JPS63193784A - テレビ信号符号化装置 - 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〕 本発明はテレビ信号の高能率符号化に係わり、特に直交
変換との組合せに適した動き補償方式に関する。

〔従来の技術〕

テレビジョン（以下ＴＶと略称）信号は広い周波数帯域
を有するので、これをデジタル信号に変換し伝送するた
めには１通常、高い伝送速度を必要とする。この速度を
低減するために多くの手法が知られる０代表的な方式に
、「直交変換」と「動き補償フレーム間予測」がある０
例えば、吹抜敬彦著「画像のディジタル信号処理」　（
日刊工業新聞社）第１７９頁から第２２７頁。

「直交変換」は、ＴＶ信号は低周波成分にその電力が集
中するという統計的な性質を活用している。画像を、隣
接する数画素（例えば縦８画素、横８画素）のまとまり
である領域（ブロック）に分割して、ブロックごとに周
波数成分に直交変換する。変換した後、分散が大きい低
次項には多くのビット数を割り当て、Ｏ付近に集中する
高次項には少ないビット数、あるいは値が０である成分
の続く個数を符号化することにより、高い圧縮率を実現
する。

「動き補償フレーム間予測」は、フレーム間の相関性を
活用している。符号化するブロックに最も類似したブロ
ックを前のフレーム（或はそれ以前のフレーム）から探
し出し、２つのブロックの差分を伝送することにより元
の信号を伝送するよりも高い圧縮率を実現する。

最近では上記の２つの方式を併用する場合が多い、すな
わち、まず動き補償によって符号化するブロックに最も
類似したブロックを探し出し、そのブロックと差分をと
り、その差分に対して直交変換を施す方法である。この
方法により、「直交変換」、「動き補償フレーム間予測
」をそれぞれ単独で行うよりも、さらに高い圧縮率を実
現できる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

動き補償では、符号化するブロックと最も類似したブロ
ックを探し出すために、ブロックの類似度を定量的に表
す評価関数が必要である。従来、この評価関数として、
ブロック内の対応する画素値の差の絶対値の合計（絶対
値和）、或は画素値の差の二乗値の合計（二乗和）が用
いられている。

これらの評価関数は、ブロック間の差分の電力（誤差電
力）に相当する。そのため、動き補償した結果は、ブロ
ック間の誤差電力は全体として小さくなるが、高周波成
分の電力は動き補償前と変わらない、従って、直交変換
と組み合わせると、低次項の分散は小さくなるが、高次
項にもある程度のビット数を配分しなければならないの
で、低次項に電力を集中させ、エントロピーを減少させ
ること目的とする直交変換の特性を十分に生かせない。

本発明の目的は直交変換による圧縮効率を更に高めるた
めに、動き補償におけるブロック類似度の評価関数を改
良して、高品質なＴＶ信号をより低速度で伝送可能にす
ることにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記の目的は、動き補償の評価関数に、直交変換後の高
次項の電力を小さくする関数を採用することにより達成
される。すなわち、ブロックの類似度の評価関数として
、ブロック間差の高周波成分の電力を表す関数を用いれ
ばよい。

〔作用〕

上記の評価関数を用いて高周波成分の電力が最小になる
ブロックを探し、このブロックとの差分信号を直交変換
する。このとき、変換後の高次項の電力は従来の動き補
償に比べ減少し、０付近に集中する。逆に低次項の電力
は増加し、その分散は大きくなるが、低次項の分散は元
来大きいために、電力増加による影響は少ない。その結
果、高次項への配分ビット数は減少し、低次項への配分
ビット数は僅かに増加する。ブロック全体としては、高
次項の項数が多いこともあり、伝送するための全ビット
数は減少し、一層高い圧縮率が得られる。

〔実施例〕

以下に、本発明の実施例を示す。

実施例を説明する前に、第２図を用いて、直交変換に離
散コサイン変換（ＤＣＴ）を用いた場合の、一般的なＴ
Ｖ信号符号化回路について説明する６本発明は第２図の
回路の一部分である。

第２図においてテレビカメラ１から入力したテレビ信号
はＡ／Ｄ変換回路２によりディジタル信号に変換された
後に、Ｙ／Ｃ分離回路３にてＹ信号あるいはＣ信号を抽
出されフレームメモリ４に格納される。以下、フレーム
メモリ４に格納されている信号を現フレーム信号と呼ぶ
。また、フレームメモリ１１に格納されている信号は、
現在処理しているフレームの１つ前に伝送したフレーム
信号であり、以下、前フレーム信号と呼ぶ。

この後に述べる処理は、現フレーム信号、前フレーム信
号共に、ブロック単位に行う、現フレームのブロックは
、次に述べる動き補償ブロックとの差分を取りＤＣＴ回
路５に入力される。

