JPH0846977A

JPH0846977A - 画像圧縮回路

Info

Publication number: JPH0846977A
Application number: JP7093230A
Authority: JP
Inventors: Martin Bolton; ボルトンマーチン
Original assignee: SGS THOMSON MICROELECTRONICS; SGS Thomson Microelectronics SA
Current assignee: SGS THOMSON MICROELECTRONICS; STMicroelectronics SA
Priority date: 1994-03-30
Filing date: 1995-03-28
Publication date: 1996-02-16
Also published as: US5768433A; FR2718315B1; FR2718315A1; EP0675654A1; DE69533849D1; EP0675654B1

Abstract

(57)【要約】【目的】特にＨ．２６１およびＭＰＥＧ標準に準拠す
る動画圧縮回路を開示する。【構成】本画像圧縮回路には、マクロブロックに離散
コサイン変換、量子化および可変長を行なうためマクロ
ブロックにより画像を読み出すこと、更に他の画像のメ
モリ予測マクロブロック内で読み出すこと、更にこれら
の予測マクロブロックを現在処理中のマクロブロックか
ら差し引くこと、を行なうため映像メモリと映像メモリ
に接続された符号化ユニットが含まれている。動き評価
ユニットは映像バスと符号化ユニットに接続され、映像
バスを通し現在処理中のマクロブロックと、更に窓の中
で予測マクロブロックをサーチするためのサーチ窓を受
ける。予測マクロブロックと現在処理中のマクロブロッ
クとの間の位置の差は符号化ユニットに対し動き評価ベ
クトルとして与えられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビジョン画像のよう
な画像に対する動きのある画像の圧縮回路、より詳細に
はＨ．２６１およびＭＰＥＧ標準に準拠する圧縮回路に
関する。

【０００２】

【従来の技術】図１Ａから図１ＣはＨ．２６１およびＭ
ＰＥＧ標準に従い動きのある画像を圧縮する３つの方法
を図示している。Ｈ．２６１に従えば、画像は内部また
は予測タイプである。ＭＰＥＧ標準に従えば、画像は両
方向タイプである。

【０００３】内部画像は他のあらゆる画像を参照して符
号化されない。予測画像は過去の内部または過去の予測
画像を参照して符号化されている。両方向画像は過去お
よび次の画像の両方を参照して符号化される。

【０００４】図１Ａは内部画像Ｉ１の圧縮を図示してい
る。画像Ｉ１は処理される前にメモリ領域Ｍ１に記憶さ
れている。画像は最初メモリ内に記憶される必要がある
が、これは画像が正方形毎に処理されるにも拘らずライ
ン毎に到着するからであり、各正方形の大きさは一般に
１６×１６画素である。このように、画像Ｉ１の処理を
始める前に、メモリ領域Ｍ１は少なくとも１６ラインで
満たす必要がある。

【０００５】１６×１６画素の正方形の画素はいわゆる
“マクロブロック”に配置されている。マクロブロック
には４つの８×８画素の輝度ブロックと、２つまたは４
つの８×８画素の色ブロックが含まれている。以下に記
載する方法は８×８画素のブロックについて行なう。

【０００６】画像Ｉ１の各マクロブロックのブロックは
離散コサイン変換（ＤＣＴ）に対する１０およびその次
の量子化回路の１１に加えられている。ＤＣＴにより画
素のマトリクス（ブロック）は上方左側コーナーの係数
が高い値を持つマトリクスに変換される。他の係数は上
方左側コーナーから離れるにつれ急速に小さくなる。量
子化回路は変換されたマトリクスの係数を分割すること
から基本的になり、上方左側コーナーからの距離である
多数の係数が打ち消される。

【０００７】１２において、量子化されたマトリクスは
ジグザグ走査（ＺＺ）とラン／レベル符号化（ＲＬＣ）
を受ける。ジグザグ走査にはゼロ係数の連続を示す結果
があり、個々の結果の前には非ゼロ係数がある。ラン／
レベル符号化には主に一組の値を有したＺＺ走査からそ
れぞれの連続を置き換えることが含まれているが、一方
は連続したゼロの係数の数を表し、他方は一番目の次の
非ゼロ係数を表している。

【０００８】１３において、ＲＬＣからの値の組は可変
長符号化（ＶＬＣ）となるが、このＶＬＣには、Ｈ．２
６１およびＭＰＥＧ標準で定まる当該テーブルにより、
より頻度の多い組を短い符号に置き換え、より頻度の少
ない組を長い符号に置き換えることが含まれている。１
１で使用し１つのブロックから他のブロックに変形でき
る量子化係数は可変長符号の間、マクロブロックに対応
する圧縮データの前のヘッダに挿入される。

【０００９】内部画像のマクロブロックは予測または両
方向タイプの系列画像のマクロブロックを圧縮するため
最も普通に使用されている。このように、予測または両
方向の画像の復号化は前に復号された内部画像から得ら
れる可能性がある。この前に復号された内部画像は圧縮
回路が最初受信する実際の回路には正確には対応してい
ないが、これは最初の画像が１１で量子化により変更さ
れるからである。このように、予測または内部画像の圧
縮は実際の内部画像Ｉ１からよりも再構成された内部画
像Ｉ１ｒから行なわれ、復号化は符号化と同じ条件で行
なわれる。

【００１０】再構成された内部画像Ｉ１ｒはメモリ領域
Ｍ２に記憶され、量子化回路１１により与えられるマク
ロブロックに逆処理、すなわち１６で逆ＤＣＴが続く１
５の逆量子化を行なうことにより得られる。

【００１１】図１Ｂには予測画像Ｐ４の圧縮を図示して
いる。予測画像Ｐ４はメモリ領域Ｍ１に記憶される。前
に処理された内部画像Ｉ１ｒはメモリ領域Ｍ２内で再構
成される。

