JPH0837660A

JPH0837660A - 画像圧縮符号化装置

Info

Publication number: JPH0837660A
Application number: JP6169368A
Authority: JP
Inventors: Makoto Kusunoki; 誠楠; Kazuhiro Nakamura; 和弘中村
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-07-21
Filing date: 1994-07-21
Publication date: 1996-02-06

Abstract

(57)【要約】【目的】この発明は、復号装置側の電源投入時やシーン
の変換時等に画面のセットアップ時間を短縮することが
できるとともに、リフレッシュ周期を短くして伝送誤り
に対する耐性を高めても全体の符号化効率を劣化させる
ことのない画像圧縮符号化装置を提供することを目的と
している。【構成】画像信号に対して、フレーム内の情報を用いて
フレーム内符号化処理を施す第１のモードと、フレーム
間の差分情報を用いてフレーム間符号化処理を施す第２
のモードとを選択的に実行する画像圧縮符号化装置にお
いて、フレームを複数の領域に分割し、この分割された
各領域毎に、第１のモードと第２のモードとを互いに異
なる周期で繰り返し実行させるようにしたものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、デジタル化された画
像信号に対して、フレーム内符号化処理とフレーム間符
号化処理とを組み合わせた帯域圧縮符号化を行なう画像
圧縮符号化装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、画像信号をデジタル化し
て伝送したり記録媒体に記録するにあたっては、情報量
を少なくするために従来より様々な帯域圧縮方式が考え
られてきている。例えば蓄積メディア用動画圧縮規格と
しては、ＭＰＥＧ（Moving Picture Experts Group）が
定められているが、これによれば、時間軸方向の冗長度
を低くするためにフレーム間予測符号化と動き補償との
組み合わせが用いられ、また、空間軸方向の冗長度を低
くするためにＤＣＴ（離散コサイン変換）処理が利用さ
れている。

【０００３】図４は、このようなＭＰＥＧ規格による帯
域圧縮方式を実現するための、従来の画像圧縮符号化装
置を示している。すなわち、符号１１は、デジタル化さ
れた画像信号が供給される入力端子である。この入力端
子１１に供給された画像信号は、減算回路１２を介して
ＤＣＴ回路１３に供給されるとともに、動き評価回路１
４に供給されている。このうち、ＤＣＴ回路１３は、減
算回路１２から出力される画像信号を、水平方向８画素
×垂直方向８画素でなる６４画素を１ブロックとして取
り込み、ブロック単位で画素配列を時間軸領域から周波
数領域に変換し、その変換係数を量子化回路１５に出力
している。

【０００４】そして、この量子化回路１５は、後述する
符号化モードに応じて符号量が一定の範囲内に収まるよ
うに、入力された変換係数を量子化処理するもので、量
子化処理後の係数値をブロック毎に低周波領域から高周
波領域に向けて順次ジグザグ・スキャンし、可変長符号
化回路１６に出力している。この可変長符号化回路１６
は、先行するゼロ係数の個数と非ゼロ係数の値とをまと
めて可変長符号化処理している。その後、可変長符号化
回路１６から出力されるデータは可変レートであるた
め、符号蓄積用のバッファ回路１７に供給されて固定レ
ートのデータに変換されて、出力端子１８から取り出さ
れる。

【０００５】また、上記量子化回路１５の出力は、逆量
子化回路１９に供給されて逆量子化された後、逆ＤＣＴ
回路２０に供給されて元の時間軸領域の画像信号に再生
される。この逆ＤＣＴ回路２０から出力された再生画像
信号は、加算回路２１を介してフレーム遅延回路２２に
供給されて１フレーム遅延された後、動き補償回路２３
と上記動き評価回路１４とにそれぞれ供給される。この
うち、動き評価回路１４は、入力端子１１に入力された
画像信号とフレーム遅延回路２２から出力される１フレ
ーム前の再生画像信号とに基づいて動き量を検出し、検
出された動き量を動きベクトル量として動き補償回路２
３に出力している。

