JPH05227527A

JPH05227527A - インターレース画像符号化方法と装置

Info

Publication number: JPH05227527A
Application number: JP31101492A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Katayama; 泰男片山; Masahiro Iwahashi; 政宏岩橋; Toru Chinen; 徹知念
Original assignee: G C TECHNOL KK
Current assignee: G C TECHNOL KK
Priority date: 1991-10-30
Filing date: 1992-10-26
Publication date: 1993-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】インターレース画像の高品質，高効率の符号
化を可能とする。【構成】入力画像信号５１から予測信号６０を減算し
予測誤差信号５２を得て、画像中のマクロブロックに含
まれた輝度ブロックの画素を最適に配置替えし（２
１）、量子化された信号５３の画素を斜めジグザグ走査
又は垂直ジグザグ走査し（２４）、ダイナミック・ハフ
マン符号化器２５から可変長符号データ５４として出力
する。信号５３は逆量子化，逆変換され、ブロックの画
素の配置を元にもどし（３３）、量子化誤差信号５５を
得て、予測信号６０と加算し、復号化信号５６を非線形
フィルタ３５を介して格納し（３８，３９）、動き補償
して（４２，４３）、内挿予測信号６６を得、予測信号
６０を作成した。【効果】フィールド／フレームの適応予測、ブロック
配置替え、ジグザグ走査の方法を最適に選択して目的を
達成した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はインターレース画像信号
の符号化方法と装置に関する。具体的には、インターレ
ース画像信号を予測符号化して伝送する場合に、生じや
すい大きな予測誤差データの値を小さなものにする画像
符号化方法と装置を提供せんとするものである。

【０００２】

【従来の技術】テレビ電話やテレビ会議などにおいて、
伝送すべき動画像信号は膨大な情報量を有する。そのた
めに、従来より、動画像信号を高能率で符号化して効率
的な画像伝送を図る各種の方法が使われている。この高
能率符号化に用いられるものに、画像信号のピクチャ
（フレームまたはフィールド）間の相関性を利用して、
１つ前あるいは後のピクチャから現在のピクチャを予測
するピクチャ間予測符号化がある。現在のピクチャの画
像信号とたとえば１つ前のピクチャの画像信号との画素
ごとの差分値を予測誤差データとして求め、得られた予
測誤差データのみを符号化して伝送する。これにより、
符号化して伝送すべき画像の情報量が低減される。

【０００３】しかし、撮像対象が動きのない、あるいは
動きの小さい場合には、ピクチャ間相関が高いのでピク
チャ間予測符号化は有効な高能率符号化手段となり得る
が、動領域が大きい場合にはピクチャ間相関が低いの
で、大きな予測誤差データを生じ、画質も劣化する欠点
がある。これを是正する手段として用いられているのが
動き補償ピクチャ間予測符号化である。動き補償ピクチ
ャ間符号化では、ピクチャ間の予測誤差データを求める
前に、現在のピクチャと１つ前のピクチャとの間の撮像
対象の移動量である動ベクトルを検出する。動ベクトル
が得られると、１つ前のピクチャにおける動ベクトルに
従ってずらした位置での現在のピクチャとの予測誤差デ
ータを求める。得られた予測誤差データは動ベクトルと
ともに受信側に伝送される。

【０００４】ここで、動き補償ピクチャ間予測符号化に
おける動ベクトルについて、図６を用いて説明する。図
６において、１００は現在のピクチャであり、ピクチャ
の構成をたとえば１ライン７０４ドット，４８０ライン
とすると、現在のピクチャ１００をたとえば16×16画素
ごとのブロックに分割する。そこで、ブロック１０３を
動ベクトルを検出するブロックとすると、このブロック
１０３と１つ前のピクチャ１０１内の同位置のブロック
（破線）よりも水平方向および垂直方向のそれぞれの一
方向に８画素、＋方向に７画素大きいブロック、すなわ
ち、破線のブロックを中心に含む31×31画素の探索領域
１０４（１点鎖線）を、ブロック１０３と最も相関度の
高いブロックを探索する領域とする。そこで、この探索
領域１０４内において、ブロック１０３を水平方向およ
び垂直方向に１画素ずつ順次ずらして対応する各画素ご
との差分を求め、得られた差分値からブロック１０３と
の相関度を判定するための評価値を算出する。評価値と
しては、たとえば、差分値の絶対値の和、あるいは差分
値の２乗の和を用いる。評価値算出の結果、探索領域１
０４内においてブロック１０２が評価値が最小となるブ
ロックとすると、ブロック１０３と同位置である破線の
ブロックの中心からブロック１０２の中心に向かうベク
トル１０９を、ブロック１０３についての動ベクトルと
する。

【０００５】このようにして得られた動ベクトルを用い
て補正したピクチャ間の予測誤差データを符号化して伝
送するならば、伝送情報量は動き補償なしのフレーム間
符号化に比べて大幅に低減される。以上においては、１
つ前（前方）のピクチャ１０１を用いたが１つ後（後
方）のピクチャを用いても同様の効果を得ることができ
る。

【０００６】しかし、シーン・チェンジなどにおけるよ
うに、画面がまったく変わってしまい、ピクチャ間に相
関がない場合にも、ピクチャ間予測符号化を行なうと、
予測誤差データが現在のピクチャのみのデータよりも多
くなってしまう可能性がある。したがって、シーン・チ
ェンジなどにおいては、ピクチャ間予測符号化によらず
に、現在のピクチャのみのデータで符号化するピクチャ
内符号化によるのが望ましい。

【０００７】また、動き補償を用いるピクチャ間予測符
号化を行なう場合、画像信号に含まれるノイズの影響で
実際には動き部分がないにもかかわらず動ベクトルが生
じたと判断してしまうことがある。このような場合に
は、動き補償を用いないピクチャ間予測符号化によるほ
うが適切である。

【０００８】したがって、より効果的な画像信号の符号
化を実現するためには、符号化する単位ブロックごと
に、用いるべき符号化モードについて、ピクチャ内符号
化，前方（過去）のピクチャとの間のピクチャ間予測符
号化，後方（未来）のピクチャとの間のピクチャ間予測
符号化および前方と後方の両方のピクチャを用いる内挿
予測符号化を判定することが効果的である。

【０００９】ここで、内挿予測符号化について図７を用
いて説明する。各ピクチャは、図６において説明したよ
うに、ブロック単位の処理がなされる。Ｉピクチャ（In
trapicture ）では、ピクチャに含まれたすべてのブロッ
クでピクチャ内符号化が行なわれる。Ｐピクチャ（Pred
ictive picture ）ではピクチャ間予測符号化と、ピク
チャ内符号のうちの予測誤差データの小となる方がブロ
ックごとに選択される。予測に使用される画像は、バッ
ファ・メモリに記憶された復号化信号である。

【００１０】Ｂピクチャ（Bidirectional picture ）で
は、前方（過去）のＩまたはＰピクチャを予測誤差デー
タの検出に使用するだけではなく、後方（未来）のＩま
たはＰピクチャをも予測に使うことができる。後方の
Ｉ，Ｐピクチャを用いる場合には、前方のＩ，Ｐピクチ
ャ，Ｂピクチャ，後方のＩ，Ｐピクチャは一旦バッファ
・メモリに記憶した復号化信号が使用される。

【００１１】前方と後方のＩ，Ｐピクチャを用いて予測
誤差データの検出を行なう内挿予測符号化が選択された
たときには、Ｂピクチャにおける１つのブロックに対し
て前方と後方の２つのＩ，Ｐピクチャを参照して２つの
動ベクトル情報を得ている。この２つの動ベクトル情報
の値は、Ｂピクチャにおける処理対象ブロックに対し、
前方および後方の参照ピクチャであるＩ，Ｐピクチャ内
のそれぞれの探索領域（図６の１０４参照）内で独立に
求められている。

【００１２】前方のＩ，Ｐピクチャを参照して得た動ベ
クトルにより動き補償された画像信号をＲ、後方のＩ，
Ｐピクチャを参照して得た動ベクトルにより動き補償さ
れた画像信号をＳ、前方の参照に使用するＩ，Ｐピクチ
ャから目的の現画像であるＢピクチャまでのピクチャ間
隔をｍ（ｍ≧１）、後方の参照に使用するＩ，Ｐピクチ
ャから目的のＢピクチャまでのピクチャ間隔をｎ（ｎ≧
１）とすると、目的のＢピクチャの予測対象であるブロ
ックの内挿予測符号化用の内分予測信号は、（ｎＲ＋ｍＳ）／（ｍ＋ｎ）となり、２つの画像信号Ｒ，Ｓのｍ対ｎの内分によって
得ている。さらに単純化した装置では、ｍ，ｎの値のい
かんにかかわらず、ｍ，ｎを１として、（Ｒ＋Ｓ）／２として、目的の現画像であるＢピクチャ予測対象である
ブロックの内挿予測符号化用の内分予測信号を得てい
る。

