JPH07111653A - 符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の符号化モードを適応的に切換えて符号
化を行なう符号化装置であって、符号化で発生するデー
タ量を削減でき、更にデータの劣化を防止した符号化装
置を提供する。 【構成】 フレーム内又はフィールド内符号化を行なう
第１のモードと、フレーム間又はフィールド間符号化を
行なう第２の符号化モードとを有する符号化装置におい
て、所定単位毎に符号化データ発生量を制御するバッフ
ァ制御回路１３０と、前記所定単位をエリア分割するリ
フレッシュ制御回路１０７と、リフレッシュ制御回路１
０７により分割されたエリア毎に前記第１の符号化モー
ドと前記第２の符号化モードとを切換えるスイッチ１０
５、１１８とを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本願発明は符号化装置に係り、特
に符号化の際に動きベクトルによる動き補償を用いた動
き補償予測符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より画像情報をデジタル伝送する場
合、伝送データ量を削減するために各種の符号化方式が
提案されている。

【０００３】その提案されている符号化方式の１つに、
フレーム内符号化とフレーム間符号化とを切り換えて符
号化する方式がある。

【０００４】フレーム内圧縮は、近接する画素同士は明
るさと色が類似する同画像の特性を利用して情報量低減
する方式である。

【０００５】実際の画像では、空や壁など大半の部分は
同程度の明るさと色がほぼ続いているため、フレーム内
圧縮のみを用いても１／５〜１／１０程度の圧縮が可能
である。

【０００６】フレーム間圧縮は、類似した画像を利用し
て、補正分の情報のみで画像を得る方式である。

【０００７】通常動画では近接するフレームの絵柄は、
多少の動きや変形はあるが類似している。この点を利用
して、まず圧縮符号化しようとするフレームと近接する
フレーム間との類似性（動き、色、明るさ等）を計算す
る。その計算に基づいて「予測値」、つまり「近接フレ
ーム」から「符号化しようとするフレーム」に更に類似
したフレームの値を算出する。

【０００８】次に、符号化しようとするフレームから
「予測値」との差分情報のみを符号化（記録・伝送）す
る。このため、データ量（補正分）が低減する。

【０００９】つまり人物だけ移っている動画で人物が右
に移動した場合、一つ前のフレームで、移動の補正情報
も含めて人物がいる画素が予測値で、右に移動した全体
の画素から予測値を引いたものが差分となる。

【００１０】従来の符号化装置の場合、一般にフレーム
間処理により圧縮する場合、伝送路上で誤りが発生する
と、その誤りが伝播することが知られている。したがっ
て、フレーム間処理を所定数行うと自動的にフレーム内
処理（リフレッシュ動作）を行うものとなっていった。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】各符号化画面の１フレ
ーム当りのデータ量は、フレーム内処理の場合１６Ｋ〜
２５Ｋバイト、フレーム間処理の場合７〜１０Ｋバイト
程度である。

【００１２】つまり、一般にフレーム内処理はフレーム
間処理よりも発生するデータ量が多いことが知られてい
る。

【００１３】従って、定期的にフレーム内符号化を行う
場合、その直前の量子化ステップ（フレーム間符号化に
使われた量子化ステップ）を使って量子化すると急にデ
ータ発生量が増えてしまい、伝送レート上の問題とな
る。

【００１４】そこで、データ発生量を抑えるために量子
化ステップを変えて、符号化を行うと今度は画質劣化を
引き起こしてしまうという問題が生じる。

【００１５】上述のような問題は、複数の符号化モード
を適応的に切り換えて符号化を行う符号化装置（少なく
とも予測符号化モードを有する）に発生するものであ
る。

【００１６】上述したような背景から、本願発明は従来
の符号化装置における上述の問題を解消し、信号劣化を
防止した符号化装置を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本願は斯かる目的下にそ
の一つの発明として、フレーム内又はフィールド内符号
化を行なう第１のモードと、フレーム間又はフィールド
間符号化を行なう第２の符号化モードとを有する符号化
装置において、所定単位毎に符号化データ発生量を制御
する制御手段と、前記所定単位をエリア分割する分割手
段と、前記分割手段により分割されたエリア毎に前記第
１の符号化モードと前記第２の符号化モードとを切り換
える切換手段とを有することを特徴とするものである。

