JPS63209286A - 動き補償符号化における動きベクトル評価方法 - 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） 本発明はテレビジョン信号の動き補償フレーム間符号化
方式において、動きベクトルの評価方式に関するもので
ある。

（従来の技術） 従来より用いられている動き補償フレーム間符号化方式
はブロック化された画像信号Ｘに対し、前フレームの画
像を動きベクトルＶだけ移動することによって作成され
る画像信号Ｙ（ｖ）を用いて、ｄ　＝　Ｘ　−Ｙ　（Ｖ
ｏｐｔ）を得るものである。この方法は動き補償を用い
ない、単純フレーム間予測符号化方式より予測誤差信号
電力減少でき、動きベクトルを伝送するための符号量を
加味しても、一定の歪を実現するための相互符号量が減
少できる特性を有している。

（発明が解決しようとする問題点） しかし、動きベクトルの評価条件、および予測誤差信号
の作成条件からは、以下に示す欠点が伴なっている。

（１）動きベクトルを精度良く符号化して伝送しても、
動きベクトル符号化ビット数に見合うたけ予測誤差信号
が減少しない場合かある。

（２）動きベクトルのわずかな誤差によって発生する予
測誤差信号を、動きベクトルのわずかの誤差（例えば０
．５画素以内の誤差）に伴う予測誤差は視覚的には検知
しにくい誤差であるにもかかわらず一般の予測誤差と同
様に符号化する必要かある。

本発明の目的はこれらの欠点を解決するための動きベク
トルの評価方法と予測誤差信号の作製方法を提供するこ
とにある。

（問題点を解決するための手段と作用）本発明の動き補
償符号化におけるベクトル評価方式は上記の目的を達成
するために、動き補償を行うフレーム間符号化方式にお
いて、動きベクトルの候補ベクトルの集合を（Ｖ０、Ｖ
、、・・・。

■Ｎ）、ベクトルの要素Ｖｉを伝送するに必要な符号量
をＣ（ＶＤ　ビット、ベクトル■１を採用した場合の予
測符号化残差信号電力をＤ（Ｖｉ）とし、評価関数Ｆ（
Ｖｉ）−Ｆ（Ｃ（Ｖｉ）　、　Ｄ（Ｖｉ））を最小とす
るベクトルＶｏｐｔを最適ベクトルとして伝送すること
を特徴とするもので動きベクトルの評価関数として、動
きベクトルＶｉに対する予測誤差電力Ｄ（Ｖｉ）の他に
、動きベクトルＶｉを伝送するに必要な符号量Ｃ（Ｖｉ
）を変数として用いることによって、一定符号量のもと
て予測誤差電力を最小とすることである。また、わずか
な動きベクトルの誤差に対してはそれを許容するように
予測誤差信号を生成することによって、視覚的に許容さ
れ得る歪を残した条件下で、予測誤差信号の符号化に必
要とするビット数を減少させることにある。

（実施例） 第１図は本発明の第一の実施例を説明する図であって、
１は信号入力端子、２は動きベクトル候補の発生回路、
３は動きベクトルの補償回路、４は減算回路、５は動き
ベクトルの評価関数、６は評価関数の最小点検出回路、
７は動きベクトル補償回路、８は減算回路、９は乗算回
路、１０は予測誤差信号の出力端子、１１は動きベクト
ルの出力端子、１２は前フレームデータの入力端子、１
３は入力信号の差分信号生成回路、１４は予測誤差の抑
圧制御回路である。

即ち、入力端子１より入力された信号Ｘは、ベクトル発
生回路２で発生した動きベクトル候補Ｖｉを用いて端子
１２より入力される前フレームデータを動きベクトル補
償回路３によってシフト生成した予測信号Ｙ（Ｖｉ）を
、減算回路４によって減算される。減算回路４の出力は
、動きベクトルＶｉに対する予測誤差信号ｄｉ（ｘ）で
ある。ｄｉ（ｘ）は動きベクトルＶｉとともに評価関数
５に入力される。

