JPH04207284A - 動画像符号化装置 - 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、テレビ電話またはテレビ会議システムなどの
カラー動画像の動画像符号化装置に関する。

従来の技術 動画像符号化技術の発達にともない、テレビ電話または
テレビ会議システムなどのカラー動画像の符号化装置が
開発されている。例えば、［テレビ電話／テレビ会議の
研究動向−カラー動画像低レート符号化技術−」　（電
子情報通信学会誌Ｖｏｌ。

７０、階９．　ｐｐ９３９−９４４．１９８７年９月）
に記載されている動画像の符号化装置が知られている。

以下、第４図を用いて、テレビジョン信号のｌフレーム
または１フイールドを定められた大きさのブロックに分
割し、ブロック毎に符号化する従来の動画像符号化装置
について説明する。第４図において、ｌは入力画信号を
一時記憶し、ＭＸＮ（Ｍ、Ｎは正整数）画素からなるブ
ロック単位で読み出し符号化を行うための画像メモリ、
２は１フレ一ム周期前の画信号を記憶するフレームメモ
リ、３は画像メモリｌから読みだした現フレームの符号
化ブロックの画信号とフレームメモリ２に蓄積されてい
る前フレームの再生信号を比較し動ベクトルと動き補償
制御信号を算出する動き検出部、４は動き検出部が算出
した動ベクトルと動き補償判定結果に基づいて参照ブロ
ックを出力する動き補償部、５は入力画信号ブロックと
参照ブロックの差分演算を行なう差分器、６は差分器５
の一出力を直交変換する直交変換部、７は直交変換部６
の出力を量子化する量子化部、８は量子化部７の出力を
可変長符号化する可変長符号化部、９は可変長符号化部
８の出力と動ベクトル及び復号化装置で画像を復号化す
る際に必要な制御情報を定められた形式に構成する伝送
フレーム構成部、１０は送信する符号を一時蓄積する伝
送バッファメモリ、１１は量子化部７の出力を逆直交変
換する逆直交変換部、１２は逆直交変換部１１の出力と
参照ブロックとを加算する加算器である。

以上のような構成において、以下その動作を説明する。

入力画信号は画像メモリ１に一時記憶された後、ＭｘＮ
　（Ｍ、Ｎは正整数）画素からなるブロック単位で読み
出される。動き検出部３は画像メモリ１から読み出した
入力画信号ブロックの画素値とフレームメモリ２にＭ積
している】フレーム周期前の画像フレーム（以下、参照
フレームと呼ぶ）の画素値を比較し、入力画信号ブロッ
クとの差分が最も小さい参照フレーム中の画信号ブロッ
クを検出し、検出した参照ブロックを始点、入力画信号
ブロックを終点とする動ベクトルを出力する。動き補償
部４は動き検出部３で検出した動ベクトルを用い、フレ
ームメモリ２から動ベクトル値だけシフトしたフレーム
間予測ブロックを出力する。差分器５は人力画信号ブロ
ックとフレーム間予測ブロックとの差分演算処理を画素
単位で行ない、予測誤差ブロックを出力する。直交変換
部６は予測誤差ブロックに対してブロック単位で２次元
離散コサイン変換を行ない変換係数行列を出力する。量
子化部７は符号化する通報の種類を削減するために変換
係数行列の各要素を量子化する。

量子化特性の一例を第５図に示す。第５図において、ｇ
は量子化ステップ幅である。直交変換部６の出力である
直交変換係数Ｃが ｊｇ≦Ｃ＜（ｊ＋１）ｇ　（ｃ≧０．　ｊ＝ｏ、　１．
２．・・・）または（ｊ−１）ｇ＜ｃ≦ｊｇ　（ｃ＜Ｏ
，ｊ・Ｏ，−Ｌ　−２，・・・）である時、Ｃはｊ≧０
の場合（２ｊ＋１）ｇ／２に、ｊく０の場合（２ｊ−１
）ｇ／２に量子化される（ただし、ｊは量子化レベルで
ｊ＝０のときはＣはＯに量子化される）。