【００１３】このような予測信号を用いる動画像符号化
装置は、大きく分けて通信用の動画像符号化装置と、蓄
積メディア用の動画像符号化装置に分けられる。両者に
は動き補償の予測構造において多少の差異が存在する。
通信用の動画像符号化装置は、リアルタイム・エンコー
ド性が重視され、予測に使用する画像は最近の過去の１
枚の再生画像（前方Ｉ，Ｐピクチャ）である。それに対
して、蓄積メディア用の動画像符号化装置では、予測に
使用する参照画像は２枚の再生画像（前方および後方の
Ｉ，Ｐピクチャ）である。２枚の内の１枚（後方Ｉ，Ｐ
ピクチャ）は、画像の元の順番と処理の順番とを異なる
ようにしたため、画面の順番では未来にあたるものを使
う。

【００１４】まず、従来の通信用の動画像符号化の予測
構造の概略を説明後、その拡張としての従来の蓄積メデ
ィア用の動画像符号化の予測構造の概略を説明する。以
下の説明において予測という用語は動ベクトルによる補
償を含んだ予測、すなわち動き補償の意味である。

【００１５】１）通信用の動画像符号化の予測構造通信用の動画像符号化装置は、CCITT （国際電信電話諮
問委員会）H.261 、または、ＩＳＯ／ＩＥＣＤＩＳ
１１１７２（MPEG-1）に規定され、符号化画面は１６
×１６画素の輝度信号単位に対応するマクロブロックと
いう単位毎に符号化される。１つのマクロブロックには
４個の８×８画素の輝度信号単位の輝度ブロックと、２
個の色差ブロックの合計６個のブロックが含まれてい
る。マクロブロックに含まれた輝度ブロック内の８×８
画素は図８の升に示すような配置であり、升内に数字で
示された順番に従って、斜めジグザグに走査して直交変
換、たとえば離散的コサイン変換され、量子化され、量
子化された値が“０，０，０，…，０”と続いた長さ
（ラン）と“０”でない値（レベル）と、両者の関数と
しての可変長符号（Variable Length Code）の並びとし
て符号化される。これをラン−レベル２次元可変長符号
ともいう（CCITT H.261 参照）。

【００１６】マクロブロックを複数のマクロブロック・
タイプに分類して、マクロブロックのタイプ毎に予測等
の方法を切替える。予測方法でマクロブロック・タイプ
を分類すると、フレーム内（Intra frame ）符号化マクロブロックフレーム間（Inter frame ）予測符号化マクロブロックの２種類になる。

【００１７】シーン・チェンヂ等過去のピクチャからの
予測誤差が大きくなるようなときにはフレーム内符号化
がマクロブロックの処理に使用され、現ピクチャの信号
はそのまま、たとえば離散的コサイン変換され、さらに
量子化される。

【００１８】過去のピクチャに現在のピクチャが似てい
る部分が多い場合には、フレーム間予測符号化が選択さ
れ、そのマクロブロックでは過去のピクチャ上の現在の
マクロブロックの位置から動ベクトルを使用して、ずれ
た場所の画像から予測し、その予測誤差をたとえば離散
的コサイン変換し量子化している。

【００１９】２）蓄積メディア用の動画像符号化の予測
構造蓄積メディア用動画像符号化装置（ISO WG11 VIDEO CD
No. 11172 ）の場合、予測に使われる画面は２画面（前
方および後方のＩ，Ｐピクチャ）が許される。動画像の
途中からの再生が可能であるように、何枚かの画像のま
とまりを用い、これを画像群（Group of Pictures ）と
呼ぶ。画像群内の画面にはつぎの３種類のタイプがあ
る。

【００２０】Ｉ画面：フレーム内（Intra frame ）符号化画面Ｐ画面：フレーム間（Predictive ）予測符号化画面Ｂ画面：双方向（Bidirectional）予測符号化画面

【００２１】Ｉ画面はすべてのマクロブロックがフレー
ム内（Intra frame ）符号化される画面で、画像群内で
予測の基準に使用するために必要であり、これによって
画像群内での処理が可能となるから、画像群の独立性を
保つために、このタイプがある。

【００２２】Ｐ画面は通信用動画像符号化の機能と同じ
くフレーム内符号化（Intra）と、フレーム間予測符号
化（Inter）がマクロブロック毎に選択できる。

【００２３】Ｂ画面は蓄積メディア用画像符号化で新た
に設定された特有の画面タイプであり、過去（前方）の
Ｉ，Ｐ画面を予測に使うだけでなく、未来（後方）の
Ｉ，Ｐ画面をも予測に使うことができるような画面であ
る。

【００２４】後方のＩ，Ｐピクチャはすでに処理済であ
り、バッファに格納されており、画面の順番では未来に
あたる。過去（前方）と未来（後方）の２枚の画像を予
測に使うことを双方向予測あるいは内挿予測という。ま
た、過去の再生画像からの予測を前方予測、未来の画像
からの予測を後方予測という。

【００２５】画面に含まれた各マクロブロックのタイプ
は前方および後方の両方とも使わないフレーム内符号化
（イントラ）、前方を使う前方予測符号化、後方を使う
後方予測符号化、前方および後方の両方を使う内挿予測
符号化の４種に分類できる。

【００２６】この画面の動ベクトルは各マクロブロック
に、フレーム内符号化においては０個、前方または後方
とのフレーム間予測符号化においては１個、前方および
後方の両フレームを使う内挿予測符号化の場合において
は２個付くことになる。このＢ画面は受動的な内挿だけ
でなく、そこに発生した予測誤差はＰ画面の場合と同様
に符号化される。

【００２７】フレームの処理順序が画面の順序と異な
り、画面順でいくつかのＢ画面を飛び越して、後方のＰ
画面を処理したあとに、飛び越されたＢ画面を処理す
る。蓄積メディア用動画像符号化のこの特有のフレーム
構造は、双方向予測（内挿予測）による予測精度向上が
その目的である。蓄積メディア用の動画像符号化のこの
フレーム構造もＩ，Ｐ画面の周期（Ｍ、図７の場合のｍ
＋ｎ）の値の小さな場合は、通信用にも使用可能である
ため、以下、インターレース画像の符号化構造について
は、蓄積メディア用動画像符号化の構造を使用して説明
する。

【００２８】３）インターレース画像の符号化構造通信用、蓄積メディア用に関わらず、動画像はほとんど
インターレースされたフィールドと、そして２枚のフィ
ールドからなるフレームを基本構造に持つ。フィールド
に対するフレームという用語と混同するため、以下の説
明では画像の意味のフレームという用語を避け、それに
はピクチャという用語を使用する。フィールドとは、時
間間隔がフレームの時間間隔の半分で、画像の縦方向の
分解能がフレームの半分である画像である。フィールド
に０から番号を付け隣接するフィールドは偶数フィール
ドと奇数フィールドと呼ぶ。

【００２９】フレームとは、隣接する２つのフィールド
画像を水平走査線１本毎に複合（インターレース）した
画像である。そのため、フレームの縦方向の分解能はフ
ィールドの２倍となる。

【００３０】インターレースとは、縦方向分解能の１／
２のフィールド画像を時間的に２倍の頻度で走査するこ
とで、画像のちらつき（フリッカー）を減らしつつ、か
つ、縦方向の分解能をも確保しようとする画像走査方法
である。

【００３１】通信用および蓄積メディア用に見られるよ
うに、動画像符号化装置は予測能力の向上のためのピク
チャ構造を発達させてきた。インターレースは動画像の
走査に一般に使われており、画像符号化装置は、インタ
ーレースを動画像符号化の予測の構造に有効に適用して
予測精度向上を計る必要があり、インターレース画像に
適した予測の仕組の開発は重要な課題であった。インタ
ーレース画像符号化においては予測構造に４種類があ
り、これについて説明する。

【００３２】（１）単純フィールド適用符号化画像と、予測に使う参照画像（前方および後方の
Ｉ，Ｐピクチャに対応）の両方とも、フィールド画像を
使う場合には、画像のシーケンスはフィールド画像の並
びとして、蓄積メディア動画像符号化の予測構造に適用
する。

