JP3542911B2 - 動画圧縮装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像を圧縮符号化して例えば蓄積媒体に記録する動画圧縮装置にに関し、画像の動きが少ないときは画像を間引いて圧縮し、動きが多いときは滑らかなまま圧縮できるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信系の動画像圧縮方法のひとつに、前のフレームと比較して変化のあった部分だけを求めて圧縮する手法がある。この方法によると、動きの激しい画像だと変化のある部分が多くなり圧縮効率が低下する。画像をネットワークなどを通じてリアルタイムに送信する場合は、圧縮効率が低下すると送信に時間がかかってしまい、送信できるフレーム数が減少してしまう。同様の圧縮方式でリアルタイムに圧縮画像を送信する代わりに蓄積媒体に記録するようにしても、処理の動作は変わらないので、動きの多い部分ではフレーム数が減少してしまう。
【０００３】
また、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）１に代表されるような蓄積系の動画像圧縮方法では、単位時間あたりのフレーム数が決められているため、動きの少ない部分も動きの激しい部分も一定のサンプリング周期で圧縮する必要がある。この方法だと、見た目にあまり変化していない画像も圧縮しなくてはならないため、圧縮効率が低下してしまう。
【０００４】
また、特開平７−７５０９２号公報には、ネットワークで送れるデータ量により解像度を変化させて圧縮率を調整する手法が記載されている。この手法では、ネットワークの状態によっては動きの多い部分の解像度が低くなるため、画質が劣化してしまうという問題点がある。
【０００５】
また、特開平７−２２２１７３号公報には、フレーム間で差分を求め、動きの少ない画像は送信せずにスチル状態を示す識別信号を送るという手法が記載されている。この手法では、識別信号を判断する専用の復号化器が必要になるという問題点がある。また、スチルと判断された場合は画像データの伝送が短縮されるが、１フレーム毎に送信処理を行うために、スチル処理時に短縮された分の伝送路が動きの多い部分の圧縮データの伝送に割り当てられることがなく、伝送路の帯域を十分に活用できないという問題点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、実際に圧縮するフレーム数を減らすことができるとともに、画質を劣化させることなく滑らかな動きが再現できる動画圧縮装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様の動画圧縮装置は、動画像データをフレーム単位に受け取り、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、最も相関の高いブロックまでの距離を参照フレームからの当該ブロックの移動距離とする動き検索手段と、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、動き検索手段で求めた相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま周波数変換手段以降の処理を行う。一方、動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数までは動き判定手段までの処理だけを行い、それを越えてから周波数変換手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに周波数変換手段以降の処理を行う。
【０００８】
第２の態様の動画圧縮装置は、動画像データをフレーム単位に受け取り、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、最も相関の高いブロックまでの距離を参照フレームからの当該ブロックの移動距離とする動き検索手段と、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、動き検索手段で求めた相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段と、差分データ値を０にするためのデータクリア手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま周波数変換手段以降の処理を行う。一方、動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数まではデータクリア手段で前フレームとの差分データ値を０にして可変長符号化手段で圧縮符号にし、それを越えてから周波数変換手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに周波数変換手段以降の処理を行う。
【０００９】
第３の態様の動画圧縮装置は、入力された現フレームと参照フレーム間で差分を求める差分検出手段と、各画素の差分値を基に画面全体での差分値の大きさの総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、相関性の高いブロックとの差分データを取り出す動き検索手段と、相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま動き検索手段以降の処理を行う。動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数までは動き判定手段までの処理だけを行い、それを越えてから動き検索手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに動き検索手段以降の処理を行う。
【００１０】
上記第１〜第３の態様のいずれについても、量子化手段の結果を逆量子化する逆量子化手段と、それを周波数成分から画素成分に変換する逆周波数変換手段と、その変換されたデータから動き検索手段のための参照フレームを作成する動き補償手段とを追加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の第１実施例の動画圧縮装置は、画像入力手段１１と、動き検索手段１２と、動き判定手段１３と、周波数変換手段１４と、量子化手段１５と、逆量子化手段１６と、逆周波数変換手段１７と、動き補償手段１８と、可変長符号化手段１９と、出力手段２０とから構成されている。