量子化ステップ幅ｇは複数ブロックを１グループとして
各グループ毎に、前グループの符号化終了後の伝送バッ
ファメモ１月０の回線に未送出の符号蓄積量により算出
される。伝送速度が６４キロビット／秒、符号化処理が
１０フレ一ム／秒、伝送バッファメモリ容量が６４００
ビツトの場合の量子化ステップ幅ｇの算出方法の一例を
第６図に示す。第６図は量子化ステップ幅ｇの最小値を
４、最大値を６４とし、符号蓄積量が２００ビツト増加
する毎に量子化ステップ幅を２ずつ増加させる。

可変長符号化部８は前記量子化レベルｊと量子化値Ｏの
ランの組合せを可変長符号化する６発生順度の高いｊの
小さな値及びＯの短いランの組合せに対しては短い符号
が割り当てられる。従って、伝送バッファメモリの符号
蓄積量が増加すると、量子化ステップ幅ｇが大きくなり
、量子化値０が増加するため発生符号量が削減される。

伝送バッファメモ１月０の符号蓄積量が予め定めたしき
ｔ）値を超えた場合には、符号蓄積量がしきい値よりも
少なくなるまで符号化処理を中止（動ベクトル値をＯ１
変換係数の量子化値をすべて０とする）する、符号化処
理の中止は前記ブロック単位で行なう。

伝送フレーム構成部９は、可変長符号化部８の出力と動
ベクトル及び復号化装置で画像を復号化する際に必要な
前記量子化ステップ幅ｇなどの制御情報を定められた形
式に構成し、伝送バッファメモリ１０に出力する。伝送
バッファメモ盲目０に蓄積された情報は回線を経由して
復号化装置に伝送される。

逆直交変換部１１は、量子化した変換係数行列に対して
ブロック単位で逆離散コサイン変換処理をおこなう。加
算器１２は、逆直交変換部１１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に使用す
る参照フレームデータとして、フレームメモリ２に出力
する。なお、参照フレームデータは、復号化装置で再生
する画像と一致する。

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は、画面中の動きが激
しい場合や動き物体の面積が大きい場合には、動き補償
後のフレーム間差分値が大きいため、符号蓄積量の増加
とともに量子化ステップ幅が大きくなる前記量子化ステ
ップ幅の制御方法では発生符号が急激に増加し、前記符
号蓄積量が予め定めたしきい値を趙えることによるブロ
ック毎の符号化処理の中止が発生し、著しい画質劣化が
発生するという課題があった。

本発明は、以上のような課題に鑑み、ブロック毎の符号
化処理の中止を削減するための量子化ステップ幅の制御
を行ない、画質劣化を減少させるためのものである。

課題を解決するための手段 本発明は、量子化ステップ幅を伝送メモリ内の符号蓄積
量から定められた算出方法に基づいて算出する際に、前
記算出された量子化ステップ幅を予め定められた方法に
基づいて、前記算出された量子化ステップ幅より大きい
かまたは前記量子化ステップ幅が定められた最大値の場
合のみ等しい値に変換する第１の量子化ステップ幅変換
手段と、前記算出された量子化ステップ幅を予め定めら
れた方法に基づいて、前記第１の量子化ステップ幅変換
手段より算出された値より小さいかまたは前記量子化ス
テップ幅が定められた最大値の場合のみ等しい値に変換
する第２の量子化ステップ幅変換手段と、前記動き補償
判定結果で動き補償を行なうブロック（動ブロック）の
場合には、前記第１の量子化ステップ幅変換手段より算
出された量子化ステップ幅を選択し、前記動き補償判定
結果で動き補償を行なわないブロック（静止ブロック）
の場合には、前記第２の量子化ステップ幅変換手段より
算出された量子化ステップ幅を選択する量子化ステップ
選択手段とを具備し、選択された量子化ステップ幅を用
いて前記直交変換係数を量子化することにより、上記目
的を達成するものである。

作用 人間の視覚特性に関して、画像中の静止物体に対しては
解像度が高く、動物体に対しては静止物体に比べて解像
度が低いことはよく知られている。

しかし、従来の技術で示した動画像符号化装置では複数
ブロックからなるグループに対して均一の量子化ステッ
プ幅で直交変換係数を量子化しているため、前記視覚特
性が十分に利用されていない。

