JPH08172633A - 動画像帯域制限方法 - Google Patents

動画像帯域制限方法

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JPH08172633A
JPH08172633A JP33467494A JP33467494A JPH08172633A JP H08172633 A JPH08172633 A JP H08172633A JP 33467494 A JP33467494 A JP 33467494A JP 33467494 A JP33467494 A JP 33467494A JP H08172633 A JPH08172633 A JP H08172633A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 動画像の動き補償予測符号化による圧縮符号
化の前に行う動画像の帯域制限方法を提供する。 【構成】 動画像帯域制限方法において、動画像の画面
毎に動き補償予測誤差を求め、前記画面を構成する画素
毎にその予測誤差についてアクティビティ値を算出し、
前記画素毎のアクティビティ値と画素毎のアクティビテ
ィ値の画面内総和値とから、空間方向と時間方向のうち
少なくとも一方に対して、前記画素に対する帯域制限特
性を決定するようにする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、動画像の帯域制限方
法、特に動画像の動き補償予測符号化による圧縮符号化
の前に行う動画像の帯域制限方法に関する。
【0002】
【従来の技術】ディジタル動画像を限られた伝送路を用
いて効率よく伝送するために、動画像の有する時間的、
空間的、統計的相関性から生じる信号的冗長度、及び、
視覚特性から生じる視覚的冗長度を削減して圧縮符号化
することが知られている。一般に、伝送路の管理上、圧
縮符号化に際して、所定時間毎の発生符号量、即ち、符
号化レートが一定となるように圧縮符号化が行われるこ
とが望まれている。
【0003】ディジタル動画像の圧縮符号化方法とし
て、動き補償予測符号化方法が良く知られている。この
動き補償予測符号化方法は、例えば、フレーム毎にフレ
ーム内を所定方法でブロック分割し、ブロック毎につ
き、既に符号化したフレームの復号化画像データを参照
フレームとして動き補償予測を行い、予測ブロックとの
予測誤差を求め、予測誤差値を符号化するもので、動画
像の時間的相関性をもとにした冗長度を削減する符号化
方法である。
【0004】また、予測誤差の符号化方法としては、予
測誤差値を直交変換して量子化し、その量子化値をエン
トロピー符号化する、即ち、動画像の空間的、統計的相
関性をもとにして冗長度を削減する符号化方法が知られ
ている。しかし、動画像の時間的、空間的、統計的相関
性はその絵柄毎に大きく変化し、上記符号化レートを一
定とする要求条件のために、予測誤差の符号化において
量子化特性を変化させる必要がある。
【0005】即ち、時間的、空間的、統計的相関性の高
い絵柄の場合、量子化を粗くすることで、また、相関性
の低い絵柄の場合、量子化を細かくすることで、符号化
レートが一定となるように制御する。このため、復号化
して得られる動画像において、絵柄毎に量子化歪が変化
する。
【0006】量子化歪が大きい場合、一般に、モスキー
ト・ノイズ、ブロック・ノイズと呼ばれる視覚的に不快
なノイズが発生し、画質上問題となる。従来、この問題
を解決するために、動画像の時間的、空間的相関性を増
加させる目的で、圧縮符号化前に、フレーム間差分値を
用いて動画像の時間的、空間的相関性を計測し、この情
報をもとに時間方向や空間方向の帯域制限を行なう方法
が提案されている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】動き補償予測符号化
は、前述したように所定ブロック毎に動きを補償してフ
レーム間予測誤差を求めることで、動画像の時間的冗長
度を削減している。従来方法では、動きの補償予測で削
減される動画像の時間的冗長度を考慮しておらず、不必
要に帯域制限を行なう場合があり、復号化して得られる
動画像において、解像感の悪い画質となる場合があっ
た。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、動画像において、動画像の画面毎に動き補償予測
誤差を求め、画面を構成する画素毎にその予測誤差につ
いてアクティビティ値を算出し、前記画素毎のアクティ
ビティ値と画素毎のアクティビティ値の画面内総和値と
