ,通常16×16画素の領域)単位で行なわれる。符
号化の対象となる画像のマクロブロックに最も近いパタ
ーンを参照される画像の中で探索し、この相対位置を動
ベクトルとして符号化する。
【0005】実際の動ベクトルの符号化の方法は各方式
毎に少しずつ異なり、例えば前記H.261に記載され
たものでは、直前のマクロブロックで得られた動ベクト
ルとの差分を、前記H.263に記載されたものでは、
既に符号化された周辺の3マクロブロックより得た動ベ
クトルの予測値との差分を符号化する。差分値はその頻
度に基づきハフマン符号化されるのが普通である。
【0006】また、前記H.261に記載されたもので
は整数画素の精度で、前記H.263に記載されたもの
では探索精度を上げて半画素精度で、それぞれ動ベクト
ル検出を実現している。これは実際には、図6に示すよ
うに、半画素位置での画素値を周囲の整数画素位置の画
素値より補間によって求め、これを用いて1画素精度の
ものと同様に検出を行なうものある。
【0007】さらに、一例として、半画素精度の動ベク
トル検出を行う場合の探索点を示す説明図を図7に示
す。同図においては、探索範囲は±4とし、○は整数画
素位置、×は半画素位置を表しており、簡単のため2次
元ではなく1次元で表している。この場合、同図から明
らかなように、探索点の数は17点である。
【0008】これによって、動ベクトルの精度を上げる
と同時に、補間により画面にローパスフィルタをかける
のと同じ効果を上げることができ、ノイズ等のある画像
に対しても予測誤差を減らすことができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ごとく、動ベクトルの検出を行なう場合、動画像に大き
な動きが含まれ、検索範囲を越える場合には正しい動ベ
クトルを検出することができない。例えば、H.261
に記載されたものでは±7画素の探索範囲で、H.26
3に記載されたものでは±15画素の探索範囲で、動ベ
クトルの探索が行なわれており、大きな動きを正しく検
出するために、探索範囲を広げる手法が用いられるが、
それは同時に大きな符号化テーブルを要し、しかも大き
な動きに対しては符号長の長い符号が必要になるため、
符号量が増大してしまうという問題があった。
【0010】本発明は、このような点に鑑みてなされた
ものであり、同じ動ベクトル符号化テーブルを用いて符
号量の直接的な増加を抑制しつつ、動ベクトルの探索範
囲を大きくし、同時にノイズ等の影響を抑制する動ベク
トル検出・符号化を実現可能な画像符号化装置/方法
び画像復号装置/方法を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明にかかる画像符号化装置は、入力画像と参照
画像から動ベクトル及び予測画像を生成する動ベクトル
検出・予測画像生成部と、予測画像と入力画像の差分を
入力し、直交変換及び量子化を行う変換・量子化部と、
量子化された差分情報を可変長符号化する第1可変長符
号化部と、求められた動ベクトル情報を可変長符号化す
る第2可変長符号化部とを備える画像符号化装置であっ
て、前記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動
ベクトルが0の位置及び、整数画素位置ではない位置の
値のみをとることで、整数画像位置の動ベクトルも検出
する場合に前記第2可変長符号化部で符号化可能な動ベ
クトルに比べて広い範囲の動ベクトルを検出する動ベク
トル検出部と、前記動ベクトル検出部の出力を前記第2
可変長符号化部で符号化する動ベクトルのインデックス
値に変換するインデックス変換部とを備えてなるもので
ある。また、本発明にかかる画像符号化方法は、入力画
像と参照画像から動ベクトル及び予測画像を生成し、予
測画像と入力画像の差分を直交変換及び量子化し、量子
化された差分情報及び動ベクトル情報を可変長符号化す
る画像符号化装置における画像符号化方法であって、前
記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動ベクト
ルが0の位置及び、整数画素位置ではない位置の値のみ
をとることで、整数画像位置の動ベクトルも検出する場
合に前記第2可変長符号化部で符号化可能な動ベクトル
に比べて広い範囲の動ベクトルを検出し、検出した動ベ
クトルを、符号化する動ベクトルのインデックス値に変
換するものである。
【0012】また、本発明にかかる画像復号装置は、
照画像と符号化された動ベクトルを入力し、予測画像を
生成する予測画像生成部を備える画像復号装置であっ
て、前記予測画像生成部において、可変長符号化された
符号化テーブルのインデックス値を入力し、復号を行う
可変長復号部と、前記可変長復号されたインデックス値
を、0の位置あるいは整数画素位置ではない位置の値の
動ベクトルに逆変換するインデックス逆変換部と、前記
動ベクトルと、参照画像から予測画像を生成する動き補
償部とを備えてなるものである。 また、本発明にかかる
画像復号方法は、参照画像と符号化された動ベクトルを
入力し、予測画像を生成する画像復号装置における画像
復号方法であって、可変長符号化された符号化テーブル
のインデックス値を入力して復号を行い、可変長復号さ
れたインデックス値を、0の位置あるいは半画素位置の
値の動ベクトルに逆変換し、逆変換された動ベクトル
と、参照画像から予測画像を生成するものである。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態である
