JPS58197983A - 動き補償フレ−ム間復号化装置 - 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】 本発明はテレビジ璽ン信号の動き補償フレーム間復号化
装置に関する。

テレビジ璽ン信号のディジタル伝送においては、隣接す
るフレームの差分信号（フレー人差分信号）を符号化し
て伝送するフレーム間符号化方式を用いることにより通
常のパルス符号変調（ＰＣＭ　）を用いる場合にくらべ
て伝送ビット数を大幅に低減することができ、特に静止
画像や動きの少い画像において高い圧縮率（ＰＣＭにく
らべて伝送ビット数が低減される比率）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
ム差分信号が大きくなるため圧縮率が低下する。大きな
動きを含んだ画＊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］が提案されている。こ
の方法ではテレビジ１７＠′号の動きを検出し、テレビ
ジ冒ン信号の動きを補償した予測信号を発生して予測符
号化を行う。

第１図は前フレーム（第１図（ａ））において点Ｂ′に
あった物体が現フレーム（第１図（ｂ）　）　において
は点Ａに移動したところを示している。動き補償フレー
ム間符号化ｔζおいては堤フレームの点Ａとテレビジ嘗
ン１ｄｉｉ向上で同一位置にある点Ａ′と点Ｂ′との変
位量Ｖ（このＶを動ベクトルと称する）を求め、現フレ
ームの点Ａの信号値Ｙ（ｒ）の予１１ｉ１１１倍号とし
て岐阜純フレーム間符号化の場合の予測信号である点Ａ
′の信号値Ｙ’　（ｒ　）の代シに点Ｂ′の信号値７’
（ｒ＋ｐ）を用いる。なおｒはテレビジョン画面上の位
置を示す位置ベクトルである。

動き補償フレーム間符号化における予−ｊ誤差信号Ｙ（
ｒ）−Ｙ’（ｒ＋ｖ）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）よシもずっと小さな
値を示すめで、動き補償フレーム間符号化によって動き
の大きな画像に対しても効率の良い符号化ができる。

この動ベクトルの検出方法としてはたとえば二宮により
［フレーム間符号化における動き補正（電子通信学会画
像工学研究会、資料番号ＩＥ　７８−６．１９７８年５
月２６日１文献１）と題して報告された方法を用いるこ
とができる。この方法においてはテレビジ曹ン信号を複
数個のブロックに分割し、各々の現フレームのプロ、り
内のテレビジ璽ン信号に対してテレビジ１７画面上の同
一位置を基準として種々の変位量（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プロ、り内の信号
と現フレームのブロック内の信号との類似度を示す評価
値を求め、最も類似度の高い前フレームのプロ、りに対
するシフトベクトルを動ベクトルとして検出する。なお
この類似度判定のた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
ブロック内信号との差１５号の絶対値和、あるいは差信
号の絶対値が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。

以上動き補償フレーム間符号化の原理、利点について説
明したが動き補償フレーム間符号化においては以下に述
べるような欠点がある。すなわち前述したフレーム間符
号化忙おいては予測誤差信号に対する量子化特性を粗く
した場合には画像の静止部分において量子化雑音がテレ
ビジ１７画面上に貼りついて見えるダーティウィンドウ
（ｄｉｒｔｙｗｉｎｄｏｗ　）とよばれる特有のｌｉｉ
質劣化があるが、動き補償フレーム間符号化においては
このターティウィンドウがモザイク状に動いて見えると
いう画質劣化が新たに発生し、待に画像の静止部分及び
画像の輝度変化の少い部分（以下において画像の静止的
部分と称する）において視覚上大きな妨害となる。

本発明の目的はこのような１大な画質劣化を大幅に軽減
できる動き袖償フレーム間復号化装置を提供することに
ある、 本発明は動ベクトルを示す符号と前記予測誤差信号を示
す符号とを分離して前記動ベクトルにもとづいて予測信
号を発生する手段と、前記予測誤差信号と前記予測信号
とからテレビジ曹ン信号をり号する手段と、前記後号手
段よシ出力されるテレビジ嘗ン信号のフレーム間におけ
る伽幅変化のうち少くとも微小変化を抑圧して出力する
手段とから、構成されている。

