JPH02151190A - フレーム間符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はテレビジョン（以下′ｒ■と略称する）信号の
高能率符号化に係わり、１”Ｖ信号を数百ｋ　ｂ　／　
ｓ程度以下に圧縮して伝送したときの再生画像の画質の
劣化を防止する方法に関する。

〔従来の技術〕

゛ｒＶＴＶ信号能率符号化としてはフレーム間符号化と
ブロック符号化が知られている。

ＴＶ信号のフレーム間符号化は、ＴＶ信号を各フレーム
毎に独立に伝送するかわりに、前のフレームとの差分を
伝送することによってＴＶ信号を圧縮する手法である（
例えば吹抜敬彦著「画像のディジタル信号処理」、日刊
工業新聞社刊、Ｐ。

１９９参照）。この方法はＬ　ＯＯＭ　ｂ　／　ｓ程度
の伝送路を必要とするＴＶ信号を数Ｍ　ｂ　／　ｓ程度
以下の伝送路を用いて伝送する場合に多く用いられてい
る。

また、ブロック符号化は、１フレームを複数個のブロッ
ク（例えば８画素ｘ８ライン）に分割し、ブロック毎に
信号処理を行う方法であり、ＴＶ信号の伝送においては
よく用いられる（例えば特開昭５８−８５６８４　） この２つの手法は、特に数百ｋ　ｂ　／　ｓ程度以下の
伝送路を用いた伝送において、併用して用いられること
が多い。

フレー１１間符号化とブロック符号化を併用した方式（
フレーム間ブロック符号化方式）ではブロック毎に前フ
レームのブロックとの変化があるか否かを判定すること
が必須となる。この場合比較の対象となる［前フレーム
のブロック」とは、直前に伝送したフレー１１内で、現
在処理中のブロック（現ブロック）と画面上で同一位置
のブロック（前ブロック）を指す。

現フロックと前プロッタの信号の変化があるか台かの判
定はブロック間差信号の電力が予め設定してあるスレッ
ショルド（以下Ｔ　ｈで表ね′１）より大きいか否かで
行う。つまり、ブロックを水平Ｎ画素、垂直Ｍラインの
矩形とし、現ブロックの信号値をＡ　（ｉ、ｊ）、前ブ
ロックの信号値をＢ（ｉ、ｊ）とすると、以下のように
判定する。。

１ｆ（ｐ＞”丁゛ｈ）：変化イ１す（有効ブロック）ｅ
ｌｓｅ　　　　　　　：変化無しく無効ブロック）但し ｊ＝ｌ　　ｉ＝１ ′１゛ｈが小さいと、わずかな変化でもイ１効ブロック
と判定して差分を伝送するため、画質はよいが伝送する
情報量が多くなる。

逆に’１’　ｋｒが大きいと、わずかな変化に刻しては
無効ブロックと！Ｉ’ｌｌ定されるため、伝送づへき情
法曖は少なくなるが、実際の画像と伝送し℃いる画像の
間に相ｌ、ε・の差が生ずることになる。

一般にはＴ　ｋＩは可変値とし、入力された画像の動き
が大きく、伝送する情＋１Ｊ１ｔが多くなるときには’
Ｉ’　ｈを大きくして情報量を減らし１画面の変化が少
ないときにはＴｈを小さくし、画質の劣化を防いでいる
。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述したフレーム間ブロック符号化方式において、Ｔｈ
は最小の場合でもＯよりもかなり大きなイ直をとる。そ
うすることによりカメラのノイズや、照明の変化等によ
る無駄な情報を送ることを避けている。しかし、本当に
輝度が変化したときなどには、その変化の度合がＴｈに
よって定まる値よりも小さければ無効ブロックと判定さ
れ、実際の画像（「現在の画像」）と伝送している画像
の間に差が生ずる（伝送先では「過去の画像」が出力さ
れでいることになる）。伝送先において、画面全体が「
過去の画像」である場合は画質の劣化は認められない。

