JPH05328404A - 映像信号の高能率符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】高能率符号化装置において、画素ブロック化を
付加処理を伴うことなく実現する。 【構成】色差信号の画素データ密度を減じる手段、画素
ブロックを形成する手段、輝度信号と色差信号とでｎ２
＋２個の画素ブロックでマクロブロックを構成して、シ
ャフリングする手段、符号化手段を有する。 【効果】１画面にて、画素ブロック、マクロブロックと
もに端数が生じることなく、付加処理を必要せず高能率
符号化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号のディジタル
データを２次元配列の画素ブロックを単位として、高能
率符号化する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号のディジタルデータを高能率符
号化する方法として、映像信号の画素に対応したディジ
タルデータ（以下画素データと記す）を８画素×８ライ
ン（走査線）の２次元に配列したブロックに対して、離
散コサイン変換等の演算を行い、画素間の相関成分を除
去したり、発生する画像歪みの多くを視覚的に目立ちに
くい高周波領域に集中させるようにして、高能率符号化
する方法が一般的に行われている。しかしながらこの方
法は、１フレームあたり７２０画素×４８０ラインや３
６０画素×４８０ライン等のように、１フレームの画素
データが、前記８画素×８ラインのブロックの整数倍の
構成になっている場合は問題ないが、そうでない場合
は、余りの画素データに対する付加的な処理が要求され
る。

【０００３】上記課題に対する一提案が、特開平４−７
９６９６になされている。該提案において、余りの画素
データは、画面上の位置関係を変更して、８画素×８ラ
インのブロックに強制的に変更させられる。従って該提
案によれば、１フレームの画面を整数個のブロックに分
割することが出来るようになるが、付加処理されたブロ
ックに対しては、画素データ間の相関の現われ方が通常
のブロックとは異なるため、高能率符号化にとって必ず
しも好適なブロック化が行われているとは言い難い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、映像
信号の内、色差信号の画素データの密度を輝度信号に対
して粗にして高能率符号化する場合に好適な、上記課題
の解決方法を提供することにあり、画面上のいずれの位
置においても均質なブロック化が行え、さらには、前記
付加的な処理を全く必要としない方法を提供することに
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明では、１画面内の輝度信号の画素データ密度と
色差信号のそれぞれの画素データ密度の比がｎ２：１の
割合の映像信号を入力するか、もしくは映像信号のうち
少なくとも色差信号の画素データ密度を減じて、前記画
素データ密度比をｎ２：１の割合にして、１画面内の画
素データ総数を水平、垂直ともにｍの整数倍となる色差
信号を得る手段と、画素データをｍ×ｍの２次元配列の
画素ブロックにするブロック化手段と、画面の位置で対
応した輝度信号の画素ブロックををｎ２個と色差信号の
画素ブロックをそれぞれ１個づつの合計ｎ２＋２個の画
素ブロックをマクロブロックとして、該マクロブロック
単位でシャフリングして、符号化する順に並んだ符号化
系列を生成する手段と、該符号化系列に対して符号化を
行う手段とを備え、前記１画面内の画素データ数が水
平、垂直ともにｍの整数倍である色差信号は、垂直方向
の画素データ密度を減じるか、もしくは画素データが五
の目状の配置にものから、２走査線上の画素データをペ
アにして並び換えるかの方法によって生成する。

【０００６】

【作用】画素データ数が水平、垂直ともｍ個の整数倍と
なる色差信号を得る手段にて色差信号を得ているため、
画素データ数はｍ×ｍの２次元配列の画素ブロック整数
倍となり、ｍ×ｍの２次元配列の画素ブロックを生成す
る手段で画素ブロックに区切った時、画素データの余り
が生じることがない。また輝度信号も同様に、画素デー
タ数はｍ×ｍの２次元配列の画素ブロック整数倍であ
る。このため余りの画素データを集めて、画素ブロック
を生成するという付加処理は必要ない。

【０００７】また、画面の位置で対応した輝度信号の画
素ブロックをｎ２個と色差信号の画素ブロックをそれぞ
れ１個づつの合計ｎ２＋２個の画素ブロックからなるマ
クロブロックもまた、画面内で画素ブロックを余らすこ
となく形成できるので、マクロブロック単位でシャフリ
ングして、符号化する順に並んだ符号化系列を生成する
手段においても、余りの画素ブロックを集めてマクロブ
ロックを形成するという付加処理を必要とすることもな
い。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例について、添付図面を
用いて説明する。

