JPH06224773A - 高能率符号化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ノイズ成分を抑圧して符号化効率及び再生画質
を向上させる。 【構成】量子化回路４からの量子化出力及び動き検出回
路９からの動きベクトルをＮＲ係数制御回路22に与え
る。ＮＲ係数制御回路22は動きベクトル及び量子化出力
に基づいたＮＲ係数を発生し、係数器21は量子化出力に
ＮＲ係数を乗算して量子化出力を制御する。画像の動き
及び中高域のＤＣＴ変換係数とからノイズの混入を判断
することができ、ＮＲ係数で量子化出力を制御すること
により、ノイズを除去した出力を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、フレーム内圧縮及びフ
レーム間圧縮が可能な高能率符号化回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像のディジタル圧縮が検討され
ている。特に、ＤＣＴ（離散コサイン変換）を用いた高
能率符号化については、各種標準化案が提案されてい
る。高能率符号化技術は、ディジタル伝送及び記録等の
効率を向上させるために、より小さいビットレートで画
像データを符号化するものであり、特に、ＭＰＥＧで検
討されたハイブリッド方式が主流となっている（参考文
献＝安田浩著『マルチメディア符号化の国際標準』丸
善）。この方式では、１フレームを複数のブロック（ｍ
画素×ｎ水平走査線）に分割してＤＣＴ処理し、空間軸
方向の冗長度を削減するフレーム内圧縮の外に、フレー
ム間の相関を利用して時間軸方向の冗長度を削減するフ
レーム間圧縮も採用する。フレーム間圧縮は、前後のフ
レームの差分を求めて動き補償し、求めた差分値（予測
誤差）のみをＤＣＴ処理することによって、ビットレー
トを一層低減させるものである。

【０００３】図５はこのハイブリッド方式を採用した従
来の高能率符号化回路を示すブロック図である。

【０００４】輝度信号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂは多重
処理回路１に与えて、８画素×８水平走査線のブロック
単位で多重する。多重処理回路１の出力は引算器２を介
してＤＣＴ回路３に与える。

【０００５】フレーム内圧縮を行う場合には、後述する
ように、スイッチ11はオフであり、多重処理回路１の出
力は引算器２を介してそのままＤＣＴ回路３に入力され
る。ＤＣＴ回路３には１ブロックが８×８画素で構成さ
れた信号が入力され、ＤＣＴ回路３は８×８の２次元Ｄ
ＣＴ（離散コサイン変換）処理によって入力信号を周波
数成分に変換する。これにより、空間的な相関成分を削
減可能となる。即ち、ＤＣＴ回路３の出力（変換係数）
は量子化回路４に与え、量子化回路４は変換係数を所定
の量子化係数で量子化することによって、１ブロックの
信号の冗長度を低減する。なお、ブロック単位で動作す
る多重処理回路１、ＤＣＴ回路３及び量子化回路４等に
はブロックパルスを供給する。

【０００６】量子化回路４からの量子化データは可変長
符号化回路12に与え、量子化出力の統計的符号量から算
出した結果に基づいて、例えばハフマン符号化する。こ
れにより、出現確率が高いデータは短いビットを割当
て、出現確率が低いデータは長いビットを割当てて、伝
送量を一層削減する。こうして、可変長符号化回路12か
らフレーム内圧縮された符号化出力がバッファ14を介し
て出力される。

【０００７】可変長符号化回路12の出力は符号化制御回
路13にも与えている。出力データのデータ量は、入力画
像に依存して大きく変化する。そこで、符号化制御回路
13は、可変長符号化回路12からの出力データ量を監視
し、量子化回路４の量子化係数を制御して出力データ量
を調整している。また、符号化制御回路13は可変長符号
化回路12を制御して出力データ量を制限することもあ
る。

【０００８】一方、スイッチ11がオンである場合には、
引算器２において、多重処理回路１からの現フレームの
信号から後述する動き補償された前フレームのデータ
（参照画像）を引算してＤＣＴ回路３に与える。即ち、
この場合には、フレーム間の画像の冗長性を利用して差
分データを符号化するフレーム間符号化が行われる。フ
レーム間符号化において、単に前フレームと現フレーム
との差分を求めると、画像に動きがある場合には差分が
大きなものとなる。そこで、現フレームの所定位置に対
応する前フレームの位置を求めて動きベクトルを検出
し、この動きベクトルに応じた画素位置において差分を
求めることによって動き補償を行って差分値を小さくす
るようにしている。

