JPH06153183A - 画像信号符号化装置、画像信号復号化装置、画像信号符号化方法、画像信号復号化方法及び画像信号記録媒体 - Google Patents
画像信号符号化装置、画像信号復号化装置、画像信号符号化方法、画像信号復号化方法及び画像信号記録媒体Info
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Abstract
解像度のノンインターレース画像に対応するビットスト
リームと、低解像度のインターレース画像に対応するビ
ットストリームとを得る。 【構成】 ノンインターレース構造の入力画像をダウン
サンプリングしてインターレース画像を形成し、それを
符号化する。また、その符号化されたデータを復号化し
てインターレース復号画像を形成し、そのインターレー
ス復号画像をアップサンプリングして、ノンインターレ
ース画像の符号化における予測画像として利用する。
Description
プなどの蓄積系動画像メディアを用いた情報記録装置お
よび情報再生装置に関する。また、例えばいわゆるテレ
ビ会議システム、動画電話システム、放送用機器に適用
して好適な情報伝送装置/受信装置に関する。
力画像と出力画像との間の空間的な解像度的を可変とす
る方法として、レイヤ符号化/復号化方式がある。レイ
ヤ符号化方式は二つの解像度の異なる符号化器をもち、
下位のレイヤでは解像度の低い画像を符号化してビット
ストリームを作成する。上位レイヤではフル解像度の入
力画像と、下位レイヤからの復号化された画像をアップ
サンプルした画像の差分を符号化する。
レース画像と異なった解像度の再生画像が得られる。図
1にレイヤ符号化器の構成図を示す。まず下位レイヤの
動作から説明する。入力画像1はインターレース構造を
持つ。下位レイヤでは入力画像1はダウンサンプル器2
で低解像度の画像に変換される。この画像がMPEG符
号化器3によって符号化されて下位レイヤ出力ビットス
トリーム4が得られる。さらにMPEG符号化器3の出
力はMPEG復号化器5によって復号化される。この画
像はアップサンプル器6によって高解像度の画像に変換
される。
ーレース構造の入力画像1は、上記に説明したアップサ
ンプル器6の出力とともに差分器7へ入力される。ここ
で差分をとられた画像信号は、MPEG符号化器8へ入
力されて符号化され、上位レイヤ出力ビットストリーム
9を得る。図2にレイヤ復号化器の構成図を示す。まず
下位レイヤの動作を説明する。下位レイヤ入力ビットス
トリーム10はMPEG復号化器11に入力されてイン
ターレース構造の下位レイヤ出力映像信号12を得る。
同時にMPEG復号化器11の出力画像はアップサンプ
ル器13に入力される。
イヤ入力ビットストリーム14はMPEG復号化器15
に入力され復号化される。出力画像15とアップサンプ
ルされた信号13は加算器16で合成されてインターレ
ース構造の上位レイヤ出力映像信号17を得る。
復号化方式は、入力がインターレース画像の場合にのみ
対応するようになされているため、入力がノンインター
レース画像の場合は、対応できないという課題があっ
た。本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであ
り、ノンインターレース画像に対するレイヤ符号化/復
号化方式を実現できるようにするものである。
インターレース入力画像をダウンサンプリングして、イ
ンターレース画像を形成し符号化を行う第1の符号化器
と、ノンインターレース入力画像を符号化する第2の符
号化器とを有する。
インターレース入力画像をダウンサンプリングして、イ
ンターレース画像を形成し符号化を行い、第2の符号化
器によりノンインターレース入力画像が符号化される。
従って、解像度の異なるノンインターレース画像に対応
するビットストリームとインターレース画像に対応する
ビットストリームとが得られる。
上位レイヤと下位レイヤの走査線数の比が2:1インタ
ーレースの画像で動作するとして、本発明による符号化