【０００９】図１から図６は、本発明の第１の実施例を
説明するものであり、図１は、本発明による高能率符号
化装置の構成を示す図、図２は、該装置に入力する映像
信号の画素データの構成を示す図、図３は、色差信号の
ライン間引き動作を示す図、図４は、本実施例における
映像信号の伝送帯域を示す図、図５は、マクロブロック
の構成ならびにシャフリングの様子を示す図、図６は、
シャフリング後の画素データの並び（符号化系列）を示
す図である。

【００１０】図１において、１は色差信号の画素データ
を時分割に並び換えるためのスイッチ、２ａ、２ｂは、
インタレース走査された映像信号を順次走査化した信号
に変換するための順次化メモリ、３は、色差信号の垂直
方向の高域成分を除去するための垂直フィルタ、４は、
色差信号の走査線を間引くためのライン間引き回路、
５、は輝度信号と色差信号のタイミングを一致させるた
めの遅延回路、６ａ、６ｂは、１０の符号化回路で離散
コサイン変換（ＤＣＴ）演算をする８画素×８ラインの
２次元ブロックを形成するＤＣＴブロック化回路、１１
は色差信号の画素データと輝度信号の画素データを混合
するマルチプレクサ、９は、後述するマクロブロックを
単位として、マクロブロックの並び換えを行うシャフリ
ング回路、１０は、前記離散コサイン変換、量子化、可
変長符号化等での処理によりデータの圧縮を行う符号化
回路、である。

【００１１】本高能率符号化装置には、映像信号の画素
データとして、輝度信号（Ｙ）と２つの色差信号（Ｃｒ
とＣｂ）さらには同期信号が入力される。図２に示した
ように、映像信号の画素データは、水平、垂直、さらに
時間の３次元空間にあるものとして表現でき、その有効
エリア内に、水平は輝度信号で７２０画素、色差信号で
３６０画素、垂直はフレームあたり４８０ライン（走査
線）ある。また時間方向には、１フレームを２つのフィ
ールドで構成して、２つのフィールド間で走査線がイン
タレースしたものであり、これは４：２：２方式とし
て、国際的に広く使われているものである。また色差信
号は、輝度信号に比べて画素データが１／２であるた
め、スイッチ１で２つの色差信号を時分割に多重して、
一つのデータ系列として、以下同じ回路で処理できるよ
うにして、回路の簡素化を図る。ここで、該スイッチ１
の駆動パルスとして、前記同期信号からタイミング発生
回路７にて、クロック信号を供給している。

【００１２】順次化メモリ２ａ、２ｂは、前記インタレ
ースした２つのフィールドを合成して、順次走査化した
画素データ系列として、画素データを並び換えるもので
ある。該並び換えは、図２に示したように、１フレーム
を構成する２つのフィールドで画素データがライン毎に
交互になるように並び換えるものである。

【００１３】さらに図３に示したように、色差信号（Ｃ
ｒ、Ｃｂ）においては、上記順次走査化した１フレーム
の画素データに対し、垂直フィルタ３にて、フレーム画
面の垂直軸方向の高域成分を抑圧して、その後ライン間
引き回路４で、１フレームあたりのライン数が２４０本
となるように、ラインを１本置きで間引く。図４は、該
間引き処理を行った結果において、以後の高能率符号化
処理をする輝度信号ならびに色差信号の伝送帯域を示し
たものである。元々入力される色差信号の画素データの
密度が、輝度信号に比べて水平方向で１／２であったも
のに加え、上記処理では垂直方向にも１／２化してい
る。このため輝度信号の伝送帯域に比べ色差信号の伝送
帯域は水平、垂直とも１／２化され、バランスした画素
データ配列として、効果的に画素データ数を少なく出来
る。これは、以後の高能率符号化処理において、処理す
べき画素データ数を減らすことになり、符号化効率の改
善や回路の簡素化という効果が生まれる。

【００１４】また遅延回路５は、色差信号の垂直フィル
タ３、ライン間引き回路４での処理遅延を相殺するもの
であり、輝度信号と色差信号とで画素データの密度比が
水平、垂直とも２：１とした映像信号の画素データは、
その後ＤＣＴブロック化回路６ａ、６ｂにて、前記８画
素×８ラインのＤＣＴブロックに区切った後、マルチプ
レクサ８で、画面上で同じ位置にある輝度信号のＤＣＴ
ブロックを４個と色差信号をＣｒ、Ｃｂで１個づつ、合
計６個のＤＣＴブロックで１つのマクロブロックを形成
するように混合する。