【００１２】予測画像Ｐ４のマクロブロックの処理は再
構成画像Ｉ１ｒのいわゆる予測ブロックから行なわれ
る。画像Ｐ４の各マクロブロック（参照マクロブロッ
ク）は、１７で動き評価が行なわれる（一般に、動き評
価は参照マクロブロックの４つの輝度ブロックのみと共
に行なわれる）。この動き評価には参照マクロブロック
に最も近い、すなわち最も近似されるマクロブロックを
画像Ｉ１ｒの窓内でサーチすることが含まれている。窓
内で見つけられた一番近いマクロブロックは予測マクロ
ブロックである。その位置は動きを評価することにより
与えられる動きベクトルＶにより決定される。予測マク
ロブロックは１８で現在の参照マクロブロックから差し
引かれる。その結果生ずる差のマクロブロックは図１Ａ
に関連し記載した処理が行なわれる。

【００１３】内部画像のように、予測画像には他の予測
画像と両方向画像を圧縮することが行なわれる。これを
行なうため、予測画像Ｐ４はメモリ領域Ｍ３内で、１５
の逆量子化、１９の逆ＤＣＴ、更に１８で差し引かれた
予測マクロブロックの１９での加算により再構成され
る。

【００１４】動き評価１７が与えるベクトルＶは、現在
処理中のマクロブロックの可変長符号化が与えるデータ
の前にあるヘッダ内に挿入されている。

【００１５】図１Ｃは両方向画像Ｂ２の圧縮を図示して
いる。両方向画像はＭＰＥＧ標準のみで与えられてい
る。両方向画像の処理が予測画像の処理と異なるのは、
動き評価１７が２つの予測マクロブロックを、メモリ領
域Ｍ２、Ｍ３内で予め再構成された２つの画像Ｉ１ｒ、
Ｐ４ｒ内に見つけることである。画像Ｉ１ｒとＰ４ｒは
一般に、それぞれ現在処理中の両方向の前の画像と、両
方向画像の次の画像に対応している。

【００１６】２０において、得られた２つの予測マクロ
ブロックの平均値が計算され、１８で現在処理中のマク
ロブロックから差し引かれる。

【００１７】両方向画像は他の画像を圧縮するのに使用
されないので再構成されない。

【００１８】動き評価１７により両方向画像の参照マク
ロブロックを基準にして画像Ｉ１ｒ、Ｐ４ｒ内で２つの
予測マクロブロックの位置を示す２つのベクトルＶ１、
Ｖ２が与えられる。ベクトルＶ１、Ｖ２は現在処理中の
マクロブロックの可変長符号化が与えるデータの前にあ
るヘッダに挿入される。

【００１９】予測画像において、各参照マクロブロック
に対し予測マクロブロックを見つける試みがなされてい
る。しかし、幾つかの場合、見つけられる予測マクロブ
ロックを使用することは、動かない予測マクロブロック
（動きがゼロのベクトル）を使用することにより得られ
る圧縮率より小さな圧縮率が得られ、すなわち参照マク
ロブロックの簡単な内部処理より更に小さくなる。この
ように、これらの場合がいずれかであるかにより、参照
マクロブロックはベクトルが見つけられている予測処理
か、ベクトルがゼロの予測処理か、内部処理かのいずれ
かを取る。

【００２０】両方向画像の場合、各参照マクロブロック
に対し２つの予測マクロブロックを見つける試みがなさ
れている。２つの予測マクロブロックのそれぞれに対
し、最良の圧縮率を与える処理が、前述の予測画像を基
準にしたように決定される。結果がいずれかであるかに
より、参照マクロブロックはベクトルが２つの両方向処
理か、ベクトルが１つのみの予測処理か、内部処理かの
いずれかを取る。

【００２１】このように、予測画像および両方向画像は
異なるタイプのマクロブロックを含む場合がある。マク
ロブロックのタイプも可変長符号化の間ヘッダに挿入さ
れたデータである。

【００２２】ＭＰＥＧ標準によれば、動きベクトルによ
り画素の半分の精度が定められる。整数でないベクトル
で予測マクロブロックをサーチするため、このベクトル
の整数部分により決定される一番目の予測マクロブロッ
クが取り出され、次にこのマクロブロックにはいわゆる
“半画素フィルタ”が行なわれるが、この半画素フィル
タにはベクトルの２つの成分の整数または整数でない値
により、マクロブロックと、１つの画素により下および
／または右にシフトされた同じマクロブロックとを平均
することが含まれている。Ｈ．２６１標準によれば、予
測マクロブロックにはローパスフィルタが加えられてい
る。これを行なうため、情報にはフィルタが加えられて
いるかいないかを示すベクトルがある。

【００２３】連続したタイプ（内部、予測、両方向）は
所定の方法、すなわち画像のグループ（ＧＯＰ）として
画像に割り当てられている。ＧＯＰは一般に内部画像で
始まる。ＧＯＰ内では、例えば、Ｉが内部画像で、Ｂが
両方向画像で、Ｐが予測画像の時ＩＢＢＰＢＢＰＢＢ…
の形である二番目の画像から始まり幾つかの連続した両
方向画像を含み予測画像が続く周期的な連続を有してい
るのが普通である。各両方向画像Ｂの処理は前の内部ま
たは予測画像のマクロブロックからおよび次の予測画像
のマクロブロックから行なわれる。

【００２４】前述のようにＧＯＰを処理するのに必要な
メモリ領域Ｍの数は３にＧＯＰ内の連続した両方向の画
像の最大数を加えた数に等しい。前述の例では、５個の
メモリ領域Ｍが必要である。

【００２５】図２には画像Ｉ１Ｂ２Ｂ３Ｐ４Ｂ
５Ｂ６Ｐ７…を含むＧＯＰのＭ１からＭ５の５個の
メモリ領域の使用を例示している。圧縮処理は実線の矢
印で表し、動き評価の処理は点線の矢印で図示してい
る。

