JPS634755B2 - - Google Patents

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JPS634755B2
JPS634755B2 JP9400481A JP9400481A JPS634755B2 JP S634755 B2 JPS634755 B2 JP S634755B2 JP 9400481 A JP9400481 A JP 9400481A JP 9400481 A JP9400481 A JP 9400481A JP S634755 B2 JPS634755 B2 JP S634755B2
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inter
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JP9400481A
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Shuichi Matsumoto
Yoshinori Hatori
Hitomi Murakami
Hideo Yamamoto
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KDDI Corp
Original Assignee
Kokusai Denshin Denwa KK
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、商用テレビジヨンやテレビ電話のよ
うな画像信号に対し、画面中の隣接する画素間に
存在する強い相関を利用して高能率符号化を行な
うことのできる予測方式に関するものである。
現在の標準的なテレビジヨンは１秒間に30枚送
られるフレームと呼ばれる画面より成り立つてお
り、さらに各フレームは、それぞれ１走査線ごと
に飛び越し走査が行なわれている関係から連続す
る２フイールドより成り立つている。また、画面
を構成している要素を“画素”と呼ぶが、ここで
はデイジタル処理を念頭においているので標本化
された１サンプルを画素と呼ぶことにする。従つ
て、この場合には各画素の画面内での位置は、信
号をデイジタル化する為のサンプリング周波数に
依存することになる。
次に従来からあるフイールド内予測符号化、フ
イールド間予測符号化、及びフレーム間予測符号
化と呼ばれる符号化方式の例についてそれぞれ説
明する。
第１図は、その為の各画素の位置関係を示す為
のものである。今、標本化周波数は水平走査周波
数の整数倍にとつてあるので、各画素は格子状
に、また飛び越し走査の関係で前フイールド中の
ラインは現フイールド中の現走査ラインの上下の
間に並んでいることになり、また前々フイールド
のラインと現フイールドのラインは同じ位置にく
ることになる。この時画素２は現在の画素１と同
一ライン上左隣りに位置する画素、画素９，１０
は同一フイールド内の２ライン上のライン中でそ
れぞれ画素１，２の真上に位置する画素、画素５
は同一フイールド内の一ライン上のライン中で画
素１の真上に位置する画素、画素１２，１３は一
つ前のフイールドの下のライン中でそれぞれ画素
１，２の真下に位置する画素、画素２３，２６は
２つ前フイールドのそれぞれの画素１，５と同じ
位置に対応する画素である。この時、すぐ近くに
位置するいくつかの画素については、その標本値
の間に互いに強い相関があると考えられるので、
従来のフイールド内予測符号化（特願昭51−
19600号参照）では、第１図中の画素１の標本値
X1の予測値1をまわりの画素の標本値を用いて 1＝３／４・X2＋X9−３／４・X10 ……(1) として作り、この予測値1と真の値X1との差 OX＝X1−1 ……(2) を予測誤差とし、これを量子化して符号化を行う
ことにより、所要伝送ビツト数を少なくて済ませ
るように高能率符号化を行なうことが出来る。こ
れが従来からあるフイールド内予測符号化方式で
ある。なお本説明では、画素２，９，１０の値を
用いて予測値を作成する例を示したが、同一フイ
ールド中の他の画素を用いて予測値1を作るフ
イールド内予測符号化方式も可能である。
また、従来のフイールド間予測符号化（特願昭