しかし、何等かの原因で「現在の画像」が一部伝送され
ると、「過去の画像」の領域と「現在の画像」領域との
境界で輝度差が生じる。この輝度差はブロック歪となる
。

このブロック歪は、 （１）画面の一部で’丁’　ｋＩによって定まる値以上
の輝度変化があった場合。

（２）両面の一部で動きが生じた場合。

に生ずると考えられる。

このブロック歪を防雨するためにＴｈを小さくすると前
述したノイス成分をも伝送することになり、情報量が大
幅に増加し、一定時間内に伝送できるフレーム数か著し
く減少する。

本発明の目的は伝送する情報量をさほど増加させること
なく、上述の如きブロック歪を除去することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的は１画面の一部に変化があった時点から、残
りの変化していない部分をいくつかに分割し、土フレー
ムに１つの部分のＴｈ小さくし、その部分を自効ブロッ
クと判定しやすくすることによって達成される。

〔作用〕

上記の方法では、新たな伝送部分の面積は画面全体に比
べてはるかに小さいため、その部分のノイズなどによる
情Ｎ−にの増加が１画面の情報量に占める割合は少なく
なる。また、画質は、分割した領域をすべて処理するま
ではブロック歪が認められるが、すべて処理した後には
ブロック歪はなくなる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を示す。

［実施例１］ 第１図は、本発明によるＴＶ信号のフレーム間ブロック
符号化装置の一実施例のブロック図である。

本発明の特徴部は４６の部分であるが、第１図を用いて
フレーム間ブロック符号化の信号処理の概略を説明する
。

ＴＶカメラ１からの’Ｉ’　Ｖ信号はＡ　／　Ｉ）変換
器２でディジタル化され、Ｙ／Ｃ分離及びＴＤＭ　（色
・輝度信号並替）３において輝度信号と色信号に分離さ
れ、ブロック化される。これをフレームメモリ８に格納
されているｉ；ｊフレームの同−位１１７のブロックと
差分をとり有効／無効判定回路４で変化があったか否か
を判定する。

有効／無効判定回路４の実施例を第２図に示す。

入力された差分信号は２乗回路２１で２乗し、累積回路
２２で累積し、ブロック間の誤差電力をｄ計算する。１
ブロツク分の誤差電力を計算し終オ）るとスイッチ５３
がＯＮになり、Ｔｈ生成ＲＯＭ２０で生成するＴｈと比
較し、小さければ無効、大きければ有効と判定する。有
効と判定された場合は、差分信号は敏子化回路５で量子
化され、符号語割当回路６で符号化され伝送路１８に伝
送される。

無効と判定された場合は第３図に示すように猷子化信号
選択回路２７は下側に接続され、０が出力され、符号語
割当回路６では「無効ブロック」であることのみを符号
化し伝送する。

また獣子化回路５の出力は逆猷子化回路７を通り、さき
に差分をとった前フレームのブロックの信号と加算され
、フレームメモリ８に格納される。

この信号は次のフレームの処理において、「前フレーム
」として参照される。

以上がフレーム間ブロック符号化の信号処理の概略であ
る。

次に本発明の主要部分である４６の部分を説明する。

各フレーム処理の前にイ１効／無効メモリ１０゜１１は
無効であることを示す信号（ＦＡＬＳＥ）にクリアして
おく。イ１効／無効判定回路４でブロックが有効と判定
されると、その信号［６により’ｒ　ｈ制御回路Ａ９が
動作する。

Ｔｈ制御回路９の実施例を第４図に示す。ブロックに隣
接したブロック（上下左右４ブロツク）の位置に有効ブ
ロックであることを示す信号（ＴＲＵＥ）を代入する。

制御カウンタ２９は例えば０から３までの４通りの値を
出力し、差分アドレス生成ＲＯＭ３０はこの４通りの入
力に対して、上下左右のブロックのアドレスを生成する
ための差分アドレス信号を出力する。この差分アドレス
信号は加算回路３１でブロックのアドレスと加算され隣
接ブロックのアドレスとしてブロックアドレス５０に出
力される。これにより有効／無効メモリｔｏ、ｉｉの周
囲ブロックに対応するアドレスには、次のフレムで処理
するときに自効と判定されやすくなるためのフラグ（Ｔ
　ＲＵ　Ｅ　）か書かれる。