【００１３】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段１１より１フレーム単位に画像が入力され、動き検索手段１２で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。最も相関の高いブロックまでの距離が、参照フレームからのそのブロックの移動距離と考えられる。動き判定手段１３では、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００１４】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段１２で求めた相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段１４に入力される。周波数変換手段１４で差分データを周波数成分に変換し、量子化手段１５で量子化が行われる。可変長符号化手段１９で圧縮符号にし、出力手段２０で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段１５の結果を逆量子化手段１６に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段１７で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段１８で参照フレームのデータを作成する。
【００１５】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合は動き判定手段１３までの処理だけを行い、１１フレーム目に上記周波数変換手段１４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段１３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記周波数変換手段１４以降の処理を行う。
【００１６】
次に、図２のフローチャートを参照して第１実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００１７】
まず、画像データが入力されると、入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ１）。例えば、各画素の差分値の二乗和の合計や差分値の絶対値和などを求め、検索範囲内で最小値だった部分を参照ブロックの位置とする。その検索結果から参照ブロックまでの距離を求め、１画面全体での距離の合計値を計算し、その値としきい値Ａを比較する（ステップＳ２）。しきい値Ａより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合は、圧縮処理を行わないフレームが連続した数（スキップカウント）としきい値Ｂを比較する（ステップＳ７）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、そのフレームの圧縮処理は行わずに、スキップカウントに１を加えて更新する（ステップＳ８）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新し（ステップＳ３）、周波数変換を行い（ステップＳ４）、量子化を行い（ステップＳ５）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ６）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ９）。
【００１８】
次に具体例を用いて説明する。
図３のように、毎秒９フレームのデータが入力されたとする。フレーム番号１から６までと１１から１６までは動きが少ない画像で、７から１０までは動きの多い画像であるとする。あらかじめ動きの少ないシーンは毎秒３フレーム、動きの多いシーンは毎秒９フレームで圧縮すると定められていたとすると、実際に圧縮されるフレームは１、４、７、８、９、１０、１３、１６になる。
【００１９】
ここで図４および図５を参照して、動きの少ないシーンと動きの多いシーンの判定方法を説明する。図４は動きの少ないシーンを説明した図である。参照フレームと現フレームとの間で物体の移動量をブロック単位に調べると、移動量を示した図の通りになる。移動量判定のしきい値を１００とすると、図４のフレーム全体での移動量の合計は４６となり、しきい値より小さいため移動量が少ないフレームとして判定される。また、図５は移動量の多いシーンを説明した図である。図４と同様に移動量を示した図より、フレーム全体での移動量の合計を求めると１６８になり、しきい値である１００より大きいためこのフレームは移動量の多いフレームであると判定される。
【００２０】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
ＭＰＥＧ１などのように、単位時間あたりのフレーム数が規定されている圧縮方式の場合について図６を参照して説明する。図６はＭＰＥＧ１のフレーム構成を示した図である。フレームのタイプにはＩ、Ｐ、Ｂとあり、Ｉフレームは参照フレームを用いないで圧縮を行い、Ｐフレームは前のＩもしくはＰフレームのいずれかを参照して圧縮を行う。Ｂフレームは前後のＩもしくはＰフレームを参照して圧縮を行い、Ｂフレーム自身は参照フレームとして用いられることはない。ＭＰＥＧ１では、単位時間あたりのフレーム数が規定されているため、圧縮処理を行わないフレームというものはあり得ないので、参照フレームとして用いられないＢフレームのデータを参照フレームと全く同じ画像として扱うことで圧縮後のデータ量が非常に小さくなるため、圧縮処理を行わない場合と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
図７を参照すると、第２実施例は、画像入力手段２１と、動き検索手段２２と、動き判定手段２３と、周波数変換手段２４と、量子化手段２５と、逆量子化手段２６と、逆周波数変換手段２７と、動き補償手段２８と、可変長符号化手段２９と、データクリア手段３０と、出力手段３１とから構成されている。
