JPH10290464A - 符号化モード判定装置 - Google Patents

符号化モード判定装置

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JPH10290464A
JPH10290464A JP11194397A JP11194397A JPH10290464A JP H10290464 A JPH10290464 A JP H10290464A JP 11194397 A JP11194397 A JP 11194397A JP 11194397 A JP11194397 A JP 11194397A JP H10290464 A JPH10290464 A JP H10290464A
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JP11194397A
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Ryoichi Kawada
亮一 川田
Takahiro Hamada
高宏 浜田
Shuichi Matsumoto
修一 松本
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KDDI Corp
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Kokusai Denshin Denwa KK
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/007Transform coding, e.g. discrete cosine transform

Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 発生情報量を最小化することにより符号化効
率を最大にするモード判定装置を提供することにある。 【解決手段】 16画素×16ラインのフレーム内画像
信号XはDCTブロック分割部21により8画素×8ラ
インの4個のサブブロックに分割される。DCTブロッ
ク分散計算部22は該4個のサブブロックの分散を計算
し、非線形関数変換部23は該分散を発生情報量推定値
に変換する。加算部24は4個の発生情報量推定値を加
算し出力する。一方、16画素×16ラインの動き補償
予測誤差Yは、DCTブロック分割部25、DCTブロ
ック分散計算部26、非線形関数変換部27および加算
部28により、前記フレーム内画像信号Xの場合と同様
の処理をされ、該加算部28から動き補償予測誤差Yの
発生情報量推定値が出力する。比較部29は、前記二つ
の発生情報量推定値の小さい方のモードを選択する信号
を出力する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は動画像の符号化モー
ド判定装置に関し、特に、フレーム間予測符号化とフレ
ーム内符号化を適応的に選択して高能率符号化する場合
に好適な、フレーム間で符号化すべきかフレーム内で符
号化すべきかのモード判定を行う符号化モード判定装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、ITU−T勧告H.262(MP
EG−2)に代表されるフレーム間動き補償予測圧縮符
号化においては、画像をマクロブロックと呼ばれる例え
ば16画素×16ラインの多数の矩形ブロックに分割
し、そのブロック毎に画像中の動きを推定し動き補償予
測を行っている。
【0003】さらに、実際に動き補償予測誤差を符号化
すべきか、予測誤差ではなくフレーム内での画素値その
ものを符号化すべきかは、符号化効率の観点からある規
範にしたがって判定されている。
【0004】例えば、その規範は、図5に示されている
ように、マクロブロック内でのフレーム内画素値の分散
と、そのマクロブロック内での予測誤差の分散との大小
で、前者が小さければフレーム内符号化を、後者が小さ
ければフレーム間符号化を選択している。すなわち、フ
レーム内の16画素×16ラインのマクロブロック(M
B)X(以下、フレーム内画像信号Xと呼ぶ)の画素値
の分散を第1の分散計算部41で求め、一方マクロブロ
ックの動き補償予測誤差信号Y(以下、予測誤差信号Y
と呼ぶ)の分散を第2の分散計算部42で求める。該第
1、第2の分散計算部41、42で求められた分散値は
比較部43で比較され、フレーム内画像信号Xの分散値
が予測誤差信号Yの分散値より小さければ、該比較部4
3からフレーム内符号化を選択する信号、すなわちイン
トラ選択信号Zが出力され、逆に予測誤差信号Yの分散
値がXの分散値より小さければ、該比較部43からフレ
