JPS6146685A - 動画像信号の予測符号化装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、テレビ会議信号など動画像信号を帯域圧縮符
号化する装置に関するものである。

（従来技術とその問題点） テレビジョン信号を始めとする動画像信号（以後これを
テレビジョン信号で代表する）を圧縮符号化する方法と
しては従来からフレーム間予測符号化方式が知られてい
る。このフレーム間予測符号化方式は、メモリに記憶さ
れた過去のフレームと符号化しようとする現在のフレー
ムの間で同じ位置の画素の輝度振幅値の差分をとシ、そ
れを量子化して伝送する方式である。この方式は、静止
画や動きの領域の面積が小さな画像が入力される場合に
は極めて大幅な圧縮が可能となるが、反面動き領域の面
積が大きくなるにつれ、急激に圧縮率が低下する欠点が
ある。この欠点を補なうものとして動き補償符号化方式
があげられる。この方式は画素毎にあるいはある大きさ
のブロック毎に、物体の動きに対応した動ベクトルを求
め、この動ベクトル分だけ空間的に変位を補正してフレ
ーム差分を計算する方法である（二宮、「フレーム間符
号化における動き補正」電子通信学会技術研究報告ｖｏ
１．７８、陽３９．１９８４　）。

いずれの方式を用いる場合でも静止画の入力に対して、
あるいは、動画においても静止領域に対しては、本来、
伺らの情報も発生しないはずであるが、実際にはサンプ
リングパルスのジッタや入力画像信号そのものに含まれ
る雑音の影響で輝度振幅値にレベル変動が生じ、静止画
や静止領域に対しても多くの情報が発生する場合が多い
。そのような場合には伝送路容量の制約のため、サブサ
ンプルなどを行なって発生情報量を減少させるような符
号化制御が行なわれる。その結果、静止領域においても
空間解像度の低下、即ちボケが生じる。

静止領域は、動画像としては、本来は何らの情報も発生
しない領域であるから、これは不自然な制御による欠点
である。

この欠点を補なうために、複数の予測関数の中から選択
された予測関数が、静止領域に適した予測関数である場
合には、その領域の予測誤差信号に対して粗い量子化特
性を適用して、雑音やサンプリングパルスのジッタに由
来する情報の発生を抑圧する方式が考案された（特願昭
５８　＝　０１６４０９号明細書）。この方式によれば
、静止領域とみなされる領域と、動領域とみなされる領
域では、異なる量子化特性が適用されるためすなわち動
領域に対して粗い量子化特性を適用しないようにするた
め、これが適用された場合に生じるダーティ−ウィンド
ウと呼ばれる汚れた窓を通して画像を見るような劣化が
軽減される効果があった。しかしながらこの方式の場合
、予測関数の選択に量子化誤差により歪んだ信号を用い
ているため静止領域に適した予測関数が選ばれる領域が
必ずしも実際の静止領域とは対応しない場合があシ、そ
の結果、静止領域の中、あるいは動領域の中に、粗い量
子化特性が適用される部分と細かい量子化特性が適用さ
れる部分が混在してしまい不自然な画質劣化を生じると
いう欠点があった。

（発明の目的） 本発明は、予測符号化を行なうにあたシ、入力動画像信
号に対し静止領域をより正確に判別し、判別された静止
領域の予測誤差信号に対しては粗い量子化を適用するこ
とで雑音やサンプリングパルスのジッタに由来する情報
の発生を抑圧することを目的とする。

（発明の構成） 本発明は複数個の予測関数より最適予測関数を決定する
手段、該最適予測関数を用いて予測信号を発生する手段
、該予測信号と、入力された動画像信号とから予測誤差
信号を得る手段、該入力される動画像信号を少々くとも
１画面記憶する手段、該記憶手段出力の動画像信号と該
入力される動画像信号とからフレーム差分信号を発生す
る手段、該フレーム差分信号に基づいて符号化しようと
する画素が動き部分にあるか静止部分にあるか判定する
手段、該判定結果に基づいて符号化しようとする画素が
静止部分にある場合は、前記予測誤差信号に対して粗い
量子化を行なえる量子化手段、を具備することを特徴と
する動画像信号の予測符号化装置である。

（構成の詳細な説明） 本発明においては、第１に画面内の静止領域を判別する
ことが必要である。そのためには、まず差分量子化誤差
などの歪を含んでいない入力画面を記憶しこれを現在の
画面との間で対応する同じ位置の画素の輝度振幅値の差
、即ち差分信号を求める。この各画素毎の差分値は、た
とえばランダムノイズなどによるレベル変動の影響もあ
シ、必ずしもその絶対値が大きいからといって、その画
素が動領域内の画素であるとは限らない。しかしランダ
ムに発生する雑音は、ある大きさを持ったブロック、あ
るいは領域内で考えれば動領域、静止領域とでほぼ同様
に発生しておシ従ってこの雑音に基ずくフレーム差分値
の絶対値をある大きさのブロックで積分すれば、その値
はほぼ一定である。物体の動きにより生じるフレーム差
分値の絶対値のブロック内積分値はこの雑音に基ずく一
定値に加算される。従っである一定値に相当する閾値を
超える領域と超えない領域とで、動き領域と静止領域と
を分離させることができる。あるいは、フレーム差分値
がある値を越える画素を有意画素としこの有意画素の個
数をブロック内で加算する、加算された有意画素の個数
と設定された閾値との大小比較により、動き領域と静止
領域に分離することができる。