【００２２】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段２１より１フレーム単位に画像が入力され、動き検索手段２２で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。最も相関の高いブロックまでの距離が、参照フレームからのそのブロックの移動距離と考えられる。動き判定手段２３では、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００２３】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段２２で求めた相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段２４に入力される。周波数変換手段２４で差分データを周波数成分に変換し、量子化手段２５で量子化が行われる。可変長符号化手段２９で圧縮符号にし、出力手段３１で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段２５の結果を逆量子化手段２６に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段２７で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段２８で参照フレームのデータを作成する。
【００２４】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合はデータクリア手段３０で前フレームとの差分データ値を０にし、可変長符号化手段２９で圧縮符号にし、出力手段３１で出力される。１１フレーム目に上記周波数変換手段２４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段２３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記周波数変換手段２４以降の処理を行う。
【００２５】
図８のフローチャートを参照して第２実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００２６】
まず、画像データが入力されると入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ１１）。例えば、各画素の差分値の二乗和の合計や差分値の絶対値和などを求め、検索範囲内で最小値だった部分を参照ブロックの位置とする。その検索結果から参照ブロックまでの距離を求め、１画面全体での距離の合計値を計算し、その値としきい値Ａを比較する（ステップＳ１２）。しきい値Ａより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合は圧縮処理を行わないフレームが連続した数（スキップカウント）としきい値Ｂを比較する（ステップＳ１６）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、スキップカウントに１を加えて更新し（ステップＳ１７）、動き検索後の差分データを全て０、つまり参照フレームと全く同一画像として扱う（ステップＳ１８）。そしてデータが０のフレームの符号化を行うため可変長符号化を行う（Ｓ１９）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新し（ステップＳ１３）、周波数変換を行い（ステップＳ１４）、量子化を行い（ステップＳ１５）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ１９）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ２０）。
【００２７】
図９に差分データが０の時のＢフレームの符号を示す。フレームの先頭を示すＰＳＣから始まり、ＰＣＴでＢフレームであることが示されている。圧縮データは１６×１６画素のブロック（マクロブロック）単位で記述される。ＭＢＡＩは前のマクロブロックからの増加分を示し、先頭では１である。ＭＢＴＹＰＥではマクロブロックの形式について記述され、ＭＢＰが０ということはそのマクロブロックには符号化するデータがないことを示している。またＭＢＥＳＣは３３個分のマクロブロックに符号化データがないことが示される。これが２回記述されているので６６個分のマクロブロックに符号化データがないことが分かる。続くＭＢＡＩが１３ということは、さらに１２個分は符号化データがなく、そのマクロブロックのＭＢＰが０であることから、１３個分の符号化データがないことが分かる。この例で示した画像は、８０個のマクロブロックから生成されている画像で、符号化しないマクロブロック数は１＋６６＋１３＝８０になり、全てのマクロブロックが符号化されていないことを示している。その時のデータ量は１５７ビットで済む。
【００２８】
次に、本発明の第３実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図１０を参照すると、第３実施例は、画像入力手段４１と、差分検出手段４２と、動き判定手段４３と、動き検索手段４４と、周波数変換手段４５と、量子化手段４６と、逆量子化手段４７と、逆周波数変換手段４８と、動き補償手段４９と、可変長符号化手段５０と、出力手段５１とから構成されている。
【００２９】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段４１より１フレーム単位に画像が入力され、差分検出手段４２で現フレームと参照フレーム間で差分を求める。例えば輝度成分の差分の絶対値を求めることで変化量を得ることが出来る。動き判定手段４３では、各画素の差分値を基に画面全体での差分値の大きさの総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００３０】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段４４で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段４５に入力されると周波数成分に変換され、量子化手段４６で量子化が行われる。可変長符号化手段５０で圧縮符号にし、出力手段５１で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段４６の結果を逆量子化手段４７に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段４８で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段４９で参照フレームのデータを作成する。
