JPH05252503A - 高能率符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動き量の符号量を考慮して符号化することに
より、従来の高能率符号化よりも符号化効率を高めた高
能率符号化装置を提供すること。 【構成】 画像信号1の符号量3aを計算する符号量計算
手段2aと、画像信号1の画素値と、動き復号信号16を、
動き量11により移動させたときの画素値との差を算出す
る動き補償手段12と、動き補償信号13の符号量3bを計算
する符号量計算手段2bと、画像信号1と動き復号信号13
との差を算出する画面間差分計算手段20と、画面間差分
信号21の符号量3cを計算する符号量計算手段2cと、符号
量3a,3b,3cを比較する比較器4と、画像信号1、動き補償
信号13、画面間差分信号21のうち最も符号量の少ないも
のを選択する選択器6と、選択された被符号化信号7を圧
縮する圧縮手段8と、圧縮信号9を符号化する符号化手段
17とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像信号を記録また
は伝送するために、画像信号のデータ量を削減する高能
率符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図４は従来の高能率符号化装置の一構成
例を示すブロック図である。同図において、被符号化入
力信号１は、その符号化入力信号１を符号化した場合の
符号量を計算する符号量計算手段２ａ、画像の動き量を
検出するための動き検出手段１０、現在の画面及び前
（又は後）画面に動き補償を行ったときの画素値間の差
を算出する動き補償手段１２及び、符号化すべき信号を
選択する選択器６に入力されている。動き検出手段１０
の出力である動き量１１は、動き補償手段１２に入力さ
れ、その出力の動き補償信号１３は、その動き補償信号
１３を符号化した場合の符号量を計算する符号量計算手
段２ｂ及び、選択器６に入力されている。符号量計算手
段２ａ及び符号量計算手段２ｂの出力である符号量３
ａ，３ｂは、それら符号量３ａ，３ｂを比較する比較器
４に入力され、比較器４の出力の選択信号５は、選択器
６、信号を符号化する符号化手段１７及び、信号を復号
化する動き復号化手段１５に入力されている。選択器６
の出力の被符号化信号７は、信号を圧縮する圧縮手段８
に入力され、その圧縮手段８により圧縮された圧縮信号
９は、符号化手段１７及びその圧縮信号９を伸張する伸
張手段１９に入力されている。伸張手段１９により伸張
された伸張信号１４は、動き復号化手段１５に入力さ
れ、動き復号化手段１５で復号された動き復号信号１６
は、動き検出手段１０及び動き補償手段１２に入力され
ている。又符号化手段１７からは、符号化された符号化
出力信号１８が出力されている。

【０００３】以上のように構成された従来の高能率符号
化装置において、以下その動作を説明する。

【０００４】画像信号を符号化する場合には、画面全体
を同時に符号化するのではなく、画面をいくつかの画素
からなるブロックに分割し、ブロック単位で符号化を行
なう。図５は画面を水平および垂直に分割する一例を示
している。この分割によって構成された各矩形領域の画
素単位で符号化を行なう。

【０００５】まず、最初の画面を符号化する場合は、他
に参照すべき画面が存在しないので、その画面だけを用
いて符号化することになる。圧縮手段８は、被符号化入
力信号を各ブロック単位で量子化等を行って圧縮して圧
縮信号９として出力し、その圧縮信号９を符号化手段１
７及び伸張手段１９に入力する。符号化手段１７では、
圧縮信号９にハフマン符号化等の可変長符号化を行い、
符号化出力信号１８として出力する。一方伸張手段１９
は、圧縮信号９を伸張して再生画像信号の伸張信号１４
を生成し、その伸張信号１４は、動き復号化手段１５に
より動き復号信号１６に復号される。