【０００９】予測誤差を求めるための参照画像は量子化
出力から得る。即ち、量子化回路４の出力は逆量子化回
路５にも与えている。量子化出力は逆量子化回路５にお
いて逆量子化し、更に逆ＤＣＴ回路６において逆ＤＣＴ
処理して元の映像信号に戻す。なお、ＤＣＴ処理、再量
子化、逆量子化及び逆ＤＣＴ処理では、完全に元の情報
を再生することはできず、一部の情報は欠落してしま
う。この場合には、引算器２の出力が差分情報であるの
で、逆ＤＣＴ回路６の出力も差分情報である。逆ＤＣＴ
回路６の出力は加算器７に与える。加算器７の出力は約
１フレーム期間信号を遅延させる可変遅延回路８及び動
き補正回路10を介して帰還されており、加算器７は前フ
レームのデータに差分データを加算して現フレームのデ
ータ（ローカルデコードデータ）を再生し可変遅延回路
８に出力する。

【００１０】可変遅延回路８からの前フレームのデータ
と多重処理回路１からの現フレームのデータとは動き検
出回路９に与えて動きベクトルを検出する。動き検出回
路９は例えばマッチング計算による全探索型動き検出に
よって動きベクトルを求める。動き検出回路９は求めた
動きベクトルを動き補正回路10に出力する。

【００１１】動き補正回路10は、可変遅延回路８から対
応するブロックのデータを抽出して動きベクトルに応じ
て補正を行い、スイッチ11を介して引算器２に出力する
と共に、時間調整の後加算器７に出力する。こうして、
動き補償された前フレームのデータが動き補正回路10か
らスイッチ11を介して引算器２に供給されることにな
り、引算器２は予測誤差をＤＣＴ回路に与える。このよ
うに、スイッチ11のオン時はフレーム間圧縮モードとな
り、スイッチ11オフ時はフレーム内圧縮モードとなる。
なお、スイッチ11のオン，オフは動き検出回路の出力と
適宜定めたリフレッシュ周期信号によって論理回路15が
決定する。

【００１２】このように、フレーム間圧縮においては、
動き補償された前フレームの映像信号と現フレームの映
像信号との差分情報を伝送することで、映像信号の冗長
性を除去している。ところが、フレーム間差分信号には
本来伝送しなければならないフレーム非相関信号成分の
外に、伝送する必要がないフレーム非相関ノイズ成分も
含まれている。例えば、静止画の映像信号が入力された
場合には、フレーム間差分信号は本来０である。しかし
ながら、ノイズ成分によってフレーム差分情報は０とな
らず、不要なフレーム間差分情報も符号化されて出力さ
れてしまう。即ち、不要なノイズ成分にも符号を割当て
ることから符号化効率が低下し、また、ノイズ成分も符
号化されることから、復号時の再生画像の画質が悪いと
いう問題があった。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の高能率符号化回路においては、フレーム差分情報
の符号化出力には伝送不要なノイズ成分が含まれている
ことから、復号時の再生画像の画質が悪く、また、符号
化効率も低下するという問題点があった。

【００１４】本発明は、伝送不要なノイズ成分を除去す
ることにより、再生画像の画質及び符号化効率を向上さ
せることができる高能率符号化回路を提供することを目
的とする。

【００１５】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明に係る高能率符号
化回路は、入力された信号を直交変換し直交変換係数を
量子化して量子化出力を出力する高能率符号化回路にお
いて、前記直交変換係数、量子化出力及び画像の動き検
出結果の少なくとも１つに基づくノイズリダクション係
数を発生する係数制御手段と、前記ノイズリダクション
係数に基づいて前記量子化出力を制御する量子化出力制
御手段とを具備したものである。

【００１６】

【作用】本発明において、係数制御手段は、直交変換係
数、量子化出力及び画像の動き検出結果の少なくとも１
つに基づいてノイズリダクション係数を発生する。ノイ
ズ成分は前後の画面相互間で非相関であり、また、直交
変換出力のうち中高域にノイズが集中しやすいことか
ら、ノイズリダクション係数によってノイズ成分の混入
状態を判断することができる。係数制御手段はノイズリ
ダクション係数に基づいて量子化出力を制御することに
より、ノイズ成分の伝送を抑圧する。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る高能率符号化回路の一
実施例を示すブロック図である。図１において図５と同
一の構成要素には同一符号を付してある。

