JP3516534B2 - 映像情報符号化装置及び映像情報復号化装置 - Google Patents

映像情報符号化装置及び映像情報復号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、通信回線を用いて
映像伝送できるように映像信号に含まれる冗長量を削減
して圧縮符号化する映像情報符号化装置および映像情報
符号化装置により符号化された映像信号を復号化する映
像情報復号化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、ディジタル伝送網の整備・普及
と、映像処理技術の進歩、および高速ディジタル信号技
術の発展により、新しい通信サービスとして映像通信サ
ービスの実現に対する要求が非常に高まっている。映像
通信サービスの代表的なものとしては、テレビ電話サー
ビス、テレビ会議サービス等があり、これらのサービス
は統合ディジタル網(ISDN)や広帯域統合ディジタ
ル網(B−ISDN)のような高機能なネットワークの
実現により現実のものとなりつつある。現在、アナログ
電話網や移動体通信網などの低伝送レートのネットワー
クに対してもこれらのサービスの実現が要求されてお
り、活発な研究が行われている。一般に、映像情報に含
まれる情報量は非常に多く、たとえば、映像信号をその
まま通信回線を使って伝送しようとすると、大変に広帯
域の伝送容量が必要となるため、現実的ではない。しか
しながら、映像信号には、その情報量に冗長性が含まれ
ており、この冗長性を利用して情報量の削減を行うこと
が可能である。そこで、映像信号を効率よく扱うことを
目的として映像の圧縮符号化(以下符号化と称する)技
術が広く用いられている。
【0003】図9はフレーム間予測直交変換符号化方法
を用いた従来の映像情報符号化装置の構成を示す。図9
に示すように、入力映像信号は、映像フレームごとに動
き補償フレーム間予測部901によって動き補償フレー
ム間予測符号化される。すなわち、動き補償フレーム間
予測部901は、フレームメモリ部902に格納された
1つ前に符号化された映像フレームを予測値として読み
出し、差分演算部903で入力映像フレームとフレーム
メモリ部902から読み出した予測値との差を求めてフ
レーム間予測符号化を行う。差分演算部903から出力
される予測誤差信号は、離散コサイン変換(以下DCT
と称する)部904に送られて直交変換の一種であるD
CT演算が施され、DCT係数に変換されて出力され
る。DCT部904から出力されたDCT係数は、量子
化部905で符号化制御部906により指示された適当
なレベル(量子化ステップサイズ)で量子化されて情報
量が圧縮される。量子化部905からの量子化出力は、
符号化結果として外部に出力されるとともに逆量子化部
907へも送られる。逆量子化部907では量子化部9
05とは逆の処理が行われてDCT係数が出力され、逆
DCT部908で逆DCT演算が施される。逆DCT部
908からの出力は、加算部909でフレームメモリ部
902から読み出された予測値と加算された後、フレー
ムメモリ部902に格納されて、次の入力映像フレーム
のフレーム間予測に使用される。入力映像信号は、この
ようにループ状の構成(符号化ループ)に従って符号化
される。
【0004】次に、従来の映像階層符号化方式について
述べる。図10に従来の階層映像符号化装置の構成を示
す。図10において、001は映像を階層化する階層化
部、002〜008は一つ前に符号化および復号化を行
なった映像を記憶しておくフレームメモリ部、010〜
016はフレームメモリ部002〜008に記憶されて
いる一つ前に符号化および復号化された映像を利用し
て、入力映像を符号化する符号化部、017〜023は
符号化部010〜016から出力された符号化結果を復
号化する復号化部を表している。次に、図10の従来の
階層映像符号化装置の動作を説明する。まず、入力映像
を階層化部001で階層化する。次に、それぞれの階層
の映像に対して符号化部010〜016がフレームメモ
リ部002〜008に記憶されている一つ前に符号化お
よび復号化された映像を利用して、入力映像を符号化
し、各階層の符号化結果を外部に出力する。一方、符号