を行いノンインターレース画像とインターレース画像の
コンパチビリティをもたせた出力ビットストリームを得
るためのシステムについて説明する。
図3を用いて説明する。まず下位レイヤブロックについ
て説明する。エンコーダーでは、処理をマクロブロック
単位で行なっている。入力画像21はノンインターレー
ス構造を持ちダウンサンプル器22へ入力され低解像度
のインターレース画像に変換される。変換の際には動き
ベクトル検出器37からの動きベクトルを参照してデー
タ間引き後にローパスフィルタを通過させるかどうかを
適応的に判定している。ここでの動きベクトルは、後述
する動きベクトル検出回路24から供給するようにして
もよいが、この場合は、時間的に前の画像の動きベクト
ルを使うようになるため、上位レイヤ側の符号化効率は
多少低下することもある。
力された画像71に対し、切替器73では動きベクトル
によってLPFを作用させた画像と作用させない画像を
適応的に切り替えて出力する。切替器73からの出力
は、間引き器72によって交互に間引かれる。間引かれ
た後の画像は折り返し成分を含むため通常は一様にロー
パスフィルタを作用させるが、入力がノンインターレー
ス画像であるという特徴から、動きが少ないときには、
間引きされた点と、空間的に同位置で時間的に異なるサ
ンプル点が必ず存在する。例えば静止画のときには図5
の点線で囲った2点は全く同じデータであるからフィル
タ処理は不用である。
グされたブロックフォーマットの画像は、フレームメモ
リ23に格納され、動きベクトル検出回路24によって
動きベクトルの検出が行われる。動きベクトル検出回路
24は、フレームメモリ23に保持された画像を前方原
画像と後方原画像として、現在の参照画像との間の動き
ベクトルの検出を行なう。ここで、動きベクトルの検出
は、ブロック単位でのフィールド又はフレーム間差分の
絶対値和が最小になるものが、その動きベクトルとされ
る。
送られ、マクロブロックタイプの選択がなされ、該当す
る予測画像が差分器26へ送られる。差分器26は入力
画像と予測画像の差分をとりデイスクリートコサイン変
換(DCT(discrete cosine transform ))回路27
に出力するようになされている。DCT回路27は映像
信号の2次元相関を利用して、入力画像データ又は差分
データをブロツク単位でデイスクリートコサイン変換
し、その結果得られる変換データを量子化回路28に出
力するようになされている。
スライス毎に定まる量子化ステツプサイズでDCT変換
データを量子化し、その結果出力端に得られる量子化デ
ータを可変長符号化(VLC(variable length cod
e))回路29及び逆量子化回路30に供給する。ここ
でVLC回路29は、量子化データを、量子化スケー
ル、マクロブロックタイプ、動きベクトル等と共に可変
長符号化処理し、伝送データとして下位レイヤビットス
トリーム31を出力する。出力された下位レイヤビット
ストリーム31は、後述する上位レイヤビットストリー
ム、符号化されたオーディオ信号、同期信号等と多重化
され、更にエラー訂正用のコードが付加され、所定の変
調が加えられた後、レーザ光を介してマスターディスク
上に凹凸のピットとして記録される。このマスターディ
スクを利用して、スタンパーが形成され、更に、そのス
タンパーにより、大量の複製ディスク(例えば光ディス
ク)が形成される。
送出される量子化データを代表値に逆量子化して逆量子
化データに変換し、出力データの量子化回路における変
換前の変換データを復号し、逆量子化データをデイスク
リートコサイン逆変換IDCT(inverse discrete cos
ine trasform)回路32に供給するようになされてい
る。
復号された逆量子化データをDCT回路27とは逆の変
換処理で復号画像データに変換し、動き補償回路25に
出力するようになされている。動き補償回路25は、動
きベクトル検出回路24から供給された動きベクトルに