本発明では符号化ブロック毎に動ブロックと静止ブロッ
クを識別し、動ブロックに対しては静止ブロックよりも
大きなステップ幅で直交変換係数を量子化しているため
、量子化後の直交変換係数の値Ｏの出現頻度が高くなり
、この結果、動ブロックの解像度は低下するが動ブロッ
クの発生符号量が低下することになり、画面全体の発生
符号量を低下させることができる。従って、符号量が予
め定めたしきい値を超えることによるブロック毎の符号
化処理の中止の発生が減少し、画質劣化を減少すること
ができる。

実施例 以下、第１図を参照しながら本発明の一実施例について
説明する。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である。

第１図において、ｌは入力画信号を一時記憶し、ＭｘＮ
　（Ｍ、Ｎは正整数）画素からなるブロック単位で読み
出し符号化を行うための画像メモリ、２は１フレ一ム周
期前の画信号を記憶するフレームメモリ、３は画像メモ
リ１から読みだした現フレームの符号化ブロックの画信
号とフレームメモＩ７２に蓄積されている前フレームの
再生信号を比較し動ベクトルと動き補償制御信号を算出
する動き検出部、４は動き検出部が算出した動ベクトル
と動き補償判定結果に基づいて参照ブロックを出力する
動き補償部、５は入力画信号ブロックと参照ブロツクの
差分演算を行なう差分器、６は差分器５の出力を直交変
換する直交変換部、７は直交変換部６の出力を量子化す
る量子化部、８は量子化部７の出力を可変長符号化する
可変長符号化部、９は可変長符号化部８の出力と動ベク
トル及び復号化装置で画像を復号化する際に必要な制御
情報を定められた形式に構成する伝送フレーム構成部、
１０は送信する符号を一時蓄積する伝送バッファメモリ
、１１は量子化部７の出力を逆直交変換する逆直交変換
部、１２は逆直交変換部１１の出力と参照ブロックとを
加算する加算器である。１３は本発明による量子化ステ
ップ幅制御部である。

以上の構成において、以下にその動作を説明する。入力
画信号は画像メモリｌに一時紀憶された後、ＭｘＮ　（
Ｍ、Ｎは正整数）画素からなるブロック単位で読み出さ
れる。動き検出部３は画像メモリ１から読み出した入力
画信号ブロックの画素値とフレームメモリ２に蓄積して
いるｌフレーム周期前の画像フレーム（以下、参照フレ
ームと呼ぶ）の画素値を比較し、入力画信号ブロックと
の差分の絶対値和が最も小さい参照フレーム中の画信号
ブロックを検出し、検出した参照プロ・７りを始点、入
力画信号ブロックを終点とする動ベクトルを出力する。

同時に、動ベクトル算出時の評価値（例えば、前記フレ
ーム間差分の絶対値和）を用いて符号化ブロックに対す
る動き補償が有効（すなわち、符号化ブロックが動ブロ
ック）か、無効（すなわち、符号化ブロックが静止ブロ
ック）かを判定し、その結果を動き補償制御信号として
前記動ベクトルとともに出力する。動き補償部４は動き
検出部３で検出した動ベクトルを用い、フレームメモリ
２から動ベクトル値だけシフトしたフレーム間予測ブロ
ックを出力する。差分器５は入力画信号ブロックとフレ
ーム間予測ブロックとの差分演算処理を画素単位で行な
い、予測誤差ブロックを出力する。直交変換部６は予測
誤差ブロックに対してブロック単位で２次元離散コサイ
ン変換を行ない変換係数行列を出力する。量子化部７は
符号化する通報の種類を削減するために変換係数行列の
各要素を後述する本発明の特徴である量子化ステップ幅
制御部１３からの出力信号りにより量子化する。すなわ
ち、直交変換部６の出力である直交変換係数Ｃが ｊｈ≦ｃ＜（ｊ＋ｌ）ｈ　（ｃ≧Ｏ，ｊ＝ｏ、　１．２
．・）または（ｊ−１）ｈ＜　ｃ　＜ｊｈ　（ｃ　＜Ｏ
，ｊ＝ｏ、　−１，−２，−）である時、Ｃはｊ≧０の
場合（２ｊ＋１）ｈ／２に、ｊく０の場合（２ｊ−１）
ｈ／２に量子化される（ただし、ｊは量子化レベルでｊ
＝０のときはＣは０に量子化される）。