【００１８】

【作用】上記発明により、常に一定量がリフレッシュと
なる為に、情報量の急激な変化がなく、リフレッシュに
よる急激な画質劣化、フリッカーをなくすことができ、
総合的な画質を大幅に向上させる。

【００１９】

【実施例】以下、本願発明にかかる実施例の符号化装置
を説明する。

【００２０】図１は本実施例を適用させた符号化装置の
ブロック図である。

【００２１】図１において、１０１は画像信号が入力さ
れる入力端子、１０２は入力されたアナログ信号をデジ
タル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、１０３は画素順序
を入れかえてブロックに分割するブロック分割回路、１
０４は現フレーム信号と予測信号の差分演算を行う予測
誤差算出回路、１０５は前記ブロック分割器１０３から
の入力と予測誤差算出回路１０４からの入力とを切り換
えるスイッチ回路である。

【００２２】１０６は現フレーム信号と予測誤差信号と
を比較し、符号化信号を選択する判定回路である。

【００２３】１０７はリフレッシュ制御回路である。リ
フレッシュ制御回路１０７にはフレーム信号と後述する
Ｗ，Ｓの設定値が入力されている。リフレッシュ制御回
路１０７の動作は後述詳しく説明する。

【００２４】１０８は前記判定回路１０６の判定結果と
リフレッシュ制御回路１０７からのリフレッシュ制御信
号を入力とするＯＲ回路、１０９はスイッチ回路１０５
により選択された信号を直交変換する直交変換回路、１
１０は直交変換係数を量子化する量子化回路、１１１は
量子化回路１１０により量子化された係数を可変長符号
化する可変長符号化回路、１１２は発生するデータ量と
伝送されるデータ量を制御するためのバッファメモリ、
１１３は伝送フォーマットを作成する為の伝送Ｉ／Ｆ回
路、１１４は伝送信号出力端子である。

【００２５】１１５は量子化回路１１０の逆量子化を行
う逆量子化回路、１１６は直交変換回路１０９の逆変換
を行う逆直交変換回路、１１７は現フレームの画像を再
生するための加算回路、１１８はスイッチ回路１０５に
連動してＯＲ回路１０８の出力によりａ，ｂ端を選択す
るスイッチ回路である。

【００２６】１１９は現フレームの再生画像を一時記憶
する画像メモリ回路、１２０は現フレームと前フレーム
の信号を比較して動きベクトルを算出する動きベクトル
検出回路、１２１は前フレームの再生画像信号に対して
動きベクトル検出回路１２０の信号に応じて動き補償を
行う動き補償回路である。１３０はフッファメモリ１１
２の蓄積データ量を一定に保つためのバッファ制御回路
である。

【００２７】以下、上述のような構成を備える符号化装
置の動作について説明する。

【００２８】入力端子１０１に入力されたアナログ画像
信号はＡ／Ｄ変換回路１０２でデジタル信号に変換さ
れ、更にブロック分割器１０３で水平方向ａ画素、垂直
方向ｂラインのブロック、例えばａ＝ｂ＝８に分割され
る。

【００２９】この信号は予測誤差算出回路１０４、フレ
ーム内／フレーム間符号化切換スイッチ回路１０５ａ
端、フレーム内／フレーム間符号化判定回路１０６に入
力される。

【００３０】予測誤差算出回路１０４には、前フレーム
の動き予測値と現フレームの信号が入力され、その差分
値を算出してスイッチ回路１０５ｂ端と判定回路１０６
に入力される。

【００３１】判定回路１０６は入力された現フレーム信
号と予測誤差信号とで比較を行い符号化効率の良い方
（フレーム間／フレーム内符号化）を判定出力とする。

【００３２】判定出力はＯＲ回路１０８を介してスイッ
チ回路１０５，１１８を制御し、現フレームが符号化効
率がよければａ端を、予測誤差信号の方がよければｂ端
を適応的に選択する。

【００３３】ＯＲ回路１０８の他方にはリフレッシュ制
御回路１０７からのリフレッシュのために定期的に強制
フレーム内とする制御信号が入力される。

【００３４】このリフレッシュ動作は画像に誤りが発生
した場合に、その誤りの伝播を止めることを目的として
いる。

【００３５】このリフレッシュ制御回路１０７の動作の
詳細は後述する。

【００３６】スイッチ回路１０５により選択された信号
は直交変換回路１０９に入力される。

【００３７】本実施例では直交変換方式として、高い変
換効率を持ち、ハードウェア化で実現性のある離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）を適用する。