【００２６】最初に、内部画像Ｉ１はメモリ領域Ｍ１に
記憶される。内部画像Ｉ１はメモリ領域Ｍ２で再構成さ
れ（Ｉ１ｒ）、圧縮された形（Ｉ１ｃ）で出力される。

【００２７】次の両方向画像Ｂ２は画像Ｉ１に重ねメモ
リ領域Ｍ１に書き込まれる。画像Ｂ２が処理されない
が、これは処理が未だ到着しない画像Ｐ４のマクロブロ
ックを利用しているからである。

【００２８】両方向画像Ｂ３はメモリ領域Ｍ３に書き込
まれる。画像Ｂ２と同じく、画像Ｂ３は未だ処理されな
い。

【００２９】予測画像Ｐ４はメモリ領域Ｍ４に書き込ま
れる。画像Ｐ４は再構成された領域Ｍ２の内部画像Ｉ１
ｒを使用して処理される。画像Ｐ４は圧縮された形（Ｐ
４ｃ）で出力され領域Ｍ５内で再構成される（Ｐ４
ｒ）。

【００３０】両方向画像Ｂ５は画像Ｐ４に重ねてメモリ
領域Ｍ４内に書き込まれる。領域Ｍ１に記憶された両方
向画像Ｂ２は再構成された画像Ｉ１ｒとＰ４ｒを使用し
て処理され、圧縮された形（Ｂ２ｃ）で出力される。

【００３１】両方向画像Ｂ６は両方向画像Ｂ２に重ねて
領域Ｍ１内に書き込まれる。領域Ｍ３内の両方向画像Ｂ
３は再構成された画像Ｉ１ｒとＰ４ｒを使用して処理さ
れ、圧縮された形（Ｂ３ｃ）で出力される。

【００３２】予測画像Ｐ７は画像Ｂ３に重ねて領域Ｍ３
に書き込まれる。画像Ｐ７は再構成された画像Ｐ４ｒを
使用して領域Ｍ５で処理される。画像Ｐ７は圧縮された
形で出力され、画像Ｉ１ｒに重ね領域Ｍ２内に再構成さ
れる（Ｐ７ｒ）。

【００３３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、Ｈ．
２６１およびＭＰＥＧ標準の種々の使用に容易に適合で
きるアーキテクチャを有する画像圧縮回路を提示するこ
とである。

【００３４】

【課題を解決するための手段】この目的および本発明の
他の目的を達成するため、本発明の１つの実施態様によ
り、映像メモリのセルが映像バスを通し系列的にアクセ
ス可能で、更にメモリバスを通しランダムにアクセス可
能であり、所定数の画像を記憶できる映像メモリと；入
力において受信された画像をメモリ内で記憶するため
と、マクロブロックに離散コサイン変換と量子化と可変
長符号化を行なうため前記マクロブロックにより画像を
読み出すことと、他の画像の予測マクロブロックをメモ
リ内で読み出し更にこれらの予測マクロブロックを現在
処理中のマクロブロックから差し引くため、メモリバス
を通し映像メモリに接続された符号化ユニットと；符号
化ユニットにより現在処理中のマクロブロックと、他の
画像内でこのマクロブロックを囲んでいる窓を映像バス
を通して受け、現在処理中のマクロブロックに一番近い
可能性のある予測マクロブロックを窓内でサーチするた
め映像バスと符号化ユニットに接続が可能で、予測マク
ロブロックと現在処理中のマクロブロックの間の位置の
差がメモリ内で予測マクロブロックの位置を示すため符
号化ユニットに対し動き評価ベクトルとして与えられて
いる動き評価ユニットと；を含む画像圧縮回路が提示さ
れている。

【００３５】本発明の他の実施態様によれば、符号化ユ
ニットが画像同期信号を受け、同期信号で示される画像
の各到着において符号化ユニットが割り込むマイクロプ
ロセッサに接続されており、このマイクロプロセッサ
は、現在受信中の画像と、現在処理中の画像と、予測マ
クロブロックがサーチしている画像とがあるメモリ領域
を示し、更に新しい画像を符号化する開始を示すデータ
を符号化ユニットに与えることにより各割り込みに対応
してプログラムされている。

【００３６】本発明の更に他の実施態様によれば、マイ
クロプロセッサが、処理を行なう画像のタイプを符号化
ユニットに与えることにより符号化ユニットの割り込み
に対応してプログラムされている。

【００３７】本発明の更に他の実施態様によれば、現在
処理中のマクロブロックが予測マクロブロックを差し引
くことにより処理する必要があるか、更には動きベクト
ルを使用する必要があるかを示す決定を、動き評価ユニ
ットが符号化ユニットに与えている。

【００３８】本発明の更に他の実施態様によれば、動き
評価ユニットがマイクロプロセッサに接続され現在のマ
クロブロックを処理する方法の決定が動き評価ユニット
により符号化ユニットに与えられている条件を確立する
基準を受けている。

【００３９】

【実施例】本発明の実施例を示す図３の回路には、動き
評価ユニット３２から命令を受ける符号化ユニット３０
が含まれている。映像メモリ３４はメモリバスＭＢＵＳ
を通り符号化ユニット３０に、更に映像バスＶＢＵＳを
通り動き評価ユニット３２に接続されている。

【００４０】映像メモリはダイナミックメモリで、この
メモリのセルはバスＭＢＵＳによりランダムにアクセス
可能で、バスＶＢＵＳにより系列的にアクセス可能であ
る。従来のダイナミックメモリのように、映像メモリの
セルは、いわゆるページに分かれている。バスＭＢＵＳ
を通しセルのアクセスするため、このセルを含むページ
が最初に選択され、次にセル自身が選択される。映像メ
モリがバスＶＢＵＳを通しアクセスされる時、スタート
アドレスが選択される；このアドレスでスタートするセ
ルのページの長さはバスＶＢＵＳにより系列的に読み出
されるようにされている。