動き補償ブロックとは前フレーム信号の中で、符号化す
るブロックに最も類似したブロックである。以下に動き
補償ブロックを定める方法について説明する。動きベク
トル検出回路１３は、前フレームのある範囲内に存在す
るブロックの中で、符号化するブロックとの間の誤差が
最も小さいものの位置を動きベクトルとして動きベクト
ル信号１９として出力する。可変遅延回路１２では、こ
の動きベクトルによって示されるブロックをフレームメ
モリ１１から取り出す。

符号化ブロックと動き補償ブロックとの差分信号は、Ｄ
ＣＴ回路５で直交変換され、変換された各係数は量子化
回路６で量子化される。符号化回路７では量子化された
ＯＣＴ係数と動きベクトルを符号化して、伝送制御回路
８を通して伝送回線１４に伝送する。一方、量子化され
た。ＯＣＴ係数。

は逆量子化回路９、逆ＤＣＴ回路１０によって差分信号
に復号化される。復号化された差分信号は。

上記の動き補償ブロックの信号と加算されて画像として
復号化される。復号化された画像は受信側で得られる画
像と同一である。この画像はフレームメモリ１１に格納
されて、次のフレームの処理の時にｒ前フレーム」とし
て使われる。

以下、本発明の第一の実施例を第１図、第３図を用いて
説明する。第１図の回路は、第２図の動きベクトル検出
回路１３の詳細である。第１図において点線３１で囲ま
れた部分が本発明である。

アドレス発生回路２０は、ブロック内の全ての画素を１
回づつアクセスするようなアドレス１５を生成する（第
３図、油号ＡＤＸ）、このアドレスはフレームメモリ４
にある符号化するブロックの画素のアクセスに使われる
と共に、後述する信号ＶＤを加えて、フレームメモリ１
１の動き補償候補ブロックをアクセスするアドレス１７
（第３図、信号ＡＤＹ）を生成するのに使われる。動き
ベクトル生成回路２１は動き補償ブロックを探索する位
置の相対アドレスを順次生成する（第３図。

信号ＶＤ、なお、第３図においてＭは探索するブロック
の数を表す）。

アドレス１５．アドレス１７によってアクセスされた。

それぞれのブロック内の画素の値は画像入力信号１６．
１８に入力される。これらの信号は差分を取り二乗回路
２２で２乗され、累積回路２３で加算される。この累積
値は、ブロック間誤差電力の総和でブロック間誤差を評
価する従来例と同一である。これらの処理と同時に入力
信号１６．１８は、それぞれ累積回路２４．２５で加算
される。１ブロツクの全ての画素に対する処理が行われ
た後、Ｘ、Ｙ各々の累積信号は差分を取られ二乗回路２
６で２乗され、１／Ｎ倍回路２７で１／Ｎ倍される。こ
こでＮはブロック内の画素の総数である。累積回路６の
出力（入力値の差分の二乗和）から、この１／Ｎ倍され
た信号を引いた信号が、本発明による２つのブロック間
誤差となる（第３図、信号ＥＲＲ）、ブロック間誤差信
号は比較器２８によって、それまでの最小値と比較され
、小さい場合には、第３図の信号Ａ＜Ｂがアクティブに
なり、ラッチ２９にその値が保持されると同時にラッチ
３０にそのときの動きベクトルが保持される。なお、ラ
ッチ２９は１つの動きベクトル検出を始める前に初期化
しておく必要がある。１つの符号化するブロックとすべ
ての動き補償候補ブロックとのフレーム間誤差の演算が
終った後に、ブロック間誤差が最小であったブロックが
動き補償ブロックとなり、その相対位置を動きベクトル
信号１９に出力する（第３図、信号ＶＯＵＴ）。

第１図の回路は評価関数として Ｆｉ　（Ｘ、Ｙ） ；　Σ（（ｘｌ−−ｘ、） （ｙｔａ−ｙｊ）’ ＝（Σ　（Ｘ量−−ｙｓｌ）”） ｘ、、ｙ、：　ｘ、ｙの平均 を用いたものである。この式の処理は第１図の２０−２
７の部分の回路で行われる。これは直流成分（信号の平
均値）を除いた成分の電力を最小にするものである。

次に第２の実施例について、第４図、及び第５図を用い
て説明する。第４図は、動き補償フレーム間予測符号化
装置における動きベクトル検出回路の構成を示したもの
である。

第１の実施例と同様、ブロック間誤差が最小になる動き
ベクトルを検出するため、動きベクトル発生回路２１に
より生成される動きベクトルの各各について、現フレー
ムと前フレームの画像信号の相関を評価関数Ｆｚ　　（
Ｘ、Ｙ）により、評価する。