【００３８】直交変換回路１０９からはその変換後の係
数が出力され、量子化回路１１０に入力される。

【００３９】量子化回路１１０では、入力された直交変
換係数を画像の視覚特性等を考慮した特性により量子化
する。量子化回路１１０の出力信号は可変長符号回路１
１１と逆量子化回路１１５にそれぞれ入力される。

【００４０】可変長符号化回路１１１は直行変換後のデ
ータが画像の特性からデータ発生分布が効率よく符号化
されるようにデータの並び変えを行ない、更にその分布
の特性が符号化効率に最適となるような可変長符号化を
行なう。

【００４１】可変長符号化回路１１１からの出力信号は
バッファメモリ１１２に入力されるバッファメモリのデ
ータ量はバッファ制御回路１３０により所定の処理単位
で一定となる様に制御される（後で詳細に述べる）。仮
にバッファ量が増大したとすると、バッファ制御回路１
３０から量子化回路１１０、逆量子化回路１１６は、デ
ータ発生をおさえる量子化テーブルを選択する制御信号
が送られる。逆にバッファ量が減少した時は、データ発
生量が増大する量子化テーブルを選択する制御信号が送
られる。前記処理動作により、バッファメモリ１１２の
蓄積データ量は一定に保たれる。また、バッファメモリ
１１２からの出力データ量を単位時間で等しくなるよう
に動作する。バッファメモリ１１２からの出力は伝送Ｉ
／Ｆ回路に入力される。

【００４２】伝送Ｉ／Ｆ回路１１３では伝送クロックに
同期して、バッファメモリ１１２の画像データを伝送フ
ォーマットに従って出力端子１１４に出力する。このと
き伝送フォーマットに含まれる動きベクトル情報，伝送
同期信号及び誤り訂正符号等も同時に多重伝送される。

【００４３】一方、逆量子化回路１１５に入力された信
号は、量子化回路１１０と逆の特性により量子化回路１
１０の入力信号と同じ信号が逆量子化回路１１５から出
力され、逆直交変換回路１１６に入力される。同様に直
交変換回路１０９の逆変換回路である逆直交変換回路１
１６により、直交変換回路１０９の入力信号と同じ信号
が出力される。

【００４４】加算回路１１７には、前記逆変換された信
号と、スイッチ１１８からの出力信号とが入力される。

【００４５】スイッチ回路１１８がａ端に接続された時
は、フレーム内処理でありスイッチ回路１０５も同様に
ａ端が選択され、現フレームの信号が差分を取ることな
く符号化、逆符号化され加算回路１１７に入力される。

【００４６】このときスイッチ回路１１８のａ端は
「０」であるため、加算回路１１７の出力はブロック分
割回路１０３の出力信号と等しくなる。

【００４７】また、スイッチ回路１１８がｂ端の時は動
き補償回路１２１の出力、つまり予測値との差分がスイ
ッチ回路１０５から出力され、加算回路１１７に入力さ
れる。

【００４８】スイッチ回路１１８のｂ端は前記予測値と
同じ信号なので加算回路１１７で加算されることで出力
は同様にブロック分割回路１０３の出力と等しくなる。

【００４９】画像メモリ１１９は現フレーム信号を記憶
し、約１フレーム分の遅れをもって出力される。

【００５０】動きベクトル検出回路１２０は前記画像メ
モリ１１９の出力、つまり現フレームの画像データが入
力され、画像メモリ１１９に記憶されている前フレーム
の画像信号と比較して、符号化ブロックの動きを動きベ
クトルとして算出して動き補償回路１２１に出力する。