【００４１】符号化ユニット３０は２つのバスＶＢＵＳ
とＭＢＵＳを通しメモリ３４に対するアクセスを管理し
ており、更に動き評価１７を除けば図１Ａから図１Ｃに
関連し記載した動作を行なう。符号化ユニット３０はバ
スＶｉｎを通し圧縮するためにデータと、画像同期信号
ＳＹＮＣ、特に新しい画像のそれぞれの到着を示す垂直
同期信号を受ける。ユニット３０により、直列ラインＶ
ｏｕｔを通し圧縮された画像が与えられる。

【００４２】動き評価ユニット３２は、メモリ３４から
符号化ユニット３０が処理した各マクロブロックと、参
照マクロブロックと、当該サーチ窓を受けている。動き
評価が終わると、動き評価ユニット３２は符号化ユニッ
ト３０に命令を与える。各命令には参照マクロブロック
を符号化するため使用される１以上の予測マクロブロッ
クをメモリ３４に取り出す１以上の動きベクトルが含ま
れている。Ｈ．２６１標準に適合するため、ベクトルに
はローパスフィルタが当該予測マクロブロックに加えら
れているかを示す情報が与えられている。

【００４３】符号化ユニット３０には参照マクロブロッ
クが内部で処理されているか、および動きベクトルが使
用されているかを示す処理決定の情報が与えられてい
る。これを行なうため、動き評価ユニット３２は動きベ
クトルを使用した予測処理の中で、ベクトルの無い予測
処理と内部処理の両方をチェックし、処理に最良の圧縮
率が与えられていることを決定する。このチェックから
得られる決定は、命令として符号化ユニット３０に与え
られる。

【００４４】更に、画像圧縮回路はマイクロプロセッサ
３６を含むシステムに使用することができる。マイクロ
プロセッサ３６はハードディスクすなわちフロッピーデ
ィスク上で現在圧縮中の画像を記憶するため例えば画像
圧縮回路に接続されている。本発明の１つの側面によれ
ば、マイクロプロセッサ３６は図２に関連し記載したメ
モリ領域を管理するように、以下に記載する画像圧縮の
幾つかのタスクを実施する。これを行なうため、符号化
ユニット３０はマイクロプロセッサ３６のバスＰＢＵＳ
に接続されている。

【００４５】図３の構造はＨ．２６１およびＭＰＥＧ標
準に従い多くの異なった使用に容易に適合することがで
きる。符号化ユニット３０は必要があれば、予測マクロ
ブロックの位置を示すベクトルで、マクロブロックの圧
縮に対するＨ．２６１およびＭＰＥＧ標準の全ての要求
を満たすため与えられている。このように、１つの実施
態様において、符号化ユニット３０の構造は固定されて
いる。反対に、動きユニット３０と映像メモリ３４の大
きさは所要の圧縮の特性と処理された画像の大きさの関
数として変化する。

【００４６】幾つかの場合、圧縮されたデータの流れが
高く圧縮の特性が低い場合、動き評価ユニットは取り除
かれる。従って全ての画像は内部すなわちゼロベクトル
で予測され、更に映像メモリ３４は簡単なダイナミック
メモリと置き換えることができる。内部タイプすなわち
ベクトルがゼロの予測タイプを選択する可能性は符号化
ユニット３０を少し設定することによりマイクロプロセ
ッサにより決定することができる。

【００４７】図に示すように他の実施態様では、動き評
価ユニット３２にはＳＧＳ−トムソンマイクロエレク
トロニクス社（ＴｈｏｍｓｏｎＭｉｃｒｏｅｌｅｃｔ
ｒｏｎｉｃｓ）により製造された回路ＳＴｉ３２２０の
ような動き評価プロセッサ３２−２、および動き評価プ
ロセッサ３２−１と符号化ユニット３０の間のインター
フェイスとして使用される動き評価コントローラ３２−
２が含まれている。回路ＳＴｉ３２２０の応用的な注釈
には動き評価コントローラ３２−２が製造されている１
つの方法が記載されている。

【００４８】都合が良いことに、動き評価コントローラ
３２−２には前述の決定（すなわち、ベクトルが使用さ
れているか、マクロブロックが内部であるか…の決定）
を行なうため動き評価プロセッサ３２−１により与えら
れる結果を処理する計算ユニットが含まれている。この
ようなユニットが行なう動作は簡単であり、当業者は比
較器、加算器、乗算器により理解できる。使用者が選択
するパラメータを使用して、これらの決定を行なう動作
の例示はＭＰＥＧ映像シミュレーション（ＳＭ３）のモ
デル３に記載されている。既に示したように、動き評価
コントローラ３２−２はバスＰＢＵＳに接続されてお
り、これによりマイクロプロセッサはパラメータを動き
評価コントローラのレジスタに周期的にまたは電源がオ
ンの時、書き込む。

【００４９】テレビジョン画像および高精細テレビジョ
ン画像を処理するため、ＳＴｉ３２２０タイプの幾つか
の動き評価プロセッサは並列に使用することができる。
前述の応用的な注釈により適応型動き評価コントローラ
の設計の仕方が説明されている。

【００５０】前述の全ての場合、符号化ユニット３０は
同じである。動き評価ユニット３２により動きベクトル
および参照マクロブロックの処理決定が与えられる。

【００５１】図２により観測される図４は、例示の画像
グループＩ１Ｂ２Ｂ３Ｐ４Ｂ５Ｂ６Ｐ７…を
処理する間の図３の圧縮回路の動作を図示している。図
４はバスＶｉｎ，ＭＢＵＳ，およびＶＢＵＳの上のアク
ティブを示している。バスＶｉｎの上のアクティブは連
続した到来画像に対応し、バスＭＢＵＳの上のアクティ
ブは符号化ユニット３０により処理される連続した画像
に対応し、更にＶＢＵＳの上のアクティブは参照マクロ
ブロックおよびサーチ窓をメモリ３４から動き評価ユニ
ット３２へ転送することに対応している。