51−19599号参照）は、第１図中の画素２と１つ
前のフイールドの下のライン中で、画素１，２の
真下にそれぞれ位置している画素１２，１３の標
本値を用い画素１の予測値1を 1＝３／４・X2＋X12−３／４・X13 ……(3) として作り、フイールド内予測符号化と同様に予
測値と真の値との差を差分量子化することにより
高能率符号化を行なう方式である。なお、フイー
ルド間予測符号化においてもフイールド内予測符
号化と同様に、他の前フイールド中の画素を用い
たフイールド間予測符号化方式も可能である。
フレーム間予測符号化は、第１図中の画素５と
２つ前のフイールド画素１，５と同位置にそれぞ
れ対応している画素２３，２６の標本値を用い画
素１の予測値1を 1＝−X5＋X23＋X26 ……(4) として作り、フイールド内予測符号化と同様に予
測値と真の値との差を差分量子化することにより
高能率符号化を行なう方式である。なお、フレー
ム間符号化においても、フイールド内符号化と同
様に他の前々フイールド中の画素を用いたフレー
ム間符号化方式も可能である。
フレーム間予測符号化は、静止している画面に
対しては、画素値X1，X5と画素値X23，X26が画
面中近い位置の標本値に対応するので、互いに相
関が高く従つて高い符号化効率をあげることが出
来るが、反面動いている画面に対して１フレーム
期間（1/30秒）に画面が動いた分だけ点１，５と
点２３，２６は離れた画面中の位置に対応する分
だけ相関が低くなり、従つて動画面に対しては符
号化効率を低下させることになる。一方、フイー
ルド間予測符号化は、静止している画面に対して
は画素値X1，X2と画素値X12，X13が画面中の近
い位置の標本値に対応するので互いに相関が高
く、高い符号化効率を上げることができるが、フ
レーム間予測符号化に用いられる画素値X5，
X23，X26とX1の相関ほど高くないため、フレー
ム間予測符号化ほど高い符号化効率は実現出来な
い。動いている画面に対しては、１フイールド期
間（1/60秒）に動いた分だけ点１，２と１２，１
３は離れた画面中の位置に対応する。従つて、そ
の分だけ相関は低くなり、符号化効率を低下させ
ることになるがフレーム間予測符号化ほど符号化
効率は低下しない。また、フイールド内予測符号
化は、静止画時においてはフイールド間、フレー
ム間の各符号化ほど高い符号化効率を上げられな
い反面、動画像に対してはテレビカメラの蓄積効
果により画面の解像度が低下し、従つてその分だ
け画素相関が高くなることにより符号化効果の上
昇を期待することが出来るという特性を持つてい
る。
以上のような特徴を持つたフイールド内、フイ
ールド間及びフレーム間の予測符号化であるが、
フレーム間予測符号化においては動画時の符号化
効率の低下の為、フイールド間符号化において
は、静止画及び動画時の符号化効率の不足の為、
フイールド内符号化においては、静止画時の符号
化効率の低下の為、いずれも平均して高い符号化
効率を示す符号化装置を実現することが不可能で
あつた。
このため、従来の技術では、静止している画面
に対しては、主としてフレーム間予測符号化ある
いは、フイールド間予測符号化を行い、動いてい
る画面に対しては主としてはフイールド内予測符
号化あるいはフイールド間予測符号化を行なつて
安定した符号化効率を実現するために、次に説明
するような２つの代表的な手法が用いられてい
る。
１つは、テレビジヨン画面のフイールドを適当
なｎ×ｍ個の画素を含むブロツクに分割し、各ブ
ロツクに対してフレーム間予測、フイールド間予
測、フイールド内予測を行ない、それぞれの予測
で作成された予測値を比較し、その内一番真の画
素値と近い方の予測値を与えた予測部を入力信号
のブロツクに対する予測部として採用する方式で
ある。この手法では、予測誤差情報に加えて入力
信号の各ブロツクに対して採用された予測部を示
す予測切換情報を受信側に伝送する必要がある。
従つて、ブロツクの大きさを縮少してさらにきめ
細かく適応的に予測符号化を行なおうとすると、
それに伴ない該予測切換情報の伝送レートに占め
る割合が増大し、結局符号化効率を高くできない
という問題がある。
これに対して、もう１つの手法は、予め符号化
された１つの画素値、例えば、これから符号化を