【０００６】次に、符号量計算手段２ａでは、被符号化
入力信号１を画面内で符号化（画面内符号化）した場合
の符号量３ａが計算される。このとき符号化はブロック
内で行なわれる。一方、動き検出手段１０では、被符号
化入力信号１及び例えば一つ前（又は後ろ）の画面であ
る動き復号手段１５により復号された動き復号信号１６
からその被符号化入力信号１の被符号化ブロックの動き
量１１が計算される。そうして動き補償手段１２では、
被符号化入力信号１の被符号化ブロックの画素値と、そ
の動き量１１に基づき、移動させた前画面（又は後）の
同じ位置の画素値との差を計算し、動き補償信号１３と
して出力する。この動き量１１は、画面全体もしくは画
面の一部が時間的に移動する対象物を含む場合に、前
（又は後ろ）の画面のその対象物の位置から計算され
る。この動き量１１が正確に検出できたならば、その位
置の画素値と被符号化ブロックの画素値の差を符号化し
た方が直接同じ位置の画素差を符号化する場合よりも符
号量が少ないことが多く、その結果、より多くの圧縮が
可能となる。

【０００７】次に、符号量計算手段２ｂは、動き補償信
号１３を符号化（動き補償符号化）した場合の符号量３
ｂを計算する。符号量３ａ及び３ｂは比較器４で比較さ
れ、小さい符号量の符号化方式が決定され、選択信号５
として出力される。画像信号は、静止画や小さな動きで
は画面間の相関が高く、符号量３ｂの方が符号量３ａよ
りも小さいことが多いが、急峻な動きやシーンチェンジ
においては符号量３ａの方が小さくなる。したがって、
選択器６で被符号化入力信号１または動き補償信号１３
の一方を選択信号５により選択し、圧縮手段８により圧
縮した後、符号化手段１７で選択信号５と共に符号化す
れば、画面内符号化または動き補償符号化のいずれか一
方を固定的に使用するよりも符号量を削減することがで
きる。

【０００８】又、圧縮信号９は伸張手段１９で伸張さ
れ、更に動き復号化手段１５では、伸張された伸張信号
１４及び前画面の信号を用いて復号化し、動き復号信号
１６を出力する。このとき、伸張信号１４が動き補償符
号化でなく画面内符号化であれば、動き復号化手段１５
はそのまま伸張信号１４を動き復号信号１６として出力
する。伸張信号１４が動き補償符号化又は画面内符号化
のいずれで符号化されているかを識別する信号は、選択
信号５で示される。動き復号信号１６は動き検出手段１
０や動き補償手段１２で次の画面の動き処理で参照信号
として使用される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような動き量の計算は、実際の動き補償符号化で必要な
動き情報の符号量を考慮していないので、データ量削減
の意味で最適な動き量を計算することは不可能であると
いう課題がある。

【００１０】本発明は、従来のこのような課題を考慮
し、動き量の符号量を考慮して符号化することにより、
従来の高能率符号化よりも符号化効率を高めた高能率符
号化装置を提供することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の本発明は、画
像信号を直接符号化した場合の符号量を計算する第１符
号量計算手段と、画像信号の画素値と、その画像信号の
１画面前又は後に入力された画像信号を、それら画像信
号から動き検出手段によって得られた動き量により移動
させたときの画素値との差を算出する動き算出手段と、
その画素値の差を符号化した場合の符号量を計算する第
２符号量計算手段と、画像信号及びその画像信号の１画
面前又は後に入力された画像信号の対応する位置の画素
値の差を算出する画面差算出手段と、その算出結果を符
号化した場合の符号量を計算する第３符号量計算手段
と、それら第１符号量計算手段、第２符号量計算手段、
第３符号量計算手段によって計算された符号量を比較す
る比較手段と、その比較結果に基づき、画像信号、動き
算出手段により算出された差信号及び、画面差算出手段
により算出された差信号のうち最も符号量の少ないもの
を選択する選択手段と、その選択された信号を圧縮して
選択信号と共に符号化する圧縮符号化手段とを備えた高
能率符号化装置である。

