JP3717956B2 - ディジタルビデオ信号コーディングシステム - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明はディジタルビデオ信号コーディングシステムに関する。さらに詳しくは、ディジタルビデオ信号のイメージデータブロックのコーディングモードを正確に決定する装置を含むコーディングシステムに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
高品位テレビジョンおよび画像会議システム、ビデオ電話機などのディジタルビデオ信号コーディング応用分野において、ビデオ信号はディジタルのかたちにデータ化されて伝送される。多数のビデオフレームを含むビデオ信号がディジタルデータとして表現されるばあい、ビデオフレームが“画素(pixel)”と呼ばれる多数のディジタルデータ要素で定義されるので、多量のディジタルデータが発生することになる。したがって、制限された周波数帯域幅が通常、伝送チャネルを通じてかかる多量のディジタルデータを伝送するためには、伝送するデータの量を低減するビデオ信号コーディングシステムの使用が必要となる。
【0003】
ディジタルビデオ信号は、フレーム内部とフレームとのあいだの相関関係が大きいので、画質に深刻な影響を与えることなく圧縮されうる。このようなビデオ信号の特徴によって、統計的コーディング方法を含むハイブリッドコーディング方法というコーディング方法がビデオ信号のコーディング方法として適用される。
【0004】
ハイブリッドコーディング方法は、離散コサイン変換(DCT)とDCT変換係数の量子化、可変長さコーディング(VLC)過程を含むイントラコーディング(Intra Coding)と動き補正された差分パルス符号変調(DPCM)およびDCT、量子化、VLCを含む非イントラコーディングを適応的に行う。コーディングのため、入力ビデオフレームはマクロブロック(MB)と呼ばれる多数のコーディングブロックに分けられる。
【0005】
動き補正されたDPCMは隣接したフレームなどのあいだの相関関係を減らすためのコーディング方法であって、現在フレームを以前フレームからの動きを通じて推定し、現在フレームとこの推定値とを求める。この差は変位フレーム差(displaced frame difference;DFD)信号と呼ばれる。コーディングモード決定は、現在フレームとDFD信号の分散を比較して、分散が大きい方にDCT、量子化、VLCを適用する方法により行われる。通常、イントラコーディングになったMBより非イントラコーディングになったMBのコーディングされたばあい、その結果、データの長さが短く、画質は非イントラコーディングになったMBのものの方がよりわるい。
【0006】
ビデオ信号において、画面は動きの有無によって、大きくは動く物体と下絵とに分けられる。動く物体が下絵を動かすときには、動く物体の裏で新しい物体が現れる。新たに現れたエリアに対しては動き測定をしえないので、この新たに現れたエリアなどのコーディングモードは、イントラコーディングにならなければならない。しかし、分散に基づいたコーディングモード決定方法は、しばしばかかる新たに現れたエリアのコーディング方法を非イントラコーディングと決定する不都合があった。
【0007】
したがって、本発明の目的は新たに現れたエリアのコーディングモードを適切に制御するディジタルビデオ信号のコーディングシステムを提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明のディジタルビデオ信号コーディングシステムは、少なくとも一つの動く物体(200)を有する映像のビデオ信号をコーディングする装置(100)であって、
前記ビデオ信号が、以前フレーム(F(N−1))、現在フレーム(F(N))および次のフレーム(F(N+1))を含む一連のビデオフレーム(F(N−1),F(N),F(N+1))から構成され、各々のビデオフレーム(F(N−1);F(N);F(N+1))が複数個のコーディングブロックに分けられ、
前記少なくとも1つの動く物体を有する映像のビデオ信号に対して、前記ビデオフレームのコーディングブロックを、イントラコーディングと非イントラコーディングのうちの一つを分散に基づいて選択してコーディングする装置において、
前記コーディングする装置が、
a)現在フレーム(F(N))と以前フレーム(F(N−1))の差である現在フレーム差(FD(N−1,N))と、現在フレーム(F(N))と次のフレーム(F(N+1))の差である次のフレームの差(FD(N,N+1))を決定する手段(310)と、