【００３３】（1.1 ）隣合うフィールド画像がインター
レースのために同じ位置の画像ではない（１フィールド
の走査線の幅の２分の１だけずれている）ことに基因し
て、偶数フィールドから奇数フィールドへの予測と、そ
の逆の予測、すなわち、偶奇フィールドにまたがる予測
のときに予測誤差が大きく、静止領域においてもかなり
大きな予測誤差信号が発生してしまうから、それを符号
化した場合の符号量が大きくなっている。そのため、
Ｉ，Ｐ画面の周期Ｍの値が奇数のときには、偶数フィー
ルドと奇数フィールドの位置のずれ（１フィールドの走
査線の幅の２分の１のずれ）から、偶奇のフィールドに
またがる予測をもつＰ画面の符号量が大きくなる。Ｂ画
面は前後の参照画像のいずれかに偶奇の同じ側のフィー
ルド画面が存在する（Ｂ画面が偶数フィールドのとき前
方または後方画面のどちらかに偶数フィールドが、Ｂ画
面が奇数フィールドのときも前方または後方画面のどち
らかに奇数フィールドが存在する）ので、予測の方向が
予測誤差の小さな同じフィールド画面の側に固定される
傾向があった。Ｉ，Ｐ画面の周期Ｍの値が偶数のときに
はＰ画面の予測は、偶偶または奇奇のフィールド間であ
り、上記の偶奇にまたがる予測の誤差はないが、Ｂ画面
の予測には偶奇のフィールドにまたがる予測において大
きな誤差データが発生する可能性がある。すなわち、Ｂ
画面に１つおきに、前後の予測画面ともに偶奇フィール
ド間予測が発生し、符号量が多いのにＳ／Ｎ（信号対雑
音比）の低い画面が発生していた。

【００３４】（1.2 ）フィールドを用いて符号化した場
合に静止領域の符号化効率が低下している。これは、１
枚のフレーム画像を２つのフィールド画像に水平の走査
線１本おきに分割されたことによつて符号化効率が低下
していたからである。なお、偶奇のフィールド間予測を
単にフィールド間予測とよび、偶偶または奇奇のフィー
ルド間予測をフレーム間予測とよぶ習慣があるが、ここ
ではさらに明確にするため偶奇フィールド間予測、偶
偶、奇奇フィールド間予測という用語を使用する。

【００３５】（２）偶奇フィールド分離適用フィールドの偶数番目と奇数番目を分離した、２つの独
立したシーケンスにフィールドを適用する場合には、２
つの隣接する偶奇フィールドにある相関を符号化に全く
利用しないため、静止領域の符号化効率が上がらない。
これには、１つの画像群に含まれた片方のフィールドの
Ｉ画面を、他方のＩ画面からの偶奇フィールド間予測を
使用する画面に替えるという改良が可能であり、これで
偶奇フィールド間相関を利用することが可能となってい
るが、１つの画像群に含まれたＩ画面以外においてはそ
の相関の利用はできていない。予測画像（前方および後
方のＩ，Ｐ画像）および、符号化画像はフィールド画像
であるので、予測画面メモリーは単純フィールドを適用
した場合と同じであるが、現実にシーケンスをデコード
処理するには偶奇の両フィールドの２つのシーケンスを
デコードする必要があり、単純フィールドを適用した場
合の２倍のメモリー容量を必要としていた。

【００３６】（３）フィールド適用、両フィールド予測複数の予測画面（Ｉ，Ｐ画面）それぞれに、連続する偶
奇の２フィールドを用意し、符号化画像（Ｂ画面）をフ
ィールド画像として、偶奇の両方のフィールドからの予
測をマクロブロック毎に切替える方法がある。現在の符
号化画像が偶（奇）フィールドであれば、その切替えに
は、つぎの奇偶（偶奇）フィールド間予測偶偶（奇奇）フィールド間予測の２種類の予測がある。

【００３７】符号化画像はフィールド画像であるが、予
測画像メモリー量は２つのフィールド画像を用いるから
単純フィールドを適用した場合の２倍のメモリーを必要
とする。この方法では、偶奇フィールド間相関が強いと
きは偶奇フィールド間予測を行い、偶偶、または奇奇フ
ィールド間（フレーム間）相関が強いときには偶偶、奇
奇フィールド間、すなわちフレーム間の予測を行い、フ
レーム間相関を利用している。すなわち、動領域では偶
奇（奇偶）フィールド間予測を利用し、静止領域では偶
偶（奇奇）フィールド間予測を利用している。

【００３８】しかし、符号化画像がフィールド画像のた
め、フレーム画像として空間的にまとめて符号化するこ
とができないため、つぎに説明する単純フレームを適用
した場合に比べて、静止領域の符号化効率は低い。

【００３９】（４）単純フレーム適用符号化画像と、複数の予測に使用する参照画像ともに偶
奇フィールドの走査線１本毎に複合したフレームを１つ
の画像として適用する場合であり、予測画面のメモリー
量は、偶数フィールドおよび奇数フィールドの両方を格
納する必要があるから単純フィールドを適用した場合の
２倍となる。

【００４０】フレーム間予測は本来、動ベクトルの縦方
向成分が偶数であるとき、偶偶フィールド間予測または
奇奇フィールド間予測となるので、この方法は、単純フ
ィールドを適用して偶奇フィールド間で予測した場合
に、静止領域においても大きな予測誤差が生ずるという
現象はみられない。

【００４１】動ベクトルの縦方向成分が奇数であると
き、偶数と奇数の両フィールド間にまたがることになる
ために偶奇フィールド間予測となる。単純フレームを適
用する場合には、（1.2 ），（２），（３）において述
べた静止領域の符号化効率の低下の現象は発生しない。

【００４２】（4.1 ）動領域においては、単純フレーム
画像は偶数フィールドおよび奇数フィールドという別
の時刻のフィールド画像の複合画像であるのに、単一の
画像として扱っているから、フレーム画像の動領域の画
像には、離散的コサイン変換係数の縦方向の空間周波数
の高周波成分が強く発生する。このため通常の離散的コ
サイン変換係数を図８に示した斜めジグザグ走査によっ
て得たのでは、符号化効率が低下する現象が発生してい
る。

【００４３】（4.2 ）物体の動きがスムーズなものであ
っても、動ベクトルの検出の単位である、マクロブロッ
クは画面上に固定されているため、そこに含まれた各輝
度ブロックが一様な動きをするマクロブロックは数少な
く、偶数および奇数の両方のフィールドで最適な動ベク
トルが異なるものとなる。たとえば、一方が動物体の縁
を、他方が背景をそれぞれのフィールドにもつそれぞれ
のマクロブロックでは、フレーム画像としての予測はほ
とんど不可能である上、フレーム画像は偶数フィールド
および奇数フィールドという別の時刻のフィールド画像
の複合画像であるために、物体の背景の間の輝度差によ
って縦方向の周波数成分の多いフレーム画像となり、符
号化が難しいマクロブロックとなる。

【００４４】（4.3 ）画像内の動きがスムーズである場
合には、単純フィールドを適用するのが効果的である
が、単純フレームを構成したために符号化画像（Ｂ画
像）内の偶数フィールドと奇数フィールドとを別個に扱
うことができないから、一方の偶数フィールドから他方
の奇数フィールドへの予測を利用することができなかっ
た。

【００４５】（4.4 ）予測を利用しないピクチャ内符号
化において、偶数または奇数のフィールドのうちの一方
のフィールドをフィールド内で符号化し、それを他方の
フィールドへの予測に使うことにより符号化効率が向上
する場合があるが、偶数および奇数の両フィールドが複
合されて１つの画像となってしまっているために、フィ
ールド間符号化予測を利用することができない。

【００４６】（4.5 ）一般にインターレース画像の動領
域において符号化をする場合に、入力画像だけでなく、
予測誤差信号においても、離散的コサイン変換係数の縦
方向の高周波成分が強く現われる。このため通常の離散
的コサイン変換係数の図８の斜めジグザグ走査による符
号化によるならば、符号化効率が低下したものとなって
しまう。

【００４７】（５）可変長符号従来、ブロック内のある走査順にそって量子化された離
散的コサイン変換係数の符号化を行うのに、ゼロの続い
た長さ（ラン）と非ゼロ係数の値（レベル）とを組合せ
てイベントとしてとらえ、これと、このイベントの終了
を示すエンド・オブ・ブロック（ End of Block ）イベ
ントと、非常に稀にしか発生しないランとレベルの組合
わせの発生を示す、エスケープ・イベントとを含めて時
間的に変化しない可変長符号に変換していた。

【００４８】ダイナミック・ハフマンを用いない固定の
可変長符号を用いると、Ｉ，Ｐ，Ｂの各ピクチャにおけ
る、ランとレベルの頻度の分布の差異が原因して、符号
化効率が十分上がってはいない。これは各イベントのエ
ントロピーと平均符号長の違いとなって表われる。