から、空間方向と時間方向のうち少なくとも一方に対し
て、前記画素に対する帯域制限特性を決定し帯域制限を
行う。これによって、画面毎、かつ、画面内の局所毎に
動画像の時間的、空間的相関性を判定して帯域制限をす
ることが出来、圧縮符号化する場合に画質劣化を少なく
出来る。
【0009】
【実施例】本発明の動画像帯域制限方法の実施例につい
て、以下に図と共に説明する。図1は、本発明の動画像
帯域制限方法の第1の実施例である。スイッチ(以下、
SWと記す。)2とSW3は、フレーム毎に連動して切
り替わり、入力端子1を介して供給される動画像信号を
メモリ(以下、MEMと記す。)4、MEM5にフレー
ム毎の入力動画像として記憶させ、かつ、SW3以下の
処理系に画像データを出力させる。
【0010】SW3を介して供給されるMEM4、もし
くは、MEM5の画像データは、まず、MEM6に記憶
されている1フレーム前の画像データを参照フレームと
し、予測器(PRED)7において、動き補償予測画像
データが求められ、減算器8で動き補償予測誤差が求め
られる。
【0011】動き補償予測画像データの求め方は、例え
ば、ブロック・マッチング法動きベクトル検出によって
求られた動きベクトルを用いた動き補償予測方法でも、
従来から知られているその他の動き補償予測方法でもよ
い。減算器8で求められた動き補償予測誤差信号は、一
旦、MEM9に記憶される。
【0012】このMEM9は、動き補償予測方法が、例
えば、ブロック・マッチング法動きベクトル検出によっ
て求められた動きベクトルを用いた予測方法の場合に、
動き補償予測誤差は画面を所定の大きさに分割したブロ
ック単位で処理されるため、以降の処理を簡単にするた
めに再び、走査線順に読み出せるようにするための一時
記憶用として使用される。
【0013】MEM9から走査線順に読み出された動き
補償予測誤差は、CAL−ACT10において、例え
ば、図2のような処理で、各画素毎の動き補償予測誤差
におけるアクティビティが求められ、順次MEM11に
記憶されると共に積算器(ACC)12に供給される。
【0014】図2は、図1のCAL−ACT10の一実
施例である。この例では、第8図のような画素「e」を
中心とする3×3画素について動き補償予測誤差の絶対
値和を求めて、これを画素「e」のアクティビティとす
る例である。
【0015】入力動き補償予測誤差は端子20を介して
絶対値算出器(|x|)21で絶対値処理され、1画素
遅延器「D」22A〜22C,23A〜23C、1ライ
ン遅延器LD24,25の組み合わせで、画素「e」を
中心とする3×3画素について動き補償予測誤差の絶対
値和を加算器「Σ」26で求め、出力端子27に出力す
る。
【0016】この処理は、画素「e」の動き補償予測誤
差に空間方向ローパスフィルタ処理を行い、アクティビ
ティを求めることで、入力画像のノイズ等で生じる動き
補償予測誤差の局所的な増加を抑制する効果がある。現
処理フレームについて、1フレーム分の各画素毎の動き
補償予測誤差におけるアクティビティが、MEM11に
記憶され、かつ、ACC12に入力されるまで、動き補
償予測誤差、及び、アクティビティが求められる。
【0017】ACC12では、入力された各画素毎の動
き補償予測誤差におけるアクティビティの1フレーム分
の累積値が求められる。即ち、本方法における1フレー
ムの処理がすべて終了する毎に、累積値を0にリセット
し、次に処理するフレームについて累積値を求める処理
を行う。上記の処理が終了した後、MEM5から再び記
憶されている画像データが読み出され、時間方向フィル
タT−LPF13に供給されるとともに、現フレームを
次に処理するフレームに対する動き補償予測の参照フレ
ームとするためMEM6に供給し記憶させる。
【0018】また、MEM5から読み出される画像デー
タに対応した画素毎の動き補償予測誤差におけるアクテ
ィビティACTpがMEM11から読み出され、ACC
12からのアクティビティACTfの1フレーム分の累
積値とともに、T−LPF13、及び、空間方向フィル
タS−LPF14の帯域制限制御パラメータPt、及
び、Psを求めるパラメータ決定器(DP)15に夫々
供給される。
【0019】第3図は、本実施例において1フレーム分
のアクティビティ累積値ACTfと各画素のアクティビ
ティ値ACTpとから、本実施例の入力画像に対する時
間方向ローパスフィルタT−LPF13、空間方向ロー
パスフィルタS−LPF14の各帯域制限制御パラメー
タPt,Psを求める第1図のDP15の一実施例であ
る。
【0020】本実施例における帯域制限制御パラメータ
