JPS58115990A - 動き補償フレ−ム間符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はテレビジョン信号の動きを補償したフレーム
間符号化装置に関する。

テレビジョン信号のディジタル伝送においては、瞬接す
るフレームの差分信号（フレーム差分信号）を符号化し
て嵌送するフレームｊｕｌ符号化方式を用いることによ
り通常の・母ルス符号変ｔＡ　（ＰＣＭ）を用いる場合
にくらべて伝送ビット数を大幅に低域することができ、
特に静止画像や動きの少い画像において高い圧縮率（Ｐ
ＣＭにくらべて伝送ビットＯが低減される比率）を得る
ことができる。しかし大きな動きを含んだ画像について
はフレーム差分倍角が大きくなるため圧縮率が低下する
。大きなｐｈき會含んだ画像に対しても高い圧縮率を維
持するために「動き補償フレーム間符号化」が提手され
ている。この方法ではテレピッ、ン＠号の動きを検出し
、テレビジョン信号の切きを補償した予測倍角を発生し
て予測符号化を行う。

〈動き補償フレーム間符号化の涼ｔｑｔ　＞第１１シＩ
は前フレームにおいて戸Ｂ′にあった物１体が現フレー
ムにおいてはＡＡに移動したところを示している。動き
補償フレームｌ’ｌｊｌ符刊化においては現フレームの
点Ａとテレビジョン画＋ｎ＋上で同−位置にある点Ａ′
と点Ｂ′との変位量り（このτ’を輛ベクトルと称する
）を求め、１見フレームのＡＡの侶潟佃Ｙ　（ｒ）の予
測信号としては単純フレーム間符号化の場合の予測信号
である小Ａ′の信号値Ｙ’（ｒ　）の代りに点Ｂ′の信
号値Ｙ’（ｒ＋υ）を用いる。

なおｒはテレピッ、ン画面上の位Ｍケ示す位置ベクトル
である。

＋ｂ＃き袖偵フレーム間符号化における予測４↓差・１
トカＹ（ｒ）−Ｙ’（ｒ＋υ）は単純フレーム間符号化
における予測誤差信号Ｙ（ｒ）−Ｙ’（ｒ）よりもすっ
と小さな餉を示すので、動き補漬フレーム間付匈化によ
って動きの大きな画像にｌ］シても効率の良い１　　　
符−弓化ができる。

この、ψ１ベクトルの憔出力法としてはたとえは二呂′
により［フレーム間符号化におＱプる勅き釉上（雷子通
信学会１ｉＩｉ′ｉ像工学研究会、資料番号ＩＥ　７８
−（５１９７８年５月２６日１文献１）と朗して報告さ
れた方法を用いることができる。この方法においてけテ
レビシ、ン信号を腹＃　６６１のブロックに分割し、各
々の現フレームのブロック内のテレビジョン信号に対し
てテレビソヨン画面上の同一位置を′ＸＭとして神々の
変位量（シフトベクトルと称する）だけずれた位置の前
フレームのブロック内の１Ｈ号と功フレームのブロック
内の信号とのｆＡ　（、ｊ′Ｊ弦を示す評価値を求め、
最も類似度の高い前フレームのブロックに対するシフト
ベクトルを動ベクトルとして検出する。なおこの類似度
判定のだめの評価値としては現フレームのブロック内信
号とシフトベクトルだけずれた前フレームのブロック内
子り号との差信号の絶対値和、あるいは差信号の舶・７
１１ｉｉか一定のしきい値を越えたものの個数、などが
考えられている。

〈従来の欠点〉 以上動き＠憤フレーム曲付旬化の原理、利点について説
明したが動き補償フレームＨ符号化においてけ以下に述
べるような欠点がある。すなわち前述したフレーム聞分
ぢ化においては予ｆｉ１１４ｇｉ差信号に対する輪子化
特性を柑くした場合には画１ψの静１Ｆ部分において嗣
子化雑音がテレビソヨン画面上に貼りついて見えるダー
ティウィンドウ（ｄｉｒｔｙｗｉｎｄｏｗ）効果とよば
れる特有の画質劣化があるが、動き補償フレーム間符号
化においてはこのダーティウィンドウが動いて見えると
いう画調劣化が′釘たに発生し、特に入力テレビジョン
信号ズ４捕竹汁（Ｓ／Ｎ比）が低い場合テレビジョン画
菅の静１Ｅ部分において顕著である。