【００４９】エントロピーに比べて平均符号長が１割近
く大きいことによって、イベント発生の統計量が可変長
符号の設計と合致していないことがわかっている。これ
を解決するのに、Ｉ，Ｐ，Ｂ各ピクチャ毎にそれぞれ可
変長符号を用意するという方法があるが、これではまだ
固定的で適応性がなく統計量の変化があった場合には、
あまり有効ではなかった。ダイナミック・ハフマンを用
いることによって、基本的な適応性は一応確保される。

【００５０】ダイナミック・ハフマンを用いる場合に
は、ダイナミック・ハフマン符号化器が使用されるの
で、その基本構成について説明する。その基本的構成に
ついては、つぎの文献がある。 J.S. Vitter:“Design and analysis of dynamic Huffm
an codes",Journal of the Association for Computing
Machinery, Vol．34，No.4,Oct.1987, pp.825-845. 基本的にはイベントの発生にともなって自動的に可変長
符号（VLC）を変化させていく機構であり、固定のハフ
マン符号化器および復号器と比較して、符号化器と復号
器がイベントを通して同時に変化することによる効率的
向上が期待できる。

【００５１】ダイナミック・ハフマンの木を図９に示
し、これを用いてその仕組みを解説すると、可変長符号
の２進符号の最初からの０，１に対応する木を考え、木
の端にイベントが対応するとする。これは一意解読可能
のための接頭語条件を満たす。途中の枝分かれの節（ノ
ード）を同図では＊で表わし、Ａ，Ｂ，Ｃの３つのイベ
ントがあるとき、最初、同図（ａ）のような木であると
し、また、左への枝を０，右への枝を１であるとする
と、Ａ，Ｂ，Ｃに対応する可変長符号は、Ａ：００，
Ｂ：０１，Ｃ：１である。

【００５２】これらの木にイベントごとに使用頻度が記
憶されているとする。以下、木の端も節に含めて説明す
る。これらの頻度と木の構造の間につぎのような関係を
規定する。

【００５３】同じ階層どうしの節では右ほど頻度が
大きい。すなわち、正確には右の節の頻度は左の節の頻
度以上である。

【００５４】上の階層ほど頻度が大きい。正確には
上の階層の節は下の階層のすべての節の頻度以上であ
る。

【００５５】そうすると、同図（ａ）の木を満たす頻度
の集合の例としては、Ａ：１，Ｂ：１，Ｃ：２がある。
ここで図９（ａ）の状態でイベントＡが１つ発生したと
すると、Ａ：２，Ｂ：１，Ｃ：２であり、ＡはＢより頻
度が高くなるのでＡとＢを入れ替え、Ａ，Ｂの親の節は
３という頻度になるのでＣの頻度を越えて、Ａ，Ｂの親
の節とＣとは入れ替えられる。こうして木の構造は同図
（ｂ）となり、Ａ：１１，Ｂ：１０，Ｃ：０となる。同
図（ｂ）の状態でもう一度イベントＡが発生すると、頻
度は、Ａ：３，Ｂ：１，Ｃ：２であり、ＡはＣと入れ替
えられ同図（ｃ）のような木に変化する。

【００５６】このようにして、ダイナミック・ハフマン
の木はイベント発生にもとづく使用頻度に合わせて、可
変長符号をダイナミックに変化させることに特徴があ
る。また、以上の説明から明らかなように、ダイナミッ
ク・ハフマン符号化器には、木の構造を記述する仕組み
と、各イベントの使用頻度の記憶と節のイベント計算が
必要であり、また、広義の節どうしの入れ替えが行われ
る仕組みが必要である。このような仕組みを有するダイ
ナミック・ハフマンを用いることによって基本的な適応
動作は一応確保されるが、

【００５７】ａ）エントリー・ポイントにおけるダイナ
ミック・ハフマンの木の初期化において各イベントに同
一の頻度値をあたえる方法では、初期の段階で発生する
符号量が大きかった。

【００５８】ｂ）イベント発生ごとに１回、ダイナミッ
ク・ハフマンの木の形状を変化させるのでは適応が緩慢
であった。

【００５９】ｃ）定期的に各イベントの頻度を１／ｍに
し、再構築する従来のダイナミック・ハフマンの再構築
方法は、適応が緩慢であった。

【００６０】（６）エンコーダおよび局部デコーダエンコーダ（符号化器）に含まれた局部デコーダ（復号
器（３１，３２，３３，３４，３５，３８，３９，４
２，４３，４４，４５））により復号された局部復号画
像には、符号化（量子化）に伴い不必要なノイズ成分が
重畳されている。このノイズを残したまま符号化処理を
行っているから符号化効率が著しく低下している。そこ
で、たとえば、ある画素値を近隣の画素との重み付け平
均で置き換えるなど、平滑化処理によってノイズを抑圧
する方法がとられている。しかし、このような線形処理
では、ノイズのみならず、本来、画像データが持ってい
る輪郭線などのテクスチャーまでが除去されてしまって
いた。

【００６１】

【発明が解決しようとする課題】i）インターレース画
像の符号化に単純フィールドを適用した場合には、隣り
合うフィールド画像が同じ位置の画像でないために予測
誤差が大きく、静止領域においてさえも大きな誤差デー
タが発生するという解決されるべき課題があった。さら
に、予測の方向が偶奇のうちの同じ側に固定されてしま
い、内挿予測の機能を発揮できないという課題があっ
た。また、Ｂ画面のフィールド間予測においては符号量
が多いにもかかわらず信号対雑音比の悪い画面が発生す
るという解決されるべき課題が残されていた（従来の技
術の（1.1 ）参照）。また、単純フィールドを適用した
場合には、静止領域においても符号量が多く、符号化効
率を向上することができないという解決されるべき課題
が残されていた（従来の技術の（1.2 ）参照）。

【００６２】ii）偶奇フィールドを分離して適用した場
合には、隣接する偶奇フィールド間の相関を予測符号化
に利用できず、とくに静止領域の符号化効率が上がらな
いという課題があった。さらに、大きなメモリ容量を必
要とする場合が生ずるという解決されるべき課題が残さ
れていた（従来の技術の（２）参照）。

【００６３】iii）連続する偶奇２つのフィールド画像
を予測画像に用い、符号化画像がフィールド画像である
場合には、大きなメモリ容量を必要とし、静止領域にお
ける符号化効率が低いという解決されるべき課題が残さ
れていた（従来の技術の（３）参照）。

【００６４】iv）単純フレームを適用した場合には、フ
レーム画像の動領域の画像に離散的コサイン変換係数の
縦方向の空間周波数の高周波成分が強く発生し、斜めジ
グザグ走査では符号化効率が低下するという解決される
べき課題があった（従来の技術の（4.1 ）参照）。

【００６５】さらに、単純フレームを適用した場合に
は、静止した背景の中に動物体の画像があるような場合
に、マクロブロックでのフレーム画像としての予測はほ
とんど不可能になってしまうという課題があった（従来
の技術の（4.2 ）参照）。

【００６６】また、単純フレームを適用した場合には、
偶数フィールドと奇数フィールドとを別個に扱うことが
できないから、符号化画像内の偶奇フィールド間の予測
を利用することができないという解決されなければなら
ない課題があった（従来の技術の（4.3 ）参照）。

【００６７】単純フレームを適用した場合には、偶奇フ
ィールドが複合されてしまっているために、フィールド
間予測により符号化効率が向上するような場合であって
もフィールド間予測を利用できないという課題が残され
ていた（従来の技術の（4.4 ）参照）。

【００６８】さらに、単純フィールドを適用した場合に
も、単純フレームを適用した場合にも一般にインターレ
ース画像の符号化では、予測誤差信号においても、離散
的コサイン変換係数の縦方向の高周波成分が強く現われ
るために、斜めジグザグ走査を用いた符号化による符号
化効率の低下が生ずるという解決されるべき課題が残さ
れていた（従来の技術の（4.5 ）参照）。

【００６９】v）固定の可変長符号を用いる場合には、
ランとレベルの発生頻度の差異のために符号化効率が悪
く、ダイナミック・ハフマンの可変長符号を用いる場合
には、符号化の初期段階で発生する符号量が大きく、ダ
イナミック・ハフマンの木の形状を変化させる適応速度
が緩慢であり、ダイナミック・ハフマンの再構築速度が
緩慢であるという解決されるべき課題が残されていた
（従来の技術の（５）参照）。

【００７０】vi）従来のエンコーダにおいては、そこに
含まれた局部デコーダで復号された局部復号画像に符号
化（量子化）ノイズが残存しており、符号化効率が著し
く低下し、それを改善するために平滑化処理をすると、
ノイズのみならず輪郭線などのテクスチャーまで除去さ
れるという解決されるべき課題が残されていた（従来の
技術の（６）参照）。