化部010〜016から出力された符号化結果は、復号
化部017〜023にも送られて復号化を施され、その
出力がフレームメモリ002〜008に格納され、次の
符号化に利用される。
【0005】上述したように従来の映像情報符号化装置
では動き補償予測によって時間的冗長度を取り除き、D
CTによって空間的冗長度を取り除いた後に量子化を行
うため、かなりの情報量削減が期待できるが、伝送レー
トの低い通信回線を用いて符号化情報を送信する場合な
どでは、情報量をさらに削減する必要がある。そこで、
適当に選択されたフレーム以外のフレームについては符
号化を行わない駒落としなどを行うことが一般的であ
る。これは、符号化対象フレーム数を削減することによ
り、1フレームに割り当てられる情報量を増加させ、符
号化映像品質を向上させるためである。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
映像情報符号化装置及び映像情報復号化装置では、1フ
レーム分の符号化情報の伝送が終了するまで映像の復号
化を開始できないため、通信回線の伝送レートが低い場
合には、多くのフレームが駒落としされることに伴い、
多大な伝送遅延が生じる。また、駒落としを行うことに
よって、符号化及び復号化された映像の時間的な解像度
が低下するといった問題点があった。本発明は上記の問
題点に鑑み、低い伝送レートの通信回線を用いた場合の
伝送遅延の低減、および時間解像度の低下の抑制を図れ
る映像情報符号化装置および映像情報復号化装置を提供
するものである。
【0007】
【発明が解決しようとする手段】本願の第1の発明は、
入力映像信号に対して動き補償予測を行い、予測誤差信
号および動きベクトルを出力する動き補償予測部を備え
た映像情報符号化装置において、前記動き補償予測部よ
り出力された予測誤差信号を帯域分割する帯域分割部
と、前記帯域分割部で帯域分割された予測誤差信号を、
各帯域毎に独立して符号化する符号化部と、1フレーム
単位で、前記動きベクトルに続けて、前記符号化部で符
号化された予測誤差信号の1つの帯域に対する符号化情
報を1フレーム分伝送し、続いて前記符号化部で符号化
された予測誤差信号の次の帯域に対する符号化情報を1
フレーム分伝送し、これを低解像度成分から高解像度成
分の順で全ての帯域について繰り返す符号化情報伝送部
とを備えたことを特徴とする。本願の第2の発明は、1
フレーム単位の動きベクトルと、各帯域毎に独立して符
号化され、低解像度成分から高解像度成分の順で各帯域
毎に1フレーム分ずつ伝送された予測誤差信号の符号化
情報とを受けて、復号化映像を出力する映像復号化装置
において、前記動きベクトルを用いて、既に復号化され
た復号化映像に対して動き補償を行い、予測値を出力す
る動き補償部と、前記各帯域毎の予測誤差信号を、各帯
域毎に独立して復号化する複合化部と、前記復号化部で
復号化された帯域の1フレーム分の予測誤差信号、既
に復号化された当該帯域より低い全ての帯域の予測誤差
信号帯域合成する第1の加算部と、前記動き補償部よ
り出力される予測値に、前記第1の加算部より得られた
予測誤差信号を加算することにより、各解像度までの成
分を含む前記予測誤差信号に対応した復号化映像を出力
する第2の加算部とを備え、前記各帯域毎の予測誤差信
号の符号化情報を1フレーム分受信、復号化する毎に、
該復号化された予測誤差信号の帯域成分を、既に得られ
た低解像度の成分を含む予測誤差信号に加算して帯域合
成することにより、予測誤差信号の低解像度成分から高
解像度成分を含む復号化映像を段階的に出力して表示す
ることを特徴とする。本願の第3の発明は、前記動き補
償部が、前記動きベクトルを、前記各帯域毎の予測誤差
信号の符号化情報を1フレーム分受信、復号化した時間
に合わせてスケーリングして、該スケーリングされた動
きベクトルを用いて動き補償を行うことにより、予測値
を出力することを特徴とする。上記映像情報符号化装置
では、帯域分割部によって予測誤差信号を帯域分割化
し、符号化部によって各解像度の予測誤差信号をそれぞ
れ符号化して、符号化情報伝送部によって符号化情報を
各解像度毎に1フレーム単位で順次伝送する。また、映