効き補償フレーム間符号化においてこのような画質劣化
が新たに生じる原因は次の−」…りである。

前述した１バ］り動き補償フレーム間相号化においては
、籾フレームのブロック信号と財も類似度の測い前フレ
ーム信号をもって予測偏力とし予＋＠ｌｌ符号化を行う
が、入力テレビジョンＩＩＨＭに色゛１れる雑初などに
より静止部分であっても当該ブロックが静止しているこ
とを示すベクトルに対する類似度か必すしも最大となら
ず、むしろ静止でないベク（５） トルについての類勿度の方が高（なυ静ｌトシている部
分が１ｊｌＩＪいていると判定されることがある。した
がってフレーム間符号化では静＋ｈ　して見えるダーテ
ィウィンドウが、動きＭｉ角フレーム間符号化では動い
て見えることとなり重大な画質劣化と々る。

〈発明の＠早〉 この発明の目的は上述した仙゛き補廉フレーム間袴号化
における画質劣化要因を大幅に軽減した禎き補償フレー
ム間符号化装置をＳ供することにある。

この発明は入力テレビジョン信号のブロックについて動
ベクトルを検出する手段と、当該プロッ。

りと時間的空間的に近傍にあるブロックについて検出さ
れた動ベクトルのうち画像が静止していることを示すベ
クトル（′４ベクトルと称する）の発生頻度が犬である
時には当該ブロックに対する勤ベクトルをそのベクトル
値の如何にかかわらず握ベクトルに修正する動ベクトル
修正手段と、その修正平叙の出力でおる勢止動ベクトル
にもとつい（６） て予測信号を発生し、前記入カテレビゾヨン信号を予？
１ｌｌｌ符号化する手段とから構成されている。

〈発明の原理〉 次にこの発明の原理について説、明する。この発明にお
いては埃フレームのあるブロック（注目ブロックと称す
る）について検出された１肋ベクトルを、注目ブロック
の周辺のブロック（参照ブロックと称する）において検
出された動ベクトルとを比較し、参照ブロックのテレビ
ソヨン信号が静１トしている場合には、注目ブロックに
対する仙ベクトル検用結芽を当該ブロックが静止してい
ることを示すベクトル（すなわち零ベクトル）に修正す
る。このような修正をうけた動ベクトル（（ｌｔＴ動ベ
クトル）に基づいて予測信号を発生すること（Ｃより前
述したダーティウィンドウが切いて見えるという重大な
画質劣化全軽減する。

次に第２図を参照してこの発明の動ベクトル修１　　　
正方法金より具体体的に説明する。第２図（ａ）〜（ｃ
）は参照ブロックの配置例を示す図で捗り、図において
Ｘは注目ゾロツク、Ａ〜Ｐは診ｊ槍ブロックの注目ブロ
ックＸに対するテレビジョン画面の位船を示している。

第２図（ａ）は注目ブロックＸと同一フレーム内に、注
目ブロックＸの左側と上側に参照ブロックＡ−Ｄｆ配Ｉ
Ｗシ念禍合であり、第２城１（ｂｌは注目ブロックＸと
同一フレームのＡ−Ｄ（第２図（ａ）の場合と同一）と
、注目ブロックＸの１７レ一ム時刻前のブロックＥと、
空間的にＥを囲むＦ−Ｍとを参照ブロックとして、配着
した場合であり、第２図（ａ）は注目ブロックＸと同一
フレーム内に注目ブロックＸを囲む形で参照ブロックＡ
〜〔〕。