【００１８】図１において、多重処理回路１には輝度信
号Ｙ及び色差信号Ｃｒ，Ｃｂを入力する。多重処理回路
１は入力された信号を８画素×８水平走査線のブロック
単位で多重すると共に、２個の輝度ブロックＹ及び各１
個の色差ブロックＣｒ，Ｃｂから成るマクロブロック単
位で多重して引算器２に出力する。引算器２はスイッチ
11を介して前フレームのデータが参照画像として入力さ
れて、フレーム間圧縮処理時には多重処理回路１の出力
から前フレームのデータを引き算してＤＣＴ回路３に出
力し、フレーム内圧縮処理時には多重処理回路１の出力
をそのままＤＣＴ回路３に出力するようになっている。

【００１９】ＤＣＴ回路３は引算器２の出力を８×８の
２次元ＤＣＴ処理して量子化回路４に出力する。量子化
回路４は、符号化制御回路13によって量子化係数が制御
され、ＤＣＴ回路３出力を量子化係数を用いて量子化し
てビットレートを低減するようになっている。本実施例
においては、量子化出力は係数器21及びＮＲ係数制御回
路22に与える。係数器21はＮＲ係数制御回路22からＮＲ
係数が与えられて、量子化出力にＮＲ係数を乗算して可
変長符号化回路12に出力する。

【００２０】可変長符号化回路12は、符号化制御回路13
に制御されて、入力されたデータを可変長符号に変換し
てビットレートを更に低減させバッファ14を介して出力
する。符号化制御回路13は可変長符号化回路12の出力に
基づいて、量子化回路４を制御すると共に可変長符号化
回路12出力のビット数を制限して、総符号量を制限する
ようになっている。なお、多重処理回路１、ＤＣＴ回路
３及び量子化回路４等のブロック単位で処理を行う回路
にはブロックパルスを供給している。

【００２１】係数器21の出力は逆量子化回路５にも与え
る。逆量子化回路５は係数器21からの量子化出力を逆量
子化して逆ＤＣＴ回路６に出力する。逆ＤＣＴ回路６は
逆量子化回路５の出力を逆ＤＣＴ処理してＤＣＴ処理以
前の元のデータに戻して加算器７に出力する。加算器７
の出力は、１フレーム期間遅延させる可変遅延回路８及
び動き補正回路10を介して帰還されており、加算器７は
現フレームの差分データと前フレームのデータとを加算
することにより、引算器２による差分処理以前の元のデ
ータ（ローカルデコードデータ）に戻して可変遅延回路
８に出力する。可変遅延回路８の出力は動き検出回路９
にも与える。

【００２２】動き検出回路９は多重処理回路１の出力も
入力されて、例えば全探索型動きベクトル検出によるマ
ッチング計算によって動きベクトルを求めて動き補正回
路10に出力すると共に、マッチング計算による歪値が所
定の閾値を越えたか否かに基づく動き判定信号を論理回
路15に出力するようになっている。動き補正回路10は、
動きベクトルに基づいて、可変遅延回路８の出力を動き
補正し、動き補正した前フレームデータを参照画像とし
てスイッチ11を介して引算器２に出力する。論理回路15
は動き判定信号及びフレーム内圧縮フレームを示すリフ
レッシュ周期信号に基づいて、スイッチ11をオン，オフ
制御するようになっている。

【００２３】本実施例においては動き検出回路９からの
動きベクトルはＮＲ係数制御回路22にも与えている。い
ま、入力信号が静止画であるものとすると、フレーム差
分情報である符号化出力は本来ゼロである。従って、こ
の場合の符号化出力は不要なノイズ成分である。また、
入力信号が動画である場合には、フレーム差分情報であ
る符号化出力はフレーム間の動き情報を含む信号成分で
ある。即ち、動き検出回路９の出力によって、符号化出
力が伝送を要する信号成分であるか不要なノイズ成分で
あるかを判定することができる。

【００２４】また、ＤＣＴ回路３は、上述した２次元Ｄ
ＣＴ処理により、図２の説明図に示すように、８×８画
素ブロックを水平及び垂直方向の低域から高域までの各
周波数成分に変換する。ノイズは水平及び垂直方向の中
高域成分に集中しやすいことから、ＤＣＴ変換係数の中
高域成分の分布の相関性又はレベルによって、符号化出
力のノイズの混入状態を判定することができる。