ーム間符号化を選択する信号、すなわちインター選択信
号Zが出力される。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、前記MPE
G−2等に代表される標準符号化方式では、マクロブロ
ックを更に4個のサブブロック(サイズ8画素×8ライ
ン)に分割し、サブブロック毎にDCTなどの直交変換
符号化により符号化を行っている。
【0006】符号化効率の上で重要なのは符号化時の発
生情報量であるが、前記した従来のマクロブロック内で
の分散比較は、必ずしもこれの大小に対応しておらず、
符号化効率を最大にするというモード判定の意味では、
必ずしも最適な判定方法ではないという問題があった。
【0007】本発明の目的は、前記した従来技術の問題
点を除去し、発生情報量を最小化することにより符号化
効率を最大にするモード判定装置を提供することにあ
る。
【0008】
【課題を解決するための手段】前記した目的を達成する
ために、本発明は、フレーム間予測符号化とフレーム内
符号化を適応的に切替えるための、フレーム間予測を用
いた動画像の圧縮符号化における符号化モード判定装置
において、符号化モード切替えの単位であるマクロブロ
ックを、複数のサブブロックに分割する第1、第2のブ
ロック分割手段と、前記サブブロック毎のフレーム間予
測誤差分散とフレーム内分散をそれぞれ計算する第1、
第2の分散計算手段と、該第1、第2の分散計算手段に
よって求められた分散値をそれぞれ非線形関数で変換す
る第1、第2の非線形関数変換手段と、前記第1、第2
の非線形関数変換手段によって求められたフレーム間と
フレーム内での変換値をそれぞれ加算する加算手段と、
フレーム間とフレーム内での該加算値の大小により、フ
レーム間/フレーム内符号化モードを判定する符号化モ
ード判定手段とを具備した点に特徴がある。
【0009】本発明によれば、まずフレーム間予測誤差
画像とフレーム内画像のマクロブロックがサブブロック
に分割されて、それぞれの内部での分散値が計算され
る。次にそれらが、分散値から発生情報量を推定するた
めの非線形関数によって推定発生情報量に変換される。
さらにその値がマクロブロック内で加算されることによ
って、マクロブロック内での推定発生情報量が算出され
る。これをフレーム間予測誤差画像とフレーム内画像で
比較することにより、推定発生情報量の大小でモード判
定を行えることとなり、従来よりも、符号化効率の意味
でより適切な判定が実現できる。
【0010】
【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して、本発明
を詳細に説明する。図1は、本発明のモード判定装置が
適用される符号化装置の一例を示すブロック図である。
図示されている入力画像1は例えば16×16画素のマ
クロブロック毎に符号化器に入力してくる。減算器2は
後述するスイッチ13が端子aに接続されている場合に
は入力画像1の画素値そのものを出力し、端子bに接続
されている場合には該入力画像1と動き補償器9から出
力される動き補償された前画像との差、すなわち動き補
償予測誤差を出力する。いま、前記スイッチ13が端子
bに接続されているとして、以下に説明を続ける。
【0011】DCT(Discrete Co-sine Transform)符号
化器3は該動き補償予測誤差をDCT符号化し、量子化
器4は該DCT符号化された動き補償予測誤差を量子化
する。該量子化された動き補償予測誤差は、バッファ1
4に一時的に格納されると共に、逆量子化器5に送られ
る。該逆量子化器5で逆量子化された動き補償予測誤差
は逆DCT符号化器6に送られ、復号化される。該復号
化された信号は加算器7で前記動き補償器9から出力さ
れた動き補償された前画像とを加算することにより現画
像を復元し、フレームメモリ8に格納する。ビットレー
ト制御部15は前記バッファ14に記憶されているデー
タ量に基づいて前記量子化器4の量子化ステップサイズ
を決定する。動き推定器10は前記入力画像1とフレー
ムメモリ8に格納されている画像とからマクロブロック
毎に動き推定処理を行う。
【0012】モード判定回路12は、前記フレーム内画
像信号Xと、減算器11から得られた予測誤差信号Yを
入力とし、フレーム内符号化(イントラ符号化)とフレ
ーム間符号化(インター符号化)のいずれが符号化量が
小さいかを判定する。該モード判定回路12は、フレー
ム内符号化の方が符号化量が小さいと判定した時には、
端子aを選択し、逆にフレーム間符号化の方が符号化量
が小さいと判定した時には、端子bを選択する制御信号
Zをスイッチ13に出力する。なお、該端子aは0信号
を供給する端子である。
【0013】次に、本発明のモード判定回路12の一実