Ｎ−Ｒを配置した場合である。

この発明においてはたとえば第２図（ａｌ〜（ｅ）のよ
うに注目ブロックＸと時間的空間的な近傍に参照ブロッ
クを定め、参照ブロックの動ベクトルがすべて誉ベクト
ルである場合には注目ブロックの動ベクトル検出結果に
かかわらず注目ブロックＸの動ベクトルを零ベクトルに
修正する。この株な伶　　　□止を行う理由は注目グロ
ックＸの時間的空間的近房にある参照ブロックが静止し
ている吻合ｋｃｆ’、ｊ、テレピノヨン信号のもつ高い
相関性によ、ａａＥ１ノロツクも静止している場合が非
常に多いという事情にもとづいている。なお注目ブロッ
クＸの４１１ベクトルｆ苓ベクトルに修正する際の修Ｌ
Ｅ論哩としては他の論理を用いることもできるが、これ
については後述する。

以上述べた様な動ベクトルの・峰正を行えば本平静正し
ているはずのブロックが雑音等により動いていると判定
されることを防止でき、前述したダーティウィンドウが
動いて見えるという重大な画質劣化を軽減できるという
大きな利点がある。

〈実施例〉 次に図面を参照してこの発明の実施し１１について説明
する。第３図はこの発明の動き袖山フレーム曲符号化装
置の構成を示すブロック図である。弔３図においてはア
ナログ／ディジタル変換されたテレビソヨン偵号（以下
においてはｒＴＶ佃方」とｄ［１する）が端子１に入力
されるものとする。４．ｊ子１に入力されたＴＶ悟信号
伯刊線２を介して遅延回路３、動ベクトル検出１金２０
に人力ａ几る。

遅延（回路３は信号線４を介して出力される人力（９） ＴＶ倍信号信号線１５に出力される予測信号とのタイミ
ングを減震器５において合わせるため、すなわち前述し
た動ベクトル検出、仙ベクトル修正及び予測信号発生に
要する時間を補正するために用いられる。

遅延回路３から信号線４により入力されるＴＶ＠号は減
算器５において、可変遅帆回路１４から信号ψ１５に出
力される予測イ轡号との差分がとられ、差信号すなわち
予測誤差信号は信号線６により　隈予信器７に入力され
て肴子化されて信号側８を介して第１の符号６３０及び
加痺器９に入力される。ここで第１の符角器３０はｉ予
信された予側誤差信Ｊｊ３を符号化、たとえば可変長符
号化するものである。信号線８を介して加Ｗ、器９に入
力される幇子化された予測誤差信号は、信号線１５によ
り入力される予測４ｄ号と加・、オされて局蔀俵号され
、信＋３線１６を介してフレームメモリ１０に寝き込ま
れ、次のフレームにおいて動ベクトル４’ｒＡ出反び予
測信号の発生全行うために用いられる。

励ベクトル恢出器２０は信号Ｉｖｌｌｊ１２により入力
さく１０） れるＴＶ信号と、信号線１１よりフレームメモリ１０か
ら入力されるおよそｌフレームＡ１１）ＴＶＮ号とから
動ベクトルを検出し、その−１ベクトルを信号線２１に
出力し、栃ベクトル修正沖１路２２に供給する。なおこ
こでフレームメモリ１０より出力されるおよそｌフレー
ム前の４１号は勅ベクトルの縦方向の最大検出範囲を十
Ｍ水平走査紳／フレームまでとし、ブロックの縦方向の
サイズをＮ水平走４ｉ＋：線とすると、（２Ｍ＋Ｎ）水
平走４−線のＴＶ信号が並列に信号１ｆ４１１に出力さ
れる。また信号線１１のＴＶ信号Ｆｉ遅娘回路Ｉｎこ入
力され、その遅蜆出力が信号線１３に出力されるが、１
盲号線１３も（２Ｍ＋Ｎ）水平走食線のＴＶ信号の並列
出力となる。なお動ベクトル検出器２０の構成について
はたとえば前述の文献１に詳述されているので説明は省
略する。

切ベクトル修正回路２２は前述した勧ベクトル１１し正
の論理に基づいて励ベクトルの・謬正金行い修止勧ベク
トルを信号線２３に出力する。動ベクトル修正回路２２
の修正動ｆｖについては恢述する。

フレームメモリ１０より出力されるおよそ１フレーム前
のＴＶ信号は遅延回路１２を経由して司変遅蛤回路１４
に入力される。ここで遅蜆回路１２は勤ベクトル検出回
路２０、動ベクトル修正Ｉ回路２２が前述の修正勧ベク
トルを決定するのに必要な時間を補償するために甲いら
れる。