基づいて動き補償を行い、復号画像を前方予測画像もし
くは後方予測画像としてフレームメモリに書き込む。前
方/両方向予測の場合は、予測画像からの差分がIDC
T回路32の出力として送られてくるために、この差分
を加算器33を用いて予測画像に対して足し込むこと
で、局所復号が行なわれる。
像と全く同一の画像であり、次の処理画像はこの予測画
像をもとに、前方/両方向予測を行なう。さらにこの下
位レイヤの予測画像はインターレース構造を持っている
が、アップサンプリング回路34によって上位レイヤと
同様のノンインターレース画像に補間を施されて上位レ
イヤの時空間予測器(Spatio-Temporal Predictor)39
へ入力される。
ターレースの補間画像をつくる際に上位レイヤからの、
フル精度で空間的なサンプル点は同じではあるが時間的
なサンプル点は異なる画像と、下位レイヤの間引きによ
って解像度は低くなっているが時間的に同じサンプル点
をもつ画像の両方を動き情報を基に適応的に参照して補
間画像を生成する。
す。83にアップサンプル器の構成を示す。83の入力
は、上位レイヤの空間的に同じ位置だが時間的に異なる
データと、下位レイヤの同一フィールドのサンプル点か
らの内挿補間のデータと、下位レイヤの異なるフィール
ドからの対応点のデータであり、動きベクトルから適応
的に決定される係数w1、w2、w3を使用して重み付
け補間を行う。まず81に示す様に補間する点に対して
下位レイヤの同一フィールド内の隣接点からの内挿補間
と下位レイヤの異なるフィールドのサンプル点と上位レ
イヤの空間的に同じ位置のサンプル点をw1からw2の
係数を使用して重みをつけて補間する。さらにw1、w
2で得られた値と下位レイヤの同位置の値、すなわち補
間すべき点自身の値をw3の係数で重みをつけて足し込
む。この場合(1−w3)の係数によって参照される下
位レイヤの同位置の点はゼロ内挿された点であり、値が
0であるから補間には影響しない。また82のように補
間しようとする同位置に下位レイヤのサンプル点が存在
する場合も81と同様の回路構成で処理される。この場
合、(1−w1),(1−w2)の係数によって参照さ
れる点はゼロ内挿された点であるから補間には影響しな
い。
ることで、上位レイヤの値を使用せずに、下位レイヤ内
の値だけを使用して被補間点の値を発生することも可能
である。ダウンサンプリング器22と、アップサンプリ
ング器34は2:1の間引きや、補間以外にも、適当な
内挿フィルタと、サンプル点を選択することで他の比率
の解像度変換にも適応し得る。
上位レイヤではノンインターレース画像21をフル精度
のまま処理している。ノンインターレース画像21はデ
ィレイ回路35で遅延された後にフレームモリ36に格
納され、動きベクトル検出回路37によって動きベクト
ルの検出を行う。動きベクトル検出回路37については
動きベクトル検出回路24と同様の動作を行う。
送られ、該当する予測画像が時空間予測器(Spatio-Temp
oral Predictor)39へ入力される。時空間予測器39
は動き補償回路38からの予測画像、すなわち時間方向
からの予測と、アップサンプリング回路34からの予測
画像、すなわち空間方向からの予測画像を適応的に重み
付けによって選択する回路である。
の動きの情報をもとに係数αを決定して時間方向の予測
画像すなわち上位レイヤの予測画像に(1ーα)の重み
を付け、空間方向の予測画像すなわち下位レイヤからの
予測画像にαの重みをつけて足し込み差分器40へ送
る。差分器40は入力画像と予測画像の差分をとりデイ
スクリートコサイン変換(DCT(discrete cosine tr
ansform ))回路41に出力するようになされている。
利用して、入力画像データ又は差分データをブロツク単
位でデイスクリートコサイン変換し、その結果得られる
変換データを量子化回路42に出力するようになされて
いる。42の量子化回路は、マクロブロックおよびスラ
イス毎に定まる量子化ステツプサイズでDCT変換デー