【００５２】符号化ユニット３０が受ける垂直同期パル
スにより決定される時間ｔ_b は、バスＶｉｎで受けた各
画像の開始を示している。時間ｔ_c は符号化ユニット３
０による画像の処理の開始を示しており、時間ｔ_ceはこ
れらの処理の終わりを示している。時間ｔ_m は各画像の
一番目のマクロブロックの動き評価の開始を示してお
り、時間ｔ_meは各画像の最後のマクロブロックの動き評
価の終わりを示している。これらの時間のそれぞれには
当該画像の到着番号を示すインデックスが付いている。

【００５３】各時間ｔ_b で、マイクロプロセッサ３６は
符号化ユニット３０により割り込みが行なわれる。マイ
クロプロセッサは符号化パラメータを符号化ユニット３
０のレジスタに転送することによりこの割り込みに対応
するようにプログラムされている。

【００５４】これらのパラメータには処理される画像の
タイプ（内部、予測、両方向）と、現在受信中の画像を
記憶するメモリ領域Ｍと、符号化される画像と、再構成
された画像と、更に予測マクロブロックがサーチされる
１以上の画像とが含まれている。このように、この例で
は、マイクロプロセッサ３６のタスクはより詳細には画
像のグループのタイプ（ＩＢＢＰＢＢＰＢＢ…）を決定
するためと、メモリ領域の割り当てを制御するためであ
る。ソフトウエアにより容易に行なわれるこれらのタス
クにより符号化ユニット３０の構造が簡単になり、更に
圧縮回路の汎用性が増加する。

【００５５】更に、マイクロプロセッサにより量子化お
よび逆量子化（これは符号化ユニット３０により行なわ
れる）に使用される（特にＭＰＥＧ標準用の）量子化テ
ーブルがパラメータとして与えられる。

【００５６】マイクロプロセッサにこれらのパラメータ
が与えられると、符号化回路がイネーブルにされ、更に
必要があれば、新しい画像の符号化が可能な限り早く開
始できることを示すためこれらのユニットのビットをそ
れぞれセットすることにより動き評価ユニット３２がイ
ネーブルにされる。

【００５７】時間ｔ_b1において、内部画像Ｉ１は到着し
始める。マイクロプロセッサが与えるパラメータは画像
Ｉ１が領域Ｍ１内に記憶される内部画像であることと、
この画像が符号化される画像であることを示している。
この画像が内部画像であるので、動き評価ユニットは使
用されず（動き評価ユニットはこの例のこの時間では未
だマイクロプロセッサによりイネーブルにされない）、
従って符号化は領域Ｍ１がマクロブロックの高さに相当
するラインの数を含むと直ぐに開始する。

【００５８】時間ｔ_c1において、領域Ｍ１は十分なライ
ンを含む；画像Ｉ１の符号化が開始する。同時に画像Ｉ
１は領域Ｍ２で再構成される（図２を参照）。

【００５９】時間ｔ_ce1 において、画像Ｉ１の符号化が
終了する。時間ｔ_ce1 は次の画像Ｂ２の到着の始まりを
示す時間ｔ_b2の後に発生する可能性が大きい。

【００６０】時間ｔ_b2において、マイクロプロセッサは
符号化ユニット３０に対し画像Ｂ２が画像Ｉ１と同じ領
域Ｍ１に記憶されることを示している（この例の場合、
これは画像Ｉ１の処理の終わりの前である）。これが行
なわれるのは画像Ｂ２の一番目のマクロブロックが既に
処理された画像Ｉ１のマクロブロックに重ね書き込まれ
るからである。

【００６１】画像の符号化の期間は画像の到着に対し変
化するが、平均の符号化期間は通常画像の到着期間以下
にする必要がある。

【００６２】両方向画像Ｂ２は次の予測画像Ｐ４が受信
されない限り未だ符号化されない。それ故、マイクロプ
ロセッサは時間ｔ_b2で符号化される画像のメモリ領域を
示すためのあらゆるパラメータを与えない。バスＭＢＵ
Ｓ上で時間ｔ_ce1 からのアクティブのみが入力画像（Ｂ
２，Ｂ３）のメモリ内に転送される。

【００６３】時間ｔ_b4において、予測画像Ｐ４は両方向
画像Ｂ３が受信された後到着を始める。マイクロプロセ
ッサは、符号化ユニット３０に与えられるパラメータの
中で、画像Ｐ４が予測されることと、画像が符号化され
る画像であることと、予測マクロブロックが領域Ｍ２内
に取り出されること（画像Ｉ１ｒ）を示している。次
に、マイクロプロセッサは符号化ユニット３０と動き評
価ユニット３２をイネーブルにする。動き評価ユニット
３２は、バスＶＢＵＳを通し画像Ｐ４の参照マクロブロ
ックと画像Ｉ１ｒの当該サーチ窓を受けるため、符号化
ユニット３０にリクエストを送出する。符号化ユニット
３０は、メモリが参照マクロブロックを転送できるのに
十分な画像Ｐ４のラインを含むまで待機する。

【００６４】時間ｔ_m4において、メモリは画像Ｐ４のラ
インを十分含む。符号化ユニット３０はバスＶＢＵＳを
通し動き評価ユニット３２に画像Ｐ４の一番目のマクロ
ブロックと画像Ｉ１ｒの当該サーチ窓を送出する。

【００６５】時間ｔ_c4において、動き評価ユニット３２
は画像Ｉ１ｒ内に予測マクロブロックを見つけ、更に当
該動きベクトルを符号化ユニット３０に与える。次に、
符号化ユニットはバスＭＢＵＳを通し予測マクロブロッ
クを読み出すためベクトルを使用し画像Ｐ４の一番目の
マクロブロックを処理し始める（予測マクロブロックの
アドレスはベクトルの成分から計算される）。

【００６６】更に、動き評価ユニット３２は、符号化ユ
ニット３０に与えられる命令として、参照マクロブロッ
クが所定のベクトルで予測マクロブロックとして処理さ
れるか、ベクトルがゼロの予測マクロブロックとして処
理されるか、または内部マクロブロックとして処理され
るかを示す前述の決定を与える。