次に本実施例の特徴である量子化ステップ幅制御部１３
の構成と動作について説明する。

第２図は量子化ステップ幅制御部の構成の一実施例であ
る。量子化ステップ幅制御部の入力信号である量子化ス
テップ幅ｇは従来例と同様に複数ブロックを１グループ
とし°ζ各グループ毎に、前グループの符号化終了後の
伝送バッファメモ１月Ｏの回線に未送出の符号蓄積量に
より例えば第６図を用いて算出される。

量子化ステップ輻第１変換器１３１は人力量子化ステッ
プ幅ｇをＣより大きいかまたはｇが定められた最大値の
場合のみ等しい値に変換する。一方、量子化ステップ幅
第２変換Ｂ１３２は入力量子化ステップ輻ｇを前記量子
化ステップ幅第１変換器より算出される値より小さいか
またはｇが定められた最大値の場合のみ等しい値に変換
する。量子化ステップ幅第１変換器および第２変換器の
変換特性の一例を第３図に示す。第３図は第１変換器の
出力は人力量子化ステップ幅Ｇより大きく、かつ第２変
換器の出力は入力量子化幅ｇより小さい場合である。

量子化ステップ幅第１変換器および第２変換器の変換処
理は同時に行われ、選択器１３３により選択されて前述
した量子化部７への量子化ステップ幅りとして出力され
る。ここで、選択器１３３は動き検出部３（第２図）の
出力信号である動き補償制御信号により選択動作を行う
。すなわち、動き補償制御信号が動き補償有効を示して
いる場合には量子化ステップ幅第１変換器の出力を選択
し、動き補償制御信号が動き補償無効を示している場合
には量子化ステップ幅第２変換器の出力を選択する。こ
の結果、動き補償が有効、すなわち符号化ブロックが動
ブロックの場合には第１の量子化ステップ幅変換出力が
選択され、その値は、入力量子化ステップ幅ｇより大き
な値となり、この値を用いて量子化部７は直交変換係数
を量子化するため、入力量子化ステップ幅ｇで量子化す
る場合に比べて、解像度は低下するが量子化後の値Ｏの
発生頻度は高くなる。一方、動き補償が無効、すなわち
符号化ブロックが静止ブロックの場合には第２の量子化
ステンプ幅変換出力が選択される。

この時、第２変換器の変換特性は第２図より入力量子化
ステップ幅ｇより小ざな値となり、この値を用いて量子
化部７は直交変換係数を量子化するため、入力量子化ス
テップ幅ｇで量子化する場合に比べて高精度な量子化を
行うことができ、静止ブロックにおける画質低下を防ぐ
ことができる。

可変長符号化部８は前記量子化レヘルｊと量子化値０の
ランの組合せを可変長符号化する。

伝送フレーム構成部９は、可変長符号化部８の出力と動
ベクトル、動き補償制御情報及び復号化装置で画像を復
号化する際に必要な前記量子化ステップ幅ｇなどの制御
情報を定められた形式に構成し、伝送バッファメモ１月
０に出力する。伝送バッファメモリ１０に蓄積された情
報は回線を経由して復号化装置に伝送される。なお、本
発明においては量子化ステップ幅に関して復号化装置に
伝送する情報は従来と同様に伝送バッファメモリ蓄積量
から算出される量子化ステップ幅ｇのみである。

これは量子化ステップ幅変換手段があらかじめ定められ
ていること、および動き補償制御情報より静止ブロック
か動ブロックの判定が復号化装置で行え、この結果量子
化ステップ幅は符号化装置の量子化ステップ幅に一意に
等しく定まるからである。

逆直交変換部１１は、量子化した変換係数行列に対して
ブロック単位で逆離散コサイン変換処理をおこなう。加
算器１２は、逆直交変換部１１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に使用す
る参照フレームデータとして、フレームメモリ２に出力
する。