【００７１】

【課題を解決するための手段】８×８画素の輝度ブロッ
クを４個含む１６×１６画素のマクロブロックを処理単
位とした多くのマクロブロックを含む２つのフィールド
により１フレームをなすインターレース画像信号である
入力信号と予測信号との差をとり予測誤差信号を得るた
めの減算器と、予測誤差信号における輝度ブロックの配
置を替えるための第１のブロック配置替器と、ブロック
の配置を替えられた予測誤差信号を離散的コサイン変換
し変換信号を出力するための変換器と、変換信号を量子
化して量子化された信号を得るための量子化器と、輝度
ブロック内の８×８画素信号の走査順序を選択するため
の走査選択器と、走査選択された画素信号から可変長符
号データを得るためのダイナミック・ハフマン符号化器
と、量子化器の出力である量子化された信号を受けて逆
量子化して逆量子化信号を出力するための逆量子化器
と、逆量子化信号を離散的コサイン逆変換して逆変換信
号を出力するための逆変換器と、第１のブロック配置替
器において配置替えされた輝度ブロックの配置をもとの
配置にもどして量子化誤差信号として出力するための第
２のブロック配置替器と、量子化誤差信号と予測信号と
を加算して復号化信号を得るための加算器と、復号化信
号に含まれたノイズを除去するための非線形フィルタ
と、非線形フィルタの出力を画像のフレームに対応して
切替えるための第１の切替スイッチと、第１の切替スイ
ッチの切替に対応して非線形フィルタの出力をそれぞれ
格納するための第１および第２のフレーム・メモリと、
入力信号から得た動ベクトルの指示により第１および第
２フレーム・メモリに格納された信号中から動き補償さ
れたマクロブロックをそれぞれ取り出して第１および第
２の動き補償された信号を出力することのある第１およ
び第２の動き補償回路と、第１および第２の動き補償さ
れた信号を受けて内挿予測信号を得るための内挿回路
と、第１および第２の動き補償された信号と、内挿予測
信号と、無信号のうちの１つを選択するように切替えて
減算器へ印加するための予測信号を出力するための第２
の切替スイッチとを具備するように構成した。

【００７２】

【作用】第１のブロック配置替器において、フレーム処
理およびフィールド処理に最適のブロック配置となるよ
うに配置替えする。走査選択器においては輝度ブロック
内の８×８の画素を斜めジグザグ走査あるいは本願発明
による垂直ジグザグ走査のうちの発生符号量を最少にす
る最適の走査を選択する。走査出力はダイナミック・ハ
フマン符号化器により可変長符号データ化されて出力さ
れる。加算出力信号中に含まれたノイズは非線形フィル
タにより除去する。このようにして、前記の多くの解決
課題（発明が解決しようとする課題の i）〜 vi ）参
照）を解決した。

【００７３】

【実施例】本発明の一実施例の回路構成図を図１に示し
説明する。この実施例ではＩ，Ｐピクチャにフィールド
／フレーム処理を実施し、全ピクチャにジグザグ走査変
更機能を実施している。

【００７４】５０は画像信号の入力端子であり、ここか
ら入力された入力画像信号５１は減算器２０により予測
信号６０を差し引き、予測誤差信号５２を得る。予測誤
差信号５２はブロック配置替器２１を通して変換器２２
により直交変換、たとえば離散的コサイン変換され、量
子化器２３により量子化されて量子化された信号５３を
出力し、それが走査選択器２４によって走査の種類が選
択され、可変長符号を出力するダイナミック・ハフマン
符号化器２５によってランとレベルの２次元の可変長符
号データ５４として送出される。また、量子化された信
号５３は逆量子化器３１により逆量子化され、逆変換器
３２により逆変換され、ブロック配置替器３３を通して
量子化誤差信号５５を得る。加算器３４により量子化誤
差信号５５と予測信号６０は加算されて、復号化信号５
６が得られる。

【００７５】復号化信号５６は非線形フィルタ３５に印
加され、復号加信号５６に含まれたノイズを除去された
信号５７を得、これが切替スイッチ３６に印加される。

【００７６】ノイズを除去された信号５７は、切替スイ
ッチ３６の端子ｅまたはｆを介してフレーム・メモリ３
８または３９に印加され格納される。入力端子５０にＢ
フレームの画像信号が印加されており、切替スイッチ３
６はＢピクチャを処理しているときには端子ｇに接続さ
れ、入力端子５０に前方または後方のＩ，Ｐピクチャの
画像信号が印加されており、前方または後方のＩ，Ｐピ
クチャを処理しているときには切替スイッチ３６は端子
ｅまたはｆに接続される。そこで前方または後方のＩ，
Ｐピクチャの処理時のノイズを除去された信号５７はフ
レーム・メモリ３８，３９に格納され、動き補償回路４
２，４３において入力画像信号５１から動ベクトルを検
出する動ベクトル検出器４６の出力であるベクトル信号
６２，６３の指示により、フレーム・メモリ３８または
３９に格納された前方または後方のＩ，Ｐピクチャから
動き補償されたブロックの画像信号を読出して動き補償
された信号６４または６５を得て、これが内挿回路４４
および切替スイッチ４５の端子ａおよびｃに印加され
る。Ｂピクチャの処理時にはフレーム・メモリ３８，３
９には格納されない。

【００７７】前方または後方のＩ，Ｐピクチャから動き
補償された信号６４，６５を受けた内挿回路４４では、
演算して内挿予測信号６６を出力し、これが切替スイッ
チ４５の端子ｂに印加される。

【００７８】切替スイッチ４５において、端子ａまたは
ｃが選択されたときは、前方または後方のＩ，Ｐピクチ
ャから動き補償された信号を選び、それを予測信号６０
として出力することになる。端子ｂが選択されたときに
は、内挿予測信号６６が予測信号６０として出力され
る。接地された端子ｄが選択されたときには、“０”が
予測信号６０として出力される。切替スイッチ４５の切
替は画像内のマクロブロックに含まれた輝度ブロック単
位に最適のモードが選択され図示されてはいない外部か
らの制御信号により切替えられる。

【００７９】切替スイッチ４５において、端子ｂが選択
されるのはＢピクチャの処理時であり、かつ、マクロブ
ロックに内挿予測を選択したときである。

【００８０】前方または後方のＩ，Ｐピクチャの処理時
に、切替スイッチ３６の端子ｅまたはｆのいずれかが交
互に選択されるが、その様子を図２を用いて説明する。

【００８１】図２において、ＢピクチャはＢ１，Ｂ２，
Ｂ３…で表わされ、Ｉ，ＰピクチャはＩ１，Ｉ２，Ｉ
３，…で表わされており、ＢピクチャとＩピクチャ
（Ｉ，Ｐピクチャ）が交互に並んでいる場合が示されて
いる。

【００８２】Ｉ１ピクチャが処理される場合は切替スイ
ッチ３６の端子ｅが選択されて、Ｂ１ピクチャの前方の
ピクチャであるＩ１ピクチャのノイズを除去された信号
５７はフレーム・メモリ３８に格納される。つぎに切替
スイッチ３６は端子ｆに切替えられてＢ１ピクチャの後
方のピクチャであるＩ２ピクチャのノイズを除去された
信号５７はフレーム・メモリ３９に格納される。そこ
で、Ｂ１ピクチャの予測信号６０がスイッチ４５から得
られる。

【００８３】つぎに切替スイッチ３６は端子ｅに切替え
られ、Ｂ２ピクチャの後方のピクチャであるＩ３ピクチ
ャのノイズを除去された信号５７がフレーム・メモリ３
８に格納され、これと、すでにピクチャ・メモリ３９に
格納されているＩ２ピクチャをＢ２ピクチャの前方のピ
クチャとして使用して、Ｂ２ピクチャの予測信号６０を
スイッチ４５から得ている。以下Ｂ３ピクチャにおいて
も同様に切替スイッチ３６が図示されてはいない制御信
号により切替えられる。

【００８４】Ｉピクチャには２種のマクロブロック・タ
イプＭＢ１，ＭＢ２があり、マクロブロック・タイプＭ
Ｂ１のときには切替スイッチ４５は端子ｄの位置にあ
る。ＭＢ２のときには前半の偶数ブロック処理では切替
スイッチ４５は端子ｄの位置にあるが、一画面終了後の
後処理で行われる奇数ブロックの処理には、現再生画像
（Ｉピクチャ）の偶数フィールドから予測するため、切
替スイッチ３６が端子ｅの位置にある場合には切替スイ
ッチ４５は端子ａに、切替スイッチ３６が端子ｆにある
場合には切替スイッチ４５は端子ｃの位置にあり、現画
像（Ｉピクチャ）を再生する位置にある。