タを量子化し、その結果出力端に得られる量子化データ
を可変長符号化(VLC(variable length code))回
路43及び逆量子化回路44に供給する。
を、量子化スケール、マクロブロックタイプ、動きベク
トルと共に可変長符号化処理し、伝送データとして上位
レイヤビットストリーム45として出力する。出力され
たビットストリーム45は、上述したように、下位レイ
ヤビットストリームとともに、光ディスク等に記録され
る。
送出される量子化データを代表値に逆量子化して逆量子
化データに変換し、出力データの量子化回路42におけ
る変換前の変換データを復号し、逆量子化データをデイ
スクリートコサイン逆変換IDCT(inverse discrete
cosine trasform)回路46に供給するようになされて
いる。
復号された逆量子化データをDCT回路46とは逆の変
換処理で復号画像データに変換し、動き補償回路38に
出力するようになされている。動き補償回路38は、I
DCT回路46の出力データとマクロブロックタイプ、
動きベクトルをもとに局所復号を行ない、局所復号画像
を前方予測画像もしくは後方予測画像としてフレームメ
モリに書き込む。前方/両方向予測の場合は、予測画像
からの差分がIDCT回路46の出力として送られてく
るために、この差分を加算器47を用いて予測画像に対
して足し込むことで、局所復号を行なっている。
像と全く同一の画像であり、次の処理画像はこの予測画
像をもとに、前方/両方向予測を行なう。次に、本発明
における復号化方式(デコーダ)を図4を用いて説明す
る。まず下位レイヤブロックの説明をする。下位レイヤ
のデコーダには光ディスク等の伝送メディアを介して下
位ビットストリーム51が入力される。このビットスト
リームは可変長復号化(IVLC)回路52に入力される。
可変長復号化回路52は、ビットストリームから量子化
データと、動きベクトル、マクロブロックタイプ、予測
モード、量子化スケール等を出力する。
2から送出される量子化データを代表値に逆量子化して
逆量子化データに変換し、出力データの量子化回路にお
ける変換前の変換データを復号し、逆量子化データをデ
イスクリートコサイン逆変換IDCT(inverse discre
te cosine trasform)回路54に供給するようになされ
ている。
復号された逆量子化データをDCT回路27とは逆の変
換処理で復号画像データに変換し、動き補償回路55に
出力するようになされている。さらにこのインターレー
ス構造をもつ復号画像データは同時にアップサンプリン
グ器57への下位レイヤ出力として出力される。動き補
償回路55は、IDCT回路54の出力データとマクロ
ブロックタイプ、動きベクトルをもとに復号を行ない、
復号画像を前方予測画像もしくは後方予測画像としてフ
レームメモリに書き込む。前方/両方向予測の場合は、
予測画像からの差分がIDCT回路54の出力として送
られてくるために、この差分を加算器56を用いて予測
画像に対して足し込むことで復号を行ない、復号画像と
してインターレース構造を有する下位レイヤ画像66が
形成される。
像と全く同一の画像であり、次の処理画像はこの予測画
像をもとに、前方/両方向予測を行なう。同時に下位レ
イヤの出力画像66はアップサンプリング回路57に入
力されて補間を施されノンインターレースの画像に変換
されて時空間器予測器(Spatio-Temporal Predictor)
58に入力される。
ンコーダの説明にあったアップサンプリング回路34と
同様の動作を行う。次に上位レイヤについて説明する。
上位レイヤには上位レイヤ入力ビットストリーム59が
入力される。このビットストリームは可変長復号化(IV
LC)回路60に入力される。可変長復号化回路60は、
ビットストリームから量子化データと、動きベクトル、
マクロブロックタイプ、量子化スケールを出力する。
0から送出される量子化データを代表値に逆量子化して
逆量子化データに変換し、出力データの量子化回路にお