【００６７】画像Ｐ４の全てのマクロブロックは動き評
価が終了する時間ｔ_me4 まで、更に画像Ｐ４の符号化が
終了する時間ｔ_ce4 まで、このように処理される。

【００６８】時間ｔ_b5において、両方向Ｂ５の受信が開
始する。マイクロプロセッサは、符号化ユニット３０に
画像Ｂ５が両方向であることと、このユニットが未だ符
号化されている画像Ｐ４の領域に対応する領域Ｍ４に記
憶されていることと、符号化される画像が画像Ｂ２であ
ることを示している。

【００６９】動き評価は時間ｔ_me4 で、時間ｔ_b5の後で
終了し、更に画像Ｐ４の符号化は時間ｔ_ce4 の後直ぐ終
了する。動き評価の期間は画像の到着期間に対し変化す
るが、その平均値は通常この到着期間以下である。

【００７０】時間ｔ_m2において、画像Ｐ４の符号化が終
了する時間ｔ_ce4 と同時に、画像Ｂ２の一番目のマクロ
ブロックの動き評価が開始する。動き評価は前の画像Ｐ
４の符号化が終了した直後に開始するが、これは必要な
全ての画像（Ｂ２，Ｉ１ｒ，Ｐ４ｒ）がメモリ内でまと
まって利用できるからである。動き評価ユニット３２は
バスＶＢＵＳを通し画像Ｂ２の一番目の参照マクロブロ
ックと、画像Ｉ１ｒと画像Ｐ４ｒの２つの当該サーチ窓
を受ける。

【００７１】時間ｔ_c2において、動き評価ユニットは予
測マクロブロックを２つの窓のそれぞれの中で受け更に
２つの当該動きベクトルを符号化ユニット３０に与え
る。同時に、符号化ユニット３０は画像Ｂ２の一番目の
マクロブロックを処理する。動き評価ユニット３２は符
号化ユニット３０に対し、２つの予測マクロブロックの
それぞれとして、与えられたベクトルまたはゼロベクト
ルが使用される必要があること、あるいは参照マクロブ
ロックが内部マクロブロックとして処理される必要があ
ること、を圧縮率を最良にする条件により示している。

【００７２】画像Ｂ２の全てのマクロブロックは動き評
価が終了する時間ｔ_me2 まで、更に画像Ｂ２の符号化が
終了する時間ｔ_ce2 までこのように処理される。

【００７３】時間ｔ_b6において、これは通常時間ｔ_me2
の前に発生するが、両方向画像Ｂ６の到着が始まり、更
にＢ６は画像Ｂ２が記憶された領域Ｍ１に記憶される。
マイクロプロセッサは符号化ユニット３０に両方向画像
Ｂ３が符号化される画像であることを示している。両方
向画像Ｂ３は基本的に両方向画像Ｂ２と同じ方法で処理
される；動き評価は時間ｔ_ce2 と同時の時間ｔ_m3で開始
し、符号化は時間ｔ_ce ₂ の直後の時間ｔ_c3で開始する。

【００７４】図５は本発明による符号化ユニット３０の
実施態様を示している。符号化ユニットには映像メモリ
３４に対するアクセスを制御するメモリコントローラ５
０が含まれている。実際には、このメモリコントローラ
５０はマルチタスクプロセッサである場合があり、それ
ぞれのタスクは映像メモリ３４と圧縮回路のエレメント
との間のデータ転送から成る。より詳細には、メモリコ
ントローラ５０はメモリと、符号器３０の種々の内部エ
レメントとの間のデータの転送を制御している。これら
の内部エレメントは先入れ／先出し（ＦＩＦＯ）バッフ
ァを通しバスＭＢＵＳに接続されている。

【００７５】ＦＩＦＯ５２はバスＶｉｎを通し圧縮する
画像のデータを受け、バスＭＢＵＳ上にこのデータを与
えている。ＦＩＦＯメモリ５３はバスＭＢＵＳを通し現
在符号中の画像の連続マクロブロックを受けている。Ｆ
ＩＦＯ５４はバスＭＢＵＳを通し予測マクロブロックを
受けている。ＦＩＦＯ５５はバスＭＢＵＳの上に再構成
されたマクロブロックを与えている。ＦＩＦＯ５６はバ
スＭＢＵＳの上に圧縮データを与えている。最後に、Ｆ
ＩＦＯ５７はバスＭＢＵＳを通し圧縮データを受けライ
ンＶｏｕｔに直列に与えている。

【００７６】メモリコントローラ５０が実行するタスク
は、大部分がＦＩＦＯ５２、５５および５６に記憶され
たデータをメモリ３４の当該領域に転送し、更にメモリ
３４の領域に対応するデータをＦＩＦＯ５３、５４およ
び５７に転送することから成る。ＦＩＦＯ５２、５５お
よび５６のそれぞれはリクエストの内容が所定の値、例
えば容量の半分より大きいと直ぐにリクエストをメモリ
コントローラ５０に出す。ＦＩＦＯ５３、５４および５
７のそれぞれはリクエストの内容が所定の値、例えば容
量の半分より小さいと直ぐにリクエストをメモリコント
ローラ５０に出す。前述のように、動き評価ユニット３
２は参照マクロブロックと当該サーチ窓を受けることを
必要とする時リクエストＲＱを出す。このリクエストは
メモリコントローラ５０に与えられているが、このメモ
リコントローラはバスＶＢＵＳを通りメモリ３４から動
き評価ユニット３２にデータを転送することを管理して
いる。

【００７７】これらのリクエストは全て、バスＶｉｎを
通しデータの連続した流れを行なうことと、ラインＶｏ
ｕｔの上にビットの連続した流れを与えるため、異なる
優先レベルが割り当てられている。