【００８５】Ｐピクチャではマクロブロック・タイプは
Ｉピクチャの２種類も含み５種類のマクロブロック・タ
イプＭＢ１〜ＭＢ５の中から選択可能であり、マクロブ
ロック・タイプＭＢ３，ＭＢ４およびＭＢ５の前半では
予測フレームと再生フレームが別々となるように、切替
スイッチ３６が端子ｅのときは切替スイッチ４５は端子
ｃに、切替スイッチ３６が端子ｆのときは切替スイッチ
４５は端子ａの位置を選ぶ。

【００８６】マクロブロック・タイプＭＢ４では偶奇の
２個づつのブロックでベクトル信号６２または６３が異
なり、それぞれ別個に予測する。

【００８７】マクロブロック・タイプＭＢ５では偶数ブ
ロックはフレーム間予測を行い、一画面終了後の後処理
では奇数ブロックを現再生画像の偶数フィールドから予
測するため、切替スイッチ３６が端子ｅの位置の場合、
切替スイッチ４５は端子ａに、切替スイッチ３６が端子
ｆの場合に切替スイッチ４５は端子ｃにあって、現画像
（Ｐピクチャ）を再生する位置にある。

【００８８】Ｂピクチャでは従来の蓄積メディア用符号
化の処理と同じであり、切替スイッチ４５は端子ｄの位
置のときはピクチャ内予測、端子ｃの位置のときは前方
（または後方）予測、端子ｂの位置のときは内挿予測、
端子ａの位置のときは後方（または前方）予測が選択さ
れる。

【００８９】Ｂピクチャでは従来の蓄積メディア用符号
化の処理と同じ処理がなされ、マクロブロック・タイプ
にはＭＢ６〜ＭＢ９の４種類がある。マクロブロック・
タイプにはＭＢ６では切替スイッチ４５は端子ｄの位置
にありピクチャ内予測、マクロブロック・タイプＭＢ７
（ＭＢ８）では切替スイッチ２０は端子ｃ（ａ）の位置
にあり前方（後方）予測、マクロブロック・タイプＭＢ
９では切替スイッチ４５は端子ｂの位置にあり内挿予測
を選択することになる。

【００９０】以上のマクロブロック・タイプＭＢ１〜Ｍ
Ｂ９をピクチャ・タイプ，フィールド／フレーム処理，
動ベクトル個数Ｖ，符号化の処理別に整理すると、

【００９１】Ｉピクチャでは、ＭＢ１：フレーム処理，Ｖ＝０，ピクチャ内符号化ＭＢ２：フィールド処理，Ｖ＝０，偶数ブロックをフ
ィールド内符号化フィールド処理，Ｖ＝１，奇数ブロッ
クは偶数フィールドから予測

【００９２】Ｐピクチャでは、ＭＢ１：フレーム処理，Ｖ＝０，ピクチャ内符号化ＭＢ２：フィールド処理，Ｖ＝０，偶数ブロックをフ
ィールド内符号化フィールド処理，Ｖ＝１，奇数ブロックは偶数フィール
ドから予測ＭＢ３：フレーム処理，Ｖ＝１，フレーム間予測ＭＢ４：フィールド処理，Ｖ＝１，偶数ブロックはフ
レーム間予測フィールド処理，Ｖ＝１，奇数ブロックもフレーム間予
測ＭＢ５：フィールド処理，Ｖ＝１，偶数ブロックはフ
レーム間予測フィールド処理，Ｖ＝１，奇数ブロックは偶数フィール
ドから予測

【００９３】Ｂピクチャでは、ＭＢ６：フレーム処理，Ｖ＝０，ピクチャ内符号化ＭＢ７：フレーム処理，Ｖ＝１，前方予測符号化ＭＢ８：フレーム処理，Ｖ＝１，後方予測符号化ＭＢ９：フレーム処理，Ｖ＝２，内挿予測符号化となる。各ピクチャにおいて、予測誤差信号５２の値が
最も小さくなるマクロブロック・タイプが選択される。

【００９４】図１のブロック配置替器２１においては、
予測誤差信号５２に含まれた１つのマクロブロックの１
６×１６の輝度画素（ピクチャ内予測時）または輝度予
測誤差画素（ピクチャ間予測時）を、図３または図４に
示すように配置替えをする。

【００９５】図３においては、フレーム処理時の輝度画
素の配置（フレーム型分割）が示され、１つのマクロブ
ロックに含まれた４個の輝度ブロックのそれぞれに含ま
れた８×８個の輝度画素が、各輝度ブロック別に丸印は
ブロック番号０（偶数ブロック）、３角印はブロック番
号１（偶数ブロック）、４角印はブロック番号２（奇数
ブロック）、６角印はブロック番号３（奇数ブロック）
で輝度画素を表わし、マクロブロックが十字状に４個の
輝度ブロックに分割されている。このような配置を輝度
ブロックの十字状配列と呼ぶ。

【００９６】図４においてはフィールド処理時の輝度画
素の配置（フィ−ルド型分割）が示され、１つのマクロ
ブロックに含まれた、４個の輝度ブロックのそれぞれに
含まれた８×８個の輝度画素が、各輝度ブロック別に図
３の場合と同様にして丸印，３角印，４角印，６角印で
表わされている。ここでは丸印で表わされたブロック番
号０（偶数ブロック）の輝度画素と、４角印で表わされ
たブロック番号２（奇数ブロック）の輝度画素が左側半
分において横１列ずつ交互に配列され、３角印で表わさ
れたブロック番号１（偶数ブロック）の輝度画素と、６
角印で表わされたブロック番号３（奇数ブロック）の輝
度画素が右側半分において横１列ずつ交互に配列されて
いる。このような配置を輝度ブロックの交互配列と呼
ぶ。

【００９７】ブロック配置替器２１は十字状配列および
交互配列の２種類のブロック配置を選択する機構であ
り、その選択は図１には書かれていない制御部からの指
示によってなされる。この制御部からの制御信号によっ
て、２つのブロック配置のいずれか１つのブロック配置
にして、ブロック単位に量子化器２３に渡す。

【００９８】図示されてはいない制御部の指示でこれら
の２種類のブロック配置を選択するには、以下のような
方法がある。

【００９９】両ブロック配置をとったときの変換器
２２、量子化器２３、走査選択器２４、ダイナミック・
ハフマン符号化器２５を一度通してから発生符号量の小
さい方を選択する経験的方法がある。これは、おそらく
最良の結果をもたらす方法であるが、もっとも複雑性が
高いものである。これには、変換器２２、量子化器２
３、走査選択器２４、ダイナミック・ハフマン符号化器
２５を２重に具備して行う方法と、両ブロック配置を時
間的に直列に２回処理を通す方法がある。

【０１００】両ブロック配置をとったときの各ブロ
ックの下式で定義するＡＣパワ−の総和Ｐ_ACklの小さい
方を選択する先験的方法がある。輝度ブロック番号をｋ
および１で２１＋ｋと表わし、各輝度ブロック内の空間
位置をｍおよびｎとすると、Ｐ_ACkl＝Σ（Ｂ_klmn−Ｐ_AVkl）² ここで、Σは、ｋｌ＝０，０から１，１の累和を表わ
し、Ｐ_AVkl＝６４^-1ΣＢ_klmn であり、このΣは、ｍｎ＝０，０から７，７の累和を表
わしている。この方法はＡＣパワ−の総和Ｐ_ACklが大き
くなるとき、符号量が大であるという仮定に依っており
計算量は小さいが、最良の結果を与える方法ではない。

【０１０１】輝度ブロックの十字状配列（図３）および
交互配列（図４）は、マクロブロック内の空間位置をｉ
（０≦ｉ≦１５）およびｊ（０≦ｊ≦１５）とし、Ｘ_ij
をマクロブロックの輝度画素、輝度ブロック番号をｋ
（０≦ｋ≦１）およびｌ（０≦ｌ≦１）で２１＋ｋと表
わし、各輝度ブロック内の空間位置をｍ（０≦ｍ≦７）
およびｎ（０≦ｎ≦７）とし、Ｂ_klmnを４個の輝度ブロ
ックの画素とすると、図３に示したフレーム処理時の輝
度ブロックの十字状配列は、Ｂ_klmn＝Ｘ_m+8k，_n+8l と表わすことができる。

【０１０２】図４に示したフィールド処理時の輝度ブロ
ックの交互配列は、Ｂ_klmn＝Ｘ_m+8k，_2n+l と表わすことができる。

【０１０３】ブロック配列替器３３では、ブロック配置
替器２１で行った配置替えの逆の配置替えを行い、量子
化誤差信号５５の配列を予測誤差信号５２の配列にもど
している。