評価関数５は一般的１：Ｆ（Ｄ（Ｖｉ）、Ｃ（Ｖｉ））
ノ形で実現するものとする。Ｄ（Ｖｉ）は予測誤差信号
ｄｉ（ｘ）の電力 Ｄ（Ｖｉ）＝Σｄｉ２　（ｘ） Ｃ（Ｖｉ）は動きベクトルＶｉを伝送するに必要な符号
化ビット数である。Ｆ（Ｄ（Ｖｊ）、Ｃ（Ｖｉ）　）の
実際的な形は例えば Ｐ（Ｖｊ）−Ｆ（Ｄ（Ｖｉ）、Ｃ（Ｖｊ））−１ｏｇ　
２　［Ｍａｘ（Ｄ（Ｖｉ）、ＴＨｏ　）ｌ−αｃ（Ｖｉ
）である。上式は以下の考え方にもとづいて導出される
。第２図にその原理を示す。第２図において点（Ｃ（Ｖ
ｉ）　、Ｄ（Ｖｉ））は動きベクトルｖｉニヨッテ実現
される予測誤差電力Ｄ（Ｖｉ）と所要符号化ビット数Ｃ
（Ｖｉ）の関係を示している。斜線は、動き補償誤差信
号を符号化する場合の符号化ビット数Ｃと符号化歪りの
関係を示している。この値は例えばα　Ｃ Ｄ＝ＤＯ／２　　　として与えられる。αは信号の次元
数や相関関係により定まるある係数である。

この結果、動き補償符号化、動き補償残差信号の符号化
を行ない最終的な符号化歪を一定の符号化ビット数Ｃｍ
のもとて最小とするためには、第２図の（Ｃ（Ｖｏｐｔ
）、Ｄ（Ｖｏｐｔ））が選ばれれば良く、すなわちＤ〈
Ｖｏｐｔ〉／２ａＣ（■０ｐ１）が最小となれば良い。

一方、誤差電力はあるしきい値電力Ｔｌｌ０以下となれ
ば充分である場合がある。この場合には、歪が小さくな
るからといって、長い符号を持つ動きベクトルを選ぶ必
要はない（同図中の白丸の点）。

このためには、全電力をＭａｘ（Ｄ（Ｖｉ）、ＴＨｏ　
）として評価すれば良い。

以」二の結果書られる評価値Ｐ　（Ｖ　ｉ　）は最小点
検出回路６へ入力される。最小点検出回路６では評価値
Ｆ（Ｖｉ）の最小値が得られるＶｊを最適ベクトルＶｏ
ｐｔとして出力する。Ｖｏｐｔは動きベクトル出力端子
１１より出力されるとともに、次段の動きベクトル補償
回路７へ入力される。動きベクトル補償回路７では前フ
レームのデータをベクトルＶｏｐｔだけシフトした信号
を生成し、予測信号として次段の減算回路８へ入力する
。減算回路８では入力信号より、動きベクトルＶｏｐｔ
によって予測された信号を減算し、予測誤差信号ｄ　ｏ
　（Ｘ）を得る。

ｄ　ｏ　（Ｘ）は乗算回路９を介して予測誤差信号ｄ　
１（Ｘ）として端子１０より出力される。

乗算回路９は予測誤差信号のうち、許容できる歪信号に
対しては強制的に０を置換するものであり、以下の原理
にもとづいて動作する。

いま、検出された動きベクトルをＶｏｐｔ＝（ＶＸ　、
　Ｖｙ）予測誤差信号をｄ　Ｏ（Ｘ、Ｙ）とする。

（Ｘ、Ｙ）はブロック化された画像のｘ、ｙ座標を、Ｖ
ｘ　、　Ｖｙは動きベクトルのＸ成分、ｙ成分を示す、
ｄ　ｏ　（ｘ、ｙ）は入力画像Ｘ　（ｘ　、　ｙ）前フ
レーム画像Ｙ（ｘ、ｙ）を用いて ｄ　ｏ　（ｘ＝ｙ）＝Ｘ（ｘ、ｙ）−Ｙ（ｘ＋Ｖｘ、ｙ
＋Ｖｙ）である。動きベクトルの真値を Ｖ−Ｖｏｐｔ＋△Ｖ−（Ｖｘ＋△Ｖｘ、Ｖｙ＋△Ｖｙ）
とすると、Ｖｏｐｔ＋△Ｖによって予測誤差は本来次の
ようになる。

ｄ’　（ｘ、ｙ）＝Ｘ（ｘ、ｙ）−Ｙ（ｘ＋Ｖｘ＋△Ｖ
ｘ　、　ｙ＋Ｖｙ＋△Ｖｙ）ｄ’（ｘ、ｙ）はＸ（ｘ、
ｙ）のＸ方向、Ｘ方向への差分信号Ｘｘ（ｘ、ｙ）　、
Ｘｙ（ｘ、ｙ）を用いてｄ’（ｘ、ｙ）　’１Ｘ（ｘ−
△Ｖｘ、ｙ−△Ｖｙ）−Ｙ　（Ｘ＋ＶＸ　、　ｙ＋Ｖｙ
）＝ｄ　ｏ　（ｘ、ｙ）−（Ｘｘ（ｘ、ｙ）△Ｖｘ＋Ｘ
ｙ（ｘ、ｙ）△Ｖｙ）となる。△Ｖｘ、△Ｖｙとして１
／２画素以内の偏差を考えれば −０，５≦△Ｖｘ、△Ｖｙ≦０，５ である。この（△ＶＸ、△Ｖｙ）によって、１１ｄ’（
ｘ、ｙ）ＩＩ２＜ＴＨ２となレバ、コノ誤差信号ハ１／
２画素系以内の動きベクトル誤差によって発生している
と見なすことができ、視覚的には許容することも考えら
れる。