【００２５】これらの理由から、ＮＲ係数制御回路22は
量子化係数及び動きベクトルに基づいてノイズの混入に
応じたＮＲ係数を発生して係数器21に与えるようになっ
ている。下記表１はＮＲ係数を説明するためのものであ
り、この表１に示すように、動きベルトルが小さく量子
化出力レベルも小さい場合には、ＮＲ係数制御回路22は
符号化出力のノイズ成分が多いと判定して、ＮＲ係数を
０に近い値（≠０）に設定する。逆に、動きベクトルが
大きく量子化出力レベルも大きい場合には、ＮＲ係数制
御回路22は符号化出力の信号成分が多いと判定して、Ｎ
Ｒ係数を１に近い値に設定するようになっている。

【００２６】

【表１】 次に、このように構成された実施例の作用について図３
の説明図を参照して説明する。

【００２７】本実施例においては、符号化処理は図５の
従来例と同一であり、ノイズ除去作用を有する点が異な
るのみである。図３はノイズ除去作用を説明するための
ものであり、図１の回路のフレーム間符号化処理及び復
号側の復号処理と各処理による信号の変化とを示してい
る。

【００２８】入力画像をＡn で表し、出力画像をＸn で
表わす。また、前フレームの参照画像はＸn-1 で表わ
す。減算器２による減算処理Ｓ1 によって求められた予
測誤差（Ａn −Ｘn-1 ）は、ＤＣＴ処理Ｓ2 及び量子化
（Ｑ）処理Ｓ3 後に係数器21に与える。係数器21は入力
された信号にＮＲ係数Ｋを乗算（処理Ｓ4 ）して出力す
る。

【００２９】復号時及び参照画像を得るためのローカル
デコードデータ作成時には、逆量子化（Ｑ−）処理Ｓ5
，Ｓ12及び逆ＤＣＴ（ＩＤＣＴ）処理Ｓ6 ，Ｓ13を行
って、ＤＣＴ処理Ｓ2 及び量子化処理Ｓ3 前のデータに
戻すので、これらの処理を無視して係数器21の出力信号
をＫ（Ａn −Ｘn-1 ）とする。

【００３０】係数器21の出力は逆量子化処理Ｓ5 及び逆
ＤＣＴ処理Ｓ6 の後に加算器７に与える。加算器７の出
力は可変遅延回路８による遅延処理Ｓ8 後に帰還されて
おり、加算器７は逆ＤＣＴ処理後のデータと前フレーム
のデータとを加算してローカルデコードデータＸn を得
る。このローカルデコードデータＸn は遅延処理Ｓ8に
よって１フレーム期間遅延され、参照画像Ｘn-1 が得ら
れる。

【００３１】一方、係数器21の出力は可変長符号化回路
12による可変長符号化（ＶＬＣ）処理Ｓ9 の後伝送路に
出力される。図１の符号化回路の出力は復号時に先ず可
変長復号化（ＶＬＣ−）処理Ｓ11されるので、符号化回
路の出力は可変長符号化処理を無視したＫ（Ａn −Ｘn-
1 ）とする。伝送処理Ｓ10された符号化出力は復号化回
路において可変長復号処理Ｓ11、逆量子化処理Ｓ12及び
逆ＤＣＴ処理Ｓ13の後に加算器に与えられる。逆ＤＣＴ
処理Ｓ13によって得られる信号はＫ（Ａn −Ｘn-1 ）で
ある。

【００３２】加算処理Ｓ14後の信号を遅延処理Ｓ15によ
って１フレーム期間遅延させて加算器で加算することに
より、フレーム差分情報を元の画像に復元する。即ち、
遅延処理Ｓ15によって前フレームの画像Ｘn-1 が得ら
れ、加算処理Ｓ14によって再生画像Ｘn が得られる。

【００３３】出力再生画像Ｘn は下記式（１）によって
与えられる。

【００３４】 Ｘn ＝Ｋ（Ａn −Ｘn-1 ）＋Ｘn-1 ＝ＫＡn ＋（１−Ｋ）Ｘn-1 …（１） ところで、一般にフレーム巡回型ノイズリダクション回
路は、１フレーム前後の信号を減算する減算器、減算器
出力に動きに基づく係数Ｋを乗算する係数器及び係数器
の出力と１フレーム前の出力とを加算する加算器によっ
て構成する。即ち、このフレーム巡回型ノイズリダクシ
ョン回路の入力をＡn 、出力をＸn 、前フレームの出力
をＸn-1 とすると、出力Ｘn は上記式（１）と同一の演
算によって求める。従って、図１の回路はノイズリダク
ション効果を有することが分かる。式（１）から明らか
なように、ＮＲ係数Ｋを０に近づけると、ノイズ除去効
果が大きくなる。