【０１０４】走査選択器２４では、輝度ブロック内の８
×８の輝度画素を図８の升内の数字で示した順序で斜め
ジグザグ走査するか、あるいは、図５に示した８×８の
輝度画素を図５の升内の数字で示した垂直方向にジグザ
グ走査する垂直ジグザグ走査をするか符号量が小さくな
る方を選択して、いずれかの走査をしてその出力をダイ
ナミック・ハフマン符号化器２５に印加している。

【０１０５】走査選択器２４（図１）が画素の処理順で
ある斜めジグザグ走査を選択するか、垂直ジグザグ走査
を選択するかは図１には図示のない制御部からの制御信
号によってなされ、これら２つの画素の処理順のいずれ
か一方が選択されて、その処理順にダイナミック・ハフ
マン符号化器２５へ画素信号が送られる。

【０１０６】図示のない制御部が、これら２つの画素の
処理順を選択するのには、つぎの方法がある。制御部の
働きとして、これらの２種類を選択するには以下のよう
な方法がある。

【０１０７】i）両処理順を取ったときのダイナミッ
ク・ハフマン符号化器２５を通してから発生符号量の小
さい方を選択する経験的方法がある。これは最良の符号
化効率結果をもたらす方法であるが、最も複雑性が高
い。これにはダイナミック・ハフマン符号化器２５を２
重に具備して行う方法と、両処理順を時間的に直列に２
回実施する方法がある。

【０１０８】ii）両処理順を取ったときの各ブロック
のラン（ゼロラン＋１）の総和の小さい方を選択する先
験的方法がある。これはランが大きくなると符号量が大
となるという仮定に依っている。計算量が小さいが最良
の結果を与える方法ではない。

【０１０９】ダイナミック・ハフマン符号化器２５で
は、走査選択器２４からの信号が“０，０，…，０”の
続いた長さ（ラン）と“０”ではない非ゼロ係数の値
（レベル）とをイベントとしてとらえ、これと、このイ
ベントの終了を示すエンド・オブ・ブロック・イベント
と、まれにしか発生しないランとレベルの組合せの発生
を示すエスケープ・イベントとを含めて、従来例のよう
に時間的に変化しない可変長符号に変換をするのではな
くて、

【０１１０】ａ）エントリー・ポイント毎の初期化にお
いて、初期化に適合したダイナミック・ハフマンの木の
構造を用いて、ある標準的な可変長符号に各イベント用
の符号長が一致するように初期化し、

【０１１１】ｂ）イベントの発生１回毎にｕ回（ｕ≧
１）のイベントが発生したとして、ダイナミック・ハフ
マンの木の形状を変化させて適応性の高速化を図り、

【０１１２】ｃ）ある時間的区間中の各イベントの発生
頻度を（頻度を有限とすると何等かの処理が必要になる
から、）次の区間の初期頻度としてダイナミック・ハフ
マンの木の再構築をして適応性の高速化を図っている。

【０１１３】このａ），ｂ），ｃ）のいずれかの機能を
用いて、従来のダイナミック・ハフマン符号化器の問題
点を改善して、イベントから２次元の可変長符号データ
５４に変換している。

【０１１４】非線形フィルタ３５の機能について説明す
る。ここでは、ある輝度画素の値をその近隣の輝度画素
の値により平滑することによりノイズ成分を抑圧してい
る。このとき、画像データが本来持っている輪郭線など
のテクスチャーが除去されないように、あるしきい値ｅ
を設けてテクスチャーとノイズを区別し、テクスチャー
と判定された画素以外の画素値を平滑化に利用する。

【０１１５】この判定処理方法はｐ行ｑ列に位置する画
素ｘ_p,qに対する処理をＥ｛ｘ_p,q｝で表わすと、Ｅ｛ｘ_p,q｝＝0.5＋1/24 Sum｛ｙ_p,q,i,j ｝ただし、−２≦ｉ≦２，−２≦ｊ≦２である。

【０１１６】ここで、ｚ_p,q,i,j ＝ｘ_p,q−ｘ_p+i,q+i と置くと、｜ｚ｜≦ｅのとき、ｙ_p,q,i,j ＝ｚ_p,q,i,j ｜ｚ｜＞ｅのとき、ｙ_p,q,i,j＝０と表わされる。

【０１１７】以上の非線形フィルタ３５の判定処理機能
を第１次判定処理機能という。

【０１１８】さらに、第１次判定処理機能によっては判
定できなかった振幅の小さなテクスチャーが存在すると
判断したときは、次に示す第２次判定処理機能によりノ
イズ除去処理を行う。

【０１１９】すなわち、ｐ行ｑ列に位置する画素ｘ_p,q
に対する処理をＥＤ｛ｘ_p,q｝で表わすと、ｃ＝１のとき、ＥＤ｛ｘ_p,q｝＝Ｅ｛ｘ_p,q｝ｃ≠１のとき、ＥＤ｛ｘ_p,q｝＝ｘ_p,q ここで、ｃは −１≦ｉ≦１で、かつ、−１≦ｊ≦１に
おいて、｜ｘ_p,q−ｘ_p+i,q+j｜≦ｄを満たす画素の個数である。ここでｄはあらかじめ定め
た定数である。

【０１２０】非線形フィルタ３５は復号化信号５６にお
けるノイズを除去するために設けられたものであるか
ら、復号化信号５６におけるノイズが十分に小さい場合
あるいは無視できる場合には、この非線形フィルタ３５
を省略して、復号化信号５６を直接切替スイッチ３６に
印加することができる。

【０１２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
には以下に示す多くの効果がある。

【０１２２】（１）符号化画像をフレーム画像とし、フ
レーム間の予測を行ない、予測誤差または入力画像を符
号化する場合に、マクロブロック毎にフレーム処理と、
フィールド処理の予測方法の切替えをしているから、フ
レーム処理においては符号化する画面をフレームとして
空間的にまとめて符号化するためフレーム間相関に利用
したうえに、フィールド間相関をフレームとしてまとめ
ることで利用可能となり、静止領域の符号化効率の低下
という問題点はなくなった。

【０１２３】従来の単純フィールドを適用する場合、偶
奇フィールドを分離して適用する場合および偶偶（奇
奇）フィールド間を適用する場合はフレーム間予測を行
うが、符号化ブロックはフィールドであり、このために
静止領域において符号量を減少できず符号化効率が低下
すること、予測の方向が偶奇いずれか一方のフィールド
にかたよること、符号量の多さにもかかわらずＳ／Ｎが
悪い、といった問題点が含まれていたが、これらの欠点
をなくし、符号化ブロックはフレームとして空間的にま
とめて符号化するため、とくに静止領域において高い符
号化効率を与えることが可能となった。

【０１２４】これらの利点は本願発明により、フレーム
を基本とする予測構造で、フレーム処理とフィールド処
理の切替えを導入したことにより、はじめて実現可能と
なり、フィールドおよび単純フレームの適用の利点を同
時に具備できた。

【０１２５】（２）符号化するマクロブロックのタイプ
としてフィールド処理を行うとき、２つの動ベクトルを
偶数および奇数のブロックに別個に持ち、別個に予測
し、別個に符号化することを可能にしたから、動物体の
縁と背景をそれぞれのフィールドにもつマクロブロック
においても効率良く予測することが可能となった。

【０１２６】（３）符号化するマクロブロックのタイプ
としてフィールド処理を適用したとき、１つまたは２つ
の動ベクトルを偶数および奇数のブロックに別個に持
ち、まず、２個の偶数ブロックをピクチャ内符号化また
は偶数ブロック用動ベクトルを用いてフレーム間予測符
号化し、画面にわたるその処理が終了後、あとで、２個
の奇数ブロックを現在の符号化再生画面の偶数フィール
ドから奇数ブロック用の動ベクトルを用いて予測符号化
することを可能にする手段は、偶数および奇数の一方の
フィールドから他方のフィールドへの予測を可能とした
から、符号化効率の向上が図られることになった。

【０１２７】（４）符号化するマクロブロックのタイプ
として、新規なジグザグ・スキャンを用意した。すなわ
ち、符号化した離散的コサイン変換ブロックの走査順序
を、通常の斜めジグザグ・スキャン以外に垂直ジグザグ
・スキャンを用意して両者を切替える手段を用意したの
で、従来の斜めジグザグ・スキャンの場合に符号化効率
が低下するという問題点を解決した。

【０１２８】（５）ブロック内のある走査順にそって量
子化離散的コサイン変換係数の符号化を行うのに、ラン
とレベルを組合せたイベントその他を符号化するダイナ
ミック・ハフマン符号化器を用いることにより、

