JPH02222389A

JPH02222389A - 動画像符号化装置

Info

Publication number: JPH02222389A
Application number: JP1043726A
Authority: JP
Inventors: Tetsuyuki Matsuka; 松家　哲之; Wataru Fujikawa; 渡藤川; Akiyoshi Tanaka; 章喜田中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1989-02-23
Filing date: 1989-02-23
Publication date: 1990-09-05

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、テレビ電話またはテレビ会議システムで用い
られるカラーの動画像符号化装置に関する０従来の技術動画像符号化技術の発達に伴い、テレビ電話またはテレ
ビ会議システムで用いられるカラー動画像の符号化装置
が開発されている。例えば、白木英雄、羽鳥好律「テレ
ビ電話・テレビ会議の研究動向、カラー動画像低し−　
ト符号化技術」（電子情報通信学会誌、ｖｏｌ、　７０
．　　ｎｏ９．　ｐｐ９３９−ｐｐ９４４．１９８７年
９月）に記載されている動画像符号化装置が知られてい
る。

動画像は、画面（以下、フレームと呼ぶ）単位に符号化
処理を行う。一般に連続したフレーム間差分の情報量は
、フレーム単体の情報量と比較し少なくなる事を利用し
て、符号化処理を行う。

（これを、「フレーム間差分符号化」と呼ぶ。）さらに
フレーム間差分の情報量を削減するだめに、フレーム間
の動きを算出しくこれを、「動きベクトル」と呼ぶ。）
、符号化済みフレームの再生画像（これを「参照フレー
ム」と呼ぶ。）と動ベクトルより符号化フレームを予測
しくこれを、「動き補償予測」と呼ぶ。）、実際の符号
化フレームと再生画像を動き補償予測し算出した符号化
フレームの予測値の誤差を符号化処理する。算出した動
ベクトルが正しければ、単純なフレーム−間差分の情報
量に比べ、動き補償予測した予測誤差の情報量が削減さ
れていることは明らかである。また、動き補償予測誤差
に対し、空間座標から周波数座標への変換を行い（これ
を「直交変換」と呼ぶ。）、その結果を２次元可変長符
号化することにより更に発生情報量を削減することがで
きる。

本発明は、上記動画像符号化装置での動ベクトル探索に
関するものであり以下、従来の動画像符号化装置で用い
られている動ベクトル算出について説明する。動画像符
号化装置は符号化フレームを、ＭＸＮ画素の符号化ブロ
ックに分割し、符号化ブロック単位で符号化処理を行う
。動ベクトル算出は、符号化ブロックの画素値と画像メ
モＩＪ　−部内の参照フレームの符号化ブロックの画素
値を比較し、符号化ブロックとの差分が最も小さい参照
フレーム内の符号化ブロックを算出する。差分の評価は
、第（１）式を用いて行う。

Ｄ　！ｖ）　＝Σ　ｆ　＜ｇ　（Ｖ、　ｎ）　−ｇ　（
Ｖ−Δｖ、ｎ−１））・・・・・・（１）６Ｓ但し、Ｖ：　フレーム面の画素の位置ベクトル△Ｖ：　
候補ベクトルＳ：　ブロック内の画素の位置ベクトルｆ（・）：　画
素間の相似度の評価関数例１．　　ｆ伝）＝　ｌ　ｘ　
１例２．　　ｆ侵）＝Ｘ２例３．ｆ（ｘ）＝　　１；　　ｌｘｌ≧ｔ＝　　０；　
　ｌｘｌ＜ｔｇ（・）：　画素値ｇ　　（ｖ＋　ｎ）は、第ｎフレーム面、位置Ｖの画素
の画素値を示す。

第５図に示すように、参照フレーム内の符号化ブロック
を始点とし、符号化フレームの符号化ブロックを終点と
するベクトルを動ベクトルとする。

符号化フレームを中心として水平方向±７７画素垂直方
向±７７画素範囲でもれなく動ベクトル探索を行う場合
、第（１）式の演算を２２５回を行わなければならない
。そこで、動ベクトルの算出精度を損なわず、計算量を
削減する動ベクトルの算出方式として、例えば古閑敏夫
、他「会議テレビ信号の動き補償フレーム間符号化」　
（電子情報通信学会技術研究報告、Ｃ３８１−８７，１
９８１年）に記載されている動ベクトルの木探索が用い
られている。