【００３１】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合は動き判定手段４３までの処理だけを行い、１１フレーム目に上記動き検索手段４４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段４３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記動き検索手段４４以降の処理を行う。
【００３２】
次に、図１１のフローチャートを参照して第３実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００３３】
まず、画像データが入力されると入力画像は参照フレームと同じ位置にある画素同士で差分を求められる（ステップＳ２１）。この差分値から画面全体での変化量を計算し、その値としきい値Ｄと比較する（ステップＳ２２）。しきい値Ｄより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合はスキップカウントとしきい値Ｂを比較する（ステップＳ２８）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、そのフレームの圧縮処理は行わずに、スキップカウントに１を加えて更新する（ステップＳ２９）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新する（ステップＳ２３）。入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ２４）。動き検索で得られた差分データの周波数変換を行い（ステップＳ２５）、量子化を行い（ステップＳ２６）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ２７）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ３０）。
【００３４】
次に具体例を用いて説明する。
図１２および図１３を参照して、動きの少ないシーンと動きの多いシーンの判定方法を説明する。図１２は動きの少ないシーンを説明した図である。参照フレームと現フレームとの間で差分を画素単位に調べると変化量を示した図の通りになる。変化量は、差分値の大きさがしきい値Ｃ、例えば１０より大きい画素が何画素あるかで求められる。変化量がしきい値Ｄ、例えば１５画素以上あれば動きの多いシーンと判定されるとすると、図１２で差分値の大きさが５より大きいものは６画素で、これは１５画素より少ないため移動量が少ないフレームとして判定される。また、図１３は移動量の多いシーンを説明した図である。図１２と同様に変化量を示した図より、差分値が５より大きい画素数を求めると２０になり、しきい値である１５より大きいためこのフレームは移動量の多いフレームであると判定される。このようにしきい値Ｃを設けることで画面に発生する微少なノイズ成分を除去した変化量の判定が可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、圧縮したデータ量を削減できることにある。その理由は、画面にほとんど動きがないときにフレームを間引くことにより、実際に圧縮するフレーム数を減らすことが出来るからである。
第２の効果は滑らかな動きが再現できることにある。その理由は、画面内の物体の動いた量が多いと単位時間に圧縮するフレーム数を増やすためである。
第３の効果は画質を劣化させることなく滑らかな動きが再現できることにある。その理由は、圧縮画像を蓄積媒体に記憶させることで動きのない時に削減したデータ量を動きの大きい時の圧縮にまわすことが出来るからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】その動作のフローチャートである。
【図３】そのフレーム処理の具体例を説明する図である。
【図４】動きの少ないシーンを説明した図である。
【図５】移動量の多いシーンを説明した図である。
【図６】ＭＰＥＧ１のフレーム構成を示した図である。
【図７】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】その動作のフローチャートである。
【図９】差分データが０の時のＢフレームの符号図である。
【図１０】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図１１】その動作のフローチャートである。
【図１２】動きの少ないシーンを説明した図である。
【図１３】移動量の多いシーンを説明した図である。
【符号の説明】
１１ 画像入力手段
１２ 動き検索手段
１３ 動き判定手段
１４ 周波数変換手段
１５ 量子化手段
１６ 逆量子化手段
１７ 逆周波数変換手段
１８ 動き補償手段
１９ 可変長符号化手段
２０ 出力手段
２１ 画像入力手段
２２ 動き検索手段
２３ 動き判定手段
２４ 周波数変換手段
２５ 量子化手段
２６ 逆量子化手段
２７ 逆周波数変換手段
２８ 動き補償手段
２９ 可変長符号化手段
３０ データクリア手段
３１ 出力手段
４１ 画像入力手段
４２ 差分検出手段
４３ 動き判定手段
４４ 動き検索手段
４５ 周波数変換手段
４６ 量子化手段
４７ 逆量子化手段
４８ 逆周波数変換手段
４９ 動き補償手段
５０ 可変長符号化手段
５１ 出力手段
【発明の属する技術分野】
本発明は、動画像を圧縮符号化して例えば蓄積媒体に記録する動画圧縮装置にに関し、画像の動きが少ないときは画像を間引いて圧縮し、動きが多いときは滑らかなまま圧縮できるようにするものである。
【０００２】
【従来の技術】
通信系の動画像圧縮方法のひとつに、前のフレームと比較して変化のあった部分だけを求めて圧縮する手法がある。この方法によると、動きの激しい画像だと変化のある部分が多くなり圧縮効率が低下する。画像をネットワークなどを通じてリアルタイムに送信する場合は、圧縮効率が低下すると送信に時間がかかってしまい、送信できるフレーム数が減少してしまう。同様の圧縮方式でリアルタイムに圧縮画像を送信する代わりに蓄積媒体に記録するようにしても、処理の動作は変わらないので、動きの多い部分ではフレーム数が減少してしまう。