画像画像符号化装置及び画像復号装置を、図1乃至図1
3とともに説明するが、上述した従来例と同一部分につ
いてはその説明を省略する。
【0014】図1は本実施形態における動ベクトル検出
・予測画像生成部101の構成を示したブロック図であ
る。同図において、動ベクトル検出部102は対象画像
と参照画像とを基に動ベクトルを検出する部分である。
動き補償部103は前記動ベクトル検出部102にて検
出した動ベクトルを基に参照画像より予測画像を作成す
る部分である。インデックス変換部104は動ベクトル
の検出値を符号化に都合の良いよう整数値に変換して第
2の可変長符号化部へ出力する部分である。
【0015】次に、図1における動ベクトル検出部10
2について、より詳細に説明する。図7とともに上述し
た従来例に対して、本実施形態においては、図2に示す
ような、半画素精度の動ベクトル検出を行なう際の探索
点を用いている。すなわち、動きベクトルがゼロの位置
(以下、原点位置と称す)を除き、他は半画素位置にの
み探索点が存在する。これを2次元に拡張する場合に
は、(0,0)、(半画素,0)、(0,半画素)、
(半画素,半画素)の4種類の組合せを取ることにな
る。
【0016】これにより、図7に示した従来例と同じ1
7点の探索点でありながら、±7.5の範囲まで、即ち
約2倍の範囲の動きを検出することが可能となる。ま
た、通常半画素位置の画素値は、図5とともに上述した
とおり、周囲の4画素を用いて計算されるため、この操
作によりローパスフィルタを施したのと同様の効果が得
られ、予測誤差を低減することができる。
【0017】尚、上記一実施形態においては、動ベクト
ル検出部102の探索点を原点位置及び半画素位置とし
て設定しているが、原点位置と整数画素位置以外の一般
の値とを取るように設定しても良い。例えば“0,0.
2,0.7,1.5,2.8,・・・”などのように原
点付近に探索点が集中し、原点から離れるに従って探索
点の間隔を疎にすることもできる。
【0018】また、図1におけるインデックス変換部1
04は、半画素位置のベクトル値を整数値に変換するも
のであるが、例えば、検出値が“・・・,−0.5,
0,0.5,1.5,・・・”の場合には、変換後は
“・・・,−1,0,1,2,・・・”となる。
【0019】さらに、本実施形態の復号装置における予
測画像生成部201について、図3とともに説明する。
第2の可変長復号部で複号された動ベクトルインデック
スは、インデックス逆変換部203にて元の原点位置及
び半画素位置のベクトルを生成する。
【0020】例えば、復号値が“・・・,−1,0,
1,2,・・・”の場合、には、“・・・,−0.5,
0,0.5,1.5,・・・”と逆変換され、元の動ベ
クトルが生成される。これを式で表すと、
【0021】
【数1】
【0022】となる。これらの動ベクトルと参照画像と
を用いて動き補償部202にて予測画像が生成される。
【0023】
【発明の効果】本発明の画像符号化装置/方法及び画像
復号装置/方法は、上述のような構成としているので、
従来と同じ探索点数でありながら探索範囲を大きくする
ことができる。また、探索点数が同じであるため、従来
の符号化テーブルをそのまま適用することも可能であ
る。更に、探索点を整数画素以外に置くことにより、ロ
ーパスフィルタをかけた効果と同様の効果を得ることが
でき、ゆえに予測誤差を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の画像符号化装置の一実施形態における
動ベクトル検出・予測画像生成部を示すブロック図であ
る。
【図2】本発明の画像符号化装置の一実施形態における
動ベクトル検出を行う探索点の一例を示す説明図であ
る。
【図3】本発明の画像復号装置の一実施形態における予
測画像生成部を示すブロック図である。
【図4】従来の画像符号化装置の概略構成を示すブロッ
ク図である。
【図5】動ベクトル検出処理の概念を示す説明図であ
る。
【図6】半画素位置における画素値の計算手法を示す説
明図である。
【図7】従来の半画素精度の動ベクトル探索点の一例を
示す説明図である。
【符号の説明】
101 動ベクトル検出・予測画像生成部 102 動ベクトル検出部 103 動き補償部 104 インデックス変換部 201 予測画像生成部 202 動き補償部 203 インデックス逆変換部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平6−334993(JP,A) 特開 平6−233282(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H04N 7/24 - 7/68

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力画像と参照画像から動ベクトル及び
    予測画像を生成する動ベクトル検出・予測画像生成部
    と、 予測画像と入力画像の差分を入力し、直交変換及び量子
    化を行う変換・量子化部と、 量子化された差分情報を可変長符号化する第1可変長符
    号化部と、 求められた動ベクトル情報を可変長符号化する第2可変
    長符号化部とを備える画像符号化装置であって、 前記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動ベク