【００１５】前記したようにシャフリング回路９は、前
記タイミング発生回路７からのタイミング信号を基に、
該マクロブロックを単位として、画面内においてその順
序を並び換えるものである。図５に、該シャフリング処
理の１例を示しているが、画面水平方向を３つ、垂直方
向も３つに区切って得る９つのピクチュアセルの中か
ら、図示したように１個づつマクロブロックを選び合計
９個のマクロブロックから成る符号化系列を生成する。

【００１６】該符号化系列は、画面の中で一様に分散し
た位置にあるマクロブロックを集めたものであり、この
符号化系列の順に符号化回路１０で符号化され、記録も
しくは伝送回路等に送出されるものである。これにより
ＶＴＲやビデオディスクへの応用では、早見再生におい
ても画面の全体の内容を効果的に把握できるようになる
とともに、記録過程における連続した（バースト）エラ
ーが発生した場合でも、画面の一部に集中して画像の復
元が損なわれることがないため、エラーの補正処理が容
易であり、総合的にシステムの信頼性向上につながるも
のである。また後者の利点は、ＶＴＲ、ビデオディスク
への応用のみならず、通信等への応用においても同様に
有効である。さらには、該符号化系列は、画面の中で一
様に分散した位置からのマクロブロックで構成されてお
り、該符号化系列で発生する情報が略均一に保たれてい
る可能性が高い。このことを利用し、ＶＴＲへの記録へ
の応用においては、該符号化系列で発生するデータ量を
一定値以下に制御して、該符号化系列の符号化データが
複数組で１信号トラックへ記録するデータとなるようす
る。この結果、テープ上に記録されている符号化データ
と画面上の位置との関係を明確化でき、一層高速再生が
やり易くなる利点が生じるとともに、前記符号化回路１
０で使用する可変長符号の区切りをも明確化でき、記録
再生過程で発生するエラーが伝搬するのを、該符号化系
列以内に抑圧できる。同様に後者の利点は、ＶＴＲへの
応用のみならず、通信等への応用についても有効であ
る。

【００１７】次に、図７から図１０を用いて、本発明の
第２の実施例を説明する。図７は、本発明による高能率
符号化装置の第２の実施例の構成を示す図、図８は、該
装置に入力する映像信号の画素データ構成を示す図、図
９は、色差信号の画素間引き動作を示す図、図１０は、
本実施例における映像信号の伝送帯域を示す図である。

【００１８】図７の第２の実施例において、前記図１に
記載の第１の実施例に対し、前記垂直フィルタ３が２次
元フィルタ１１に、ライン間引き回路４が画素間引き回
路１２になっていることが異なっている。

【００１９】入力映像信号は、前記した４：２：２信号
であり、図８に示したように、水平軸とと垂直軸で表す
２次元平面では、垂直方向に２つのフィールドのライン
が交互に並び、すべての画素データが格子状に配列され
たものである。該２次元の画素データに対して、２次元
フィルタ１１は、２次元周波数領域において、水平、垂
直ともに高域となるの映像信号の斜め方向の高周波成分
を抑圧する。さらに、画素間引き回路１２では、図９に
示したように異なるフィールドのライン間で、残された
画素が互いに１８０度位相がずれるように、１画素置き
に画素を間引く。その後図９に示しているように、２つ
のラインの画素データをペアにして交互に並べ、１ライ
ン分の画素データとする。

【００２０】この結果、色差信号の画素データは、前記
した第１の実施例と同様に、水平方向に３６０画素、垂
直方向に２４０ラインの配列となり、以下の回路の動作
は、第１の実施例と同一である。

【００２１】図１０には、本実施例における映像信号の
伝送帯域を示しているが、本実施例では、斜め成分の帯
域が前記第１の実施例に比べ低下するが、水平、垂直と
も伝送できる最高周波数は、入力映像信号と同等であ
る。映像信号の斜め方向は、水平、垂直方向に比べ視感
度が低いものであり、従って本実施例は、入力映像信号
と同等の解像度を保ちつつ、有効に画素データの数を減
らすことが出来る利点がある。

【００２２】また図１１は、映像信号の動きに適応し
て、前記ＤＣＴブロック化回路６ａ、６ｂにおけるブロ
ック化構成を適応的に変えるブロック化方法を示した図
である。映像信号の動きが激しい場合には、フィールド
間でさえも画像の内容が異なることがある。このため、
２つのフィールドを合成して、ＤＣＴブロックを構成す
ることは、映像信号の静止領域とか動きの小さい領域に
対しては好適であるが、上記のように動きの激しい領域
に対しては、符号化効率の観点から最適ではない。本図
の例では、ＤＣＴブロックの構成を、輝度信号に対し
て、各フィールドで８画素×８ラインとなるＤＣＴブロ
ックを構成させるようにするが、ＤＣＴブロックのサイ
ズとかマクロブロックのサイズは、静止モード／動きモ
ードに関わらず共通化する。この結果、動きのある映像
信号に対しても、前記ＤＣＴブロック化回路６ａで動き
を検出して、輝度信号のＤＣＴブロック化を適応的に切
り換える他は、シャフリング等共通の処理が行えるた
め、高能率符号化装置を大きく変更することがなく、簡
素な構成のままで、符号化効率を高めることが出来る。