【００５１】動き補償回路１２１は前フレームの画像信
号を動きベクトル検出回路１２０からのベクトル情報に
より動き補償を行ない予測値として出力する。

【００５２】以下、リフレッシュ制御回路１０７の制御
動作について詳細に説明する。

【００５３】まず、図２、３を用いてリフレッシュ制御
信号とバッファ制御の関係について説明する。

【００５４】図２（ａ）はバッファ制御の処理単位につ
いて示している。まずバッファ制御回路１３０は図２
（ａ）の（ア）に対応するエリアのデータ発生量を検出
し、制御目標値に対しての誤差演算を行い、量子化回路
１１０、逆量子化回路１１６に制御信号を送りデータの
発生量を制御する。この動作は図２（ａ）の（イ）、
（ウ）についても順次行われる。図２（ａ）中の
（ア）、（イ）、（ウ）のそれぞれのエリア内ではそれ
ぞれ同一の制御値により制御されるわけでこの（ア）、
（イ）、（ウ）の単位がバッファ制御の処理単位になる
わけである。

【００５５】この処理単位は、細かい程バッファ制御の
応答性が速くなり、バッファ制御の応答は向上するが、
反面、画面上の小さなエリアごとに発生データ量が均一
化されてしまい、本来細かい画像でデータ量の大きい部
分は大幅に圧縮され画質劣化が大きく、逆に単純な画像
は充分なデータ量が割り当てられ、劣化の少ない画像と
なる。これは視覚的に劣化が目立ち、画像の品質を大幅
に低下させてしまう。

【００５６】逆に、処理単位が大きくなると符号化デー
タの画質は良くなるが、バッファ制御が困難になり、バ
ッファー量を大きく必要とする事になる。従って処理単
位はある条件の大きさを保つ必要がある。一般的には、
ＤＣＴ処理単位の整数倍に設定される。

【００５７】図１中の、バッファ制御回路１３０からリ
フレッシュ制御回路１０７には上述の処理単位を示す信
号（図３（ｂ））が伝送される。

【００５８】リフレッシュ制御回路１０７では、バッフ
ァ制御処理単位毎に一定量のリフレッシュ制御信号が出
力される様に動作する（図３（ｃ））。

【００５９】図２（ｂ）はそのリフレッシュエリアの一
例を示している。

【００６０】バッファ制御処理単位毎に一定の比率でリ
フレッシュエリアが設定されるため、リフレッシュによ
る強制Ｉｎｔｒａ処理によるデータ発生の急激な変化は
なくなり、安定したバッファ制御を行う事ができ、急激
な画質劣化を避ける事ができる。また、リフレッシュエ
リアは図２（ｂ）に示すようにフレーム単位で所定単位
毎に移動させている。つまり、図３（ｃ）のリフレッシ
ュ制御信号の発生期間は、フレーム単位で所定単位毎に
移動させ、ｎフレームで一巡するものである。

【００６１】本実施例では、フレーム間動き補償符号化
について説明したが、フィールド間動き補償符号化につ
いても同様である。又、図３（ｃ）には、リフレッシュ
制御信号の発生時期は各バッファ制御単位毎（図３
（ａ）の（ア）、（イ）、（ウ））に同じであるが、相
違していてもよいことは、自明である。

【００６２】また、初めの画像は参照画像が存在しない
ので、Ｉｎｔｒａ処理を行っていることは明らかであ
る。

【００６３】

【発明の効果】以上説明したように本願発明の符号化装
置によれば、常に一定量がリフレッシュとなるために情
報量の急激な変化がなくリフレッシュによる急激な画質
劣化、フリッカーを無くすことができ総合的な画質を大
幅に向上させる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例にかかる符号化装置のブロック
図である。

【図２】本発明の実施例にかかるバッファ制御動作及び
リフレッシュ動作を説明するための図である。

【図３】本発明の実施例にかかるリフレッシュ制御信号
の発生期間を説明するための図である。

【符号の説明】

１０５，１１８ スイッチ回路 １０６ 判定回路 １０７ リフレッシュ回路 １０８ ＯＲ回路 １３０ バッファ制御回路

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム内又はフィールド内符号化を行
   なう第１のモードと、フレーム間又はフィールド間符号
   化を行なう第２の符号化モードとを有する符号化装置に
   おいて、 所定単位毎に符号化データ発生量を制御する制御手段
   と、 前記所定単位をエリア分割する分割手段と、 前記分割手段により分割されたエリア毎に前記第１の符
   号化モードと前記第２の符号化モードとを切換える切換
   手段とを有することを特徴とする符号化装置。
2. 【請求項２】 前記分割手段は前記第１の符号化モード
   を行なうエリアをフレームもしくはフィールド毎に移動
   させることを特徴とする請求項１の符号化装置。