b)前記現在フレーム差(FD(N−1,N))と前記次のフレーム差(FD(N,N+1))との排他的論理和(A1,A2)と、前記現在フレーム差(FD(N−1,N))との共通する部分としてアンカバードエリアを認識する手段(350)を備えてなり、
前記装置がさらに、
現在ビデオフレームの前記コーディングブロックが前記アンカバードエリアを含むばあい、前記分散に基づいてイントラコーディングと非イントラコーディングのうちの一つを選択された結果に関係なく、前記コーディングブロックにイントラコーディングが適用されるようにする手段を含む
ことを特徴としている。
【0009】
【実施例】
映像で新たに現れたエリアへのコーディングモードを正確に決定しようとすれば、そのエリアへの領域区分が必要である。
【0010】
ビデオ信号の一つの画面で下絵が停止されているばあい、言い替えれば、下絵が動かないばあいには、フレーム差信号を用いる本発明による方法により新たに現れたエリアに対する領域分割を行いうる。本発明はフレーム差信号を用いるアンカバードエリアに対するエリア分け方法を提供し、これによりアンカバードエリアのコーディングモードを正確に決定するディジタル信号コーディングシステムを提供する。ここで、アンカバードエリアとは、停止した下絵の映像で動く物体の裏で新たに現れた部分をいう。また、アンカバードエリアおよびフレーム差信号に関しては「モーション コンペンセイティング フィールド インターポレイション ユージング ハイアラーキャリー ストラクチャード ディスプレースメント エスティメータ(Motion Compensating Field Interpolation using Hierarchically Structured Displacement Estimator)」,シグナル プロセシング(Signal Processing)11,387〜404頁(1986))を参照すればよい。
【0011】
ディジタルビデオ信号のコーディングにおいて、現在フレーム(すなわち、あとでコーディングされるフレーム)におけるアンカバードエリアのコーディングモードはイントラコーディングにならなければならない。
【0012】
図1には、本発明の好ましい実施例にかかわるディジタルビデオ信号コーディングシステム100が示されている。入力ディジタルビデオ信号はMBなどに分けられて、コーディング制御器105に入力される。コーディング制御器105は本発明のエリア分け方法によって入力MBに対するアンカバードエリアマップを作成してコーディングモード制御器115に伝達する。アンカバードエリアマップは入力MBの各画素などがアンカバードエリアに属するかを指すデータである。また、コーディング制御器は入力MBを信号結合器110とコーディングモード制御器115、動き推定器150に伝達する。
【0013】
コーディングモード決定器(図示せず)は、前述した分散による方法により、入力MBのコーディングモードを決める。この決定により、信号結合器115は入力MBのコーディングモードが非イントラコーディングであれば、コーディング制御器105から伝達された入力MBと動き補償器155により提供された推定ブロックデータの差(すなわち、DFDブロック)をコーディングモード制御器115に提供する。入力MBのコーディングモードがイントラコーディングであれば、信号結合器110はコーディング制御器105から伝達された入力MBをそのままコーディングモード制御器115に伝達する。コーディングモード制御器115は、コーディング制御器105から伝達された入力MBに対するアンカバードエリアに対するマップを調査して、もし、入力MBがアンカバードエリアを含んでいると判断されると、入力MBをDCT処理器120に伝達する。このばあい、コーディングモード決定器の入力MBに対するコーディングモードは無視され、入力MBのコーディングモードは、イントラコーディングとなる。入力MBがアンカバードエリアを含んでいないと判断されれば、コーディングモード制御器115は信号結合器110から伝達されたデータをそのままDCT処理器120に伝達する。このばあい、入力MBのコーディングモードはコーディングモード決定器が決めるそのままで保持される。
【0014】
コーディングモード制御器115により選択されたデータは、DCT処理器120により変換係数に変わり、この変換係数は量子化器125に伝達されて量子化される。量子化された変換係数は可変長さコーディングシステム130に伝達されて、VLCされたのち伝送バッファ(図示せず)に伝達される。
【0015】