は、0の時には帯域制限処理を全く行わず、帯域制限制
御パラメータが1の時には帯域制限処理を完全に行い、
中間値はその大きさに対応して帯域制限処理を行うよう
に制御するパラメータとして扱う。
【0021】図3の実施例では、ACTfに対応する図
4(a)に示す特性を有するROM34によってF1を
求め、予め設定した1より大きい値K1、及び、ACT
f、ACTpを夫々供給して、帯域制限制御パラメータ
算出器38で帯域制限制御パラメータPt’を求める。
【0022】帯域制限制御パラメータ算出は、図中の演
算式から明らかなように、ACTp=0の時は、Pt’
=F1となり、ACTp=(無限大)の時は、Pt’=
K1・K1・F1となる。即ち、F1が0より大きけれ
ば、ACTpの増加と共にPt’が増加する特性で帯域
制限制御パラメータ算出処理を行う。
【0023】また、図4(a)の特性から明らかなよう
に、ACTfが所定値L1aまではF1=0で、結果と
してすべての画素に対してPt=0となる。L1aを越
えると徐々に増加して、所定値L1b以上ではF1=1
となり、すべての画素に対して1≦Pt’となる。
【0024】この設定は、微少ノイズによるACTfの
変動に伴うF1値の変動を無視するため、また、ACT
fの増加に伴いF1が1より大きくなることによるRO
M34の出力データ幅の不必要な増加を防止するために
行われる。
【0025】Pt’は1より大きくなる可能性がある
が、上述の本実施例における帯域制限制御パラメータの
扱い、及び、出力データ幅の不必要な増加を防止するた
めに、このPt’をリミッタで0から1の範囲に制限処
理してPtを求めてDP15の処理の出力とする。Ps
を求める処理過程については、Ptを求める処理過程と
同様であり、ROM35の特性、K2の値は夫々異な
る。
【0026】図3において、ROM34、及び、ROM
35の特性は、例えば、各々図4(a)、(b)に示す
ような特性である。ここで、図4(a)、(b)のL1
a,L1b,L2a,L2b、及び、図3のKは、帯域
制限制御パラメータの入力アクティビティに対する感度
を表わす値である。
【0027】T−LPF13に供給された画像データ
は、その画素毎のDP15からの帯域制限制御パラメー
タPtに応じて、例えば、図5のような時間方向フィル
タで処理される。第5図は、本実施例の入力画像に対す
る時間方向ローパスフィルタ処理を行う第1図のT−L
PF13の一実施例である。
【0028】この実施例では、画素毎に入力画像値
「a」と1フレーム遅延器FD51で遅延された画面上
同じ位置で1フレーム前の値「b」、及び、DP15か
らの時間方向ローパスフィルタ帯域制限制御パラメータ
Ptが帯域制限算出器52に夫々供給され、時間方向ロ
ーパスフィルタ処理を行ない、その結果を端子53に出
力する。
【0029】図中の演算式から明らかなように、Pt=
0の時は、出力値=aとなり、Pt=1の時は、出力値
=(a+b)/2 となる。即ち、Pt=0の時は、入
力画像値がそのまま通過し、Pt=1の時は、フレーム
間平均値で時間方向ローパスフィルタ処理した値を出力
する。
【0030】また、0<Pt<1の時は、夫々の重み付
け加算した出力とする。そして、T−LPF13の出力
画像データは、S−LPF14に供給され、その画素毎
のDP15からの帯域制限制御パラメータPsに応じ
て、例えば、図6のような空間方向フィルタで処理さ
れ、最終出力として端子16から出力される。図6は、
本実施例の時間方向ローパスフィルタT−LPF13の
出力について空間方向ローパスフィルタ処理を行う図1
のS−LPF14の一実施例である。
【0031】この実施例では、端子20を介して供給さ
れる入力画像値を、順次、1画素遅延器D、1ライン遅
延器LDの組み合わせで、第8図のような画素「e」を
中心とする3×3画素値、及び、DP15からの空間方
向ローパスフィルタ14の帯域制限制御パラメータPs
を画素「e」と対応させるためにDN(遅延回路)28
で「1ラインと1画素分」遅延した値Psdが、帯域制
限算出器26に供給され、帯域制限算出器26で演算処
理して空間方向ローパスフィルタ14の処理結果を端子
16に出力する。
【0032】図中の演算式から明らかなように、Psd
=0の時は、出力値=e となり、Psd=1の時は、
出力値=(a+b+c+d+e+f+g+h+i)/9
となる。即ち、Psd=0の時は、入力画像値「e」
がそのまま通過し、Psd=1の時は、3×3画素の平
均値で空間方向ローパスフィルタ処理した値を出力す
る。また、0<Psd<1の時は、夫々の重み付け加算