次に本発明の原理について説明する。動き補償フレーム
間符号化においてダーティウィンドウがモザイク状に動
きまわるという画質劣化が生じる原因は次の通シである
。動き補償フレーム間符号化においては現フレームのプ
ロ、りの信号と最も類似度の高い前フレーム信号のブロ
ック（この位置を示すものが動ベクトルである）の信号
を予測信号とし予測符号化を行っている。したがって予
測誤差信号に対する量子化特性を粗くした場合には量子
化雑音により前フレーム信号が劣化しているが、この劣
化した前フレーム信号から動ベクトルに基づいて予測信
号が発生されるので単純フレーム間符号化においては静
止していたダーティウィンドウがモザイク状に動いて見
えることとなる。

特Ｋ１１ＩＩ１１Ｉ！の静止的部分においては前フ、レ
ーム信号か量子化雑音によシ劣化していることから当該
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
似度が必ずしも最大とならず動いていると判定されるこ
とがあるため、このモザイクノくターンが動き回ること
となシ視覚上大きな妨害となる。

この様子をＭ２図を用いてより詳しく説明する。

第２図においてＡはテレビジ璽ン画面内の任意のある画
素の位置を示しており、ｖ（ｔｔ）−υ（１，）。

７（ｔ、）はムを含むブロックに対して各々フレーム時
刻Ｊ　＊　＊＠　＋　＊＠において検出された動ベクト
ルを示している。なお以下の説明において祉フレーム時
刻ｔ、、ｔ、、ｔｊは連続したフレーム時刻を示してお
）、かつｔｌより１フレ一ム時刻前をフレーム時刻１．
とする。

すなわち時刻ｔＩＫおける画素位置Ａの信号に対する予
測信号としては時刻ｔｏＫおける画素位置Ｂ；の信号値
が選ばれ、時刻ｔ、においては、時刻ｔ１における画素
位置Ｂｌ、の信号値が、時刻１ｓにおいては時刻ｔ、に
おける画素位置Ｂ−における信号値が予測信号として選
ばれる。このようにして発生され九予−１信号（前述し
た通り量子化器ｆＫより劣化した前フレーム信号よシ発
生されている）を用いて子側符号化復号化され九画儂を
テレビジ１７画面上で観察すると時刻ｔ、においては時
刻ｔｏにおいて１Ｉｉｌ素位置ＢＳＫ存在した量子化雑
音の影響が第２図上のムに現われ、時刻ｔ、においては
時刻ｔ、において画素位置ＢＱＩＣ存在した量子化雑音
の影響がＡＫ１時刻時刻においては時刻ｔ、において画
素位置Ｂ−に存在した量子化雑音の影響が１ｍ現われる
こととなる。

このことは画素位置Ａを含むブロック内のすべての画素
について同様に現われる。したがって前フレーム信号に
存在した量子化雑音の影響はプロ、りを単位として現わ
れることとなる。一方相互に隣接するブロックにおいて
は動ベクトルが相互に異なる（特に画像の静止的部分に
おい′ｃ）ので、隣接するブロックにおいては量子化雑
音の影響は異なってくる。またテレビジ璽ン画面上の同
一の位置のブロックにおいても、各フレーム時刻毎に動
ベクトルは変化するため、量子化雑音の影響は空間的に
変動するだけでなく時間的にも変動する。

このことをテレビ９１７画面上で観察すると、量子化雑
音がモザイク状に動いて見えることとなシ、きわめて重
大な画質劣化となる。

以上説明したメカニズムにより動き補償フレーム間符号
化においては予１１ＪＩＩ差信号の量子化を行う量子化
器により発生される量子化雑音がブロック状にテレビジ
１７画面上で動き回るように見えるという新たな画質劣
化が発生する。

館３図減予測誤差信号に対する量子化特性の１例（正入
力に対する入出力特性）を示したグラフである。このよ
うな量子化特性を用いた場合に前述の画質劣化に最も大
きな影響を与えるものは入力レベルの小さい部分におい
て発生する微小な量子化雑音である。その理由祉量子化
器に入力される予測誤差信号はその値がＯＫ集中し九分
布を有するからである。このような微小な量子化雑音が
時間的、空間的に変動する仁とにより画質劣化が発生す
る。