次のフレームの処理ではこのメモリを参照しながらフラ
グがＴ　ＲＵ　Ｅであれば゛Ｆｈ生成ＲＯＭ２Ｏで小さ
い１゛１１を出力し、Ｆ　Ａ　Ｌ　Ｓ　Ｅのままならば
標準の’ｒ　ｈを出力する。

イ１効／無効メモリは２面が必要であり、片方（例えば
１０）が書き込み用、他の一方（例えば１１）が読みだ
し用となるように選択回路５１゜５２によって設定され
る。この設定は１フレームの処理が終了すると反転する
。

なおフラグをたてるのは有効ブロックの８近傍のブロッ
クでも、有効ブロツクを中心に水平±Ｎブロック、垂直
±Ｍブロックの四角形（Ｎ、Ｍ＝１．２・・・）の範囲
内の全ブロックでも、あるいは予め定められた図形内の
ブロックでもよい。

上記実施例では、背景などの静止部分に輝度が変化する
ブロックが生じ、ブロック歪が生じると、まずそのブロ
ックの周辺ブロックの差分情報が伝送され、次のフレー
ムではさらにその外側のブロックの情報が伝送され、波
が伝わるようにブロック歪が周りに広がって行き、最後
にはすべて画面外へ消えて行く。

［実施例２］ 第２の実施例のブロック図を第５図に示す。

１゛■信″Ｔ）の行帰化の概略は第１図に示した実施例
とほぼ同様である。本実施例において発明の要部は４７
の部分である。以下に４７の部分を説明する。

自効／無効メモリｌＯには直前のフレームの各ブロック
が有効であったか（ＴＲＵＥ）、無効であったか（ＦＡ
ＬＳＥ）を記録しておく。

′ｒｈ制御回路Ｂｉ９の詳細な実施例を第６図に示す。

１゛ｈｈ制御Ｂ１９は２バスとなっている。

バス１はフレームの処理を開始するｉｌＴに行なわれ１
次のフレームでＴ　ｋ＋の制御を行なうか否かを決定す
る。このとき選択スイッチ５５は左側を選択している。

ブロックアドレス生成回路４２は直前のフレームの処理
において有効／無効を記録したイ１効／無効メモリをす
ｌ＼て走査するようなアドレス５０を生成する。この間
、無効ブロックの個数をカウント回路３６でカラン１へ
し、予め無効ブロック数Ｔｂ設定回路３７で定められた
個数以」二であった場合、その旨をラッチ３９に記録す
ると共に、グループ番号生成カウンタ４１を初期化し、
バス２を実行する。

バス２では直前のフレームで無効であったブロックは一
定の規則にしたがって４個のグループに分割される。例
えば、ブロックの水平方向の座標をＸ、垂直方向の挫標
をＹとしたとき Ｇ＝２ＸＭＯＬ）（Ｙ、２）＋ＭＤＤ　（Ｘ、２）＋１
によって計算されるＧによって４つにグループわけを行
う。ここでＭＯＤ　（Ａ、Ｂ）はＡをＢで割ったときの
余りを返す関数である。

この後、まず最初のフレームではＧ＝１のグループに含
まれるブロックのＴ　ｋ＋を小さく設定する。

以降Ｇ＝２．３．４とフレーム毎にグループを選択して
ゆき、４フレームで全てのグループを伝送し、それ以降
のフレームは通常に伝送する。この４フレー１１の間に
画面に大きな変化があった場合にはこれらの設定はすべ
てクリアされ通常の伝送を行う。