【０００６】この動き補償回路２３は、フレーム遅延回
路２２から出力される１フレーム前の再生画像信号に対
し、動き評価回路１４から出力される動きベクトル量に
基づいて動き補償した画像信号を出力している。そし
て、この動き補償回路２３から出力される画像信号は、
スイッチ２４，２５がオン状態のときに上記加算回路２
１及び減算回路１２にそれぞれ供給される。これらスイ
ッチ２４，２５は、符号化モードに応じて入力端子２６
に供給される切換信号に基づいて、フレーム内符号化モ
ードのとき共にオフ状態に切換制御され、フレーム間予
測符号化モードのとき共にオン状態に切換制御される。

【０００７】ここで、上述した画像圧縮符号化装置の動
作について説明する。画像信号の符号化モードには、フ
レーム内符号化モードとフレーム間予測符号化モードと
がある。フレーム内符号化モードとは、入力端子１１に
供給された画像信号のみを用いた符号化処理であり、フ
レーム間予測符号化モードとは、入力端子１１に供給さ
れた画像信号と以前の再生画像信号との差分を符号化処
理するものである。

【０００８】まず、フレーム内符号化処理について説明
する。このフレーム内符号化処理時には、スイッチ２
４，２５は共にオフ状態に制御される。そして、入力端
子１１に供給された画像信号は、ＤＣＴ回路１３で時間
軸領域から周波数領域に変換され、量子化回路１４で量
子化処理された後、可変長符号化回路１６で可変長符号
化処理され、バッファ回路１７で固定レートのデータに
変換されて、出力端子１８から取り出される。

【０００９】なお、量子化回路１５の出力は、逆量子化
回路１９及び逆ＤＣＴ回路２０で元の時間軸領域の信号
に戻され、フレーム遅延回路２２で遅延された後、動き
補償回路２３と動き評価回路１４とにそれぞれ供給され
ることにより、動き補償回路２３からは動き補償された
画像信号が出力されるが、スイッチ２４，２５が共にオ
フ状態のため動き補償された画像信号は利用されず、結
局、入力端子１１に供給された画像信号がそのまま可変
長符号化されることになる。

【００１０】一方、フレーム間予測符号化処理時には、
スイッチ２４，２５は共にオン状態に制御される。この
ため、動き補償回路２３から出力される動き補償された
１フレーム前の再生画像信号が減算回路１２に供給さ
れ、入力端子１１に供給された画像信号との差分が算出
される。そして、この減算回路１２から出力される差分
信号が、ＤＣＴ回路１３で時間軸領域から周波数領域に
変換された後、量子化回路１４で量子化処理される。

【００１１】また、量子化回路１５の出力が、逆量子化
回路１９及び逆ＤＣＴ回路２０で元の時間軸領域の差分
信号に戻され、加算回路２１により、動き補償回路２３
から出力される動き補償された１フレーム前の再生画像
信号と加算されることによって、入力端子１１に供給さ
れた画像信号が生成されてフレーム遅延回路２２に供給
され、以下、動き補償回路２３による動き補償処理に供
される。このように、フレーム間予測符号化処理では、
動き補償回路２３から出力される動き補償された１フレ
ーム前の再生画像信号と、入力端子１１に供給された画
像信号との差分信号が符号化処理されるため、動画像の
ようにフレーム間の相関が強い場合には、フレーム内符
号化に比べて符号化効率を向上させることができる。

【００１２】次に、上記ＭＰＥＧ規格における画面タイ
プについて説明する。すなわち、ＭＰＥＧでは、図５に
示すように、複数フレームの動画像をまとめてＧＯＰ
（Group of Picture）と称している。ＧＯＰ内の画面
は、以下に示す３種類のタイプを持ち、少なくとも１枚
以上のＩピクチャを含んでいる。（１）Ｉピクチャ：フレーム内符号化画面。（２）Ｐピクチャ：フレーム間予測符号化画面。（３）Ｂピクチャ：双方向予測符号化画面。