動ベクトルの木探索は、探索範囲を段階的に狭めて行く
もので、本例の場合、第６図に示すように、３段階で動
ベクトル探索を行う。

（１）第１段階：水平方向±４画素、垂直方向±４画素
の範囲で第６図に示した代表点のみ探索を行い、差分値
りが最小となる点を探索する。（○印）（２）第２段階
は、第１段階で探索した最小点（昏印）を中心として、
水平方向±２画素、垂直方向±２画素の範囲で第６図に
示した代表点のみ探索を行い、差分値りが最小と々る点
を探索する。

（Δ印）（３）第３段階は、第２段階で探索した最小点（ム印）
を中心として１．水平方向±１画素、垂直方向±１画素
の範囲で第６図に示した代表点のみ探索を行い、差分値
りが最小となる点を探索する。

（口印）（４）第３段階で探索した位置（−印）を、参照フレー
ムの動ベクトルの始点とする。

但し、各段階で差分値が最小となる点が複数ある場合は
予め定めた探索順位の小さい点を選ぶものとする。探索
順位を第７図に示す。本方式によれば、差分値りの演算
回数は２５回で済み、動ベクトルの算出精度の低下も小
さい。

動ベクトルは、復号化装置に伝送する必要が有り、伝送
に必要な情報量を削減するために、符号化ブロックの周
辺の位置する既に伝送を完了した動ベクトルを用いて符
号化ブロックの動ベクトルを予測し、予測動ベクトル結
果と実際の動ベクトル値との誤差（ＥＲＶ（ｘ）＝　Ｖ
（ｘ）−Ｖ　（ｘ　−１）　）　ヲ可変長符号化してい
る。第８図に動ベクトルを予測符号化する一例を示す。

本例の場合、隣接した符号化済みブロックの動ベクトル
を用い、符号化ブロックの動ベクトルを予測し、予測誤
差を第１表に示した可変長符号表を用いて符号化してい
る。

但し、゛符号化ブロックに隣接した符号化済みフレーム
がない場合は予測動ベクトル値はゼロとする。

表　動ベクトル値予測誤差の符号表発明が解決しようとする課題しかし、従来の動画像符号化装置で用いられている動ベ
クトル探索法は、各段階における動ベクトル探索用評価
値が等しい候補動ベクトルが複数ある場合に、予め決め
られている探索順位によシ動ベクトルの選択が決定され
る。従って候補動ベクトル中のどの動ベクトルを選択し
ても、動き補償予測誤差の削減量が同一だが、動ベクト
ルの予測誤差の符号化時に候補動ベクトル値により発生
符号量に違いがあり、最終的に符号化フレームの総符号
量が増加する。

本発明は、以上のような符号増加の課題に鑑み、第一の
目的は、動ベクトル算出時に、動ベクトル選択用評価値
が同一または類似の候補動ベクトルが複数算出された場
合に、動ベクトル予測誤差値を可変長符号化した符号量
が少なくなる動ベクトルを候補動ベクトルより選択する
事により、符号化フレームの総発生符号量を削減するこ
とにある。

また、第二の目的は予測動ベクトルより動ベクトル探索
順位を決定することにより、動ベクトルの予測符号化時
の発生符号量を削減した動ベクトル探索を容易に実現す
ることにある。

課題を解決するための手段上記目的を解決するために、本発明の技術的手段は第一
に、動ベクトル算出時に、動ベクトル選択用評価値が同
一または類似の候補動ベクトルが複数算出された場合に
、動ベクトル予測誤差値を可変長符号化した符号量が少
なくなる動ベクトルを、候補動ベクトルより選択する動
ベクトル算出部を設けた点である。また、第二は、予測
動ベクトルより動ベクトル探索順位を決定する動ベクト
ル算出部を設けた点である。