可変遅蜆回路１４は信号１３により入力されるＴＶ信号
を、信号線２３により入力される修正動ベクトル信号に
応じてシフトし、予測信号として信号線１５に出力する
。この可変遅延回路１４Ｈ′ランダムアクセス可能なメ
モリを用いて画像＠号を２次元的に配憶できるように構
成されており、修正動ベクトル信号に対応する前フレー
ムの画蘭個号が１画素ずつ）−決断１み出される。なお
この読み出しと並行して遅延回路１２により供給される
画像信号の書き込みが睨み出し１勘とは独立のアドレス
指定により行われる。

また修正動ベクトル信号は信号線２３ｖｃよシ第２の符
号器３１に入力されて符号化、たとえはｉＪ笈及符号化
されて信号線３３に出刃され、マルチルクサ３４におい
て信号線３２により入力される符号化された予測誤差信
牲と多酸化されて信号線３５に出力され、伝送路３７と
の車度整蒔を行うだめのバッファメモリ３６に書き込ま
れ、バッファメモリ３６に値、炒込まれ、た信号は伝送
ｉ嗜３７の伝送速度で読み出されて伝送路３７に送出さ
れる。

〈動ベクトル修正回路〉 次に第４図を参照して動ベクトル修正回路２２の横吹、
及び動作について説明する。信号線２１により入力され
る動ベクトル信号は２値化回路７２及び遅延回路７１に
入力される。２値化回路７２は信号ａ２１により入力さ
れる動ベクトルが零ベクトルである場合には信号値「０
」を、そうでない１易合には信号値「１」を信号線７３
を介してシフトレジスタ７４に入力する。シフトレノス
タフ４の各出力、すなわち信号線７７〜７９の信号は判
定回路８０に入力され、前述した動ベクトルの１−正を
行うか否かを決定し、１φ正會けう場合には信号面「０
」を、行わない場合にはＳ号１１η「１」（１３） を信号線８１に出力してｒ−ト府（路７６に出力する。

ここでシフトレゾスタフ４の出力信号の数はすでに説明
した参照ブロックの個数に一致する。たとえば第２図（
ＩＬ）のように参照ブロックを定めた場合においてはシ
フトレジスタ７４の出力信月数は４となる。この場合第
２図（ａ）の参照ブロックＡに対する２　１ｍ化された
動ベクトル信−号（２値動ベクトル信号）が信号線７７
に、参照ブロックＢに刻する２値動ベクトル信号が信号
線７８に、参照ブロックＤに対する２値切ベクトル信号
が信号線７９に出力されることとなる。一方動ベクトル
倍角・は信号ａ２１によ！７遅延回路７１にも入力され
る。ここでＮ　＋ｆｆｉ回路７１は動ベクトル修正に塾
する時間すなわち２値化回路７２から判定回路８０に至
る処理時間に相当する邂廷紛が必要とされる。

遅蜆回路７１から信号線７５に出力された動ベクトル信
号はｒ−ト回路７６に入力される。ｙ−ト１阻路７６は
信号線８１より信号値「０」が入力されている場合には
零ベクトルを示す信号を信号旋（１４） ２３に出力し、信号線８１により信号値「１」が入力さ
れている場合には信号＋ｆ１１７５により入力される動
ベクトル信号をその１ま＠号仰２３に出力する０以上の
析にして動ベクトルの修正が行われ５る　。

〈変形例〉 以上この発明の詳細な説明したが、この発明においては
動ベクトルの修正論理を以下の１瘍に／＃ψしても’ｄ
３４図の判定回路８０の論理を変す１するのみで実現す
ることができる。

まず以上の説明においては例えば第２図（ａ）〜（ｃｌ
のように参照ブロックを定め、参照ブロックにおいて４
薫出された勅ベクトルがすべて苓ベクトルである蛎今に
のみ注目ブロックＸの動ベクトルを零ベクトルに修正す
るものとして説、明したか、参照ブロックの勧ベクトル
のうち苓ベクトルの狛生殖、　　　′０゛大′″ｃあ６
場合Ｋａ目７”　Ｏｙ　、、９　、Ｘ　（７）　ｔｇ　
＜　′）　′ｖ検出績朱を嵜ベクトルに修正するという
多叡決歯埋を用いることもできる。