した出力とする。
【0033】次に、本発明の動像帯域制限方法の第2の
実施例ついて、図7と共に以下に説明する。スイッチ
(以下、SWと記す。)2とSW3はフレーム毎に連動
して切り替わり、メモリ(以下、MEMと記す。)4、
MEM5にフレーム毎の入力動画像を記憶させ、かつ、
SW3以下の処理系に画像データを出力させる。
【0034】SW3を介して接続されたMEM4、もし
くは、MEM5の画像データは、まず、MEM6に記憶
されている1フレーム前の画像データを参照フレームと
し、予測器(PRED)7において、動き補償予測画像
データが求められ、減算器8で動き補償予測誤差が求め
られる。動き補償予測画像データの求め方は、例えば、
ブロック・マッチング法動きベクトル検出によって求め
られた動きベクトルを用いた動き補償予測方法でもよい
し、その他の動き補償予測方法でもよい。
【0035】減算器8で求められた動き補償予測誤差
は、一旦MEM9に記憶される。これは、動き補償予測
方法が、例えば、ブロック・マッチング法動きベクトル
検出によって求められた動きベクトルを用いた動き補償
予測方法の場合に、動き補償予測誤差は画面を所定の大
きさに分割したブロック単位で処理されるため、以降の
処理を簡単にするために再び、走査線順に読み出せるよ
うにするための一時記憶として用いる。
【0036】MEM9から走査線順に読み出された動き
補償予測誤差は、CAL−ACT10において、例え
ば、図2のような処理で、各画素毎の動き補償予測誤差
におけるアクティビティが求められ、順次時間方向フィ
ルタT−LPF13、及び、空間方向フィルタS−LP
F14の帯域制限制御パラメータを求めるパラメータ決
定器(DP)15に供給されるとともに積算器(AC
C)12に供給される。
【0037】ACC12では、供給された各画素毎の動
き補償予測誤差におけるアクティビティの1フレーム分
の累積値が求められる。即ち、1フレームの処理が終了
する毎に、累積値を0にリセットし、次に処理するフレ
ームについて累積値を求める処理を行う。
【0038】また、ACC12で求められたアクティビ
ティの1フレーム分の累積値は、ACC12において累
積値を0にリセット直前にラッチLT17でその値が保
持される。ラッチLT17で保持された値は、次に処理
するフレームに対するアクティビティの1フレーム分の
累積値として使用される。
【0039】即ち、アクティビティの1フレーム分の累
積値は1フレーム遅れの値が帯域制限制御パラメータを
求めるDP15の入力となる。これは、画面の平均値と
して動画像の時間的変化が一般に小さいことを理由とし
ている。これによって、第1の実施例に対して各画素毎
の動き補償予測誤差におけるアクティビティを記憶する
ための図1に示したMEM11を削減することが出来
る。
【0040】上記処理で各画素毎の動き補償予測誤差に
おけるアクティビティが順次求められるのに対応して、
MEM5から記憶されている画像データが読み出され、
時間方向フィルタT−LPF13に供給されるととも
に、現フレームを次に処理するフレームに対する動き補
償予測の参照フレームとするためMEM6に記憶させ
る。
【0041】また、MEM5から読み出される画像デー
タに対応した画素毎の動き補償予測誤差におけるアクテ
ィビティがMEM11から読み出され、ACC12から
のアクティビティの1フレーム分の累積値とともにT−
LPF13、及び、空間方向フィルタS−LPF14の
帯域制限特性を求めるDP15に供給される。DP15
では、例えば、図3のような処理で、T−LPF13、
及び、S−LPF14の帯域制限制御パラメータPt、
及び、Psが求められる。
【0042】図3において、ROM34、及び、ROM
35は各々図4(a)、(b)に示すような特性であ
る。ここで、L1a、L1b、L2a、L2b、及び、
図3のKは、帯域制限特性の制御パラメータであり、経
験から求められる値である。
【0043】T−LPF13に供給された画像データ
は、その画素毎のDP15からの帯域制限制御パラメー
タPtに応じて、例えば、図5のような時間方向フィル
タで処理される。次に、T−LPF13の出力画像デー
タは、S−LPF14に供給され、その画素毎のDP1
5からの帯域制限制御パラメータPsに応じて、例え
ば、図6のような空間方向フィルタで処理され、最終出
力として端子16から出力される。
【0044】
【発明の効果】以上の説明によって明らかなように、本
発明の動画像帯域制限方法は、動画像において画面毎に
動き補償予測誤差を求め、画面を構成する画素毎にその