作用本発明は第一に、動ベクトル算出時に、動ベクトル選択
用評価値が同一または類似の候補動ベクトルが複数算出
された場合に、これら候補ベクトルを予測符号化した場
合に発生する予測誤差が最も少ない候補動ベクトルを選
択し、符号化フレームの総発生符号量を削減する。第二
に、動ベクトル算出時に、符号化ブロックの予測動ベク
トル値を用いて動ベクトル探索順位を決定することによ
り、動ベクトル選択用評価値が同一または類似の候補動
ベクトルが複数算出された場合でも、動ベクトルの予測
誤差が少ない候補動ベクトルが優先的に選択され、符号
化フレームの総符号量を削減することができる。

実施例以下、第１図を参照して本発明の第一の実施例について
説明する。入力画像ａは、第１図に図示されていない信
号変換部でＭＸＮ画素のブロック分割し、ブロック単位
で入力端子より入力する。

動ベクトル算出部１は、符号化ブロックの画信号ａと、
画像メモリー部９より読み出した参照画像すと、符号化
ブロックの予測動ベクトルＣを用いて動きベクトルｄを
算出する。動き補償予測部２は動ベクトル算出部ＩＡで
検出した動ベクトルを用い、画像メモリ部９の参照フレ
ーム情報のうち、フレーム間差分が最も小さい画信号ブ
ロックを参照ブロックとして出力する。差分器３は、入
力画信号ブロックと、参照ブロックの画素値の差分演算
処理を画素単位でおこない、差分ブロックを出力する。

直交変換部４は、差分ブロックに対し、離散コサイン変
換処理をおこない、変換係数を出力する。直交変換は、
互いに相関性の強い差分ブロックの要素について、相関
性の弱い座標系に写像する処理であり、変換係数行列の
低次の要素は、差分ブロックの空間周波数の低いエネル
ギー成分が表われ、変換係数行列の高次の要素は、差分
ブロックの空間周波数の高いエネルギー成分が表われる
。直交変換としてＨａｄａｍａｒｄ　（アダマール）変
換＋　Ｋａｒｈｕｎｅｎ−Ｌｏｅｖｅ　　（カルーネン
・レープ）変換＋　Ｈａａｒ　　（バール）変換等が知
られているが、変換係数行列の低次の要素へのエネルギ
ー集中度が高く、変換処理が容易な離散コサイン変換を
、直交変換として用いる場合が多い。次に量子化部５は
変換係数行列の各要素について、符号化する通報の種類
を削減するために、量子化をおこをっている。符号化部
６は、量子化された変換係数行列をスキャンし、変換係
数行列をランレングス符号化する。フレーム構成部１１
は、予測符号化部１０Ａの出力とともに、可変長符号と
動ベクトルをブロック単位で結合しフレームに構成し、
伝送メモリ部９Ｂに出力する。なお、逆直交変換部７は
、量子化した変換係数行列に逆離散コサイン変換処理を
おこなう。加算器８は、逆直交変換部７の出力と、参照
ブロックとを画素単位で加算し、次フレームの符号化処
理時に使用する参照フレームデータとして画像メモリ９
へ書き込む。参照フレームデータは、復号化装置で再生
される画像と一致する。

次に本発明の要部である動きベクトル算出部１について
、以下さらに詳細に説明する。

動ベクトル算出部１の詳細構成ブロフク図を、第２図に
示す。候補動ベクトル算出回路２１は、入力画信号ａと
参照画信号すより動き補償予測誤差を最小とする候補動
ベクトルｄ１を算出する。動ベクトル選択回路２２は、
候補動ベクトルが複数算出された場合に各候補動ベクト
ルｄ１と予測動ベクトルＣとの動ベクトル予測誤差を算
出し、動ベクトル予測誤差が最も小さい候補動ベクトル
ｄ１を、符号化ブロックの動ベクトルｄとして出力する
。動ベクトル選択回路２２は、入力する候補動ベクトル
が１種類の場合、その候補動ベクトルｄｉを符号化ブロ
ックの動ベクトルｄとして出力する。