したがりてフレーム間におけるテレビジ曹ン信号の微小
変化を抑圧すればこの画質劣化を大幅に軽減することが
できる。

次に図面を参照して本発明の実施例について説明する。

第４図は本発明の動き補償フレーム間復号化装置の構成
を示すプロ、り図である。第４図においては信号線ｌＫ
動ベクトルを示す符号と予測誤差信号を示す符号とが入
力されてくるものとする。

信号線ｌにより入力されてくる符号はデマルチプレクサ
°２において予測誤差信号を示す符号と動ベクトルを示
す符号とに分離され、予測誤差信号を示す符号は信号線
３を介して第１の復号器５に、動ベクトルを示す符号は
信号線４を介して第２の復号器１８に入力される。第２
の復号器１８は入力された動ベクトルを示す符号を復号
して信号線１７を介して可変遅延回路１５に入力する。

一方第１の復号器５は信号線３によ）入力される予測誤
差信号を示す符号を復号し信舟線６ｔ−介して加算器７
に与える。加算器７は信号線６によシ与えられる伸長さ
れた予測誤差信号と信号線１６により与えられる予測信
号とを加算してテレビジ曹ン信号を復号し信号４１８に
出力し、次のフレームのテレビジラン信号の復号のため
にフレームメモリ１３に４えるとともに、フィルター回
路９に入力する。

フィルター回路９は、前述した隣接フレーム間における
テレビジラン信号の微小変化を抑圧して、信号線ｌＯを
介してディジタル／アナログ変換器（Ｄ／Ａ変ｍ器）Ｉ
Ｉに入力し、Ｄ／Ａｆ換器１１は入力されるディジタル
化されたテレビジ望ン信号をアナログ信号に変換し信号
線１２に出力する。

一方フレームメモリ１３に与えられたテレビジラン信号
はおよそｌフレーム時刻おくれて信号線１４に読み出さ
れ可変遅延回路１５に与えられる、可変遅延回ｊ１２ｉ
１５は信号＠１４によ多入力される信号を信号＠１７に
よ多入力される動ベクトル信号に応じて遅延し、子側信
号として信号＠１６に出力する。

この可変遅延囲路１５はランダムアクセス可能なメモリ
を用いてテレビジラン信号を２次元的に記憶できるよう
に構成されておシ動ベクトルに対応する前フレームのテ
レビジラン信号が１画素ずつ順次読み出される。

＃！５図（ａ）　、　（ｂ）はフィルター回路９の構成
を示すプロ、り図でめる。以下その動作について説明す
る。前述した迫り、フィルター回路９の機能は隣接する
フレーム間の微小変化を抑圧することであるが、この機
能を案現するためには糎々の構成が考えられる。以下に
おいて第５図（ａｌ　、　（ｂ）に示した方法について
以下では説明する。

まず第５図（＆）に示した構成によるフィルター回路９
について説明する。信号線８により入力されたテレビジ
ラン信号は減算器２０においてフレームメモリ２６から
信号線２５によシ与えられるｌフレーム前のテレビジラ
ン信号との差がとられ（すなわち隣接するフレームにお
ける差信号が計算される）、差信号か信号＠２１を介し
てｆ換回路２２に与えられる。変換回路２２はたとえば
第６図（正人力に対する入出力特性を示す）に示したグ
ラフのような微小入力に対するゲインｉｌより小とした
（実線部分）入出力特性を有してお多この変換回路２２
により隣接するフレームにおける信号値の微小な変化を
抑圧し、信号線２３を介して加算器２４に与える。加算
器２４は信号＠２３により入力される信号とフレームメ
モリ２６から信号！Ｉ２５を介して入力される１フレー
ム前のテレビジラン信号とを加算し、結果を信号線ｌＯ
に出力する。このようにして隣接するフレームにおける
信号値の微小な変化を抑圧したテレビ：）ｗン信号が得
られる。また信号１０に出力された信号はフレームメモ
リ２６にも入力され、次のフレームにおいて信号線８か
ら入力されるテレビジラン信号に対して上述した処理を
行う九めＫｆ用される。