【００７８】引算器５９は符号化するためマクロブロッ
クをＦＩＦＯ５３を受け、更に引算するためフィルタ６
１を通しＦＩＦＯ５４から予測マクロブロックを受けて
いる。引算器５９の出力はＤＣＴ回路６３と量子化回路
６４により処理される。量子化回路６４の出力はジグザ
グ走査およびＲＬＣ回路６５と、ＶＬＣ回路６６と、詰
込み回路６７により処理されている。詰込み回路６７に
より圧縮データが与えられる。

【００７９】ＶＬＣ回路はコードバスの上に符号を与え
ている。これらの符号は可変長（例えば、１から１６ビ
ット）なので、ＶＬＣ回路も各符号の長さをレングスバ
スの上に与えている。詰込み回路６７の役割はコードバ
スの未使用のビットを飛び越すことにより連続符号を連
結することである。

【００８０】前述のように、ＶＬＣ回路はヘッダに挿入
される情報を受ける。この情報も可変長符号を取る。

【００８１】圧縮されたマクロブロックのそれぞれの前
にはヘッダがあり、このヘッダには特にマクロブロック
のタイプ（ゼロまたはゼロでないベクトルを使用した、
内部、予測または両方向）、動きベクトル、量子化係数
および予測マクロブロックにフィルタが加えられている
かを示す指示が含まれている（Ｈ．２６１標準）。

【００８２】圧縮画像の前には画像のタイプを含むヘッ
ダがある。

【００８３】それぞれの画像スライス用として、情報が
失われた場合復号器を元の状態に戻すため一番目のマク
ロブロックのスライスに対する座標式を含むヘッダがあ
る。

【００８４】他のヘッダ、すなわち圧縮画像のグループ
の前のヘッダ、および圧縮画像の系列の前のヘッダも使
用される場合がある。グループヘッダには、例えばＩＢ
ＢＰＢＢＰ…のようなグループの画像の継続のタイプ
と、グループ内の内部画像の頻度が含まれている。系列
ヘッダには内部または非内部画像および画像の大きさに
使用される量子化テーブルが含まれている。

【００８５】マクロブロックおよび画像スライスヘッダ
を構成する情報は圧縮回路の内部に発生され、可変長の
符号をこの情報に与えるＶＬＣ回路６６に与えている。

【００８６】本発明の１つの側面によれば、画像ヘッダ
のグループおよび系列ヘッダはマイクロプロセッサによ
り決定され符号化され、更にバスＰＢＵＳを通しＶＬＣ
回路６６に与えられる。ヘッダを発生するタスクを分割
することによりシステムの柔軟性が増加するが、これは
画像ヘッダ、画像ヘッダのグループ、および系列ヘッダ
内の情報が標準が変更されるように変更されるからであ
る。このように、重要な変更が発生すると、圧縮回路を
変更することなくマイクロプロセッサのプログラムのみ
を変更する必要がある。

【００８７】この実施態様において、メモリ６４の領域
はバッファとして使用され、ラインＶｏｕｔの上でビッ
トが連続して流れる。これを行なうため、詰込み回路６
７の出力はＦＩＦＯ５６を通しバスＭＢＵＳに接続さ
れ、ＦＩＦＯ５７を通しラインＶｏｕｔに与える前に、
処理を待っている圧縮データをメモリ３４に記憶する。

【００８８】参照マクロブロックを再構成するため、量
子化回路６４の出力は逆量子化回路６９および逆ＤＣＴ
回路７０により処理される。加算器７２は回路７０の出
力と遅延回路７４を通したフィルタ６１の出力を受け
る。遅延回路７４は回路６３、６４、６９、７０により
処理されるデータの遅延に対応した遅延を発生する。加
算器７２の出力はＦＩＦＯ５５を通しバスＭＢＵＳの上
に与えられる再構成されたマクロブロックに対応してい
る。

【００８９】回路５９から回路７４のグループはいわゆ
る“パイプライン”回路を構成している。

【００９０】符号化ユニットの制御回路７６はマイクロ
プロセッサバスＰＢＵＳに接続されている。制御回路７
６には前述のレジスタ７６−１があり、このレジスタに
よりマイクロプロセッサは符号化回路に符号化に必要な
種々の画像のメモリ領域のような種々のパラメータを与
える。レジスタ７６−１には更に符号化ユニットをイネ
ーブルにするビットが含まれており、このビットにより
マイクロプロセッサは画像の符号化を初期化する。制御
回路７６は画像同期信号ＳＹＮＣを受け、圧縮される画
像を受ける度にマイクロプロセッサに割り込みリクエス
トＩＲＱを発生する。制御回路７６も動き評価ユニット
３２により与えられ、参照マクロブロックのタイプと、
当該動きベクトルと、更にＨ．２６１の場合ベクトルに
より決定される予測マクロブロックがフィルタに加えら
れるかを示すビットとを与える命令を受ける。このビッ
トによりフィルタ６１がイネーブルまたはデセーブルに
される。

【００９１】符号化に必要な種々の画像の位置（レジス
タ７６−１に含まれている）は動きベクトルと同じくメ
モリコントローラ５０に与えられているが、このメモリ
コントローラはメモリ３４とＦＩＦＯメモリの間で転送
されるデータのアドレスを計算している。

【００９２】量子化回路６４と逆量子化回路６９はバス
ＰＢＵＳに接続されＭＰＥＧ標準に従いマイクロプロセ
ッサから量子化テーブルを受けている。更に、回路６４
と６９の量子化係数はビットレイト制御回路７８により
決定されるが、この回路の役割は得られた圧縮レイトと
平均所要圧縮レイトの間の差の関数として量子化係数を
調整することである。この差は各マクロブロックに対し
ＶＬＣ回路６６により与えられるビット数を計算する詰
込み回路６７により与えられている。

【００９３】量子化係数を調整する方法には圧縮された
マクロブロックのビット数を平均ビット数と比較するこ
とと、差を減少させるため、または平均がゼロの差を得
るため次のマクロブロックに対し量子化係数を変更する
ことが含まれている。

