JPH06343167A

JPH06343167A - 動画像圧縮回路

Info

Publication number: JPH06343167A
Application number: JP13069193A
Authority: JP
Inventors: Koichi Tsuchikane; 孝一土金; Ten Urano; 天浦野; Tomoko Kobayashi; 智子小林
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-01
Filing date: 1993-06-01
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ノイズ部分と非ノイズ部分が混在する動画
を、ＭＰＥＧ等の動画符号化エンコーダにてデータ圧縮
する場合に生じる非ノイズ部分の再現性の低下を防止す
る。【構成】動画データを単位ブロック変換回路２を介し
てブロック単位に並べた動画データを、空間的ノイズ係
数計算回路１８に入力してブロック内の空間的ノイズ係
数を演算する一方、ローパスフィルタ３の出力と予測符
号とを時間的ノイズ係数計算回路１９に入力して時間的
ノイズ係数を演算する。両方のノイズ係数をノイズ判定
回路２０に入力し、ノイズブロックを識別した判定出力
がフィルタ特性制御回路２１に入力された場合に、ロー
パスフィルタ３のフィルタ特性パラメータを切り換え
て、動画データの高域を制限する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ＭＰＥＧ等の動画符号
化エンコーダ内の動画圧縮回路の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＭＰＥＧ規格（ＩＳＯ１１１７２）に従
って動画データを圧縮符号化するＭＰＥＧエンコーダ
は、通常、図４に模式的に図示する回路構成を採用して
いる。まず、ＭＰＥＧエンコーダーは、Ｂピクチャーに
続くＩピクチャー又はＰピクチャーがＢピクチャーより
先行する様に、フレーム配列を変更してエンコード処理
をしている。そこで、入力端子１には、予めフレーム配
列を変更した動画データが入力される。この動画データ
は、アナログの映像信号と同様にライン単位で入力端子
１に供給される。この動画データは、単位ブロック変換
回路２に入力される。前記単位ブロック変換回路２は、
ライン単位の動画データを記憶してブロック単位の動画
データに変換して導出する。即ち、前記単位ブロック変
換回路２は、画面を格子状に分割することにより形成さ
れる方形エリアを、単位ブロックとする動画データを出
力する。

【０００３】単位ブロック変換出力は、フレームメモリ
１４から読み出される動画データと共に、動きベクトル
検出回路１６に入力され、動きベクトルが求められる。
この動きベクトルは、フレームメモリ１４より読み出さ
れる動画データと単位ブロック変換出力とを、ブロック
単位で比較しつつ相関の最も高い位置を求めることによ
り特定される。そこで、動きベクトル検出回路１６は、
フレームメモリ１４より読み出しエリアを変更し乍らブ
ロック単位の動画データを切り出し、切り出された動画
データと単位ブロック変換出力との相関値を求め、相関
の最も高いブロック同士の位置の違いより動きベクトル
を特定して出力している。動きベクトルは、動き補償の
為に動き補償回路１５に入力されると共に、符号化回路
１７にて符号化され、データ多重回路８にも供給され
る。

【０００４】また、単位ブロック変換出力は、減算器４
の一方の入力とされる。この減算器４は、Ｉピクチャー
形成時に、マイナス側入力をゼロにしており、Ｐピクチ
ャー形成時に、直前のＩピクチャーまたはＰピクチャー
を逆量子化し、更に動き補償して得られる予測データを
マイナス側に入力している。また、Ｂピクチャー形成時
に、直前と直後のＩピクチャーまたはＰピクチャーを動
き補償し、更に時間的間隔に応じて比例配分処理した予
測データをマイナス側に入力している。その結果、Ｉピ
クチャー以外のＰピクチャーとＢピクチャーは、差分デ
ータとなる。

【０００５】減算器出力は、直交変換回路５に入力され
ブロック単位でＤＣＴ変換され、更に量子化回路６に於
て量子化パラメータに従って、量子化される。尚、量子
化パラメータは、直前のブロックがエンコードされたと
き出力されるデータ量に応じて設定され、各画面のデー
タ量が常に一定となる様に設定され、量子化パラメータ
制御回路２２より出力される。