【０１２９】ａ）エントリー・ポイント毎の初期化にお
いて、ある標準的な可変長符号に初期化の時点から、ダ
イナミック・ハフマンの使用が弊害とはならず、符号量
の発生が少なくなる。

【０１３０】ｂ）イベント発生毎にｕ回（ｕ≧１）のイ
ベントが発生したとして、ダイナミック・ハフマンの木
の形状を変化させることで適応性の速度がｕ倍となる。

【０１３１】ｃ）ある区間中の各イベントの発生頻度を
次の区間の初期頻度としてダイナミック・ハフマンの木
の再構築をすることで、再構築区間を単位とした適応性
が向上する。という利点が生じた。

【０１３２】（６）非線形フィルタの採用によりエンコ
ーダにおける局部復号画像に重畳される不必要なノイズ
成分が除去され、符号化効率の低下が回避できる。この
とき、本来、画像データが持っている輪郭線などのテク
スチャーが保存できる。またエンコーダ内に含まれた局
部デコーダにおいても、復号画像に重畳される不必要な
ノイズ成分が除去され、符号化により発生する復号画像
の画質劣化が回避できる。このとき、本来、画像データ
が持っている輪郭線などのテクスチャーが保存できる。

【０１３３】以上のごとき多くの利点を有すから、本発
明の効果は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す回路構成図である。

【図２】図１の構成要素である２つのフレーム・メモリ
の切替動作を説明するためのピクチャの位置を示すピク
チャ位置図である。

【図３】マクロブロック内における４個のブロックの本
発明のフレーム処理を行う場合のブロック配置図であ
る。

【図４】マクロブロック内における４個の輝度ブロック
の本発明のフィールド処理を行う場合のブロック配置図
である。

【図５】本発明において使用される１つの輝度ブロック
に含まれた８×８画素の処理順を示した処理順序図であ
る。

【図６】従来の動ベクトル検出の動作原理を説明するた
めの原理図である。

【図７】従来の前方および後方ピクチャから動ベクトル
を検出する動作を説明するためのピクチャ位置図であ
る。

【図８】従来の１つの輝度ブロックに含まれた８×８画
素の処理順を示した処理順序図である。

【図９】ダイナミックハフマンの木を示すダイナミック
ハフマンの木図である。

【符号の説明】

２０減算器２１ブロック配置替器２２変換器２３量子化器２４走査選択器２５ダイナミック・ハフマン符号化器３１逆量子化器３２逆変換器３３ブロック配置替器３４加算器３５非線形フィルタ３６切替スイッチ３８，３９フレーム・メモリ４２，４３動き補償回路４４内挿回路４５切替スイッチ４６動ベクトル検出器５０入力端子５１入力画像信号５２予測誤差信号５３量子化された信号５４可変長符号データ５５量子化誤差信号５６復号化信号５７ノイズを除去された信号６０予測信号６２，６３ベクトル信号６４，６５動き補償された信号６６内挿予測信号１００，１０１ピクチャ１０２，１０３ブロック１０４検索領域ｍ，ｎピクチャ間隔

フロントページの続き (72)発明者知念徹東京都港区南青山７丁目１番５号コラム南青山６階ジー・シー・テクノロジー株式会社研究開発本部内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】８×８画素の輝度ブロックを４個と複数
個の色差信号ブロックを含む１６×１６画素のマクロブ
ロックを処理単位とした多くのマクロブロックを含む２
つのフィールドにより１フレームをなすインターレース
画像信号である入力信号（５１）とゼロであり得る予測
信号（６０）との差をとり予測誤差信号（５２）を得、前記予測誤差信号における前記輝度ブロックの画素の配
置を替えて配置替えした第１の輝度ブロック信号を得
（２１）、前記第１の輝度ブロック信号を直交変換し（２２）、量
子化して量子化された信号を得（２３）、前記量子化された信号において前記輝度ブロックに含ま
れた前記８×８画素の走査の種類を選択して走査して走
査出力を得（２４）、前記走査出力から可変長符号データ（５４）を得、前記量子化された信号を逆量子化し（３１）、逆直交変
換して逆変換信号を得（３２）、前記逆変換信号における前記輝度ブロックの配置を前記
第１の輝度ブロック信号を得る以前の配置にもどして量
子化誤差信号（５５）を得（３３）、前記誤差信号と前記予測信号とを加算して復号化信号
（５６）を得（３４）、前記復号化信号を格納し（３８，３９）、動き補償して
第１および第２の動き補償された信号（６４，６５）を
得（４２，４３，４６）、前記第１および第２の動き補償された信号から内挿予測
信号（６６）を得（４４）、前記第１および第２の動き補償された信号と前記内挿信
号と無信号とを切替えて前記予測信号（６０）を得るイ
ンターレース画像符号化方法。
【請求項２】前記第１の輝度ブロック信号を得る場合
に、前記予測誤差信号における前記輝度ブロックの画素の配
置を外部からの指示により十字状配列および交互配列に
選択的に配置替えする（２１）請求項１のインターレー
ス画像符号化方法。
【請求項３】前記８×８画素の走査の種類が斜めジグ
ザグ走査と垂直ジグザグ走査とを含む（２４）請求項１
のインターレース画像符号化方法。
【請求項４】前記可変長符号を得る場合に、前記走査出力をダイナミック・ハフマン符号化により符
号化する（２５）請求項１のインターレース画像符号化
方法。
【請求項５】前記復号化信号（５６）を格納する場合
に、前記復号化信号をあらかじめ定めたしきい値以下の信号
レベルに対して抑圧するように動作する非線形フィルタ
（３５）を介して格納するようにした請求項１のインタ
ーレース画像符号化方法。
【請求項６】８×８画素の輝度ブロックを４個と複数
個の色差信号ブロックを含む１６×１６画素のマクロブ
ロックを処理単位とした多くのマクロブロックを含む２
つのフィールドにより１フレームをなすインターレース
画像信号である入力信号（５１）とゼロであり得る予測
信号（６０）との差をとり予測誤差信号（５２）を得る
ための減算手段（２０）と、前記予測誤差信号における前記輝度ブロックの画素の配
置を替えて、配置替えした第１の輝度ブロック信号を得
るための第１のブロック配置替手段（２１）と、前記第１の輝度ブロック信号を直交変換するための変換
手段（２２）と、前記変換手段において直交変換された信号を量子化して
量子化された信号（５３）を得るための量子化手段（２
３）と、前記量子化された信号において前記輝度ブロックに含ま
れた前記８×８画素の走査の種類を選択して走査して走
査出力を得るための走査選択手段（２４）と、前記走査出力から可変長符号データ（５４）を得るため
の可変長符号化手段（２５）と、前記量子化された信号を逆量子化するための逆量子化手
段（３１）と、前記逆量子化手段において逆量子化された信号を逆直交
変換して逆直交変換信号を得るための逆変換手段（３
２）と、前記逆直交変換信号における前記輝度ブロックの配置を
前記第１の輝度ブロック信号を得る以前の配置にもどし
て量子化誤差信号（５５）を得るための第２のブロック
配置替手段（３３）と、前記誤差信号と前記予測信号とを加算して復号化信号
（５６）を得るための加算手段（３４）と、前記復号化信号を格納し、動き補償して第１および第２
の動き補償された信号（６４，６５）を得るための動き
補償手段（３８，３９，４２，４３，４６）と、前記第１および第２の動き補償された信号から内挿予測
信号（６６）を得るための、内挿予測手段（４４）と、前記第１および第２の動き補償された信号と前記内挿信
号と無信号とを切替えて前記予測信号（６０）を得るた
めの切替スイッチ手段とを含むインターレース画像符号
化装置。
【請求項７】前記第１のブロック配置替手段（２１）
が、前記予測誤差信号における前記輝度ブロックの画素の配
置を外部からの指示により十字状配列および交互配列に
選択的に配置替えするように動作する請求項６のインタ
ーレース画像符号化装置。
【請求項８】前記走査選択手段（２４）が、前記８×８画素を斜めジグザグ走査と垂直ジグザグ走査
とを選択的に実行可能なものである請求項６のインター
レース画像符号化装置。
【請求項９】前記符号化手段（２５）が、ダイナミック・ハフマン符号化器である請求項６のイン
ターレース画像符号化装置。
【請求項１０】前記動き補償手段が、前記復号化信号（５６）を格納する場合に、前記復号化
信号をあらかじめ定めたしきい値以下の信号レベルに対
して抑圧するように動作する非線形フィルタ手段（３
５）を介して格納するようにした請求項６のインターレ
ース画像符号化装置。