バス２では選択スイッチ５５は右側を選択する。

グループわけは、ブロックのアドレスをもとにグループ
選択ＲＯＭ４３で生成する。このグループ番号が４１で
生成されたグループ番号と一致し。

かつラッチ３９がバス２を実行している信号を保持し、
かつ入力されたブロック信号１６が無効の時のみ、選択
スイッチ４５は左側を選択し、ＴＲＵＥＦＬＡＬｉが出
力され、小さいＴｈが選ばれる。このときグループの選
択は各ブロックに固有のグループを設定しておいても、
無効ブロックを予め定められた方法で走査して、順に １２３４１２３４１２、、。

と４つのグループにわけても、無効ブロックの総数から
各グループの個数を設定した後に、無効ブロックを走査
して。

ｆｉｌｌ、、　　２２２２．、　３３．　　。

の４つのクループにわけてもよい。グループの数は幾つ
でも構わない。

実施例２では、静市時にブロック歪が生じると画面全体
において、４ブロツクのうち１ブロツクが伝送され一時
的に画面全体にブロック歪が生ずる。しかし次にフレー
ムではブロック歪は半減し、３フレームでは再びブロッ
ク歪が生ずるが、４フレーム目ですべてのブロック歪が
消滅する。実施例１の場合は何フレーム時間でブロック
歪が消滅するかは変化したブロックの位１ｄによって異
なる。

しかし実施例２の場合は一定フレーム時間以内でブロッ
ク歪が消滅することが保証されている。

［実施例３］ 第３の実施例のブロック図を第７図に示す。

ＴＶ倍信号符号化アルゴリズムの概略は実施例１゜実施
例２と同じである。実施＆Ｉ＋　３で異る部分は、送信
バッファ６３の残量により、ブロックの自効／無効判定
や猷子化を切替えている点である。

上述のような方法はすでに知られており、伝送するフレ
ーム数を均一にできる（例えば１秒間に１０フレーム等
）効果がある。しかし、このままの方法では、例えば画
面の中心付近で常に多くの情報量が発生ずる（具体的に
は大きな動きが生ずる）と、それ以下の画面の画質が大
きく劣化したままになってしまう。そこで本発明部分６
０によって、過去の符号化状況をもとに画質の大きく劣
化しているブロックを検出し１画（値が悪いままのブロ
ックがあればこれらの該当ブロックを、ブロック単位で
小部分（第１０図領域１〜５）に分割し、それぞれの小
部分をフレームが変オ〕るごとに順次に符号化し、伝送
させる。本実施例によれば各フレーム毎の伝送情報量は
さほど増やさすに、画質を大きく改善てきる。（第１０
図）第８図、第９図は、第７図の量子化値記憶部６１お
よび量子化制御部６４の構成を示す。

具体的には、比較器７１２選択器７２を用いて、一定時
間内の各ブロックの最良のに子化値をメモノア０に記憶
しておき、その値とあらかじめ定めておいた値との大小
比較により、すでに実施例２で述へたように、量子化決
定ＲＯＭ７３により強制的に量子化を良くするブロック
を決定する。この操作を行う時には、−度に該当する全
ブロックの量子化を良くするのではな〈実施例２のＴ’
　ｔ＋制御Ｂ−１９と同様に、いくつかの小部分に分割
して行う。

なお、強制的に量子化を良くするブロックを選択する時
のスレッショルド値は、固定値とせず、量子化メモリ全
体の統計量などからフレーム毎に設定してもよい。

また、画質をよくする手段としては、獣子化制御だけで
なくイ１効／無効判定をも併用してもよい。

具体的には画質を強制的に良くするブロックをイｊ効ブ
ロックとなりやすくなる。Ｔ　ｂ制御信号１５は２値イ
ａ号で説明したが、連続な値でもよい。

量子化ＲＯＭ３の例を第１表に示す。本例では、２値化
の場合を示す。

表の例１は、バッファ占４４量が多い（通常であれば非
常に画質が劣化する）ときにのみ量子化精度を細くし、
画質を若干改善する制御を行う例を示したものである。

バッファ占有量が常に多く、量子化精度が粗いときには
、大きく劣化したまま（新されない状態のブロックが存
在しやすく、また、劣化が顕著になりやすいためである
。

また、例２は、バッファの状態にかがわらず、常に量子
化精度を細かく　（画質をよく）する例である。

以上の制御により１例１では、全体に悪い画質の中で、
さらに悪い画質のブロックが生じることを防１１ユでき
る。例２では、上記例１の効果に加えて全体としては良
質であるが、部分的に画質の劣化したブロックが存在す
るといった問題も解消できる。