ける変換前の変換データを復号し、逆量子化データをデ
イスクリートコサイン逆変換IDCT(inverse discre
te cosine trasform)回路62に供給するようになされ
ている。
された逆量子化データをエンコーダのDCT回路41と
は逆の変換処理で復号画像データに変換し、動き補償回
路63に出力するようになされている。さらに復号画像
データは同時にノンインターレース構造をもつ上位レイ
ヤ出力画像65として出力される。動き補償回路63
は、IDCT回路62の出力データとマクロブロックタ
イプ、動きベクトルをもとに復号を行ない、復号画像を
前方予測画像もしくは後方予測画像としてフレームメモ
リに書き込む。
る画像は時空間予測器(Spatio-Temporal Predictor)5
8へ入力される。時空間予測器58は先述したエンコー
ダにおける図3の時空間予測器39と同様の動作を行
う。すなわち空間的に高い解像度を持つが時間的にサン
プル点が異なる上位レイヤの予測画と下位レイヤからの
空間的な解像度は劣っている可能性があるが時間的なサ
ンプル点は等しい予測画を適応的に重み付けした画像が
58の出力になる。
の差分がIDCT回路61の出力として送られてくるた
めに、この差分を加算器64を用いて予測画像に対して
足し込むことで復号を行なっている。以上のように、上
位レイヤ入力ビットストリームと、下位レイヤ出力ビッ
トストリームからノンインターレース画像の出力とイン
ターレース画像の出力の両方が得られる。
ーから出力されたビットストリームは、光ディスクに記
録するようにしたが、ISDN、衛星通信等の伝送路に
送出するようにしてもよい。
ル解像度のノンインターレース画像に対応するビットス
トリームと、低解像度のインターレース画像に対応する
ビットストリームが得られる。
ダの構成を示すブロック図である。
の構成を示すブロック図である。
ンコーダの構成を示すブロック図である。
コーダの構成を示すブロック図である。
ある。
ある。
Claims (16)
- 【請求項1】 ノンインターレース入力画像をダウンサ
ンプリングして、インターレース画像を形成し符号化を
行う第1の符号化手段と上記ノンインターレース入力画
像を符号化する第2の符号化手段と、 を有することを特徴とする画像信号符号化装置。 - 【請求項2】 上記第1の符号化手段は、 上記インターレース入力画像に所定の変換を行う第1の
変換手段と、 上記第1の変換手段の出力を局所復号して第1の局所復
号画像を形成する第1の局所復号手段と、 上記第1の局所復号画像をアップサンプリングしてノン
インターレース画像を形成するアップサンプリング手段
を有し、 上記第2の符号化手段は、 上記ノンインターレース入力画像に所定の変換を行う第
2の変換手段と、 上記第2の変換手段の出力を局所復号して第2の局所復
号画像を形成する第2の局所復号手段と、 上記第2の局所復号画像に対して動き補償を行い第1の
予測画像を形成する動き補償手段と、 上記アップサンプリング手段から出力されたノンインタ
ーレース画像と上記第1の予測画像とに基づいて第2の
予測画像を形成する予測画像形成手段とを有することを
特徴とする請求項1に記載の画像信号符号化装置。 - 【請求項3】 上記第1の符号化手段は、上記ノンイン
ターレース画像信号の画素を間引く間引き手段と、 動き情報に応じて上記間引き手段の出力に対するフィル
タリングの有無を切り換えて、上記インターレース画像
を出力するフィルタ手段とを有することを特徴とする請
求項1に記載の画像信号符号化装置。 - 【請求項4】 上記アップサンプリング手段は、上記第
1の予測画像の同位置の画素及び/又は上記第1の局所
復号画像の隣接フィールドの同じ位置の画素に基づいて
補間を行う補間手段を有することを特徴とする請求項2
に記載の画像信号符号化装置。 - 【請求項5】 上記補間手段は、動き情報に基づいて所
定の係数を発生する係数発生手段を有することを特徴と