行なおうとする現画素値の直前に位置する画素の
値に一番近い予測値を与えた予測部を、該現画素
の予測部として採用する方式である。この手法で
は、受信側に該予測切換情報を伝送する必要がな
いため、きめ細かな適応予測符号化が行なえる
が、採用された予測部が必ずしも現画素値に対し
て一番近い予測値を与えるとは限らず、高い符号
化効率はあまり期待できない。
本発明は予測切換情報を伝送せずきめ細かくテ
レビジヨン信号の適応予測を行なうことにより、
帯域圧縮率を向上するとともに画品質の改善を図
る符号化を行うことのできるテレビジヨン信号の
フレーム間適応予測方式を提供するものである。
以下、図面により本発明を詳細に説明する。
本発明では、第１図に示す現フイールド中の画
素１に対する予測値P1を以下に示す２つの手順
によつて得られた予測値POPTとPMEDによつて新た
に作成するものである。
第１の手順は、現フイールド中の画素１に対し
て時間的に先行する画素、たとえば画素２に対し
てフイールド内予測（予測値XN）、フイールド間
予測（予測値XK）、フレーム間予測（予測値XF）
を行ない、これらの予測値が画素２の画素値X2
に一番近い予測部を選択し、該予測部から得られ
る画素１に対する予測値X1Sを求め、これをPOPT
とする。
一般的には、最新の入力画素X1の前の画素値
X0に対するフイールド内予測部、フイールド間
予測部及び前記フレーム間予測部から得られる各
予測値0N，0K，0Fと前記前の画素値X0との
予測誤差の絶対値｜0N−0｜，｜0K−X0｜，
｜0F−X0｜の大小関係を比較して最小値を与え
る予測部を選択する。例えば｜0N−X0｜＞｜
Ｘ0K−X0｜＞｜0F−X0｜であればフレーム間予
測部を選択する。このようにして選択された予測
部から得られる最新の画素値X1の予測値1Sを前
記のPOPTとする。
第２の手順は、画素１に対するフイールド内予
測、フイールド間予測、フレーム間予測を行ない
３つの予測部から得られる予測値の大小関係を比
較し、中央の値に相当する予測値を求めこれを
PMEDとする。例えば、フイールド内、フイールド
間、フレーム間の各予測部から得られる予測値
XN，XK，XFの大小関係においてXKが中央の値に
相当するならばPMEDは、フイールド間予測値とな
る。
以上求めたPOPTとPMEDによつて新たに、式(5)で
示される予測値P1を作成し、これを画素１に対
する予測値とする。
P1＝ωPMED＋（１−ω）POPT ……(5) 式(5)においてωは、重み係数を示し０≦ω≦１
の値をとる。
第１の手順の説明においては、画素１に対して
時間的に先行する現フイールド中の画素として、
画素２を用いた例を示したが、画素１と同一フイ
ールド中の他の画素、たとえば３，４に対して
も、POPTを求めることが可能である。さらに、複
数の画素を用いてPOPTを求めることが可能であ
り、たとえば、画素２，３，４の３つの画素を用
いる場合、画素１に対するそれぞれのPOPTを
P(2) OPT，P(3) OPT，P(4) OPTとし、例えば式(6)で与えら
れる
ように、平均値をとることによつてPOPTは求ま
る。
POPT＝１／３（P(2) OPT＋P(3) OPT＋P(4) OPT）……(6) 式(6)で与えられるPOPTを式(5)に代入することに
より、画素１に対する予測値P1を作成すること
が可能となる。一般に、テレビジヨン信号におい
ては、同一フイールド中の隣接する各画素の最適
な予測関数（真の画素値に一番近い予測値を与え
る予測関数）の間には、なんらかの相関がある。
例えば、画面中の動いている部分の画素では、フ
イールド内予測部の選択される割合は高く、静止
している部分の画素では、フレーム間予測部の選
択される割合が高くなる。従つて、画面中で動い
ている部分と静止している部分の区別が明瞭に認
められる画像信号に対しては、手順１で求めた
POPTは、予測値として真の値に近いものを与え
る。反面、動いている部分と静止している部分の
区別がはつきりと認められない画像信号に対して
は、POPTは予測値として好ましくない。
一方、予測値PMEDと真の値との予測誤差の絶対
値は選択されなかつた他の２つの値から得られる
予測誤差と比較して、常に最大となることはな