【００１２】請求項２の本発明は、画像信号を直接符号
化した場合の符号量を計算する第１符号量計算手段と、
画像信号の画素値と、その画像信号の１画面前又は後に
入力された画像信号を、それら画像信号から動き検出手
段によって得られた動き量により移動させたときの画素
値との差を算出する動き算出手段と、その画素値の差を
符号化した場合の符号量を計算する第２符号量計算手段
と、画像信号の画素値と、その画像信号の１画面前又は
後に入力された画像信号の対応する位置の周辺の動き量
に基づき、算出された位置の動き量により、対応する位
置を移動させたときの画素値との差を算出する動き予測
算出手段と、その算出結果を符号化した場合の符号量を
計算する第３符号量計算手段と、それら第１符号量計算
手段、第２符号量計算手段、第３符号量計算手段によっ
て計算された符号量を比較する比較手段と、その比較結
果に基づき、画像信号、動き算出手段により算出された
差信号及び、動き予測算出手段により算出された差信号
のうち最も符号量の少ないものを選択する選択手段と、
その選択された信号を圧縮して選択信号と共に符号化す
る圧縮符号化手段とを備えた高能率符号化装置である。

【００１３】

【作用】請求項１の本発明は、第１符号量計算手段が、
画像信号を直接符号化した場合の符号量を計算し、動き
算出手段が、画像信号の画素値と動き検出手段によって
得られた動き量により移動させた１画面前又は後ろに入
力された画像信号の画素値との差を算出し、第２符号量
計算手段が、その差を符号化した場合の符号量を計算
し、画面差算出手段が、画像信号と１画面前又は後ろに
入力された画像信号との画素値の差を算出し、第３符号
量計算手段が、その算出結果を符号化した場合の符号量
を計算し、比較手段が、第１符号量計算手段、第２符号
量計算手段、第３符号量計算手段により計算された符号
量を比較し、選択手段が、その比較結果に基づき、画像
信号、動き手段により算出された差信号、画面差算出手
段により算出された差信号のうち最も符号量の少ないも
のを選択し、圧縮符号化手段が、選択された信号を圧縮
して選択信号と共に符号化する。

【００１４】請求項２の本発明は、第１符号量計算手段
が、画像信号を直接符号化した場合の符号量を計算し、
動き算出手段が、画像信号の画素値と動き検出手段によ
って得られた動き量により移動させた１画面前又は後ろ
に入力された画像信号の画素値との差を算出し、第２符
号量計算手段が、その差を符号化した場合の符号量を計
算し、動き予測算出手段が、画像信号の画素値と、１画
面前又は後ろに入力された画像信号の対応する位置の周
辺の動き量に基づき算出された動き量により、その対応
する位置を移動させたときの画素値との差を算出し、第
３符号量計算手段が、その算出結果を符号化した場合の
符号量を計算し、比較手段が、第１符号量計算手段、第
２符号量計算手段、第３符号量計算手段により計算され
た符号量を比較し、選択手段が、その比較結果に基づ
き、画像信号、動き手段により算出された差信号、動き
予測算出手段により算出された差信号のうち最も符号量
の少ないものを選択し、圧縮符号化手段が、選択された
信号を圧縮して選択信号と共に符号化する。

【００１５】

【実施例】以下に、本発明をその実施例を示す図面に基
づいて説明する。

【００１６】図１は、本発明にかかる第１の実施例の高
能率符号化装置のブロック図である。すなわち、従来例
の符号量計算手段２ａ，２ｂ、動き検出手段１０、動き
補償手段１２、比較器４、選択器６、圧縮手段８、符号
化手段１７、伸張手段１９、動き復号化手段１５による
構成に加えて、画像信号である被符号化入力信号１及び
動き復号信号１６が、それら信号間の画素値の差を計算
する画面間差分計算手段２０に入力され、その画面間差
分計算手段２０の出力の画面間差分信号２１が、選択器
６及びその信号を符号化した場合の符号量を計算する符
号量計算手段２ｃに入力され、符号量計算手段２ｃの出
力の符号量３ｃが比較器４に入力されている。

【００１７】以上の構成において、符号量計算手段２ａ
が第１符号量計算手段、符号量計算手段２ｂが第２符号
量計算手段、符号量計算手段２ｃが第３符号量計算手
段、動き検出手段１０及び動き補償手段１２が動き算出
手段、画面間差分計算手段２０が画面差算出手段、比較
器４が比較手段、選択器６が選択手段、圧縮手段８及び
符号化手段１７が圧縮符号化手段をそれぞれ構成してい
る。