する請求項4に記載の画像信号符号化装置。 - 【請求項6】 第1の入力ビットストリームからインタ
ーレース復号画像を形成する第1の復号化手段と、 上記インターレース復号画像をアップサンプリングして
第1のノンインターレース復号画像を形成するアップサ
ンプリング手段と、 第2のビットストリームから第2のノンインターレース
復号画像を形成する第2の復号化手段と、 上記第2のノンインターレース復号画像に動き補償を行
い第1の予測画像を形成する動き補償手段と、 上記第1のノンインターレース復号画像と上記第1の予
測画像とに基づいて上記第2のノンインターレース復号
画像を復号するための第2の予測画像を形成する予測画
像形成手段とを有することを特徴とする画像信号復号化
装置。 - 【請求項7】 上記アップサンプリング手段は、上記第
1の予測画像の同位置の画素及び/又は上記第1の局所
復号画像の隣接フィールドの同じ位置の画素に基づいて
補間を行う補間手段を有することを特徴とする請求項6
に記載の画像信号復号化装置。 - 【請求項8】 上記補間手段は、動き情報に基づいて所
定の係数を発生する係数発生手段を有することを特徴と
する請求項7に記載の画像信号復号化装置。 - 【請求項9】 ノンインターレース入力画像をダウンサ
ンプリングして、インターレース画像を形成し、 上記インターレース画像に所定の変換を行って第1の係
数データを生成し、 上記係数データを局所復号して第1の局所復号画像を形
成し、 上記第1の局所復号画像をアップサンプリングしてノン
インターレース復号画像を形成し、 上記ノンインターレース入力画像に所定の変換を行って
第2の係数データを生成し、 上記第2の係数データを局所復号して第2の局所復号画
像を形成し、 上記第2の局所復号画像に対して動き補償を行い第1の
予測画像を形成し、 上記ノンインターレース復号画像と上記第1の予測画像
とに基づいて第2の予測画像を形成することを特徴とす
る画像信号符号化方法。 - 【請求項10】 上記ダウンサンプリング時、動き情報
に応じてフィルタリングの有無を切り換えることを特徴
とする請求項9に記載の画像信号符号化方法。 - 【請求項11】 上記アップサンプリング時、上記第1
の予測画像の同位置の画素及び/又は上記第1の局所復
号画像の隣接フィールドの同じ位置の画素に基づいて補
間を行うことを特徴とする請求項9に記載の画像信号符
号化方法。 - 【請求項12】 上記第1の予測画像の同位置の画素及
び/又は上記第1の局所復号画像の隣接フィールドの同
じ位置の画素に対して、動き情報に基づいて所定の重み
付けを行うことを特徴とする請求項11に記載の画像信
号符号化方法。 - 【請求項13】 第1の入力ビットストリームからイン
ターレース復号画像を形成し、 上記インターレース復号画像をアップサンプリングして
第1のノンインターレース復号画像を形成し、 第2のビットストリームから第2のノンインターレース
復号画像を形成し、 上記第2のノンインターレース復号画像に動き補償を行
い第1の予測画像を形成し、 上記第1のノンインターレース復号画像と上記第1の予
測画像とに基づいて上記第2のノンインターレース復号
画像を復号するための第2の予測画像を形成することを
特徴とする画像信号復号化方法。 - 【請求項14】 上記アップサンプリング時、上記第1
の予測画像の同位置の画素及び/又は上記第1の局所復
号画像の隣接フィールドの同じ位置の画素に基づいて補
間を行うことを特徴とする請求項13に記載の画像信号
復号化方法。 - 【請求項15】 上記第1の予測画像の同位置の画素及
び/又は上記第1の局所復号画像の隣接フィールドの同
じ位置の画素に対して、動き情報に基づいて所定の重み
付けを行うことを特徴とする請求項14に記載の画像信
号復号化方法。 - 【請求項16】 請求項9から12に記載の画像信号符
号化方法によって符号化された画像データを記録したこ
とを特徴とする画像信号記録媒体。
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