く、最小又は中間のものとなり、画面の動きや絵
柄などの特徴量に依存することはない。従つて、
これら２つの予測値の加重平均値は、画面の特徴
量によつて求めた予測値と、この特徴量に依存せ
ず一定の予測効率を実現できる予測値との結合と
考えることができ、高い予測効率の実現が可能と
なる。
第２図は、本発明の実施例であつて、１は信号
入力端子、２は減算器、３は量子化器、４はフレ
ームメモリ、５はフイールド内予測部、６はフイ
ールド間予測部、７はフレーム間予測部、８は中
央値選択部、９は前画素最適予測部、１０は予測
値作成部、１１は加算器、１２はバツフアメモ
リ、１３は信号出力端子である。
デイジタル化されたテレビジヨン信号は、まず
信号入力端子１より入力される。フイールド内予
測部５、フイールド間予測部６、フレーム間予測
部７は、フレームメモリ４に記憶されている現フ
イールド、前フイールド、前々フイールドの画素
値をもとにして入力された最新の画素値に対する
予測値をそれぞれ作成する。中央値選択部８で
は、得られたフイールド内、フイールド間、フレ
ーム間の各予測値の大小関係を比較し、中央の値
に相当する予測値を選択する。一方、前画素最適
予測部９では、フレームメモリ４に記憶されてい
る現フイールド中の画素、例えば信号入力端子１
より入力された画素の直前の画素値と、フイール
ド内、フイールド間、フレーム間の各予測値の間
で、予測誤差の絶対値を比較し、一番小さい値を
与えた予測部を選択し、入力された画素値の予測
値を作成する。予測値作成部１０では、中央値選
択部８と前画素最適予測部９より得られた２つの
予測値の加重平均をとり、新たに１つの予測値を
作成し、入力信号端子１より入力された画素値か
ら減算し、その結果が量子化器３で量子化され
る。量子化出力は、加算器１１において予測値作
成部１０からの予測値と加算することによつて局
部復号化され、フレームメモリ４に記憶される。
また、同時にバツフアメモリ１２を経て信号出力
端子１３に導かれ、図示しない符号器により所望
の符号形式に符号化される。
第３図は、第２図の中央値選択部８の具体例で
あつて、Ａ１，Ａ２，Ａ３はレベル比較器、Ａ
４，Ａ５，Ａ６はデコーダ、Ａ７，Ａ８，Ａ９，
Ａ１３はOR回路、Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２はゲ
ート回路、１０１，１０４は第２図と同一な導線
部である。
まず、フイールド内予測部５、フイールド間予
測部６、フレーム間予測部７から送られてきた３
つの予測値は、レベル比較器Ａ１，Ａ２，Ａ３及
びゲート回路Ａ１０，Ａ１１，Ａ１２に入力され
る。レベル比較器Ａ１，Ａ２，Ａ３では、それぞ
れ予測値の大小関係を比較し、中央値に相当する
予測値の情報はデコーダＡ４，Ａ５，Ａ６及び
OR回路Ａ７，Ａ８，Ａ９によつてゲート回路Ａ
１０，Ａ１１，Ａ１２に送られ、OR回路１３に
よつて中央値に相当する予測値が求められる。
第４図は、第２図の前画素最適予測部９の具体
例であつて、Ｂ１は１サンプル遅延回路、Ｂ２，
Ｂ３，Ｂ４は減算回路、Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７は絶対
値回路、Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０はレベル比較器、Ｂ
１１，Ｂ１２，Ｂ１３はデコーダ、Ｂ１４，Ｂ１
５，Ｂ１６，Ｂ２０はOR回路、Ｂ１７，Ｂ１
８，Ｂ１９はゲート回路、１０２，１０３，１０
５は第２図と同一な導線である。
まず、フイールド内予測部５、フイールド間予
測部６、フレーム間予測部７から送られてきた３
つの予測値は遅延回路Ｂ１及びゲート回路Ｂ１
７，Ｂ１８，Ｂ１９に入力される。遅延回路Ｂ１
では、フレームメモリ４から送られてきた現フイ
ールド中の画素、例えば信号入力端子１より入力
された画素の直前の画素値に対応する予測値を作
成するため、１サンプルあるいは数サンプルの遅
延をかける。減算回路Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４及び絶対
値回路Ｂ５，Ｂ６，Ｂ７では、該現フイールド中
の画素値と遅延回路Ｂ１から得られる予測値との