【００１８】次に上記実施例の高能率符号化装置の動作
について説明する。

【００１９】まず、最初の画面を符号化する場合は、従
来と同様、他に参照すべき画面が存在しないので、その
画面だけを用いて符号化する。

【００２０】次に画面間の処理を行う２番目以降の画面
について考える。符号量計算手段２ａでは、被符号化入
力信号１を画面内符号化した場合の符号量３ａが計算さ
れる。この符号化はブロック内で行なわれる。一方、動
き検出手段１０では、被符号化入力信号１及び例えば一
つ前（又は後ろ）の画面である動き復号手段１５により
復号された動き復号信号１６と入力信号１から、その被
符号化入力信号１の被符号化ブロックの動き量１１が計
算される。そうして動き補償手段１２では、被符号化入
力信号１の被符号化ブロックの画素値と、その動き量１
１に基づき、動き補償を行った前（又は後）の画面の同
じ位置の画素値との差を計算し、動き補償信号１３とし
て出力する。この動き量１１は、画面全体もしくは画面
の一部が時間的に移動する対象物を含む場合に、前（又
は後ろ）の画面のその対象物の位置から計算される。こ
の動き量１１が正確に検出できたならば、その位置の画
素値と被符号化ブロックの画素値の差を符号化した方が
直接同じ位置の画素差を符号化する場合よりも符号量が
少ないことが多く、その結果、より多くの圧縮が可能と
なる。符号量計算手段２ｂでは、その動き補償信号１３
を動き補償符号化した場合の符号量３ｂが計算される。

【００２１】更に、画面間差分計算手段２０では、被符
号化入力信号１の画素値と前（又は後ろ）の画面の同じ
位置の画素値との差分値が計算され、画面間差分信号２
１が出力される。そうすると符号量計算手段２ｃでは、
画面間差分信号２１を符号化した場合の符号量３ｃが計
算される。以上のようにして計算された符号量３ａ，３
ｂ，３ｃは比較器４により比較され、一番小さい符号量
の符号化方式が決定され、選択信号５として出力され
る。

【００２２】画像信号は、静止画や小さな動きでは画面
間の相関が高く、符号量３ｃが符号量３ａや符号量３ｂ
よりも小さくなり、やや大きな動きでは符号量３ｂが小
さくなり、大きな動きやシーンチェンジにおいては符号
量３ａの方が小さくなる。したがって、選択器６で被符
号化入力信号１、動き補償信号１３、画面間差分信号２
１の何れか一つを選択信号５で選択し、圧縮手段８によ
り信号を圧縮した後、符号化手段１７で選択信号５と共
に符号化すれば、従来の高能率符号化手法よりも符号量
を削減することができる。

【００２３】又、圧縮信号９は伸張手段１９で伸張さ
れ、更に動き復号化手段１５では、伸張された伸張信号
１４及び前画面の信号を用いて復号化し、動き復号信号
１６を出力する。このとき、伸張信号１４が動き補償符
号化でなく画面内符号化であれば、動き復号化手段１５
はそのまま伸張信号１４を動き復号信号１６として出力
する。伸張信号１４が動き補償符号化又は画面内符号化
のいずれで符号化されているかを識別する信号は、選択
信号５で示される。動き復号信号１６は動き検出手段１
０や動き補償手段１２で次の画面の動き処理で参照信号
として使用される。

【００２４】又、画面間差分信号２１の復号は、動き補
償符号化された信号用の動き復号化手段１５で復号化可
能であり、復号化する場合には、従来の高能率符号化装
置と比較して特別なハードウェアの付加は不要とするこ
とができる。