【００３５】このように、本実施例においては、動きベ
クトル及び量子化出力に基づくＮＲ係数を量子化出力に
乗算することにより、復号化出力のノイズを低減するこ
とができ、符号化効率及び再生画像の画質を向上させる
ことができる。なお、動きベクトル又は量子化出力の一
方を用いてＮＲ係数を決定してもよい。また、ＮＲ係数
を直交変換係数の帯域に応じて変化させることにより、
より確実なノイズリダクション効果を得ることができ
る。

【００３６】図４は本発明の他の実施例を示すブロック
図である。図４において図１と同一の構成要素には同一
符号を付して説明を省略する。

【００３７】本実施例は動きベクトル及びＤＣＴ変換係
数が与えられるＮＲ係数制御回路31及び量子化係数にＮ
Ｒ係数制御回路31からのＮＲ係数を乗算して量子化回路
４に与える係数器32を設けた点が図１の実施例と異な
る。即ち、ＮＲ係数制御回路31は動きベクトル及びＤＣ
Ｔ変換係数に基づいてＮＲ係数を作成して係数器32に与
える。係数器32には量子化係数も入力している。量子化
出力は、例えばＤＣＴ変換係数を量子化係数で除算する
ことにより求める。本実施例では、量子化出力そのもの
をＮＲ係数で制御するのでなく、量子化係数にＮＲ係数
を乗算することにより、ノイズリダクション効果を得る
ようにしている。量子化回路４はＤＣＴ変換係数を係数
器32からの量子化係数で除算するようになっているの
で、ＮＲ係数は図１の実施例の逆数となる。

【００３８】このように構成された実施例においては、
ＮＲ係数制御回路31は、ＤＣＴ変換係数及び動きベクト
ルからＮＲ係数を求める。係数器32は求められたＮＲ係
数を量子化係数に乗じて量子化回路４に与える。ＮＲ係
数を１／Ｋとすることにより、量子化回路４からは図３
に対応した量子化出力Ｋ（Ａn −Ｘn-1 ）を得ることが
できる。他の作用及び効果は図１の実施例と同様であ
る。

【００３９】なお、上記各実施例はフレーム間圧縮につ
いて説明したが、フレーム内圧縮時においても、信号の
高域成分に所定の係数Ｋを乗算するようにすることによ
り、ノイズリダクション効果を得ることができる。

【００４０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、伝
送不要なノイズ成分を除去することにより、再生画像の
画質及び符号化効率を向上させることができるという効
果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高能率符号化回路の一実施例を示
すブロック図。

【図２】ＤＣＴ変換係数を説明するための説明図。

【図３】本実施例の動作を説明するための説明図。

【図４】本発明の他の実施例を示すブロック図。

【図５】従来の高能率符号化回路を示すブロック図。

【符号の説明】

３…ＤＣＴ回路、４…量子化回路、21…係数器、22…Ｎ
Ｒ係数制御回路

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力された信号を直交変換し直交変換係
   数を量子化して量子化出力を出力する高能率符号化回路
   において、 前記直交変換係数、量子化出力及び画像の動き検出結果
   の少なくとも１つに基づくノイズリダクション係数を発
   生する係数制御手段と、 前記ノイズリダクション係数に基づいて前記量子化出力
   を制御する量子化出力制御手段とを具備したことを特徴
   とする高能率符号化回路。
2. 【請求項２】 前記量子化出力制御手段は、前記量子化
   出力に前記ノイズリダクション係数を乗算することを特
   徴とする請求項１に記載の高能率符号化回路。
3. 【請求項３】 前記量子化出力制御手段は、量子化係数
   に前記ノイズリダクション係数を乗算して得た係数を用
   いて直交変換係数を量子化することを特徴とする請求項
   １に記載の高能率符号化回路。
4. 【請求項４】 前記係数制御手段は、直交変換係数の帯
   域に応じて前記ノイズリダクション係数を変化させるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の高能率符号化回路。