【０００３】
また、ＭＰＥＧ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）１に代表されるような蓄積系の動画像圧縮方法では、単位時間あたりのフレーム数が決められているため、動きの少ない部分も動きの激しい部分も一定のサンプリング周期で圧縮する必要がある。この方法だと、見た目にあまり変化していない画像も圧縮しなくてはならないため、圧縮効率が低下してしまう。
【０００４】
また、特開平７−７５０９２号公報には、ネットワークで送れるデータ量により解像度を変化させて圧縮率を調整する手法が記載されている。この手法では、ネットワークの状態によっては動きの多い部分の解像度が低くなるため、画質が劣化してしまうという問題点がある。
【０００５】
また、特開平７−２２２１７３号公報には、フレーム間で差分を求め、動きの少ない画像は送信せずにスチル状態を示す識別信号を送るという手法が記載されている。この手法では、識別信号を判断する専用の復号化器が必要になるという問題点がある。また、スチルと判断された場合は画像データの伝送が短縮されるが、１フレーム毎に送信処理を行うために、スチル処理時に短縮された分の伝送路が動きの多い部分の圧縮データの伝送に割り当てられることがなく、伝送路の帯域を十分に活用できないという問題点もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、実際に圧縮するフレーム数を減らすことができるとともに、画質を劣化させることなく滑らかな動きが再現できる動画圧縮装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の態様の動画圧縮装置は、動画像データをフレーム単位に受け取り、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、最も相関の高いブロックまでの距離を参照フレームからの当該ブロックの移動距離とする動き検索手段と、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、動き検索手段で求めた相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま周波数変換手段以降の処理を行う。一方、動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数までは動き判定手段までの処理だけを行い、それを越えてから周波数変換手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに周波数変換手段以降の処理を行う。
【０００８】
第２の態様の動画圧縮装置は、動画像データをフレーム単位に受け取り、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、最も相関の高いブロックまでの距離を参照フレームからの当該ブロックの移動距離とする動き検索手段と、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、動き検索手段で求めた相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段と、差分データ値を０にするためのデータクリア手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま周波数変換手段以降の処理を行う。一方、動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数まではデータクリア手段で前フレームとの差分データ値を０にして可変長符号化手段で圧縮符号にし、それを越えてから周波数変換手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに周波数変換手段以降の処理を行う。
【０００９】
第３の態様の動画圧縮装置は、入力された現フレームと参照フレーム間で差分を求める差分検出手段と、各画素の差分値を基に画面全体での差分値の大きさの総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、相関性の高いブロックとの差分データを取り出す動き検索手段と、相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段とを備えている。そして、動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、そのまま動き検索手段以降の処理を行う。動き判定手段による判定で現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数までは動き判定手段までの処理だけを行い、それを越えてから動き検索手段以降の処理を行い、あらかじめ定められたフレーム数に連続して満たない内に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、あらかじめ定められたフレーム数まで待たずに動き検索手段以降の処理を行う。
【００１０】
上記第１〜第３の態様のいずれについても、量子化手段の結果を逆量子化する逆量子化手段と、それを周波数成分から画素成分に変換する逆周波数変換手段と、その変換されたデータから動き検索手段のための参照フレームを作成する動き補償手段とを追加することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳述する。
【００１２】
図１を参照すると、本発明の第１実施例の動画圧縮装置は、画像入力手段１１と、動き検索手段１２と、動き判定手段１３と、周波数変換手段１４と、量子化手段１５と、逆量子化手段１６と、逆周波数変換手段１７と、動き補償手段１８と、可変長符号化手段１９と、出力手段２０とから構成されている。