【００２５】上記実施例では、動き量０となる場合が、
それ以外の動き量となる場合よりも多く発生し、その結
果少ない符号量で効率良く符号化できる動き量であるこ
とに注目した。そこで、 １． 画面内の符号化 ２． 動き量を計算し、前または後ろ画面から動き補償
符号化 ３． 動き量０で、前または後ろ画面から動き補償符号
化 の３種類の符号化による符号量計算を行ない、最も符号
量が小さい符号化方式で符号化を行なうことにすれば、
上記の１と２のみで比較する従来の高能率符号化装置よ
りも符号化効率が向上することが明らかである。

【００２６】従って以上述べたように、画面間差分計算
手段２０と符号量計算手段２ｃを付加して、画面間差分
信号２１を符号化した場合の符号量を計算し、ブロック
毎に最良の符号化手段を選択することにより、符号化効
率が向上する。

【００２７】図２は、本発明にかかる第２の実施例にお
ける高能率符号化装置のブロック図である。すなわち、
第１の実施例の画面間差分計算手段２０に代えて、動き
予測手段３０及び動き補償手段３２が接続され（詳細は
後述）、他の構成は第１の実施例と同じである。

【００２８】次に上記実施例の動作について説明する。

【００２９】被符号化入力信号１から符号量３ａ，３ｂ
および動き補償信号１３を生成する処理は先の第１の実
施例と同じであり、説明を省略する。

【００３０】動き予測手段３０は、符号化するブロック
の周辺の符号化済みの動き量から符号化ブロックの動き
量を計算し、その予測した動き量３１を出力する。例え
ば、図３に示すようなブロックで、ａ，ｂ，ｃが符号化
済みブロック、xを符号化ブロックの動き量とする。こ
の場合には、 ・左の位置の動き量aを予測値xとする ・上の位置の動き量bを予測値xとする ・動き量ａ，ｂ，ｃの平均値を予測値xとする 等のような予測方法で動き量３１を計算できる。なお、
周辺で動き量が符号化されていないブロックがあれば、
そのブロックを予測に使用しないことも可能である。動
き補償手段３２では、予測した動き量３１に基づき、動
き補償を行った前（又は後ろ）の画面の画素値と、被符
号化入力信号１の被符号化ブロックの画素値との差を計
算し、動き補償信号３３として出力する。

【００３１】符号量計算手段２ｃは動き補償信号３３を
動き補償符号化した場合の符号量３ｃを計算する。符号
量３ａ，３ｂ，３ｃは比較器４で比較され、一番小さい
符号量の符号化方式が決定され、選択信号５として出力
される。動き量３１が正確に予測できたならば、その位
置の画素値と被符号化ブロックの画素値の差を符号化し
た方が直接同じ位置の画素差を符号化する場合よりも符
号量が少ないことが多く、その結果、より圧縮が可能と
なる。特に、画像信号では、予測した動き量３１が周辺
の動き量と一致することが多く、その結果、予測が的中
する確率が高い。したがって、選択器６で被符号化入力
信号１または動き補償信号１３、動き補償信号３３の何
れか一つを選択信号５で選択し、圧縮手段８で圧縮した
後、符号化手段１７で選択信号５と共に符号化すれば、
従来の高能率符号化手法よりも符号量を削減することが
できる。

【００３２】上記実施例では、隣接する領域と同じ動き
量となる場合が、それ以外の動き量となる場合よりも多
く発生し、その結果少ない符号量で効率良く符号化でき
る動き量であることに注目した。そこで、 １． 画面内の符号化 ２． 動き量を計算し、前または後ろ画面から動き補償
符号化 ３． 近傍の動き量から予測した動き量で、前または後
ろ画面から動き補償符号化 の３種類の符号化による符号量計算を行ない、最も符号
量が小さい符号化方式で符号化を行なうことにすれば、
上記の１と２のみで比較する従来の高能率符号化手法よ
りも符号化効率が向上することが明らかである。

【００３３】従って以上述べたように、動き量予測手段
３０と動き補償手段３２、符号量計算手段２ｃを付加し
て、動き量３１を予測して動き補償符号化した場合の符
号量を計算し、ブロック毎に最良の符号化手段を選択す
ることにより、符号化効率が向上する。