【００１３】ＭＰＥＧでは、１つの画面をマクロブロッ
クと称されるブロックに分けて符号化処理を行なってい
るが、Ｉピクチャでは全てのマクロブロックでフレーム
内符号化処理を行なっている。Ｐピクチャは、フレーム
間予測符号化画面であるがマクロブロック毎に、フレー
ム内符号化処理とフレーム間予測符号化処理とを選択す
ることができる。また、Ｂピクチャも、マクロブロック
毎に、フレーム内符号化処理と、過去の再生画像を予測
に使う順方向フレーム間予測符号化処理と、未来の再生
画像を予測に使う逆方向フレーム間予測符号化処理と、
過去／未来の両方の再生画像を予測に使う内挿的フレー
ム間予測符号化処理とを選択することができる。

【００１４】図５に示した画面タイプの並びの例のよう
に、Ｉ，Ｐ及びＢピクチャの１つの周期的な集まりがＧ
ＯＰである。ここで、注意が必要なことは、原画面の順
番と画面の処理順とが異なっていることである。図６
は、処理及びメディア上での画面の並びを示している。
まず、符号化処理では、Ｉ及びＰピクチャを先に処理し
てから、間に挟まれたＢピクチャを処理する。また、Ｇ
ＯＰで最初に符号化されるのはＩピクチャでなければな
らない。次に、復号化処理では、Ｂピクチャは復号化し
てすぐに表示するが、Ｉ及びＰピクチャは復号化した
後、Ｂピクチャを表示してから表示している。

【００１５】しかしながら、上記のような従来の画像圧
縮符号化装置では、符号化された画像信号を伝送したり
記録媒体に記録した場合、伝送された画像信号を受ける
受信機や記録媒体を再生する再生装置側で、次のような
問題が生じることになる。すなわち、例えば図５に示し
た画面タイプの並びで画像信号を伝送したり記録媒体に
記録した場合、受信機や再生装置では、まず、Ｉピクチ
ャを復号化しなければならないため、受信機や再生装置
の電源を投入した場合やチャンネルを切り換えることに
よるシーンの変換時等に、画像が表示されるまでに最大
でＧＯＰの周期分の遅れが発生し、画面のセットアップ
に時間がかかることになる。

【００１６】また、画像信号の伝送の一種である放送に
おいては、Ｉピクチャに相当するフレーム内符号化を行
なうことをリフレッシュと称しているが、フレーム内符
号化は符号量が多いため、リフレッシュの周期が短いと
全体の符号化効率は劣化することになる。一方、Ｐピク
チャやＢピクチャに伝送誤りが発生した場合には、次の
Ｉピクチャが符号化されるまで、その誤りは以後の画像
信号に伝搬してしまうため、リフレッシュ周期を長くと
ると伝送誤りに対する耐性が低下するという不都合が生
じることになる。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
画像圧縮符号化装置では、復号側で最初にＩピクチャを
復号化する必要があるため、受信機や再生装置の電源を
投入した場合やシーンの変換時等に、画面のセットアッ
プに時間がかかるという問題を有している。また、リフ
レッシュ周期は、短いと全体の符号化効率が劣化し、長
いと伝送誤りに対する耐性が低下するという不都合も有
している。

【００１８】そこで、この発明は上記事情を考慮してな
されたもので、復号装置側の電源投入時やシーンの変換
時等に画面のセットアップ時間を短縮することができる
とともに、リフレッシュ周期を短くして伝送誤りに対す
る耐性を高めても全体の符号化効率を劣化させることの
ない極めて良好な画像圧縮符号化装置を提供することを
目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】この発明に係る画像圧縮
符号化装置は、画像信号に対して、フレーム内の情報を
用いてフレーム内符号化処理を施す第１のモードと、フ
レーム間の差分情報を用いてフレーム間符号化処理を施
す第２のモードとを選択的に実行するものを対象として
いる。そして、フレームを複数の領域に分割し、この分
割された各領域毎に、第１のモードと第２のモードとを
互いに異なる周期で繰り返し実行させるようにしたもの
である。