【００１３】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段１１より１フレーム単位に画像が入力され、動き検索手段１２で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。最も相関の高いブロックまでの距離が、参照フレームからのそのブロックの移動距離と考えられる。動き判定手段１３では、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００１４】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段１２で求めた相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段１４に入力される。周波数変換手段１４で差分データを周波数成分に変換し、量子化手段１５で量子化が行われる。可変長符号化手段１９で圧縮符号にし、出力手段２０で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段１５の結果を逆量子化手段１６に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段１７で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段１８で参照フレームのデータを作成する。
【００１５】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合は動き判定手段１３までの処理だけを行い、１１フレーム目に上記周波数変換手段１４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段１３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記周波数変換手段１４以降の処理を行う。
【００１６】
次に、図２のフローチャートを参照して第１実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００１７】
まず、画像データが入力されると、入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ１）。例えば、各画素の差分値の二乗和の合計や差分値の絶対値和などを求め、検索範囲内で最小値だった部分を参照ブロックの位置とする。その検索結果から参照ブロックまでの距離を求め、１画面全体での距離の合計値を計算し、その値としきい値Ａを比較する（ステップＳ２）。しきい値Ａより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合は、圧縮処理を行わないフレームが連続した数（スキップカウント）としきい値Ｂを比較する（ステップＳ７）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、そのフレームの圧縮処理は行わずに、スキップカウントに１を加えて更新する（ステップＳ８）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新し（ステップＳ３）、周波数変換を行い（ステップＳ４）、量子化を行い（ステップＳ５）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ６）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ９）。
【００１８】
次に具体例を用いて説明する。
図３のように、毎秒９フレームのデータが入力されたとする。フレーム番号１から６までと１１から１６までは動きが少ない画像で、７から１０までは動きの多い画像であるとする。あらかじめ動きの少ないシーンは毎秒３フレーム、動きの多いシーンは毎秒９フレームで圧縮すると定められていたとすると、実際に圧縮されるフレームは１、４、７、８、９、１０、１３、１６になる。
【００１９】
ここで図４および図５を参照して、動きの少ないシーンと動きの多いシーンの判定方法を説明する。図４は動きの少ないシーンを説明した図である。参照フレームと現フレームとの間で物体の移動量をブロック単位に調べると、移動量を示した図の通りになる。移動量判定のしきい値を１００とすると、図４のフレーム全体での移動量の合計は４６となり、しきい値より小さいため移動量が少ないフレームとして判定される。また、図５は移動量の多いシーンを説明した図である。図４と同様に移動量を示した図より、フレーム全体での移動量の合計を求めると１６８になり、しきい値である１００より大きいためこのフレームは移動量の多いフレームであると判定される。
【００２０】
次に、本発明の第２実施例について説明する。
ＭＰＥＧ１などのように、単位時間あたりのフレーム数が規定されている圧縮方式の場合について図６を参照して説明する。図６はＭＰＥＧ１のフレーム構成を示した図である。フレームのタイプにはＩ、Ｐ、Ｂとあり、Ｉフレームは参照フレームを用いないで圧縮を行い、Ｐフレームは前のＩもしくはＰフレームのいずれかを参照して圧縮を行う。Ｂフレームは前後のＩもしくはＰフレームを参照して圧縮を行い、Ｂフレーム自身は参照フレームとして用いられることはない。ＭＰＥＧ１では、単位時間あたりのフレーム数が規定されているため、圧縮処理を行わないフレームというものはあり得ないので、参照フレームとして用いられないＢフレームのデータを参照フレームと全く同じ画像として扱うことで圧縮後のデータ量が非常に小さくなるため、圧縮処理を行わない場合と同様の効果を得ることができる。
【００２１】
図７を参照すると、第２実施例は、画像入力手段２１と、動き検索手段２２と、動き判定手段２３と、周波数変換手段２４と、量子化手段２５と、逆量子化手段２６と、逆周波数変換手段２７と、動き補償手段２８と、可変長符号化手段２９と、データクリア手段３０と、出力手段３１とから構成されている。