【０００６】量子化データは、可変長符号化回路７に於
て、データパターンの発生頻度の高いパターンの圧縮率
を上げて全体として効率よくデータ圧縮が出来る様に、
符号化処理される。符号化処理されたデータは、量子化
パラメータと、動きベクトルの符号化データと共に、デ
ータ多重回路８に於て多重され、バッファメモリ９に記
憶される。

【０００７】また、ＩピクチャーとＰピクチャーに対応
する量子化データは、予測符号化の為にまず逆量子化回
路１１に入力され、逆量子化される。逆量子化データ
は、更に逆直交変換回路１２に於て、元のデータに戻さ
れ、Ｐピクチャーについては加算器１３に於て動き補償
された予測データと加算され、Ｉピクチャーについては
加算器１３にて加算処理されることなく、フレームメモ
リ１４に記憶される。

【０００８】このフレームメモリ１４は、元の動画デー
タに近似するＩ又はＰピクチャーに対応する最新の２画
面を記憶し、Ｐピクチャの形成に際しては直前の動画デ
ータのみを読み出して動き補償回路１５に入力し予測符
号としている。更に、Ｂピクチャーの形成に際しては両
方の動画データを読み出して動き補償回路１５に入力し
ており、２種類の予測符号を時間間隔に応じて重み付け
処理を施して予測符号としている。尚、動き補償回路１
５は、動きベクトルに応じて動き補償動作を行ってい
る。

【０００９】前述する構成は、ＭＰＥＧエンコーダを単
に例示的に示す回路であり、特別なな構成ではない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述するＭＰＥＧエン
コーダに於て、ノイズ部分を含む動画データをエンコー
ド処理する場合、ノイズ部分は非ノイズ部分に比し、空
間的にも時間的にも相関性がなく情報量の多い部分と看
做される。従って、図３に図示する様にノイズ部分と非
ノイズ部分が混在する画面を一定の符号化データ量にな
る様にエンコードする場合、ノイズ部分の符号化データ
量が多くなり、相対的に非ノイズ部分の符号化データ量
が少なくなる。その結果、ノイズ部分が細かく再現さ
れ、非ノイズ部分が粗く再現される為、非ノイズ部分の
再現性が著しく損なわれる。

【００１１】そこで、ノイズ部分を検出してノイズ部分
の符号化データ量を制限する必要がある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、動画符号化エ
ンコーダに、ブロック単位で空間的相関または時間的相
関を演算する演算回路と、その演算結果よりノイズブロ
ックを識別して圧縮率を高く設定する圧縮率制御回路と
を、設けることを特徴とする。

【００１３】

【作用】よって、本発明によれば、空間的または時間的
に非相関性が高いノイズブロックは、高い圧縮率で符号
圧縮され、結果的に非ノイズ部分が高い圧縮率となるこ
とがなく、高い再現性が補償される。

【００１４】

【実施例】以下、本発明を図示する実施例に従い説明す
る。図１に図示する第１実施例は、前述する従来のＭＰ
ＥＧエンコーダに、本発明を採用するものであり、空間
的相関と時間的相関を演算する回路を設け、演算結果に
応じて動画データを空間的に高域制限するものである。

【００１５】以下、図１に従い本実施例の特徴となる回
路およびその回路動作について説明する。まず、単位ブ
ロック変換回路２より出力される動画データは、空間的
ノイズ係数計算回路（空間的相関演算回路）１８に入力
される。この空間的ノイズ係数計算回路１８は、ブロッ
ク単位で空間的な非相関値を計算する演算回路であり、
以下に示す５種類の演算式のいずれかを採用している。

【００１６】まず、第１の演算式は、横Ｍ個の画素と縦
Ｎ個の画素を構成するブロックに関し、各画素の値をｘ
（ｍ，ｎ）、ブロック全体の平均値をＸ_av（ｍ，ｎ）と
するとき非相関値ＭＳＥを、