像情報復号化装置では、復号化部によって前記符号化情
報伝送部より伝送された情報を用いて、もっとも低周波
成分の映像を先に復号化して表示するため、1フレーム
分すべての階層の情報を待たずに1フレームの低周波成
分映像を受信した時点で映像の復号化を始めることがで
き、伝送遅延を大幅に低減できる。また、その後伝送さ
れてくる高解像度成分の映像を前記の復号映像に加算し
て表示していくことにより、駒落としされたフレームを
復号装置側で補間して再生する。
【0008】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明に
よる映像情報符号化装置および映像情報復号化装置を詳
述する。図1に本発明による映像情報符号化装置におけ
る階層化符号化情報伝送手段のの構成例を示す。図1に
おいて、101は動き補償予測を行なう動き補償予測
部、102は予測誤差信号を帯域分割する帯域分割部、
103〜109は予測誤差信号を符号化する符号化部、
110〜116はバッファ部、117は選択部、118
は符号化情報選択部、119は復号化部、120はフレ
ームメモリ部である。
【0009】以下に各構成部の詳細を示す。動き補償予
測部101は、後述するフレームメモリ部120に記憶
されている1つ前に符号化および復号化された映像を参
照して、入力映像の動き補償予測を行い、予測誤差信
号、および動きベクトルを出力する。帯域分割部102
は、動き補償予測部101から出力された予測誤差信号
に、帯域分割を施す。図2は、帯域分割部102が映像
信号の帯域分割を行なう様子を表している。まず、原映
像に対し、1次元の周波数分割フィルタを水平方向、垂
直方向それぞれに施して、各帯域成分よりなる4つの映
像に帯域分割する。さらに、この4つの映像のうちもっ
とも低周波成分の映像、すなわちベースバンド映像に対
して同じように4つの映像に帯域分割し、最終的に解像
度の異なる7つの帯域の映像に帯域分割する。
【0010】符号化部103〜109は、帯域分割部1
02から出力された予測誤差信号に直交変換や量子化な
どを行って、情報量の圧縮を行い、符号化結果を出力す
る。バッファ部110〜116は、符号化部103〜1
09からの符号化結果を格納しておく。選択部117
は、符号化情報の伝送を行う階層を決定する。伝送する
階層の順序は、解像度の低い順、すなわち、図2におい
て、LLLL、LLLH、LLHL、LLHH、LH、
HL、HHの順である。そして、その解像度に対応する
バッファ110〜116から符号化結果を読み出し、後
述する符号化情報伝送部118に出力する。符号化情報
伝送部118は、選択部117から出力された符号化情
報を、階層毎に1フレーム単位で伝送する。また、動き
ベクトルやフレーム開始・終了信号、解像度番号の送信
も行う。復号化部119はバッファ部110〜116か
らの符号化結果を復号化し、その出力をフレームメモリ
部120へ格納する。フレームメモリ部120は、符号
化および復号化された映像を、次のフレーム間符号化の
予測に利用するために記憶しておく。
【0011】図1の階層化符号化情報伝送手段の処理の
流れを図3のフローチャートを用いて説明する。まず、
符号化情報伝送部118がフレーム開始信号を送信する
(ステップS1)。次に、入力映像に対して動き補償予
測部101が動き補償予測を行ない、予測誤差信号と動
きベクトルを出力する(ステップS2)。ステップS2
で出力された予測誤差信号は帯域分割部102において
帯域分割される(ステップS3)。次に、符号化部10
4〜110が、ステップS3での帯域分割された予測誤
差信号を、各帯域ごとに符号化し、その符号化結果をバ
ッファ部111〜116に蓄える(ステップS4)。次
に、選択部117がLLLLの映像の符号化結果を選択
し、バッファ部111から符号化結果を読み出し、符号
化情報伝送部118に送る(ステップS5)。符号化情
報伝送部118はステップS3で選択された帯域番号L
LLLを送信し(ステップS6)、続いてステップS5
で得られた符号化情報を送信する(ステップS7)。一
方、ステップS5で出力された符号化情報は復号化部1
19にも送られて復号化され(ステップS8)、フレー
ムメモリ部120に格納され(ステップS9)、次のフ