【００２２】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段２１より１フレーム単位に画像が入力され、動き検索手段２２で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。最も相関の高いブロックまでの距離が、参照フレームからのそのブロックの移動距離と考えられる。動き判定手段２３では、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００２３】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段２２で求めた相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段２４に入力される。周波数変換手段２４で差分データを周波数成分に変換し、量子化手段２５で量子化が行われる。可変長符号化手段２９で圧縮符号にし、出力手段３１で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段２５の結果を逆量子化手段２６に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段２７で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段２８で参照フレームのデータを作成する。
【００２４】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合はデータクリア手段３０で前フレームとの差分データ値を０にし、可変長符号化手段２９で圧縮符号にし、出力手段３１で出力される。１１フレーム目に上記周波数変換手段２４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段２３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記周波数変換手段２４以降の処理を行う。
【００２５】
図８のフローチャートを参照して第２実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００２６】
まず、画像データが入力されると入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ１１）。例えば、各画素の差分値の二乗和の合計や差分値の絶対値和などを求め、検索範囲内で最小値だった部分を参照ブロックの位置とする。その検索結果から参照ブロックまでの距離を求め、１画面全体での距離の合計値を計算し、その値としきい値Ａを比較する（ステップＳ１２）。しきい値Ａより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合は圧縮処理を行わないフレームが連続した数（スキップカウント）としきい値Ｂを比較する（ステップＳ１６）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、スキップカウントに１を加えて更新し（ステップＳ１７）、動き検索後の差分データを全て０、つまり参照フレームと全く同一画像として扱う（ステップＳ１８）。そしてデータが０のフレームの符号化を行うため可変長符号化を行う（Ｓ１９）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新し（ステップＳ１３）、周波数変換を行い（ステップＳ１４）、量子化を行い（ステップＳ１５）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ１９）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ２０）。
【００２７】
図９に差分データが０の時のＢフレームの符号を示す。フレームの先頭を示すＰＳＣから始まり、ＰＣＴでＢフレームであることが示されている。圧縮データは１６×１６画素のブロック（マクロブロック）単位で記述される。ＭＢＡＩは前のマクロブロックからの増加分を示し、先頭では１である。ＭＢＴＹＰＥではマクロブロックの形式について記述され、ＭＢＰが０ということはそのマクロブロックには符号化するデータがないことを示している。またＭＢＥＳＣは３３個分のマクロブロックに符号化データがないことが示される。これが２回記述されているので６６個分のマクロブロックに符号化データがないことが分かる。続くＭＢＡＩが１３ということは、さらに１２個分は符号化データがなく、そのマクロブロックのＭＢＰが０であることから、１３個分の符号化データがないことが分かる。この例で示した画像は、８０個のマクロブロックから生成されている画像で、符号化しないマクロブロック数は１＋６６＋１３＝８０になり、全てのマクロブロックが符号化されていないことを示している。その時のデータ量は１５７ビットで済む。
【００２８】
次に、本発明の第３実施例について図面を参照して詳細に説明する。
図１０を参照すると、第３実施例は、画像入力手段４１と、差分検出手段４２と、動き判定手段４３と、動き検索手段４４と、周波数変換手段４５と、量子化手段４６と、逆量子化手段４７と、逆周波数変換手段４８と、動き補償手段４９と、可変長符号化手段５０と、出力手段５１とから構成されている。
【００２９】
これらの手段はそれぞれ概略つぎのように動作する。画像入力手段４１より１フレーム単位に画像が入力され、差分検出手段４２で現フレームと参照フレーム間で差分を求める。例えば輝度成分の差分の絶対値を求めることで変化量を得ることが出来る。動き判定手段４３では、各画素の差分値を基に画面全体での差分値の大きさの総和を求め、この値より現フレームが参照フレームからどれだけ変化したかが分かる。
【００３０】
現フレームが動きの多い画像の場合は、動き検索手段４４で参照フレームとして格納されている前フレームと現フレームとの相関性を求めるため、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求める。相関性の高いブロックとの差分データが周波数変換手段４５に入力されると周波数成分に変換され、量子化手段４６で量子化が行われる。可変長符号化手段５０で圧縮符号にし、出力手段５１で出力される。また、次のフレーム圧縮用の参照フレーム作成のため、量子化手段４６の結果を逆量子化手段４７に渡し逆量子化を行い、逆周波数変換手段４８で周波数成分から画素成分に変換し、動き補償手段４９で参照フレームのデータを作成する。
【００３１】
現フレームが動きの少ない画像の場合は、あらかじめ定められたフレーム数、例えば連続１０フレームに満たない場合は動き判定手段４３までの処理だけを行い、１１フレーム目に上記動き検索手段４４以降の処理を全て行う。もし、連続１０フレーム満たない内に動き判定手段４３で動きの多い画像が検出されれば１１フレーム目まで待たずに上記動き検索手段４４以降の処理を行う。
【００３２】