本発明では、上述のような方法で分離された、背景など
の静止領域に対しては、デッドゾーンと呼ばれる出力信
号がゼロとなる入力信号の範囲を広げる粗い量子化特性
を適用する（これをデッドゾーン制御と称する）、この
デッドゾーン制御による粗い量子化は、大振幅の入力に
対しては、何ら影響も与え力い低制御情報を受信側に伝
える必要がないなど、量子化ステップ制御とは根本的に
異なる。

以上のような方法で、本発明は、動き領域での画質を損
なうことなく雑音による情報の発生を抑えることができ
る。

（実施例） 第１図を用いて本発明の一実施例である動き補償付予測
符号化装置を説明する。線１０００を介して入力動画像
信号はフレームメモリ１０、最適予測判定回路１２、減
算器１１　、１３へ供給される。

フレームメモリ１０は動画像信号１フレーム分記憶でき
るもので、入力動画像信号をおよそ１フレーム遅延させ
線１０１１を介して減算器１１へ線１０１２を介して最
適予測判定回路１２へ出力する。

減算器１１は入力動画像信号と、１フレーム時間遅延さ
れた過去の動画像信号のフレーム差分値を計算し線１１
１５を介して量子化回路１５へ出力する。最適予測判定
回路Ｊ２は入力動画像信号とフレームメモリ１０から供
給される画像信号とから予測誤差が最小となる予測関数
を１個選択し、これを線１２１４を介して可変遅延回路
１４、線１２１３を介して量子化回路１５、線１２１７
を介して不等長符号器１９へ供給する。この最適予測判
定回路１２は、前述の二宮の論文に記載された複数個の
画素からなるブロック単位で行なわれるものを用いるこ
とができるがこれに限定されるものではない。また、こ
の最適予測関数は画面内の動きを表わす動ベクトルに対
応している。可変遅延回路１４は、最適予測判定回路１
２から供給される最適予測方式により示される空間変位
量に従って線１６１７を介してフレームメモリ１６から
供給される局部復号信号を可変遅延しこれを予測信号と
して減算器１３と加算器１７へ出力する。この可変遅延
回路１４の遅延量とフレームメモリ１６と合わせた遅延
量は、予測方式がフレーム間予測であるときは丁度１フ
レ一ム分に相当するようになっている。

減算器１３は入力画像信号と可変遅延回路１４より供給
されるおよそ１フレ一ム分遅延された画像信号との差分
演算を行ない差すなわち予測誤差を算出して線１３１５
を介して量子化回路１５へ出力する。量子化回路１５に
ついては、第２図を用いて後に詳述するが、予測誤差に
対して量子化処理やサブサンプリングを行ない、これを
線１５００を介して不等長符号器１９と加算回路１７へ
供給する。加算回路１７は、量子化された予測誤差と可
変遅延回路１４から供給される予測信号を加算して局部
復号信号を算出しこれを内挿回路１８−＼出力する。内
挿回路１８は、制御信号発生器２０から供給される制御
信号がサブサンプリングを表わしているときはサブサン
プルされた画素を隣接する画素を用いて内挿補間するが
、これはたとえば両隣の画素の平均値を求める方式が用
いられる。

フレームメモリ１６は内挿回路１８から供給される局部
復号信号をおよそ１フレ一ム分記憶するもので、これを
線１６１７を介して可変遅延回路１４へ出力する不等長
符号器１９は、線１５００を介して供給される量子化さ
れた予測誤差信号、線１２１７を介して供給される最適
予測関数をそれぞれに適した不等長符号を用いて圧縮符
号化するが、制御信号発生器２０から供給される制御信
号も同時に符号化し、これらをバッファメモリ２１へ出
力する。バッファメモリ２１は、不等長符号器１９の出
力符号の量が時間的に変動するので、これを一定速度の
伝送路に対し、速度整合を行ない伝送路２０００へ出力
するほか、メモリの何チを使用中であるかを示す充足度
を制御信号発生器２０へ出力する。制御信号発生器２０
は、バッファメモリ２１の充足度を常に監視しておシあ
らかじめ設定される符号化の制御単位時間毎に、充足度
に、適応した制御信号を線２０１５を介して量子化回路
１５、内挿回路１８、不等長符号器１９へ出力する。た
とえば、バッファメモリ２１の充足度が非常に低いとき
は、密な量子化特性を用い、充足度が増すにつれて粗い
量子化特性を用いるように量子化回路１３へ出力するが
、それでも充足度の増大が止まらない場合はサブサンプ
ルを行なうようにする。