間で予測誤差の絶対値を計算し、得られた結果は
レベル比較器Ｂ８，Ｂ９，Ｂ１０に入力される。
該比較器では、予測誤差の絶対値の大小関係を比
較し、最小値を与える予測部の情報はデコーダＢ
１１，Ｂ１２，Ｂ１３及びOR回路Ｂ１４，Ｂ１
５，Ｂ１６によつてゲート回路Ｂ１７，Ｂ１８，
Ｂ１９に送られ、信号入力端子１から入力される
画素１に対する予測値が求められる。第５図は、
第２図の予測値作成部１０の具体例であつて、Ｃ
１は減算器、Ｃ２は乗算器、Ｃ３は加算器、１０
４，１０５，１０６は第２図と同一なものであ
る。
中央値選択部８及び前画素最適予測部９より送
られてきた予測値の情報は、減算器Ｃ１により減
算され、乗算器Ｃ２によりω倍される。さらに、
この結果は、前画素最適予測部９より送られてき
た予測値の情報と加算器Ｃ３により加算され、加
重平均がとられる。
以上説明したように、本発明は予測値レベルの
大小関係及び隣接画素における予測誤差情報を用
いて適応的な予測を行なうことにより、予測効率
が高く、画品質の優れた符号化を実行できるの
で、テレビジヨン信号の高品質、高圧縮の符号化
方式に適用できるものである。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のフレーム間予測符号化、フイー
ルド間予測符号化、フイールド内予測符号化及び
本発明の原理を説明する為の各画素の位置関係を
示す図、第２図は本発明の実施例を示すブロツク
図、第３図は第２図の実施例に用いられた中央値
選択部の構成例を示すブロツク図、第４図は第２
図の実施例に用いられた前画素最適予測部の構成
例を示すブロツク図、第５図は第２図の実施例に
用いられた予測値作成部の構成例を示すブロツク
図である。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 入力されるテレビジヨン信号を常時少なくと
    も１フレーム分蓄積しておくだけの容量を有する
    記憶部と、 前記テレビジヨン信号の最新の入力画素の値
    X1が入力されたとき前記記憶部より読み出した
    前記最新の入力画素と同一フイールド中にある画
    素値を用い前記最新の入力画素の予測値1Nを作
    成するフイールド内予測部と、 前記最新の入力画素の値X1が入力されたとき
    前記記憶部より読み出した前記最新の入力画素と
    同一フイールド及び直前のフイールド中にある画
    素とを用い前記最新の入力画素の予測値1Kを作
    成するフイールド間予測部と、 前記最新の入力画素の値X1が入力されたとき
    前記記憶部より読み出した前記最新の入力画素と
    同一フイールドと直前のフイールド及び直前のフ
    レーム中にある画素とを用い前記最新の入力画素
    の予測値1Fを作成するフレーム間予測部と、 これら予測値の大小関係を比較してその内の中
    央の値をとる予測値1Mを選択する中央値選択部
    と、 前記最新の入力画素X1の前の画素値X0に対す
    る前記フイールド内予測部、フイールド間予測部
    及び前記フレーム間予測部から得られる各予測値
    Ｘ0N，0K，0Fと前記前の画素値X0との予測誤
    差の絶対値｜0N−X0｜，｜0K−X0｜，｜0F−
    X0｜の大小関係を比較して最小値を与える予測
    部を選択して該予測部から得られる前記最新の画
    素値X1の予測値1Sを作成する前画素最適予測部
    と、 前記最新の画素値X1に対する前記中央値選択
    部より得られた予測値1Mと前記前画素最適予測
    部より得られた予測値1Sとの加重平均により新
    たに前記最新の入力画素X1の予測値1を作成す
    る予測値作成部と を備えたテレビジヨン信号のフレーム間適応予
    測方式。
JP9400481A 1981-06-19 1981-06-19 Adaptive forecasting system between frames of television signal Granted JPS57210785A (en)

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