第　　１　　　式 〔発明の効果〕 本発明を適用することによって、伝送する情報量をさほ
ど増やすことなく有効／無効の判定が原因となるブロッ
ク歪を低減できる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第５図、第７図は本発明の実施例のフレーム間
符号化装置のブロック図、第２図は有効／無効判定回路
４の詳細ブロック図、第３図は量子化回路５の詳細ブロ
ック図、第４図はＴｈ制御回路Ａ９の詳細ブロック図、
第６図はＴ　ｈ制御回路Ｂ　ｌ　９の詳細ブロック図、
第８図は量子化値記憶部６１の詳細ブロック図、第９図
は量子化制御回路６４の詳細ブロック図、第１０図は量
子化を強制的に良くするブロックの分割例を示す説明図
である。 ■・・・画像入力カメラ、２・・・Ａ／Ｄ変換器、３・
・・Ｙ／Ｃ分離及びＴ　Ｄ　Ｍ、４・・・有効／無効判
定回路。 ５・・・量子化回路、６・・・符号語割当回路、７・・
・逆量子化回路、８・・・フレームメモリ、９・・・Ｔ
　ｈ制御回路Ａ、１０，１．１・・・有効／無効メモリ
Ａ、１５・・・’ｒｈ制御信号、１６・・・イ１効／無
効判定信号、１９・・Ｔｈ制御回路Ｂ、２０・・・Ｔｈ
生成ＲＯＭ、２５・・・量子化１くＯＭ、３０・・・差
分アドレス生成ＲＯＭ、３２・・・フレームメモリアド
レス、３６・・無効ブロック数カウント回路、４１・・
・グループ番号生成カウンタ、４２・・ブロックアドレ
ス生成回路、４３・・グループ選択ＲＯＭ、４６・・・
本発明部分（実施例１）、４７・・・本発明部分（実施
例２）、５０・・・有効／無効メモリアドレス、５５・
・・バス１／２選択回路、６０・・・本発明部分（実施
例３）、６８・・バッファ残斌信号、６６・・・量子化
ステップ値、６７　・有効／無効制御信号。 毛 図 第　５　図 ｖＪ　６　記 鳩　４　図 璃 図 鴇 凹 ｉ爪１ ＠Ａ゛２ 牛ｉ域３ 昏叔４ ＠佛５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、入力テレビジョン信号（ＴＶ信号）の１フレームを
   複数個のブロックに分割し、個々のブロックについて、
   直前に伝送したフレームの中から類似したブロックを探
   索し、探索したブロックとの差分が大きいブロックの情
   報のみを符号化し伝送する符号化装置において、符号化
   するブロックと探索したブロックとの差分の大きさを数
   値化する手段と、数値化された差分値と予め計算された
   スレッショルド値とを比較する手段と、この比較結果か
   らブロックの変化の有無（有効／無効）を判定する手段
   と、判定した結果を記憶する手段と、予め記憶してある
   判定結果から上記のスレッショルドを決定する手段を備
   え、有効／無効の判定を行なうことを特徴とするフレー
   ム間符号化装置。 ２、各ブロック毎に、過去の符号化状況の履歴を記憶す
   る装置を有することを特徴とするフレーム間符号化装置
   。 ３、各ブロック毎に、過去の符号化状況の履歴を参照し
   て、そのブロックの符号化パラメータを決定する回路を
   有することを特徴とするフレーム間符号化装置。