レームの動き補償予測に利用される。この後、ステップ
S4からステップS9までの処理を前述した階層の順に
従って繰り返し(ステップS10)、すべての階層につ
いて終了したら符号化情報伝送部119がフレーム終了
信号を送信して(ステップS11)、1枚のフレームの
符号化を完了する。そして、すべてのフレームについて
符号化を終えると、処理を終了する(ステップS1
2)。
【0012】図4は符号化情報伝送部119の出力を表
している。始めに、フレーム開始信号が送信される(4
01)。次に、1フレーム分の動きベクトルすべてが送
信される(402)。次に、どの帯域の符号化情報かを
表す帯域番号が送信され(403)、続いてその帯域の
符号化情報が送信される(404)。この403、40
4は低解像度成分の帯域から高解像度成分の帯域まで順
に繰り返され、すべての帯域について送信された後、フ
レーム終了信号が送信される(405)。
【0013】次に、本発明による映像情報復号化装置を
図面を参照して詳述する。図5に本発明における映像情
報復号化装置の実施の形態例を示す。図5において、5
01は復号化する階層を決定する第一選択部、502〜
508は各階層毎に復号化を行なう復号化部、509〜
514は加算部、515は表示する復号映像を選択する
第二選択部、516はフレームメモリ部517に格納す
る映像の制御を行う第三選択部、517はフレームメモ
リ部、518は動き補償部である、519は加算部であ
る。
【0014】以下に各構成部について説明する。第一選
択部501は符号化情報中に含まれる帯域番号を読み出
し、それに対応する復号化部(502〜508のいずれ
か:後述する)へ符号化情報を送信する。 復号化部5
02〜508は第一選択部501からの符号化情報を復
号化し、予測誤差信号を出力する。加算部509〜51
4はその帯域の予測誤差信号と1つ前までの帯域の予測
誤差信号と加算する。第二選択部515は、加算部50
9〜514から出力された復号映像のうち、どの映像を
表示するか選択する。この第二選択部515は第一選択
部501と同期している。第三選択部516は、第一選
択部501と同期して動作し、すべての帯域について復
号が終わった時点でフレームメモリ部517に復号映像
を格納する。
【0015】フレームメモリ部517は、一つ前に復号
化された映像を記憶する。動き補償部518は、動きベ
クトルとフレームメモリ部517に記憶された一つ前に
復号化された映像を用いて動き補償処理を行う。このと
き、復号化する帯域の映像の時間に比例して動きベクト
ルのスケーリングを行う。加算部519は第二選択部5
15からの予測誤差信号と、フレームメモリ部517か
らの予測値を加算して、復号映像を合成する。
【0016】次に、図5の映像復号化装置の処理の流れ
を図6のフローチャートを用いて説明する。入力される
映像符号化情報は図4の形式をとるものとする。まず、
フレーム開始信号401が検出されると(ステップT
1)、続いてくる動きベクトル02を動き補償部51
8に送る(ステップT2)。次に、第一選択部501は
続いてくる帯域番号03から復号化を行なう帯域をも
っとも低い帯域LLLLと判定し、その後に続いてくる
符号化情報04を帯域LLLLの復号化部02へ送
る(ステップT3)。復号化部02は、ステップT3
で送られてきた符号化情報404を用いて復号化を行
い、帯域LLLLの予測誤差号を出力し、第二選択部
515に送るとともに加算部509へも送る(ステップ
T4)。第二選択部515は、第一選択部501と同期
して動作し、符号化情報の受信および復号化が終わった
帯域LLLLの予測誤差信号を加算部519に出力する
(ステップT5)。一方、動き補償部518はステップ
T2で送られてきた動きベクトルをスケーリングして用
いて動き補償処理を行い、フレームメモリ部517から
予測値を読み出す(ステップT6)。ステップT5、T
6で出力された予測誤差信号と予測値は加算部519に
おいて加算され、復号映像が出力される(ステップT
7)。以上でもっとも低い帯域LLLLの映像の復号化
を終了する。次に、第一選択部501は帯域番号から帯
域LLLHを復号化の対象と判定し、その後に続いてく