次に第５図（ｂ）　Ｋ示した構成によるフィルター回路
９について説明する。信号線８によ多入力されたテレビ
ジ＊７Ｗｉ号はフレームメモリ３０及び減算器３２に入
力される。フレームメモリ３０は信号線８によ多入力さ
れたテレビジラン信号を１フレ一ム時刻遅延し信号線３
１を介して減算器３２及び加算器３６に与える。減算器
３２は、信号線８により入力されるテレビジラン信号か
ら信号線３１により入力される１フレーム前のテレビジ
ラン信号を減算する。このようにして隣接するフレーム
間における差信号が得られる。減算！ａ３２の減算結果
は信号＠１３３を弁して変換回路３４に与えられる。こ
こで変ＩＩ！回路３４の入出力特性は第５図（ｍｌの変
換回路２２と全く同様である。変換回路３４の出力信号
は信号！Ｉ３５によシ加算器３６に寿えられ信号線３１
により加算器３６に人力される１フレーム前の信号と加
算され、加算結果が信号１ＩｌｏＫ出方される。このよ
うにして隣接するフレームにおける信号値の微小変化を
抑圧したテレビジラン信号が得られる。

なお以上の説明においてはフィルタ回路９に使用される
変換回路２２又ｑ３４の入出力特性はたとえば第６図に
示したようなものを用いるものとして説明したが、その
他の入出力特性をもつものであっても少くとも微小振幅
入力に対して１未満の利得をもつ特性を有するものであ
れば使用することができる。

また第５図（ｂ）　Ｋ示したフィルター回路は次のよう
に変形することもできる。

以上においては第５図（ｂｌにおいては変換回路３４は
第６図に示した様な入出力特性を有するものとして説明
したが、変換回路の特性を、入力に対して一定値Ｇ（Ｇ
＜１）を乗するものとしても、動き補償フレーム間符号
化における画質劣化を同様に改善することができる。こ
の場合の信号ｉ１８から信号１１ｉ１１０への伝達関数
Ｈ（Ｚ）を求めると次式となる。

Ｈ（Ｚ）−Ｇ＋（１−Ｇ）・Ｚ　　　（Ｚ　　ニアＬ／
−ム遅延）したがって以上の説明においてはフィルター
回路９０機能は「隣接するフレーム間における信号値の
微小変化を抑圧する」として説明したが、以上の考察に
よシフイルター回路９は、連続するフレームの信号の加
重平均などのような特性をもつものであっても同様の効
果が得られることがわかる。

以上詳細に説明した通シ本発明によれば動き補償フレー
ム間符号化において発生する重大な画質劣化を軽減でき
る動き補償フレーム間復号化装置が得られ、実用上の利
点はきわめて大である。

ための概念図、 第２図は動き補償フレーム間符号化に特有の画質劣化を
説明するための概念図、 第３図は予測娯差信号に対する量子化特性の１例を示す
グラフ、 第４図は本発明の動き補償フレーム間後号化装置の一実
施例の構成を示すブロック図であり、第５図（＠）　、
　（ｂ）はフィルター回路の第１および第２の実施例の
構成を示すプロ、り図、第６図は変換回路の入出力特性
のｌ’ｌＪｒ示すグラフである。図において ２・・・デマルチプレクサ、　　５．１８　・・り号器
、７．２４．３６・・・加算器、　　９・・・フィルタ
ー回路、１１・・・ディジタルアナログ変換器、１３．
２６．３０・・フレームメモリ、１５・・・可変遅延回
路、　２０．３２・・・減算器、（ａ） 第Ｚ図 （ａ） Ｌ−−＋’　　　−−−Ｊ 第６図 入力

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 、テレビジ、ンＩＩ！ｉｔ像１フレームを複数個に分割
   して得られるブロックに対して、自販ブロック内のテレ
   ビリ曹ン信号の動きである動ベクトルを示す符号と、前
   記動ベクトルにより発生される前記プロ、り内のテレビ
   ジ璽ン信号の動きを補償した予測信号と前記プロ、り内
   テレビジｌン信号との差信号を量子化した信号である予
   測誤差信号を示す符号とを少なくとも含む信号から前記
   テレビジ箇ン画像を復号する動き補償フレーム間復号化
   装置であって、前起動ベクトルを示す符号と前記予測誤
   差信号を示す符号とを分離して前記動ベクトルにもとづ
   いて予測信号を発生する手段と、前記予測誤差信号と前
   記予測信号とかむテレビジ冒ン信号を復号する手段と、
   前記復号手段より出力されるテレビジ曹ン信号のフレー
   ム間における振幅変化のうち少なくと４億小変化を抑圧
   して出力する手段とを備えたことに％徴とする動き補償
   フレーム間復号化装置。