【００２０】

【作用】上記のような構成によれば、分割されたフレー
ムの各領域毎に、フレーム内符号化処理を施す第１のモ
ードと、フレーム間符号化処理を施す第２のモードとを
互いに異なる周期で繰り返し実行するようにしたので、
受信機や再生装置の電源を投入した場合やチャンネルを
切り換えることによるシーンの変換時等に、従来のよう
に画面全体を同じ周期でリフレッシュする場合に比べ
て、見掛上の画面のセットアップ時間を短縮することが
できる。また、ある領域に対して第１のモードが実行さ
れる周期を短くして伝送誤りに対する耐性を高めても、
他の領域に対して第１のモードが実行される周期を長く
しているので、全体の符号化効率が劣化することもな
い。

【００２１】

【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して詳細に説明する。図１において、図４と同一部分
には同一符号を付して示している。すなわち、入力端子
１１に供給された画像信号は、画面位置検出回路２７に
供給される。この画面位置検出回路２７は、１フレーム
内において、ＤＣＴ回路１３に供給されて符号化処理が
施される各ブロックが、画面のどの領域に相当するかを
検出している。

【００２２】ここで、画面は、図２に示すように、中央
部Ａと中間部Ｂと周辺部Ｃとの３つの領域に分割されて
いる。そして、画面位置検出回路２７は、１フレーム内
において、ＤＣＴ回路１３に供給されて符号化処理が施
される各ブロックが、中央部Ａに含まれると判断した場
合、２進カウンタ２８をカウントアップさせる。また、
画面位置検出回路２７は、１フレーム内において、ＤＣ
Ｔ回路１３に供給されて符号化処理が施される各ブロッ
クが、中間部Ｂに含まれると判断した場合、４進カウン
タ２９をカウントアップさせる。さらに、画面位置検出
回路２７は、１フレーム内において、ＤＣＴ回路１３に
供給されて符号化処理が施される各ブロックが、周辺部
Ｃに含まれると判断した場合、８進カウンタ３０をカウ
ントアップさせる。

【００２３】そして、これら２進，４進及び８進カウン
タ２８，２９，３０は、それぞれ循環計数動作を行なう
もので、それらの各出力カウント値は符号化モード制御
回路３１に供給されている。この符号化モード制御回路
３１は、画面位置検出回路２７の検出結果と、２進，４
進及び８進カウンタ２８，２９，３０のカウント値とに
基づいて、スイッチ２４，２５をオン状態またはオフ状
態に切り換え制御している。

【００２４】この場合、図３に示すように、画面の中央
部Ａは、２進カウンタ２８により２フレームの周期でス
イッチ２４，２５が共にオフ状態に切り換え制御されて
フレーム内符号化処理される。また、画面の中間部Ｂ
は、４進カウンタ２９により４フレームの周期でスイッ
チ２４，２５が共にオフ状態に切り換え制御されてフレ
ーム内符号化処理される。さらに、画面の周辺部Ｃは、
８進カウンタ３０により８フレームの周期でスイッチ２
４，２５が共にオフ状態に切り換え制御されてフレーム
内符号化処理される。

【００２５】例えば図３に示す画面１の中間部Ｂを符号
化する場合は、画面位置検出回路２７により符号化され
る領域が中間部Ｂであることが検出されることにより、
４進カウンタ２９がカウントアップされ、符号化モード
制御回路３１が画面位置検出回路２７の検出結果と４進
カウンタ２９の出力カウント値とに基づいて、フレーム
間予測符号化処理を行なうと判断し、スイッチ２４，２
５を共にオン状態に切り換え制御する。

【００２６】また、図３に示す画面５の中央部Ａを符号
化する場合は、画面位置検出回路２７により符号化され
る領域が中央部Ａであることが検出されることにより、
２進カウンタ２８がカウントアップされ、符号化モード
制御回路３１が画面位置検出回路２７の検出結果と２進
カウンタ２８の出力カウント値とに基づいて、フレーム
内符号化処理を行なうと判断し、スイッチ２４，２５を
共にオフ状態に切り換え制御する。