施形態を図2を参照して説明する。該モード判定回路1
2は、DCTブロック分割部21、25、DCTブロッ
ク分散計算部22、26、非線形関数変換部23、2
7、加算部24、28、および比較部29から構成され
ている。
【0014】前記DCTブロック分割部21は前記マク
ロブロック(16画素×16ライン)のフレーム内画像
信号Xを、4個の8画素×8ラインのDCTブロック
(サブブロック)に分割する。次に、DCTブロック分
散計算部22は前記DCTブロック分割部21で分割さ
れた各DCTブロックに対して、例えば下記の(1) 式で
分散σj 2 (j=1,2,3,4)を計算する。
【0015】
【数1】 非線形関数変換部23は前記DCTブロック分散計算部
22で求められた分散σj 2 に例えば下記の(2) 式で表
される非線形関数変換を施すことにより、該分散σj 2
を発生情報量を推定する数値に変換する。該発生情報量
推定値をσj 2´とすると、該σj 2 ´は下記のように
表すことができる。
【0016】σj 2 ´=log 2 σj 2 +C …(2) ここに、Cは定数である。
【0017】次に、前記加算部24は前記4個の発生情
報量推定値σj 2 ´を加算し、該マクロブロックの推定
発生情報量Sx を下記の(3) 式により求める。
【0018】
【数2】 前記のようにして求められたフレーム内画像信号Xの推
定発生情報量Sx は比較部29に送られる。
【0019】上記の説明は、前記フレーム内画像信号X
の推定発生情報量Sx を求めるものであったが、前記D
CTブロック分割部25、DCTブロック分散計算部2
6、非線形関数変換部27、および加算部28も、前記
DCTブロック分割部21、DCTブロック分散計算部
22、非線形関数変換部23、および加算部24と同様
の動作を行い、マクロブロックの予測誤差信号Yの推定
発生情報量Sy が求められる。
【0020】前記推定発生情報量Sx とSy は、比較部
29に送られ、その大小が判定される。この判定がSx
<Sy の時には、該比較器29からイントラ選択信号Z
が出力され、逆にSx ≧Sy の時には、インター選択信
号Zが出力される。
【0021】以上のように、本実施形態によれば、前記
フレーム内画像信号Xおよび予測誤差信号Yのマクロブ
ロックの推定発生情報量Sx とSy とを直接比較し、そ
の大小により図1のスイッチ13の接続端子を選択する
ようにしているので、従来方式のように、各マクロブロ
ックの分散値を比較してその大小により前記スイッチ1
3の接続端子を選択するものに比べて、フレーム内/フ
レーム間モード判定の精度を符号化効率の向上という観
点から改善することができるようになる。
【0022】ここで、前記(2) 式が分散を発生情報量を
推定する数値に変換する式である理由を説明する。今、
あるデータの集合をxi (i=1,2,…,N)とし、
各xi の現れる確率をp(xi )とすると、該集合の情
報量I(x) は、下記の(4) 式で表される。また、無数の
データの場合には、下記の(5) 式で表される。
【0023】
【数3】 次に、前記確率p(x)の分布形が分かっている時、そ
の分散値σ2 と前記集合の情報量I(x) の関係は次のよ
うになる。該確率p(x)が図3(a) に示されているよ
うに、ラプラス分布に従う時には下記の(6) 式で表され
るようになり、同図(b) に示されているように一様分布
に従う時には下記の(7) 式で表されるようになる。
【0024】前記(6) 式と(7) 式を見れば明らかなよう
に、上記のいずれの分布の場合においても、発生情報量
I(x) とデータの分散σ2 との関係は、下記の(8) 式の
ようになる。 I(x) =k1log2 k2 σ2 …(8) ここに、k1 、k2 は定数である。したがって、前記
(2) 式はDCTブロック(サブブロック)の発生情報量
推定値を表すことになる。
【0025】次に、本発明の第2の実施形態を説明す
る。この実施形態は、前記フレーム内画像信号Xが一様
分布で近似でき、一方予測誤差信号Yがラプラス分布で
近似できることを利用して、発生情報量の推定をより正
確に行うようにしたものである。すなわち、図2の非線
形関数変換部23では下記の(9) 式を用い、非線形関数
変換部27では下記の(10)式を用いるようにする。 I(x) =log 2 12σj 2 …(9) I(x) =log 2 2e2 σj 2 …(10) 以上のように、前記実施形態では具体例により説明した
が、本発明はこれに限定されることなく、本発明の精神
から逸脱しない範囲の変形は本発明に含まれることは明
らかである。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