普たこの多数決陶理の変杉としてン賄ブロック相互にお
ける零ベクトルの時間的、９間的発生状況をも考Ｉ会し
て注目プロ、りＸの動ベクトル検出結果を苓ベクトルに
修正するか否か全決定することもできる。たとえば参照
ブロックの配置崖を第２図（ａ）の様に定めた場合にお
いて参照ブロックＡ。

Ｂの動ベクトルが零ベクトルでなかった時のように参照
ブロックにおいて動き部分が連結している場合において
は、注目ブロック又もこれに連結した動き部分である司
＾ヒ性が高いので注目ブロックＸの動ベクトルを修正し
ないという付加条件をつけることもできる。

更に参照ブロックの配置を帛２図（ｂ）の様に定めたも
のとして、参照ブロックＥ−Ｍにおける祷ベクトルにお
いては零ベクトルの発生頻度が高いが、径間ブロックＡ
−Ｄにおいては非零ベクトルが連結して発生している場
合には、前フレームにおいては静止していた画像が現フ
レームにおいて動き始めた一合であることが多いので、
注目ブロックＸの励ベクトル検出結未を修正しないとす
ることもできる。

また参照プロ、りの配置を第２し’７１　（ａｔ〜（ｃ
）のように限る必要は必ずしもなく参照ブロックの数を
増やすことも可能である。その場合第４図のシフトレソ
スタ−７４の出力タッグ数が増加する。

以上酸量した通りこの発明によれば動き補ｆ＾フレーム
間符号化のもつ欠点であるダーティウィンドウが動いて
見えるという重大な画質劣化を＠鍼できるという効果を
有する動き補ｍフレーム［…符号化装置を′実現できる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は＃Ｊき袖慣フレーム間符号化方式を説明するた
めの図、第２図は参照ブロックの配′ｌｉＪ例を示す図
、第３図はこの発明の動き補謙フレーム聞分勺化装隨の
構成を示すブロック図、第４図は動ベクトル修正回路２
２の構成を示すフロック図である。 １・・・テレピッ、ン信号入力端子、３．１２・・・遅
蝋回路、５・・・減算器、７・・・童子化器、９・・・
加算器、１０・・・フレームメモリ、１４・・・司変遅
姑回路、２０・・・動ベクトル検出器、２２・・・鯛ベ
クトル・鯖＋Ｌ（１７） 回路、３０．３１・・・符号器、３４・・・マルチプレ
クサ、３６・・・バッファメモリ、７１・・・痺姑回路
、７２・・・２イ１＾化回路、７４・・・シフトレノス
タ、７６・・・ｒ−）回路、８０・・・判定回路。 特許出願人　日本電気株式会社 代理人草野　　卓 （１８） 才　　１　　図 現フレーム 才　　２　　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）　入力テレビジョン信号の１フレームを複数個の
   ブロックに分割し、その使々のプロ、りについてテレピ
   ソヨン画（像の動きである動ベクトルを検出し、前記画
   像の動きを補償した予測信号を発生し、前−ヒ入カテレ
   ビソヨン信号を予測符号化する動き補償フレーム間符号
   化装置において、前記入力テレビジョン信号のブロック
   について動ベクトルを検出する手段と、当該プロ、りと
   時間的空間的に近傍にあるブロックについて検出された
   勤ベクトルのうち画像が静止していること？示す動ベク
   トルの発生頻度が大である時当該ブロックに対する動ベ
   クトルをそのベクトル１′−の卯伺にかかわらず静止し
   ていることを示す動ベクトルに修正する動ベクトル修正
   手段と、前記修正手段の出刃である修正動ベクトルにも
   とづいて予測信号を発生し、前記入力テレビジョン信号
   を予ｍ＋＋跨号化する手段とを１稍えたことｔｌ−特徴
   とする動き補ナトフレーム間符号化装置。