ｄ’（ｘ、ｙ）の近似的な評価方法として、を考える。

すなわぢ、ブロック内の各画素に対し任意の０．５画素
以内の変動を許容し、これがしきい値Ｔｌ１１以内に入
る場合には、この歪を許容することにする。

以上の結果、入力信号Ｘ　（ｘ　、　ｙ）、予測信号ｄ
　ｏ　（ｘ、ｙ）を用いて、その予測誤差が有効か否か
を判定する方法が得られた。第１図において、差分信号
生成回路１３は入力信号Ｘ　（ｘ　、　ｙ）より差分信
号Ｘｘ（ｘ、ｙ）　、Ｘｙ（ｘ、ｙ）を作成し、誤差抑
制制御回路１４は、第３図に示すように上式の判定を行
なう。

上式が満足されれば乗算回路９はオフとなり予測誤差信
号はＯに抑圧される。

なお、誤差抑圧回路の方式として、近似的な評価方法を
示したが、一般的には、検出された動きベクトルＶｏｐ
ｔの視覚的に許容できる近傍Ｖｏｐｔ＋△■内に、予測
誤差がしきい値ＴＨ以内となる真のベクトルが存在する
と見なされた場合に、Ｖｏｐｔを伝送するとともに予測
誤差をＯに設定する方法であれば、他の方法も適用でき
る。

（発明の効果） 以」−説明したように、符号化ビット数と予測誤差信号
電力の双方より動きベクトルを評価し、また予測誤差信
号のうち動きベクトルの誤差にもとづく歪を強制的にＯ
に設定することができるので、動き補償フレーム間予測
符号化方式の符号化効率を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図、第２図は
動きベクトルの評価関数の働きの説明図、第３図は誤差
抑圧回路の働きの説明図である。 １・・・信号入力端子、２・・・動きベクトル候補の発
生回路、３・・・動きベクトルの補償回路、４・・・動
きベクトルの評価関数、６・・・評価関数の最小点検出
回路、７・・・動きベクトル補償回路、８・・・減算回
路、９・・・乗算回路、１０・・・予測誤差信号の出力
端子、１１・・・動きベクトルの出力端子、１２・・・
前フレームデータの入力端子、１３・・・入力信号の差
分信号生成回路、１３・・・予測誤差の抑圧制御回路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）動き補償を行なうフレーム間符号化方式において
   、 動きベクトルの候補ベクトルの集合を｛Ｖ＿０、Ｖ＿１
   、…、Ｖ＿Ｎ｝、 ベクトルの要素Ｖｉを伝送するに必要な符号量をＣ（Ｖ
   ｉ）ビット、 ベクトルＶｉを採用した場合の予測符号化残差信号電力
   をＤ（Ｖｉ）とし、評価関数Ｆ（Ｖｉ）＝Ｆ（Ｃ（Ｖｉ
   ）、Ｄ（Ｖｉ））を最小とするベクトルＶｏｐｔを最適
   ベクトルとして伝送することを特徴とする動き補償符号
   化における動きベクトル評価方式。
2. （２）評価関数が、しきい値電力ＴＨ＿０、定係数αを
   用い、 Ｆ（Ｖｉ）＝ｌｏｇ＿２｛Ｍａｘ（Ｄ（Ｖｉ）、ＴＨ＿
   ０）｝−αＣ（Ｖｉ） であることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の動
   き補償符号化における動きベクトル評価方式。
3. （３）最適ベクトルＶｏｐｔに対し、仮想的なベクトル
   Ｖｉが存在し、しきい値ＴＨ＿１、ベクトル偏差許容値
   ΔＶを用いて、 Ｄ（Ｖｊ）＜ＴＨ＿１、｜Ｖｏｐｔ−Ｖｊ｜＜ΔＶの場
   合、予測符号化残差信号の出力値を強制的に０とするこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の動き補償符
   号化における動きベクトル評価方式。