【００２７】このように１つの画面を領域毎にモードを
変えて符号化する。この場合、前述したようにフレーム
内符号化した領域をＩ領域、フレーム間予測符号化した
領域をＰ領域、双方向予測符号化した領域をＢ領域とす
ると、画面の中央部Ａがリフレッシュ周期が一番短く、
Ｉ領域〜Ｐ領域……なる周期となる。また、画面の中間
部Ｂは、Ｐ領域〜Ｂ領域〜Ｂ領域〜Ｉ領域……なる周期
となる。さらに、画面の周辺部Ｃは、Ｂ領域〜Ｂ領域〜
Ｉ領域〜Ｂ領域〜Ｂ領域〜Ｐ領域〜Ｂ領域〜Ｐ領域……
なる周期となる。

【００２８】すなわち、上記実施例によれば、画面の中
央部Ａのリフレッシュ周期を短くし、画面の周辺部Ｃの
リフレッシュ周期を長くするようにしている。ここで、
画像信号の性質として画面中央部分に情報成分が多いこ
とと、視聴者は画面の中央部分を注視し易いこととを考
えれば、受信機や再生装置の電源を投入した場合やチャ
ンネルを切り換えることによるシーンの変換時等に、従
来のように画面全体を同じ周期でリフレッシュする場合
に比べて、見掛上の画面のセットアップ時間を短縮する
ことができる。

【００２９】また、画面中央部分に対するリフレッシュ
周期を短くして伝送誤りに対する耐性を高めても、画面
周辺部分のリフレッシュ周期を長くしているので、全体
の符号化効率が劣化することもない。さらに、画面に各
領域でフレーム内符号化するタイミングが重ならないよ
うにすれば、画面全体をフレーム内符号化する場合に比
べて、バッファ回路１７の容量を削減することができ
る。なお、この発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、この外その要旨を逸脱しない範囲で種々変形して
実施することができる。

【００３０】

【発明の効果】以上詳述したようにこの発明によれば、
復号装置側の電源投入時やシーンの変換時等に画面のセ
ットアップ時間を短縮することができるとともに、リフ
レッシュ周期を短くして伝送誤りに対する耐性を高めて
も全体の符号化効率を劣化させることのない極めて良好
な画像圧縮符号化装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る画像圧縮符号化装置の一実施例
を示すブロック構成図。

【図２】同実施例における画面の分割を説明するために
示す図。

【図３】同実施例におけるリフレッシュ周期の変化を説
明するために示す図。

【図４】従来の画像圧縮符号化装置を示すブロック構成
図。

【図５】同従来装置におけるＧＯＰを説明するために示
す図。

【図６】同ＧＯＰ内における符号化復号化処理及びメデ
ィア上での画面の並びの変化を説明するために示す図。

【符号の説明】

１１…入力端子、１２…減算回路、１３…ＤＣＴ回路、
１４…動き評価回路、１５…量子化回路、１６…可変長
符号化回路、１７…バッファ回路、１８…出力端子、１
９…逆量子化回路、２０…逆ＤＣＴ回路、２１…加算回
路、２２…フレーム遅延回路、２３…動き補償回路、２
４，２５…スイッチ、２６…入力端子、２７…画面位置
検出回路、２８…２進カウンタ、２９…４進カウンタ、
３０…８進カウンタ、３１…符号化モード制御回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０４Ｎ 7/32 Ｈ０４Ｎ 7/137 Ｚ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像信号に対して、フレーム内の情報を
用いてフレーム内符号化処理を施す第１のモードと、フ
レーム間の差分情報を用いてフレーム間符号化処理を施
す第２のモードとを選択的に実行する画像圧縮符号化装
置において、前記フレームを複数の領域に分割し、この
分割された各領域毎に、前記第１のモードと第２のモー
ドとを互いに異なる周期で繰り返し実行することを特徴
とする画像圧縮符号化装置。
【請求項２】前記フレームは、中央部分と周辺部分と
に分割され、中央部分で前記第１のモードが実行される
周期を、周辺部分で前記第１のモードが実行される周期
よりも短くしてなることを特徴とする請求項１記載の画
像圧縮符号化装置。
【請求項３】前記フレームを分割した各領域で、前記
第１のモードが同時に実行されないようにしてなること
を特徴とする請求項１または２記載の画像圧縮符号化装
置。