る符号化情報を帯域LLLHの復号化部03へ送る
(ステップT8)。復号化部03はステップT8で得
られた符号化情報を用いて復号化を行い、帯域LLLH
の予測誤差信号を出力し、加算部509へ送る(ステッ
プT9)。加算部509では、ステップT5で得られた
帯域LLLLの予測誤差信号と、ステップT9で得られ
た帯域LLLHの予測誤差信号を加算し、結果を第二選
択部515へ送るとともに、加算部510にも出力する
(ステップT10)。第二選択部515は第一選択部
01と同期して動作するため、ステップT10で得られ
た帯域LLLLと帯域LLLHを加算した予測誤差信号
を加算部519に出力する(ステップT11)。一方、
ステップT6と同様に、動き補償部518はステップT
2で送られてきた動きベクトルをスケーリングして用い
て動き補償処理を行い、フレームメモリ部517から予
測値を読み出す(ステップT12)。ステップT11、
T12で出力された予測誤差信号と予測値は加算部51
9において加算され、復号映像が出力される(ステップ
T13)。以上で帯域LLLLと帯域LLLHの復号化
を終了する。以降帯域LLHL、LLHH、LH、H
L、HHについては帯域LLLHと同様にステップT8
〜ステップT13を繰り返す(ステップT14)。すべ
ての帯域について復号化が終了すると、第一選択部50
と同期して動作する第三選択部516が復号映像をフ
レームメモリ部517に出力し、格納する(ステップT
15)。そして、すべてのフレームについて復号化が終
わると(ステップT10)、処理を終了する。
【0017】この映像情報復号化装置を用いて図4の形
式の符号化情報を受信および復号化した場合の復号映像
の様子と従来技術を用いて映像の符号化および復号化を
行った場合の復号映像の様子を図8に示す。図のよう
に、本発明による映像情報復号化装置では、受信の初期
の段階でもっとも低解像度の帯域LLLLの映像を復号
でき、その後受信および復号化が完了した階層の映像を
合成していくため、伝送遅延はもっとも低解像度の帯域
LLLLの映像の符号化情報の受信にかかる時間だけを
考慮すればよく、伝送遅延の大幅な低減が実現できる。
このとき、出力される映像信号は、予測値に予測誤差信
号の各帯域成分が、低周波から高周波へ段階的に加算さ
れたものとなるため、駒落としされたフレームの補間フ
レームとして利用することができる。また、最初に受信
した動きベクトルを、その後順次受信していく帯域の符
号化情報の受信・復号化の時間に合わせてスケーリング
を行うため、滑らかな動きの補間フレームを構成でき、
出力される映像信号の時間解像度及び品質を著しく向上
することができる。また、補間のための特別な処理が不
要であるため、復号化装置の規模も小さくすることがで
きる。
【0018】
【発明の効果】以上述べた通り、本発明によれば、予測
誤差信号を帯域分割して各帯域毎に符号化し、各帯域の
符号化情報を1フレーム単位で低解像度の帯域のものか
ら順次送信し、それを復号化装置で順次復号化すること
により、低い伝送レートの通信回線を利用した映像通信
においても符号化対象映像の全体の情報を受信するま
で待つ必要がなくなり、大幅な伝送遅延の低減が実現で
きる。このとき、出力される映像信号は、予測値に予測
誤差信号の各帯域成分が、低周波から高周波へ段階的に
加算されたものとなるため、駒落としされたフレームの
補間フレームとして利用することができる。また、最初
に受信した動きベクトルを、その後順次受信していく帯
域の符号化情報の受信および復号化の時間に合わせてス
ケーリングするため、滑らかな動きの補間フレームを構
成でき、出力される映像信号の時間解像度及び品質を著
しく向上することができる。また、補間のための特別な
処理が不要であるため、復号化装置の規模も小さくする
ことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る映像情報符号化装置の一実施形態
を表す図である。
【図2】本発明に係る映像情報符号化装置における帯域
分割部102による、映像信号の帯域分割の様子を表す
図である。
【図3】図1の映像符号化装置の動作を説明するための
フローチャート図である。
【図4】本発明における、符号化情報の伝送方式を表す