次に量子化回路１５について、第２図ν第３図を用いて
説明する。量子化回路１５は、線１３１５を介して供給
される予測誤差を量子化してその結果を線１５００へ出
力する。本実施例では、２組２種計４種類の量子化特性
が用いられ、各々は変換回路１３３，１３４，１３５，
１３６により実現されているものとする。これらの変換
回路は読み出し専用メモＩＪ（ＲＯＭ）を用いると容易
に実現できる。量子化特性の１例を第３図に示す。たと
えば第３図実線は１３３、波線は１３４の特性を示して
いる。第２図の４種の変換回路１３３〜１３６の変換出
力は選択回路１３８により１個だけ選択されゲート回路
１４０へ出力される。フレーム差分加算回路は、たとえ
ば第１図１２の最適予測判定回路が用いられるブロック
の単位で線１１１５を介して供給されるフレーム差分絶
対値のブロック内総和あるいは、絶対値がある値より大
であるフレーム差分を生じる画素の個数（有意画素数）
を計算し、これを判定回路１３７へ供給する。ノルム計
算器１３２は線１２１３を介して供給される最適予測関
数（動ベクトル）のノルムを計算し、判定回路１３７へ
供給する。判定回路１３７は、フレーム差分の絶対値の
ブロック内総和あるいは有意画素数とし動ベクトルのノ
ルムとを各々設定された閾値と大小比較し対象とするブ
ロックが動領域であるか静止領域であるかを判定し、そ
の結果を選択信号発生器１３９へ出力する。たとえば、
動ベクトルのノルムが小でかつフレーム差分絶対値のブ
ロック内総和あるいは有意画素数がやけ多閾値より小で
あるときはそのブロックは静止領域のブロック、それ以
外のときは動領域のブロックであると判定を行なう。選
択信号発生器１３９は線２０１５を介して供給される制
御信号と判定回路１３７の結果から選択回路１３８にお
ける選択信号と、ゲート回路１４０に対するゲート信号
とを発生し、それぞれ線１３１３ν１３１８を介して供
給する。選択回路１３８における選択が量子化特性の選
択に対応する。

たとえば線２０１５から量子化特性が指定される場合に
は、判定回路１３７の判定結果に応じて、出力信号がゼ
ロとなる入力信号の範囲（デッドゾーンと呼ばれる）の
異女る２つの量子化特性のいずれかを選択することを選
択回路１３８へ指定する。つまシ判定結果が静止領域を
示しているときは、デッドゾーンの広い量子化特性（第
３図波線、デッドゾーンがＢ）たとえば変換回路１３４
を選択させそれ以外のときは、デッドゾーンのせまい量
子化特性（第３図実線、デッドゾーンが人）たとえば変
換回路１３３の選択を指示する。

次に線２０１５により、サブサンプリングが指定された
場合を説明するサブサンプルの場合、間引かれる符号化
され力い画素に対してはゲート回路１４０では量子化出
力をゼロにし符号化される画素に対しては入力をそのま
ま出力とする。即ち、ゲート回路１４０へ供給されるゲ
ート信号が間引きの実行／停止を制御する。

本実施例では最適予測関数を表わす情報を伝送する場合
を例にとって説明したが、符号化法の画素のみを用いて
最適予測関数を検出する場合にはこの情報は伝送する必
要がない。

（発明の効果） 以上詳しく説明したように本発明によれば、動き領域の
画質を損うこと力＜、雑音等による情報の発生を抑圧す
ることができ、実用に供することの効果は極めて大きい
。

【図面の簡単な説明】

第１図り第２図は本発明に係る予測符号化装置を説明す
るためのブロック図、第３図は量子化特性の一例を示す
図である。 図において、１０ｙ１６は７レースメモリ、１１　。 １３は減算器、１２は最適予測判定回路、１４は可変遅
延回路、１５は量子化回路、１７は加算器、１８は内挿
回路、１９は不等長符号器、２ｏは制御信号発生器、２
１はバッファメモリ、１３１はフレーム差分加算回路、
１３２はノルム計算器、１３３〜１３６は変換回路、１
３７は判定回路、１３８は選択回路、１３９は選択信号
発生器、１４０はゲート回路である。 オ　２　図 オ　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 複数個の予測関数より最適予測関数を決定する手段、該
   最適予測関数を用いて予測信号を発生する手段、該予測
   信号と入力された動画像信号とから、予測誤差信号を得
   る手段、該入力される動画像信号を少なくとも１画面記
   憶する手段、該記憶手段出力の動画像信号と該入力され
   る動画像信号とからフレーム差分信号を発生する手段、
   該フレーム差分信号に基づいて符号化しようとする画素
   が動き部分にあるか静止部分にあるか判定する手段、該
   判定結果に基づいて符号化しようとする画素が静止部分
   にある場合は、前記予測誤差信号に対して粗い量子化を
   行なえる量子化手段、を具備することを特徴とする動画
   像信号の予測符号化装置。