【００３４】又、上記の第１及び第２の実施例の高能率
符号化装置において、従来の高能率符号化装置のハード
ウェア規模の増加に対して、その増加以上に符号化効率
向上の効果が大である。

【００３５】なお、上記の第１及び第２の実施例では、
説明を容易にするために、動き復号信号１６を動き補償
手段１２，３２、動き検出手段１０、画面間差分計算手
段２０、動き予測手段３０に入力して符号化済み画素の
参照値として使用したが、これをフレームメモリ等を用
いて参照画素を一括して記録／保存するようにして用い
てもよい。

【００３６】また、第１及び第２の実施例における被符
号化入力信号１、動き補償信号１３、画面間差分間信号
２１、動き補償信号３３の４種類の符号量を計算し、４
通りのそれら信号から１つを選択し、符号化できるよう
に構成して、更に符号化効率を向上させてもよい。

【００３７】

【発明の効果】以上述べたところから明らかなように本
発明は、従来の高能率符号化に比べて符号化効率を向上
させることができるという長所がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる第１の実施例における高能率符
号化装置のブロック図である。

【図２】本発明にかかる第２の実施例における高能率符
号化装置のブロック図である。

【図３】第２の実施例における動きベクトル予測の説明
図である。

【図４】従来の高能率符号化装置のブロック図である。

【図５】符号化するために画面を分割する一例を示す図
である。

【符号の説明】

２ａ，２ｂ，２ｃ 符号量計算手段 ４ 比較器 ６ 選択器 ８ 圧縮器 １０ 動き検出手段 １２ 動き補償手段 １７ 符号化手段 ２０ 画面間差分計算手段 ３０ 動き予測手段 ３２ 動き補償手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号を直接符号化した場合の符号量
   を計算する第１符号量計算手段と、前記画像信号の画素
   値と、その画像信号の１画面前又は後に入力された前記
   画像信号を、それら画像信号から動き検出手段によって
   得られた動き量により移動させたときの画素値との差を
   算出する動き算出手段と、その画素値の差を符号化した
   場合の符号量を計算する第２符号量計算手段と、前記画
   像信号及びその画像信号の１画面前又は後に入力された
   前記画像信号の対応する位置の画素値の差を算出する画
   面差算出手段と、その算出結果を符号化した場合の符号
   量を計算する第３符号量計算手段と、それら第１符号量
   計算手段、第２符号量計算手段、第３符号量計算手段に
   よって計算された符号量を比較する比較手段と、その比
   較結果に基づき、前記画像信号、前記動き算出手段によ
   り算出された差信号及び、前記画面差算出手段により算
   出された差信号のうち最も符号量の少ないものを選択す
   る選択手段と、その選択された信号を圧縮して選択信号
   と共に符号化する圧縮符号化手段とを備えたことを特徴
   とする高能率符号化装置。
2. 【請求項２】 画像信号を直接符号化した場合の符号量
   を計算する第１符号量計算手段と、前記画像信号の画素
   値と、その画像信号の１画面前又は後に入力された前記
   画像信号を、それら画像信号から動き検出手段によって
   得られた動き量により移動させたときの画素値との差を
   算出する動き算出手段と、その画素値の差を符号化した
   場合の符号量を計算する第２符号量計算手段と、前記画
   像信号の画素値と、その画像信号の１画面前又は後に入
   力された前記画像信号の対応する位置の周辺の動き量に
   基づき、算出された前記位置の動き量により、前記対応
   する位置を移動させたときの画素値との差を算出する動
   き予測算出手段と、その算出結果を符号化した場合の符
   号量を計算する第３符号量計算手段と、それら第１符号
   量計算手段、第２符号量計算手段、第３符号量計算手段
   によって計算された符号量を比較する比較手段と、その
   比較結果に基づき、前記画像信号、前記動き算出手段に
   より算出された差信号及び、前記動き予測算出手段によ
   り算出された差信号のうち最も符号量の少ないものを選
   択する選択手段と、その選択された信号を圧縮して選択
   信号と共に符号化する圧縮符号化手段とを備えたことを
   特徴とする高能率符号化装置。