予測誤差についてアクティビティ値を算出し、画素毎の
アクティビティ値と画素毎のアクティビティ値の画面内
総和値とから、空間方向と時間方向のうち少なくとも一
方に対して、その画素に対する帯域制限特性を決定し、
帯域制限を行うことによって、画面毎、かつ、画面内の
局所毎に動画像の時間的、空間的相関性を判定して帯域
制限することが出来、圧縮符号化する場合に画質劣化を
少なく出来る。
【0045】また、本発明の方法は、アクティビティ値
の画面内総和値を、現画面について画素毎のアクティビ
ティ値の画面内総和値とすることで、帯域制限処理する
画面の特性を正しく反映して帯域制限することが出来、
圧縮符号化する場合に画質劣化を少なく出来る。
【0046】更にまた、本発明の方法は、アクティビテ
ィ値の画面内総和値を、過去に帯域制限された画面を処
理する際に求められた画素毎のアクティビティ値の画面
内総和値とすることで、必要とする装置規模をより小さ
く出来、処理速度もより低く出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の動画像帯域制限方法の第1の実施例を
示した図である。
【図2】図1のCAL−ACT10の一実施例である。
【図3】図1のDP15の一実施例である。
【図4】図3のROM34,ROM35の一実施例の特
性を示した図である。
【図5】図1のT−LPF13の一実施例である。
【図6】図1のS−LPF14の一実施例である。
【図7】本発明の動画像帯域制限方法の第2の実施例を
示した図である。
【図8】画素「e」を中心とする3×3画素処理の一例
を示した図である。
【符号の説明】
1 入力端子 2,3 SW(スイッチ) 4,5,6,9,11 MEM(メモリ) 7 予測器(PRED) 8 減算器 10 CAL−ACT 12 ACC(積算器) 13 T−LPF(時間LPF) 14 S−LPF(空間LPF) 15 DP(パラメータ決定器) 16 出力端子 17 LT(ラッチ) 21 絶対値算出器|x| 22A〜22C,23A〜23C 1画素遅延器(D) 24,25 1ライン遅延器(LD) 26 帯域制限算出器 28 遅延回路(DN) 34,35 ROM 38,39 帯域制限制御パラメータ算出器 40,42 制限器 51 1フレーム遅延器 ACTf アクティビティ累積値 ACTp 各画素のアクティビティ値 Ps S−LPFに対する帯域制限制御パラメータ Pt T−LPFに対する帯域制限制御パラメータ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】動画像の画面毎に動き補償予測誤差を求
    め、前記画面を構成する画素毎にその予測誤差について
    アクティビティ値を算出し、前記画素毎のアクティビテ
    ィ値と画素毎のアクティビティ値の画面内総和値とか
    ら、空間方向と時間方向のうち少なくとも一方に対し
    て、前記画素に対する帯域制限特性を決定して帯域制限
    を行うようにしたことを特徴とする動画像帯域制限方
    法。
  2. 【請求項2】動画像の画面毎に動き補償予測誤差を求
    め、前記画面を構成する画素毎にその予測誤差について
    アクティビティ値を算出し、前記画素毎のアクティビテ
    ィ値と画素毎のアクティビティ値の画面内総和値とか
    ら、空間方向と時間方向のうち少なくとも一方に対し
    て、前記画素に対する帯域制限特性を決定して帯域制限
    を行うようにした動画像帯域制限方法において、前記画
    素毎のアクティビティ値の画面内総和値を、帯域制限を
    行う現画面について画素毎のアクティビティ値の画面内
    総和値とするようにしたことを特徴とする動画像帯域制
    限方法。
  3. 【請求項3】動画像の画面毎に動き補償予測誤差を求
    め、前記画面を構成する画素毎にその予測誤差について
    アクティビティ値を算出し、前記画素毎のアクティビテ
    ィ値と画素毎のアクティビティ値の画面内総和値とか
    ら、空間方向と時間方向のうち少なくとも一方に対し
    て、前記画素に対する帯域制限特性を決定して帯域制限
    を行うようにした動画像帯域制限方法において、前記画
    素毎のアクティビティ値の画面内総和値を、現画面の過
    去に帯域制限された画面を処理する際に求められた画素
    毎のアクティビティ値の画面内総和値とするようにした
    ことを特徴とする動画像帯域制限方法。
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