一方、量子化された変換係数は逆量子化器(Inverse Quantizer;IQ)135と逆DCT処理器140により復号化され、そうしたデータは信号結合器145に伝達される。信号結合器145は入力MBのコーディングモードが非イントラコーディングであれば、動き補償器155から伝達された推定ブロックとIDCT140から伝達された復号化されたデータとを加えて、フレームメモリ160に格納する。入力MBのコーディングモードがイントラコーディングであれば、信号結合器145はIDCT140から伝達された信号をそのまま通過させて、フレームメモリ160に格納する。信号結合器145を通じてフレームメモリ160に格納されたデータは、現在フレームの復号化されたフレームを構成し、動き補償されたDPCMで後のフレーム(即ち、現在フレームの直ぐ後にコーディングされるフレーム)を推定するために用いられる。
【0016】
動き推定器150はフレームメモリ160に格納された以前フレームからコーディング制御器105の出力端106から伝達された現在フレームへの入力MBに対して動き推定を行い、動き推定の結果を動き補償器155に伝達する。動き補償器155は動き推定器150から伝達された動き推定結果を通じて、推定ブロックをフレームメモリ160から抜けて信号結合器110および145に伝達する。
【0017】
図2には、図1のコーディング制御器105で行われるアンカバードエリアに対するエリア分け方法が示されている。ここで、F(N+1)およびF(N)、F(N−1)は各々次のフレームおよび現在フレーム、以前フレームを指し、動く物体200が以前フレームF(N−1)から次のF(N+1)まで動いている。A1は動く物体200により次のフレームF(N+1)ではなくなる現在フレームF(N)のエリアを指す。A2は現在フレームF(N)のアンカバードエリアを指す。FD(N,N+1)は現在フレームF(N)と次のフレームF(N+1)のフレームの差を指し、FD(N−1,N)は現在フレームF(N)と以前フレームF(N−1)とのフレーム差を指す。XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]はFD(N−1,N)とFD(N,N+1)に対する排他的な論理和演算を意味する。AND{FD(N−1,N),XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]}は、FD(N−1,N)とXOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]に対する論理乗演算を意味する。
【0018】
FD(N,N+1)は動く物体200により現在フレームF(N)と次のF(N+1)の変化されたエリアを指す。FD(N−1,N)は動く物体200が(N−1)番目のフレームとN番目のフレームで占めるエリアを指し、N番目のフレームのアンカバードエリアA2を含んでいる。
【0019】
XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]は、FD(N−1,N)とFD(N,N+1)から動く物体200がN番目のフレームで占めるエリアを除去する。XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]の結果、残りの部分はA1とA2である。アンカバードエリアA2は、XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]とFD(N−1,N)との論理乗演算であるAND{FD(N−1,N),XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]}を通じて抽出される。
【0020】
図3には、図1に示されたコーディング制御器105の内部構造が示されている。コーディング制御器105は図2で説明された本発明のエリア検出方法によってカバードおよびアンカバードエリアに対するエリア検出を行う。MBなどに分けられた入力ディジタルビデオ信号は、FDL(フレームディレー)305に入力される。図2と関連して説明するために、FDL305に図2での次のフレームF(N+1)が入力されたとする。
【0021】
FDL305はMBを一つのフレームの期間のあいだ遅延させて、この信号(すなわち、現在フレームF(N))を信号結合器110およびコーディングモード制御器115、動き推定器150に伝達する。FD計算機310は入力MBとFDL305により遅延された一つのフレーム以前のMBのあいだのフレーム差値(すなわち、FD(N,N+1))を求めて、FDL320およびXORゲート330に伝達する。FDL320は入力されたフレーム差値を一つのフレーム期間のあいだ遅延させて、この値FDL(N−1,N)をXORゲート330およびAND350に伝達する。
【0022】