マクロブロックをサブブロックに分割し、その中の画素
分散値から発生情報量を推定して加算し、該加算値の大
小によりフレーム内モードを選択するかフレーム間モー
ドを選択するかを判断するようにしたので、従来のマク
ロブロックの分散値に基づいて判断する方式に比べて、
符号化効率の向上を図ることができるようになる。
【0027】また、本発明では、符号化効率の向上を図
ることができるため、本発明で得られる画質が従来方式
のそれと同じ場合には発生情報量を少なくすることがで
き、一方同じ発生情報量の場合には画質を向上させるこ
とができるようになる。
【0028】図3は、本発明方式と従来方式とを用い
て、7Mビット/秒での圧縮符号化による復号画像と、
原画像のSN比を実験により求めた結果を示すものであ
る。図4から、周知の各テスト画像に対して、本発明方
式によるS/N比は従来方式のそれに比べて改善されて
いることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明が適用される符号化装置の一例の構成
を示すブロック図である。
【図2】 本発明の符号化モード判定装置の一実施形態
の構成を示すブロック図である。
【図3】 フレーム内画像信号と予測誤差信号が近似で
きる分布の説明図である。
【図4】 本発明と従来方式で符号化モード判定をした
場合の復号画像と原画像のSN比を示す説明図である。
【図5】 従来の符号化モード判定装置の構成を示すブ
ロック図である。
【符号の説明】
12…モード判定回路、13…スイッチ、21、25…
DCTブロック分割部、22、26…DCTブロック分
散計算部、23、27…非線形関数変換部、24、28
…加算部、29…比較部。
【数4】

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フレーム間予測符号化とフレーム内符号
    化を適応的に切替えるための、フレーム間予測を用いた
    動画像の圧縮符号化における符号化モード判定装置にお
    いて、 符号化モード切替えの単位であるマクロブロックを、複
    数のサブブロックに分割する第1、第2のブロック分割
    手段と、 前記サブブロック毎のフレーム間予測誤差分散とフレー
    ム内分散をそれぞれ計算する第1、第2の分散計算手段
    と、 該第1、第2の分散計算手段によって求められた分散値
    をそれぞれ非線形関数で変換する第1、第2の非線形関
    数変換手段と、 前記第1、第2の非線形関数変換手段によって求められ
    たフレーム間とフレーム内での変換値をそれぞれ加算す
    る加算手段と、 フレーム間とフレーム内での該加算値の大小により、フ
    レーム間/フレーム内符号化モードを判定する符号化モ
    ード判定手段とを具備したことを特徴とする符号化モー
    ド判定装置。
  2. 【請求項2】 請求項1の符号化モード判定装置におい
    て、 前記第1、第2のブロック分割手段は、16画素×16
    ラインのマクロブロックを、8画素×8ラインの4個の
    サブブロックに分割することを特徴とする符号化モード
    判定装置。
  3. 【請求項3】 請求項1の符号化モード判定装置におい
    て、 前記第1、第2の非線形関数変換手段は、前記分散値を
    発生情報量を推定する数値に変換することを特徴とする
    符号化モード判定装置。
  4. 【請求項4】 請求項1の符号化モード判定装置におい
    て、 前記第1、第2の非線形関数変換手段は、フレーム内と
    フレーム間とで異なる非線形関数を用いることを特徴と
    する符号化モード判定装置。
  5. 【請求項5】 請求項4の符号化モード判定装置におい
    て、 前記第1の非線形関数変換手段はフレーム内画像信号が
    一様分布で近似できることを利用して求めた非線形関数
    を用い、前記第2の非線形関数変換手段はフレーム間の
    予測誤差信号がラプラス分布で近似できることを利用し
    て求めた非線形関数を用いることを特徴とする符号化モ
    ード判定装置。
JP11194397A 1997-04-14 1997-04-14 符号化モード判定装置 Pending JPH10290464A (ja)

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US09/059,356 US6141449A (en) 1997-04-14 1998-04-13 Coding mode determination system

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