【００１７】

【数１】

【００１８】として演算処理するものである。また、第
２の演算式は、第１の演算式を利用して非相関値ＮＭＳ
Ｅ_a を、

【００１９】

【数２】

【００２０】として演算処理するものである。更に、第
３の演算式は、第１の演算式とブロック内のピーク値Ｘ
_ppを利用して非相関値ＮＭＳＥ_bを、

【００２１】

【数３】

【００２２】として演算処理するものである。また更
に、第４の演算式は、第１の演算式の様に二乗化するこ
となく絶対値化することにより非相関値ＭＡＥを、

【００２３】

【数４】

【００２４】として演算処理するものである。最後に、
第５式は、第４の演算式を利用して非相関値ＮＭＡＥ
を、

【００２５】

【数５】

【００２６】として演算処理するものである。本実施例
の空間的ノイズ係数計算回路１８は、例示した５種類の
演算式の情報の種類等に応じて適宜選択するものではな
く、回路設計時に予め選ばれた唯一の演算式のみを演算
処理するものである。尚、非相関値と相関値は互いに逆
の関係にあり、非相関値が大なると相関値は小さくな
り、非相関値が小さくなると相関値が大きくなる。従っ
て、非相関値を求めることは、相関値を求めることと均
等であり、特許請求の範囲の「相関量」は、逆の「非相
関量」を含み、厳密には「相関量または非相関量」と解
すべきものである。

【００２７】また、本実施例では、時間的ノイズ係数計
算回路（時間的相関演算回路）１９に、後述するローパ
スフィルタ入力と、予測符号とを入力し、対応する画素
間の差Δｘ（ｍ，ｎ）を利用して演算処理を施してい
る。採用する演算式は、以下の５種類の演算式のいずれ
かである。まず第６の演算式は、横Ｍ個の画素と縦Ｎ個
の画素を構成するブロックに関し、対応画素間の差をΔ
ｘ（ｍ，ｎ）とするとき非相関値ＭＳＥを、

【００２８】

【数６】

【００２９】として演算処理するものである。また、第
７の演算式は、第６の演算式を利用して非相関値ＮＭＳ
Ｅ_a を、

【００３０】

【数７】

【００３１】として演算処理するものである。更に、第
８の演算式は、第６の演算式とブロック内のピーク値Ｘ
_ppを利用して非相関値ＮＭＳＥ_b を、

【００３２】

【数８】

【００３３】として演算処理するものである。また更
に、第９の演算式は、第６の演算式の様に二乗化するこ
となく絶対値化することにより非相関値ＭＡＥを、

【００３４】

【数９】

【００３５】として演算処理するものである。最後に、
第１０式は、第９の演算式を利用して非相関値ＮＭＡＥ
を、

【００３６】

【数１０】

【００３７】として演算処理するものである。本実施例
の時間的ノイズ係数計算回路１９も、例示した５種類の
演算式の情報の種類等に応じて適宜選択するものではな
く、回路設計時に予め選ばれた唯一の演算式のみを演算
処理するものである。本実施例では、前述する各計算回
路１８と１９の計算結果を、ノイズ係数判定回路２０に
入力してノイズブロックの判定を行っている。この判定
は、空間的ノイズ量と時間的ノイズ量を加算または乗算
することにより求められる演算値を基準値と比較してノ
イズブロックか否かの判定を行っており、演算値が基準
値を上回ったとき、ノイズブロック看做してフィルタ特
性制御回路２１にノイズ判定出力を供給する。

【００３８】その結果、フィルタ特性制御回路２１は、
次のブロックの動画データの入力に連動して、前述する
ローパスフィルタ３のパラメータを変更させ動画データ
の高域成分を空間的に抑圧する。従って、ノイズブロッ
クの次のブロックからは、高域ノイズが縦方向および横
方向にカットされ、情報量の少ない動画データに変換さ
れる。情報量の少ないローパス出力は、直交変換段階で
下位の出力値が制限され、量子化段階で高い圧縮率で圧
縮される。

【００３９】一方、非ノイズブロック部分では、ローパ
スフィルタのカットオフ周波数は高く保たれ、適正な量
子化が補償され、非ノイズ部分の高い再現性が確保され
る。前述する実施例では、ローパスフィルタのパラメー
タを変更したが、量子化パラメータを変更しても同様の
効果が得られる。図２に図示する第２実施例は、ノイズ
ブロックの判定結果に従って量子化パラメータを切り換
えるものである。