第１の実施例との相違点は、画像信号の直流成分を除去
する回路のかわりに、２次元のバイパスフィルタ３２．
３３を設けた点にある。これらのフィルタの出力の差成
分は、ブロック毎に累積され、その値の最小値がラッチ
２９に保持される。

本実施例の評価関数は、次式で表わされる。

Ｆ２（Ｘ、Ｙ）＝Σ（Ｈｔ（ｘ　ｉＪ）　　Ｈ２０’　
１７））ここでＨｘ、Ｈｚは現フレームと前フレームの
フレームメモリから読みだされた画像信号Ｘｓａ。

ｙ、ｊに、それぞれ２次元のバイパスフィルタを通した
信号である。

２次元バイパスフィルタの特性としては種々のものが考
えられるが、その１例として第５図（ａ）に示すものが
あげられる。これは、注目する画素の値を４倍し、その
値から、上下左右に隣接する画素の値を差し引いたもの
である。

このほか、第５図（ｂ）に示すように、ブロックをたと
えば４分割し、これらのサブブロック（ＢＬｌ、　Ｂｔ
ｚｓ　Ｂａｔ、　Ｂａｔ）ごとに平均値を差し引くこと
により、直流付近の成分を除去する方式％式％ また、第４図では、現フレーム用と前フレーム用に独立
したバイパスフィルタを用いているが。

評価関数が線形の場合には二乗回路２２の前段に設ける
ことにより、１系列に省略することも可能である。

以上のような検出方法を採用することにより。

画像信号の直流付近の成分を除いた部分の電力が、最小
となる動きベクトルを容易に検出することができ、動き
補償フレーム間符号化装置の符号化効率を向上させるこ
とが可能になる。

〔発明の効果〕

第１図に示した実施例について、比較的動きの小さい画
像でシミュレーションを行った結果、評価関数に絶対値
和、二乗和を用いた場合よりもエントロピーは小さくな
り、絶対値和の場合に比較して約５％減少することがわ
かった。

また、画面内の動き量が大きい時、画面の明るさが変化
した時１画面が切り替わった時には、評価関数に絶対値
和、二乗和を用いた場合よりもエントロピーが５％以上
減少することがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図、第３図はそれぞれ本発明の一実施例における動
きベクトル検出方法を説明するためのブロック図ならび
にタイミングチャート、第２図は、直交変換に離散コサ
イン変換（ＤＣＴ）を用いた場合の、一般的なＴＶ信号
符号化回路を説明するためのブロック図、第４図は本発
明に使用される動きベクトル検出回路の一実施例の構成
図、第５図は上記第４図の動作説明のための信号ブロッ
ク図である。 第１図および第２図において、１・・・テレビカメラ、
２・・・Ａ／Ｄ変換器、３・・・Ｙ／Ｃ分離器、４・・
・フレームメモリ、５・・・ＤＣＴ回路、６・・・量子
化器、７・・・符号化器、８・・・伝送制御回路、９・
・・逆量子化器。 １０・・・逆ＤＣＴ回路、１１・・・フレームメモリ、
１２・・・可変遅延回路、１３・・・動きベクトル検出
回路、１４・・・伝送器、１５・・・現フレーム内ブロ
ック用アドレス信号、１６・・・現フレーム内ブロック
画索値信号、１７・・・前フレーム内ブロック用アドレ
入信号、１８・・・前フレーム内ブロック画素値信号、
１９・・・動きベクトル信号、２０・・・ブロックアド
レス生成回路、２１・・・動きベクトル生成回路、２２
・・・二乗回路、２３・・・累積回路、２４・・・累積
回路。 ２５・・・累積回路、２６・・・二乗回路、２７・・・
１／Ｎ倍回路、２８・・・比較器、２９・・・ブロック
間誤差最小値保持用ラッチ、３ｏ・・・動きベクトル保
持用ラッチ、３１・・・本発明部分。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、テレビ信号の、動き補償を伴う直交変換符号化にお
   いて、ＴＶ信号をブロック単位の信号に走査変換する手
   段、前フレームのＴＶ信号を予め定められた期間遅延さ
   せる手段、遅延した信号からブロックを構成する手段、
   前述の２つのブロック間差の高周波成分の誤差電力を計
   数する手段、前述の遅延量を変化させ、その範囲内で誤
   差電力の最小値を比較決定する手段、その遅延量に対応
   する位置にある、前フレームのＴＶ信号を用いて、符号
   化するＴＶ信号を予測する手段、予測誤差を直交変換す
   る手段、直交変換した信号を符号化し、前述の遅延量に
   対応する動きベクトルと共に伝送する手段を有すること
   を特徴とするテレビ信号符号化装置。