発明の効果 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、量子
化ステップ幅を伝送メモリ内の符号蓄積量から定められ
た算出方法に基づいて算出する量子化制御方法において
、前記算出された量子化ステップ幅を予め定められた方
法に基づいて、前記算出された量子化ステップ幅より大
きいかまたは前記量子化ステップ幅が定められた最大値
の場合のみ等しい値に変換する第１の量子化ステップ幅
変換手段と、前記算出された量子化ステップ幅を予め定
められた方法に基づいて、前記第１の量子化ステップ幅
変換手段より算出された値より小さいかまたは前記量子
化ステップ幅が定められた最大値の場合のみ等しい値に
変換する第２の量子化ステップ幅変換手段と、前記動き
補償判定結果で動き補償を行なうブロック（動ブロック
）の場合には、前記第１の量子化ステップ幅変換手段よ
り算出された量子化ステップ幅を選択し、・前記動き補
償判定結果で動き補償を行なわないブロック（静止ブロ
ック）の場合には、前記第２の量子化ステップ幅変換手
段より算出された量子化ステップ幅を選択する量子化ス
テップ選択手段とを具備し、選択された量子化ステップ
を用いて直交変換係数を量子化することにより、画像中
の静止物体に対しては解像度が高く、動物体に対しては
静止物体に比べて解像度が低いという人間の視覚特性に
合致した量子化を行うことができ、動ブロックに対して
は静止ブロックよりも大きなステンプ幅で直交変換係数
を量子化しているため、量子化後の直交変換係数の値０
の出現頻度が高くなり、この結果、動ブロックの解像度
は低下するが動ブロックの発生符号量が低下することに
なり、静止ブロックの画質低下を発生することなく画面
全体の発生符号量を低下させることができる。従って、
符号量が予め定めたしきい値を超えることによるブロッ
ク毎の符号化処理の中止の発生が減少し、画質劣化を減
少することができる。

【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図は同装置の要部である量子化ス
テップ幅制御部のブロック結線図、第３図は同装置の要
部である量子化ステップ幅制御部における量子化ステッ
プ幅変換器の変換特性を示した図、第４図は従来の動画
像符号化装置のブロック結線図、第５図は同装置におけ
る直交変換係数の量子化特性を示した図、第６図は同装
置における伝送バッファメモリ部の符号蓄積量から量子
化ステップ幅を算出するための符号蓄積量と量子化ステ
ップ幅の関係を示した図である。 ！・・・・・・画像メモリ部、２・・・・・・フレーム
メモリ部、３・・・・・・動き検出部、４・・・・・・
動き補償部、訃・・・・・差分器、６・・・・・・直交
変換部、７・・・・・・量子化部、８・・・・・・可変
長符号化部、９・・・・・・伝送フレーム構成部、１０
・・・・・・伝送パンツアメモリ部、１１・・・・・・
逆直交変換部、１２・・・・・・加算器、１３・・・・
・・量子化ステップ幅制御部、１３１・・・・・・量子
化ステンプ幅第１変換器、＋３２・・・・・・量子化ス
テップ幅第２変換器、＋３３・・・・・・選択器。 代理人の氏名　弁理士　、Ｊ１ｇ？、Ｉ治　明　はが２
泡出 丘− 第３図 入り璽シ℃ステッフ０幅９ 郭１田Ｒ 第５図 比 の 第６図 行律槓

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　変換係数を量子化するための量子化ステップ幅を伝送
   メモリ内の符号蓄積量から定められた算出方法に基づい
   て算出する際に、その算出された量子化ステップ幅を予
   め定められた方法に基づいて、前記算出された量子化ス
   テップ幅より大きいかまたは前記量子化ステップ幅が定
   められた最大値の場合のみ等しい値に変換する第１の量
   子化ステップ幅変換手段と、前記算出された量子化ステ
   ップ幅を予め定められた方法に基づいて、前記第１の量
   子化ステップ幅変換手段より算出された値より小さいか
   または前記量子化ステップ幅が定められた最大値の場合
   のみ等しい値に変換する第２の量子化ステップ幅変換手
   段と、前記動き補償判定結果で動き補償を行なう動ブロ
   ックの場合には、前記第１の量子化ステップ幅変換手段
   より算出された量子化ステップ幅を選択し、前記動き補
   償判定結果で動き補償を行なわない静止ブロックの場合
   には、前記第２の量子化ステップ幅変換手段より算出さ
   れた量子化ステップ幅を選択する量子化ステップ選択手
   段とを具備し、選択された量子化ステップを用いて前記
   直交変換係数を量子化することを特徴とした動画像符号
   化装置。