【００４０】この第２実施例に於て、ノイズ係数判定迄
の回路構成および回路動作が第１実施例と共通につき図
１の構成要素と符号を全て共通にして重複説明を割愛す
る。本実施例の量子化パラメータ制御回路２２は、バッ
ファメモリ９のデータ記憶量を検出して標準的な記憶量
と比較し、その差に応じたパラメータ指定出力を発生
し、量子化回路６中に設定したパラメータに指定出力を
乗算して量子化パラメータとしており、ノイズ係数判定
出力の発生時にはパラメータ指定出力の値を一定量大き
く設定し、通常より圧縮率の高い量子化が為される様に
制御している。

【００４１】その結果、量子化回路６は、ノイズブロッ
クに対し、直交変換出力を高い圧縮率で圧縮すると共
に、非ノイズブロックに対しては、適度な圧縮率で圧縮
することができる。尚、前述するノイズ判定回路２０
は、演算値を基準値と比較して２種類のローパスパラメ
ータを択一的に切り換えているが、多数のパラメータを
準備して演算値に応じて多段の切り換えを行ってもよ
い。また、２種類のパラメータを切り換えるときには、
演算値を求めることなく、それぞれの計算結果をそれぞ
れの基準値と比較し、両方の計算結果が両方の基準値を
上回った場合にのみノイズ判定出力を出力する様構成し
ても良い。

【００４２】また、前述する実施例は、空間的ノイズと
時間的ノイズの両方を演算したが多少の特性を犠牲にす
るならば請求項１または２の様に、一方のノイズのみを
演算しても良いことは云う迄もない。更に、本発明の圧
縮率制御は、第１実施例の様に圧縮前に帯域制限する構
成も含むものである。

【００４３】

【発明の効果】よって、本発明によれば、ノイズブロッ
クの動画データが高い圧縮率でエンコードされる結果、
非ノイズ部分の圧縮率が緩和され、結果的に非ノイズ部
分の再現性が向上し、効率的且つ適正なエンコードが可
能になり、その効果は大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図２】本発明の第２実施例を示す回路ブロック図であ
る。

【図３】従来問題となった映像パターンの図である。

【図４】従来のＭＰＥＧエンコーダ回路の回路ブロック
図である。

【符号の説明】

１８空間的ノイズ計算回路（空間的相関演算回路）１９時間的ノイズ計算回路（時間的相関演算回路）２０ノイズ係数判定回路（圧縮率制御回路）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】各フレームの画面を格子状に分割するこ
とにより形成される動画像の空間的なブロックを単位と
して、前記ブロック内の情報量におよび画面全体の情報
量に応じて圧縮率を設定して動画データを圧縮符号化す
る動画符号化エンコーダに於て、前記ブロック内の空間的相関量を算出する空間的相関演
算手段と、前記空間的相関量が大なるブロックに対して圧縮率を高
く設定する圧縮率制御回路とを、それるぞれ備える動画
像圧縮回路。
【請求項２】各フレームの画面を格子状に分割するこ
とにより形成される動画像の空間的なブロックを単位と
して、前記ブロック内の情報量におよび画面全体の情報
量に応じて圧縮率を設定して動画データを圧縮符号化す
る動画符号化エンコーダに於て、前記ブロック毎に時間的相関量を算出する時間的相関演
算手段と、前記時間的相関量が大なるブロックに対して圧縮率を高
く設定する圧縮率制御回路とを、それぞれ備える動画像
圧縮回路。
【請求項３】各フレームの画面を格子状に分割するこ
とにより形成される動画像の空間的なブロックを単位と
して、前記ブロック内の情報量におよび画面全体の情報
量に応じて圧縮率を設定して動画データを圧縮符号化す
る動画符号化エンコーダに於て、前記ブロック毎に時間的相関量を算出する時間的相関演
算手段と、前記ブロック毎に空間的相関量を算出する空間的相関演
算手段と、前記時間的相関量および前記空間的相関量の両方が大な
るブロックに対して圧縮率を高く設定する圧縮率制御回
路とを、それぞれ備える動画像圧縮回路。