    トルが0の位置及び、整数画素位置ではない位置の値の
    みをとることで、整数画像位置の動ベクトルも検出する
    場合に前記第2可変長符号化部で符号化可能な動ベクト
    ルに比べて広い範囲の動ベクトルを検出する動ベクトル
    検出部と、 前記動ベクトル検出部の出力を前記第2可変長符号化部
    で符号化する動ベクトルのインデックス値に変換するイ
    ンデックス変換部とを備えることを特徴とする画像符号
    化装置。
  2. 【請求項2】 入力画像と参照画像から動ベクトル及び
    予測画像を生成する動ベクトル検出・予測画像生成部
    と、 予測画像と入力画像の差分を入力し、直交変換及び量子
    化を行う変換・量子化部と、 量子化された差分情報を可変長符号化する第1可変長符
    号化部と、 求められた動ベクトル情報を可変長符号化する第2可変
    長符号化部とを備える画像符号化装置であって、 前記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動ベク
    トルが0の位置及び、半画素位置の値のみをとること
    で、整数画像位置の動ベクトルも検出する場合に前記第
    2可変長符号化部で符号化可能な動ベクトルに比べて広
    い範囲の動ベクトルを検出する動ベクトル検出部と、 前記動ベクトル検出部の出力を前記第2可変長符号化部
    で符号化する動ベクトルのインデックス値に変換するイ
    ンデックス変換部とを備えることを特徴とする画像符号
    化装置。
  3. 【請求項3】 入力画像と参照画像から動ベクトル及び
    予測画像を生成し、予測画像と入力画像の差分を直交変
    換及び量子化し、量子化された差分情報及び動ベクトル
    情報を可変長符号化する画像符号化装置における画像符
    号化方法であって、 前記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動ベク
    トルが0の位置及び、整数画素位置ではない位置の値の
    みをとることで、整数画像位置の動ベクトルも検出する
    場合に前記第2可変長符号化部で符号化可能な動ベクト
    ルに比べて広い範囲の動ベクトルを検出し、 検出した動ベクトルを、符号化する動ベクトルのインデ
    ックス値に変換することを特徴とする画像符号化方法。
  4. 【請求項4】 入力画像と参照画像から動ベクトル及び
    予測画像を生成し、予測画像と入力画像の差分を直交変
    換及び量子化し、量子化された差分情報及び動ベクトル
    情報を可変長符号化する画像符号化装置における画像符
    号化方法であって、 前記動ベクトル検出・予測画像生成部において、動ベク
    トルが0の位置及び、半画素位置の値のみをとること
    で、整数画像位置の動ベクトルも検出する場合に前記第
    2可変長符号化部で符号化可能な動ベクトルに比べて広
    い範囲の動ベクトルを検出し、 検出した動ベクトルを、符号化する動ベクトルのインデ
    ックス値に変換することを特徴とする画像符号化方法。
  5. 【請求項5】 参照画像と符号化された動ベクトルを入
    力し、予測画像を生成する予測画像生成部を備える画像
    復号装置であって、 前記予測画像生成部において、可変長符号化された符号
    化テーブルのインデックス値を入力し、復号を行う可変
    長復号部と、 前記可変長復号されたインデックス値を、0の位置ある
    いは整数画素位置ではない位置の値の動ベクトルに逆変
    換するインデックス逆変換部と、 前記動ベクトルと、参照画像から予測画像を生成する動
    き補償部とを備えることを特徴とする画像復号装置。
  6. 【請求項6】 参照画像と符号化された動ベクトルを入
    力し、予測画像を生 成する予測画像生成部を備える画像
    復号装置であって、 前記予測画像生成部において、可変長符号化された符号
    化テーブルのインデックス値を入力し、復号を行う可変
    長復号部と、 前記可変長復号されたインデックス値を、0の位置ある
    いは半画素位置の値の動ベクトルに逆変換するインデッ
    クス逆変換部と、 前記動ベクトルと、参照画像から予測画像を生成する動
    き補償部とを備えることを特徴とする画像復号装置。
  7. 【請求項7】 参照画像と符号化された動ベクトルを入
    力し、予測画像を生成する画像復号装置における画像復
    号方法であって、 可変長符号化された符号化テーブルのインデックス値を
    入力して復号を行い、 可変長復号されたインデックス値を、0の位置あるいは
    整数画素位置ではない位置の値の動ベクトルに逆変換
    し、 逆変換された動ベクトルと、参照画像から予測画像を生
    成することを特徴とする画像復号方法。
  8. 【請求項8】 参照画像と符号化された動ベクトルを入
    力し、予測画像を生成する画像復号装置における画像復
    号方法であって、 可変長符号化された符号化テーブルのインデックス値を
    入力して復号を行い、 可変長復号されたインデックス値を、0の位置あるいは
    半画素位置の値の動ベクトルに逆変換し、 逆変換された動ベクトルと、参照画像から予測画像を生
    成することを特徴とする可変長復号方法。
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