次に、図１１のフローチャートを参照して第３実施例の全体の動作について詳細に説明する。
【００３３】
まず、画像データが入力されると入力画像は参照フレームと同じ位置にある画素同士で差分を求められる（ステップＳ２１）。この差分値から画面全体での変化量を計算し、その値としきい値Ｄと比較する（ステップＳ２２）。しきい値Ｄより大きい場合はそのまま圧縮処理を行い、そうでない場合はスキップカウントとしきい値Ｂを比較する（ステップＳ２８）。しきい値Ｂよりも大きい場合はそのフレームは圧縮処理を行う。そうでない場合は、そのフレームの圧縮処理は行わずに、スキップカウントに１を加えて更新する（ステップＳ２９）。圧縮処理を行うフレームは、まずスキップカウントを０に更新する（ステップＳ２３）。入力画像は複数のブロックに分割され、そのブロックごとに参照フレームとの間で最も相関がある部分を検索する（ステップＳ２４）。動き検索で得られた差分データの周波数変換を行い（ステップＳ２５）、量子化を行い（ステップＳ２６）、その結果を可変長符号化する（ステップＳ２７）。これを全てのフレームが終了するまで繰り返す（ステップＳ３０）。
【００３４】
次に具体例を用いて説明する。
図１２および図１３を参照して、動きの少ないシーンと動きの多いシーンの判定方法を説明する。図１２は動きの少ないシーンを説明した図である。参照フレームと現フレームとの間で差分を画素単位に調べると変化量を示した図の通りになる。変化量は、差分値の大きさがしきい値Ｃ、例えば１０より大きい画素が何画素あるかで求められる。変化量がしきい値Ｄ、例えば１５画素以上あれば動きの多いシーンと判定されるとすると、図１２で差分値の大きさが５より大きいものは６画素で、これは１５画素より少ないため移動量が少ないフレームとして判定される。また、図１３は移動量の多いシーンを説明した図である。図１２と同様に変化量を示した図より、差分値が５より大きい画素数を求めると２０になり、しきい値である１５より大きいためこのフレームは移動量の多いフレームであると判定される。このようにしきい値Ｃを設けることで画面に発生する微少なノイズ成分を除去した変化量の判定が可能になる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の第１の効果は、圧縮したデータ量を削減できることにある。その理由は、画面にほとんど動きがないときにフレームを間引くことにより、実際に圧縮するフレーム数を減らすことが出来るからである。
第２の効果は滑らかな動きが再現できることにある。その理由は、画面内の物体の動いた量が多いと単位時間に圧縮するフレーム数を増やすためである。
第３の効果は画質を劣化させることなく滑らかな動きが再現できることにある。その理由は、圧縮画像を蓄積媒体に記憶させることで動きのない時に削減したデータ量を動きの大きい時の圧縮にまわすことが出来るからである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例の構成を示すブロック図である。
【図２】その動作のフローチャートである。
【図３】そのフレーム処理の具体例を説明する図である。
【図４】動きの少ないシーンを説明した図である。
【図５】移動量の多いシーンを説明した図である。
【図６】ＭＰＥＧ１のフレーム構成を示した図である。
【図７】本発明の第２実施例の構成を示すブロック図である。
【図８】その動作のフローチャートである。
【図９】差分データが０の時のＢフレームの符号図である。
【図１０】本発明の第３実施例の構成を示すブロック図である。
【図１１】その動作のフローチャートである。
【図１２】動きの少ないシーンを説明した図である。
【図１３】移動量の多いシーンを説明した図である。
【符号の説明】
１１ 画像入力手段
１２ 動き検索手段
１３ 動き判定手段
１４ 周波数変換手段
１５ 量子化手段
１６ 逆量子化手段
１７ 逆周波数変換手段
１８ 動き補償手段
１９ 可変長符号化手段
２０ 出力手段
２１ 画像入力手段
２２ 動き検索手段
２３ 動き判定手段
２４ 周波数変換手段
２５ 量子化手段
２６ 逆量子化手段
２７ 逆周波数変換手段
２８ 動き補償手段
２９ 可変長符号化手段
３０ データクリア手段
３１ 出力手段
４１ 画像入力手段
４２ 差分検出手段
４３ 動き判定手段
４４ 動き検索手段
４５ 周波数変換手段
４６ 量子化手段
４７ 逆量子化手段
４８ 逆周波数変換手段
４９ 動き補償手段
５０ 可変長符号化手段
５１ 出力手段
Claims (2)
- 動画像データをフレーム単位に受け取り、現フレームを複数のブロックに分割しそれぞれのブロックが参照フレームのどの部分と相関が高いかを求め、最も相関の高いブロックまでの距離を参照フレームからの当該ブロックの移動距離とする動き検索手段と、各ブロックの移動距離を基に画面全体での移動量の総和を求めて現フレームが動きのある画像かどうかを判定する動き判定手段と、動き検索手段で求めた相関性の高いブロックとの差分データを周波数成分に変換する周波数変換手段と、その変換後のデータを量子化する量子化手段と、量子化データを可変長符号化する可変長符号化手段と、差分データ値を０にするためのデータクリア手段とを備え、
前記動き判定手段による判定で現フレームが動きの多い画像の場合は、当該現フレームに対してそのまま前記周波数変換手段以降の処理を行い、
前記動き判定手段により現フレームが動きの少ない画像であると判定した場合であって、当該判定となったフレームが所定数続く間は、当該現フレームに対して、前記データクリア手段で前フレームとの差分データ値を０にして前記可変長符号化手段で圧縮符号にする処理を行い、
前記所定数の次のフレームから前記周波数変換手段以降の処理を行い、
前記所定数が経過する前に動き判定手段で動きの多い画像が検出されれば、当該画像のフレームから前記周波数変換手段以降の処理を行うことによって、
前記動画像データを圧縮して蓄積媒体に記録することを特徴とする動画圧縮装置。 - 量子化手段の結果を逆量子化する逆量子化手段と、それを周波数成分から画素成分に変換する逆周波数変換手段と、その変換されたデータから動き検索手段のための参照フレームを作成する動き補償手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の動画圧縮装置。
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