【００９４】本発明によるアーキテクチャに特に容易に
与えられるより精密な方法には２つのパスで各画像の符
号化を行なうことが含まれている。この符号化は例え
ば、制御回路７６の専用のビットを設定するマイクロプ
ロセッサにより選択される。

【００９５】この例では、画像を符号化する１番目のパ
スの間、マクロブロックは再構成されず、詰込み回路６
７によりあらゆる圧縮データは与えられないが圧縮マク
ロブロックのビット数は計算され、更にこれらの数がマ
イクロプロセッサに与えられる。次にマイクロプロセッ
サはこの数を使用し個々のマクロブロックまたはグルー
プのマクロブロックに関連のある量子化修正係数を決定
する。概略的に、量子化係数は圧縮マクロブロックが多
いビット数を有する時増加し、圧縮マクロブロックが少
ないビット数を有する時減少する。この方法によりほぼ
一定の特性が与えられ更にほぼ一定の圧縮比が与えられ
る。これらの２つの結果には、画像が複雑になればなる
ほど、見える程度の劣化を特性に生ずることなしにより
多く数が定められるので両立性がある。

【００９６】二番目のパスの間、量子化係数には個々の
マクロブロックでまたは各グループのマクロブロックで
当該修正係数が掛けられるが、この係数はマイクロプロ
セッサによりビットレイト制御回路７８に与えられてい
る。

【００９７】点線のバスで示すように、ＦＩＦＯ５２は
バスＰＢＵＳからデータを受け、更にＦＩＦＯ５７はデ
ータをバスＰＢＵＳに与える。これによりマイクロプロ
セッサは圧縮される画像を与え、更に圧縮画像を受け
る。

【００９８】本発明の少なくとも１つの実施態様を記載
したが、種々の変更、修正および改善が当業者に容易に
発生するであろう。このような変更、修正および改善は
本発明の内容および範囲である。従って、前述の記載は
一例であり、これにより制限されない。

【図面の簡単な説明】

【図１Ａ】Ｈ．２６１およびＭＰＥＧに基づく内部画像
の圧縮のプロセス

【図１Ｂ】Ｈ．２６１およびＭＰＥＧに基づく予測画像
の圧縮のプロセス

【図１Ｃ】Ｈ．２６１およびＭＰＥＧに基づく両方向画
像の圧縮のプロセス

【図２】画像の系列の間の圧縮の間のメモリ領域の管理

【図３】本発明による画像圧縮回路のアーキテクチャ

【図４】図３の画像圧縮回路の動作

【図５】図３の画像圧縮回路の符号化ユニットの実施態
様

【符号の説明】

１０離散コサイン変換１１量子化回路１２ジグザグ走査およびラン／レベル符号化回路１３可変長符号化回路１５逆量子化回路１６逆ＤＣＴ１７動き評価回路１８引算器１９加算器２０平均値の計算および引算３０符号化ユニット３２動き評価ユニット３２−１動き評価プロセッサ３２−２動き評価コントローラ３４メモリ３６マイクロプロセッサ５２、５３、５４、５５、５６、５７ＦＩＦＯ５９引算器６１フィルタ６３ＤＣＴ回路６４量子化回路６５ＲＬＣ回路６６ＶＬＣ回路６７詰込み回路６９逆量子化回路７０逆ＤＣＴ回路７２加算器７４遅延回路７６制御回路７８ビットレイト制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像メモリのセルが映像バス（ＶＢＵ
Ｓ）を通し系列的にアクセス可能で、更にメモリバス
（ＭＢＵＳ）を通しランダムにアクセス可能であり、所
定数の画像を記憶できる映像メモリ（３４）と、入力（Ｖｉｎ）において受信された画像をメモリ内で記
憶するためと、マクロブロックに離散コサイン変換（Ｄ
ＣＴ）と量子化（Ｑ）と可変長符号化（ＶＬＣ）を行な
うため前記マクロブロックにより画像を読み出すこと
と、他の画像の予測マクロブロックをメモリ内で読み出
し更に前記予測マクロブロックを現在処理中のマクロブ
ロックから差し引くため、メモリバスを通し映像メモリ
に接続された符号化ユニット（３０）と、符号化ユニットにより現在処理中のマクロブロックと、
他の画像内で前記マクロブロックを囲んでいる窓を映像
バスを通して受け、現在処理中のマクロブロックに一番
近い可能性のある予測マクロブロックを窓内でサーチす
るため映像バスと符号化ユニットに接続が可能で、予測
マクロブロックと現在処理中のマクロブロックの間の位
置の差がメモリ内で予測マクロブロックの位置を示すた
め符号化ユニットに対し動き評価ベクトル（Ｖ）として
与えられている動き評価（３２）ユニットと、を含む画
像圧縮回路。
【請求項２】符号化ユニット（３０）が画像同期信号
（ＳＹＮＣ）を受け、同期信号で示される画像の各到着
において符号化ユニットが割り込むマイクロプロセッサ
（３６）に接続されており、このマイクロプロセッサ
は、現在受信中の画像と、現在処理中の画像と、予測マ
クロブロックがサーチしている画像とがあるメモリ領域
（３４）を示し、更に新しい画像を符号化する開始を示
すデータを符号化ユニットに与えることにより各割り込
みに対応してプログラムされている請求項１の画像圧縮
回路。
【請求項３】マイクロプロセッサ（３６）が、処理を
行なう画像のタイプを符号化ユニット（３０）に与える
ことにより前記符号化ユニットの割り込みに対応してプ
ログラムされている請求項２の画像圧縮回路。
【請求項４】現在処理中のマクロブロックが予測マク
ロブロックを差し引くことにより処理する必要がある
か、更には動きベクトルを使用する必要があるかを示す
決定を、動き評価ユニット（３２）が符号化ユニット
（３０）に与える請求項１の画像圧縮回路。
【請求項５】動き評価ユニット（３２）がマイクロプ
ロセッサ（３６）に接続され前記決定が動き評価ユニッ
トにより符号化ユニットに与えられている条件を確立す
る基準を受ける請求項４の画像圧縮回路。