【００２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、広く
用いられている４：２：２方式の映像信号から、特に色
差信号の画素データの密度をさらに減じて高能率符号化
する場合、色差信号の２次元ブロック化にて余りの画素
データを出すことがなく、均一なブロック化が実現でき
る。これは符号化効率を低下させることもなく、また付
加処理のための余分な回路を必要とせずに高能率符号化
装置の簡素化に役立つものである。

【００２４】さらに、シャフリングも簡単な方法で実現
できるため、ＶＴＲ等への応用において早見再生の機能
を高品位に実現できるとともに、誤りの局所的な集中を
回避でき、システム信頼性向上に役立つ。また符号化後
の発生データ量をシャフリングした後の符号化系列に対
して一定化することにより、誤りの伝搬の小さな高能率
符号化装置が実現できる。

【００２５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による高能率符号化装置の第１の実施例
の構成を示す図、

【図２】該装置に入力する映像信号の画素データ構成を
示す図、

【図３】色差信号のライン間引き動作を示す図、

【図４】本実施例における映像信号の伝送帯域を示す
図、

【図５】マクロブロックの構成ならびにシャフリングの
様子を示す図、

【図６】シャフリング後の画素データの並び（符号化系
列）を示す図である。

【図７】本発明による高能率符号化装置の第２の実施例
の構成を示す図、

【図８】該装置に入力する映像信号の画素データ構成を
示す図、

【図９】色差信号の画素間引き動作を示す図、

【図１０】本実施例における映像信号の伝送帯域を示す
図である。

【図１１】映像信号の動きに適応したＤＣＴブロック化
構成を示した図である。

【符号の説明】

２ａ、２ｂ…順次化メモリ、３…垂直フィルタ、４…ラ
イン間引き回路、 ６ａ、６ｂ…ＤＣＴブロック化回
路、１１…マルチプレクサ、 ９…シャフリング回
路、１０…符号化回路、 １１…２次元フィル
タ、１２…画素間引き回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 市毛 健志 横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立 製作所映像メディア研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１画面内の輝度信号の画素データ密度と色
   差信号のそれぞれの画素データ密度の比がｎ２：１の割
   合の映像信号を入力するか、もしくは映像信号のうち少
   なくとも色差信号の画素データ密度を減じて、前記画素
   データ密度比をｎ２：１の割合にして、１画面内の画素
   データ総数を水平、垂直ともにｍの整数倍となる色差信
   号を得る手段と、画素データをｍ×ｍの２次元配列の画
   素ブロックにするブロック化手段と、画面の位置で対応
   した輝度信号の画素ブロックをｎ２個と色差信号の画素
   ブロックをそれぞれ１個づつの合計ｎ２＋２個の画素ブ
   ロックをマクロブロックとして、該マクロブロック単位
   でシャフリングして、符号化する順に並んだ符号化系列
   を生成する手段と、該符号化系列に対して符号化を行う
   手段とを有し、前記１画面内の画素データ数が水平、垂
   直ともにｍの整数倍である色差信号は、垂直方向の画素
   データ密度を減じるか、もしくは画素データが五の目状
   の配置のものから、２走査線上の画素データをペアにし
   て並び換えるかの方法によって生成したものであること
   を特徴とする高能率符号化装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の高能率符号化装置であっ
   て、１画面あたりの輝度信号の有効画素データ数が７２
   ０画素×４８０ラインであり、色差信号の有効画素がそ
   れぞれ３６０画素×２４０ラインとして高能率符号化す
   ることを特徴とする高能率符号化装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の高能率符号化装置であっ
   て、１画面を縦にＮ等分、横にＭ等分して形成する分割
   画面から１個づつ前記マクロブロックを抽出するように
   して符号化系列を生成し、該符号系列で発生する符号量
   を一定値以下にすることを特徴とする高能率符号化装
   置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の高能率符号化装置であっ
   て、映像信号の静止領域と動き領域とで、前記マクロブ
   ロックの区切りを変えずに、前記ｍ×ｍの画素ブロック
   のブロック化方法を変えることを特徴とする高能率符号
   化装置。