XORゲート330はFD計算機310とFDL320から出力されるフレーム差信号などに対する排他的な論理和演算を行い、その演算結果、(すなわち、XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)])をANDゲート350に伝達する。ANDゲート350はFDL320からのフレーム差信号とXORゲート330の演算結果に対して論理乗演算を行って、この値(すなわち、AND{FD(N−1,N),XOR[FD(N−1,N),FD(N,N+1)]})を入力MBへのアンカバードエリアマップ入力としてコーディングモード制御器115に伝達する。
【0023】
図4には、図1に示されたコーディングモード制御器115の内部ブロックが示されている。コーディングモード決定器410は図1のコーディング制御器105が伝達したアンカバードエリアマップを用いて入力MBがアンカバードエリアを含むかどうかを判断する。判断方法の一例は入力MBの画素などのうち、アンカバードエリアに属する画素の数を数え、その数がすでに定められた数を超すと、入力MBのコーディングモードをイントラモードにすることである。
【0024】
コーディングモード決定器410により入力MBがアンカバードエリアを含んでいると判断されれば、モード制御スイッチ420は、図1のコーディング制御器105から伝達された入力MBをDCT処理器220に伝達する。コーディングモード決定器410により入力MBがアンカバードエリアを含んでいないと判断されれば、モード制御スイッチ420は図1の信号結合器110から伝達されたデータブロックをDCT処理器120に伝達する。
【0025】
本発明は特定の実施例に対して説明されたが、本発明の範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなしうるであろう。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、停止した下絵の映像でアンカバードエリアのコーディングモードを正確に決めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例にかかわるディジタルビデオ信号コーディングシステムのブロック図である。
【図2】本発明によるカバードおよびアンカバードエリアへのエリア分け方法である。
【図3】図1に示したコーディング制御器105の内部ブロック図である。
【図4】図1に示したコーディングモード制御器115の内部ブロック図である。
【符号の説明】
100 ディジタルビデオ信号コーディングシステム
105 コーディング制御器
106、107、109、112 信号ライン
110 信号結合器
115 コーディングモード制御器
120 DCT処理器
125 量子化器
130 可変長さコーディングシステム
150 動き推定器
155 動き補償器
160 フレームメモリ
305、320 FDL
310 FD計算機
420 モード制御スイッチ
Claims (1)
- 少なくとも一つの動く物体(200)を有する映像のビデオ信号をコーディングする装置(100)であって、
前記ビデオ信号が、以前フレーム(F(N−1))、現在フレーム(F(N))および次のフレーム(F(N+1))を含む一連のビデオフレーム(F(N−1),F(N),F(N+1))から構成され、各々のビデオフレーム(F(N−1);F(N);F(N+1))が複数個のコーディングブロックに分けられ、
前記少なくとも1つの動く物体を有する映像のビデオ信号に対して、前記ビデオフレームのコーディングブロックを、イントラコーディングと非イントラコーディングのうちの一つを分散に基づいて選択してコーディングする装置において、
前記コーディングする装置が、
a)現在フレーム(F(N))と以前フレーム(F(N−1))の差である現在フレーム差(FD(N−1,N))と、現在フレーム(F(N))と次のフレーム(F(N+1))の差である次のフレームの差(FD(N,N+1))を決定する手段(310)と、
b)前記現在フレーム差(FD(N−1,N))と前記次のフレーム差(FD(N,N+1))との排他的論理和(A1,A2)と、前記現在フレーム差(FD(N−1,N))との共通する部分としてアンカバードエリアを認識する手段(350)を備えてなり、
前記装置がさらに、
現在ビデオフレームの前記コーディングブロックが前記アンカバードエリアを含むばあい、前記分散に基づいてイントラコーディングと非イントラコーディングのうちの一つを選択された結果に関係なく、前記コーディングブロックにイントラコーディングが適用されるようにする手段を含む
ことを特徴とするディジタルビデオ信号コーディングシステム。
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