図である。
【図5】本発明における、映像情報復号化装置の一実施
例を示す図である。
【図6】図6の映像情報復号化装置の動作を説明するた
めのフローチャート図である。
【図7】動きベクトルのスケーリングの方法を表す図で
ある。
【図8】従来方式と、本発明による復号化装置の復号映
像の様子を表した図である。
【図9】従来の映像符号化装置の構成を表す図である。
【図10】従来の階層映像符号化装置の構成を表す図で
ある。
【符号の説明】
101 動き補償予測部 102 帯域分割部 103〜109 符号化部 110〜116 バッファ部 117 選択部 118 符号化情報伝送部 119 復号化部 120 フレームメモリ部 501 第一選択部 502〜508 復号化部 509〜514 加算部 515 第二選択部 516 第三選択部 517 フレームメモリ部 518 動き補償部 519 加算部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 日比 慶一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−205384(JP,A) 特開 平6−209473(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 入力映像信号に対して動き補償予測を行
    い、予測誤差信号および動きベクトルを出力する動き補
    償予測部を備えた映像情報符号化装置において、 前記動き補償予測部より出力された予測誤差信号を帯域
    分割する帯域分割部と、 前記帯域分割部で帯域分割された予測誤差信号を、各帯
    域毎に独立して符号化する符号化部と、 1フレーム単位で、前記動きベクトルに続けて、前記符
    号化部で符号化された予測誤差信号の1つの帯域に対す
    る符号化情報を1フレーム分伝送し、続いて前記符号化
    部で符号化された予測誤差信号の次の帯域に対する符号
    化情報を1フレーム分伝送し、これを低解像度成分から
    高解像度成分の順で全ての帯域について繰り返す符号化
    情報伝送部とを備えたことを特徴とする映像情報符号化
    装置。
  2. 【請求項2】 1フレーム単位の動きベクトルと、各帯
    域毎に独立して符号化され、低解像度成分から高解像度
    成分の順で各帯域毎に1フレーム分ずつ伝送された予測
    誤差信号の符号化情報とを受けて、復号化映像を出力す
    る映像復号化装置において、 前記動きベクトルを用いて、既に復号化された復号化映
    像に対して動き補償を行い、予測値を出力する動き補償
    部と、 前記各帯域毎の予測誤差信号を、各帯域毎に独立して復
    号化する複合化部と、 前記復号化部で復号化された帯域の1フレーム分の予測
    誤差信号、既に復号化された当該帯域より低い全ての
    帯域の予測誤差信号帯域合成する第1の加算部と、 前記動き補償部より出力される予測値に、前記第1の加
    算部より得られた予測誤差信号を加算することにより、
    各解像度までの成分を含む前記予測誤差信号に対応した
    復号化映像を出力する第2の加算部とを備え、 前記各帯域毎の予測誤差信号の符号化情報を1フレーム
    分受信、復号化する毎に、該復号化された予測誤差信号
    の帯域成分を、既に得られた低解像度の成分を含む予測
    誤差信号に加算して帯域合成することにより、予測誤差
    信号の低解像度成分から高解像度成分を含む復号化映像
    を段階的に出力して表示することを特徴とする映像情報
    復号化装置。
  3. 【請求項3】 前記請求項2に記載の映像情報復号化装
    置において、 前記動き補償部は、前記動きベクトルを、前記各帯域毎
    の予測誤差信号の符号化情報を1フレーム分受信、復号
    化した時間に合わせてスケーリングして、該スケーリン
    グされた動きベクトルを用いて動き補償を行うことによ
    り、予測値を出力することを特徴とする映像情報復号化
    装置。
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