第２図を参照にして本発明の第二の実施例について説明
する。第２図に示すように、探索順位決定回路３１は、
予測動ベクトルｄを用いて動ベクトルの予測誤差が小さ
くなる動ベクトル探索順位を決定し探索順位信号Ｃ１と
して、探索順位可変動ベクトル探索回路３２に出力する
。探索順位可変動ベクトル探索回路３２は、入力画信号
ａ１参照画信号ｂ、探索順位信号Ｃ１を用いて動ベクト
ル探索を行う。第４図に予測動ベクトル値と、探索順位
の関係の例を示す。（○印は予測動ベクトルの始点を示
す。）探索順位は、動ベクトル予測誤差が小さくなるよ
うに、予測動ベクトルの始点より探索が開始されるよう
に決定する。これにより、動ベクトル選択用評価値が同
一の候補動ベクトルが複数あっても、動ベクトル予測誤
差を小さくする候補動ベクトルより探索が行われ、その
結果算出される動ベクトルｄは、動ベクトル予測誤差が
小さくなっている。

発明の効果以上のように、本発明の効果として、動ベクトルの符号
化時、動ベクトルによる動き補償予測の効果を削減する
事なく、動ベクトル自身の予測誤差符号化に必要な符号
量を削減することができる。

動ベクトルの予測誤差符号を削減した符号を、動き補償
予測誤差の符号に割り当てる（具体的には、動き補償予
測誤差の量子化レベルを細かくする事により、動き補償
予測誤差の量子化誤差を削減する）ことにより、符号化
再生画像の画質を向上することができ、その効果は大き
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例における動画像符号化装置の
ブロック結線図、第２図は同動画像符号化装置の要部で
ある動ベクトル算出部の第１の実施例のブロック結線図
、第３図は同動ベクトル算出部の第２の実施例のブロッ
ク結線図、第４図は同装置の予測動ベクトルと動ベクト
ル探索順位の関係を示す図、第５図は従来の算出動ベク
トルと符号化フレームと参照フレームの関係を示す図、
第６図は動ベクトルの木探索の例を示す概念図、第７図
は動ベクトルの探索順位の例を示す概念図、第８図は動
ベクトルの予測誤差算出の例を示す図である。ｌ・・・動ベクトル算出部、２・・・動き補償予測部、
３・・・動き補償予測誤差算出部、４・・・直交変換部
、５・・・量子化部、６・・・符号化部、７・・・逆直
交変換部、９・・・画像メモリ部、１０・・・予測符号
化部、１１・・・フレーム構成部、１２・・・伝送メモ
リ部、２１・・・候補ベクトル算出回路、２２・・動ベ
クトル選択回路、３１・・・探索順位決定回路、３２・
・・探索順位可変動ベクトル探索回路。代理人の氏名　弁理士　粟野重孝　ほか１名第図第図フし−ムＪ（狗１ＨＩｌ：）し−ム）第図第図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）処理画像と参照画像を比較し、動き補償予測誤差
値を最小とする動ベクトル値を算出する動ベクトル算出
部と、参照画像を算出した動ベクトルを用いて動き補償
し、予測画像を算出する動き補償予測部と、処理画像と
予測画像の差分値を算出する動き補償予測誤差算出部と
、動き補償予測誤差を直交変換する動き補償予測誤差直
交変換部と、変換結果を量子化する動き補償予測誤差量
子化部と、量子化結果を可変長符号化する可変長符号化
する動き補償予測誤差符号化部と、量子化動き補償予測
誤差符号を逆直交変換し、量子化予測誤差値を算出する
動き補償予測誤差逆直交変換部と、量子化予測誤差値と
予測画像を加算し、次の処理画像用の参照画像を算出す
る再生画像算出部と、再生画像を記憶する画像メモリー
部と、符号化処理済みの周辺動ベクトル値を用いて予測
した予測動ベクトル値と、現動ベクトル値との予測誤差
値を算出し、その結果を可変長符号化する動ベクトル値
予測誤差符号化部と、動き補償予測誤差符号と動ベクト
ル値予測誤差符号より伝送フレームを構成するフレーム
構成部と、伝送フレームメモリー部と、動ベクトル算出
時に、動ベクトル選択用評価値が同一または類似の候補
動ベクトルが複数算出された場合に、動ベクトル予測誤
差値を可変長符号化した符号量が少なくなる動ベクトル
を、候補動ベクトルより選択することを特徴とした動ベ
クトル算出部とを具備した動画像符号化装置。
（２）動ベクトル算出部は、予測動ベクトルより動ベク
トル探索順位を決定することを特徴とする請求項１記載
の動画像符号化装置。