JPS6351632B2 - - Google Patents

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JPS6351632B2
JPS6351632B2 JP8092282A JP8092282A JPS6351632B2 JP S6351632 B2 JPS6351632 B2 JP S6351632B2 JP 8092282 A JP8092282 A JP 8092282A JP 8092282 A JP8092282 A JP 8092282A JP S6351632 B2 JPS6351632 B2 JP S6351632B2
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JP
Japan
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television
motion
frame
motion vector
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JP8092282A
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Akira Hirano
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NEC Corp
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Nippon Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04NPICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N19/00Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
    • H04N19/50Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
    • H04N19/503Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
    • H04N19/51Motion estimation or motion compensation

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビジヨン信号の動き補償フレーム
間復号化装置に関する。
テレビジヨン信号のデイジタル伝送において
は、隣接するフレームの差分信号(フレーム差分
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ツト数を
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
て伝送ビツ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像に対しても高い
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
ヨン信号の動きを検出し、テレビジヨン信号の動
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′にあつ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においては現フレームの点
Aとテレビジヨン画面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→)の予測信号としては単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
代りに点B′の信号値Y′(r→+v→)を用いる。なお
rはテレビジヨ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測誤差信
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(v→)−Y′(v→)よりも

つと小さな値を示すので、動き補償フレーム間符
号化によつ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IE78−
6、1978年5月26日、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
はテレビジヨン信号を複数個のブロツクに分割
し、各々の現フレームのブロツク内のテレビジヨ
ン信号に対してテレビジヨン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ブロツク内の
信号と現フレームのブロツ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
ムのブロツク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ツク内信号とシ
フトベクトルだけずれた前フレームのブロツク内
信号との差信号の絶対値和、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に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ヨン画面
上に貼りついて見えるダーテイウインドウ
(dirtywindow)とよばれる特有の画質劣化があ
るが、動き補償フレーム間符号化においてはこの
ダーテイウイ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、特に画像の静止
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重大な画質劣化を大
幅に軽減できる動き補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ヨン信号を
復号する手段と、前記復号手段より出力されるテ
レビジヨン信号のフレーム間における振幅変化の
うち少くとも微少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イウインドウが
モザイク状に動きまわるという画質劣化が生じる
原因は次の通りである。動き補償フレーム間符号
化においては現フレームのブロツクの信号と最も
類似度の高い前フレーム信号のブロツク(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つている。したがつて予
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イウ
インドウがモザイク状に動いて見えることとな
る。特に画像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り劣化していることから当
該ブロツ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、このモザイクパタ
ーンが動き回ることとなり視覚上大きな妨害とな
る。この様子を第2図を用いてより詳しく説明す
る。
第2図においてAはテレビジヨン画面内の任意
のある画素の位置を示しており、v→(t1),v→
(t2),v→(t3)はAを含むブロツクに対して各々
フレーム時刻t1,t2,t3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は
フレーム時刻t1,t2,t3は連続したフレーム時刻
を示しており、かつt1より1フレーム時刻前をフ
レーム時刻t0とする。
すなわち時刻t1における画素位置Aの信号に対
する予測信号としては時刻t0における画素位置
B′1信号値が選ばれ、時刻t2においては、時刻t1
おける画素位置B′2の信号値が、時刻t3において
は時刻t2における画素位置B′3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
れた予測信号(前述した通り量子化雑音により劣
化した前フレーム信号より発生されている)を用
いて予測符号化復号化された画像をテレビジヨン
画面上で観察すると時刻t1においては時刻t0にお
いて画素位置B′1に存在した量子化雑音の影響が
第2図上のAに現われ、時刻t2においては時刻t1
において画素位置B′2に存在した量子化雑音の影
響がAに、時刻t3においては時刻t2において画素
位置B′3に存在した量子化雑音の影響がAに現わ
れることとなる。
このことは画素位置Aを含むブロツク内のすべ
ての画素について同様に現われる。したがつて前
フレーム信号に存在した量子化雑音の影響はブロ
ツクを単位として現われることとなる。一方相互
に隣接するブロツ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て)の
で、隣接するブロツクにおいては量子化雑音の影
響は異なつてくる。またテレビジヨン画面上の同
一の位置のブロツクにおいても、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。
このことをテレビジヨン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
り、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測誤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ツ
ク状にテレビジヨン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。
第3図は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。その理由は量子化器に入力され
る予測誤差信号はその値が0に集中した分布を有
するからである。このような微小な量子化雑音が
時間的、空間的に変動することにより画質劣化が
発生する。
したがつてフレーム間におけるテレビジヨン信
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
置の構成を示すブロツク図である。第4図におい
ては信号線1に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1により入力され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1
7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により入力され
る予測誤差信号を示す符号を復号し信号線6を介
して加算器7に与える。加算器7は信号線6によ
り与えられる伸長された予測誤差信号と信号線1
6により与えられる予測信号とを加算してテレビ
ジヨン信号を復号し信号線8に出力し、次のフレ
ームのテレビジヨン信号の復号のためにフレーム
メモリ13に与えるとともに、フイルター回路9
に入力する。
フイルター回路9は、前述した隣接フレーム間
におけるテレビジヨン信号の微小変化を抑圧し
て、信号線10に介してデイジタル/アナログ変
換器(D/A変換器)11に入力し、D/A変換
器11は入力されるデイジタル化されたテレビジ
ヨ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
ヨン信号はおよそ1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。可変遅延回路15は信号線14により入力さ
れる信号を信号線17により入力される動ベクト
ル信号に応じて遅延し、予測信号として信号線1
6に出力する。この可変遅延回路15はランダム
アクセス可能なメモリを用いてテレビジヨン信号
を2次元的に記憶できるように構成されて動ベク
トルに対応する前フレームのテレビジヨン信号が
1画素ずつ順次読み出される。
第5図a,bはフイルター回路9の構成を示す
ブロツク図である。以下その動作について説明す
る。前述した通り、フイルター回路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、この機能を実現するためには種々の構成が
考えられる。以下において第5図a,bに示した
方法について以下では説明する。
まず第5図aに示した構成によるフイルター回
路9について説明する。信号線8により入力され
たテレビジヨン信号は減算器20においてフレー
ムメモリ26から信号線25により与えられる1
フレーム前のテレビジヨ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)、差信号か信号線21を介して変換回
路22に与えられる。変換回路22はたとえば第
6図(正入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を1よ
り小とした(実線部分)入出力特性を有しており
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は信号線2
3により入力される信号とフレームメモリ26か
ら信号線25を介して入力される1フレーム前の
テレビジヨン信号とを加算し、結果を信号線10
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ジヨ
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ヨ
ン信号に対して上述した処理を行うために使用さ
れる。
次に第5図bに示した構成によるフイルター回
路9について説明する。信号線8により入力され
たテレビジヨン信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により入力されたテレビジヨン信号を1フ
レーム時刻遅延し信号線31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ヨン信号から信号線
31により入力される1フレーム前のテレビジヨ
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。減算器32の
減算結果は信号線33を介して変換回路34与え
られる。ここで変換回路34の入出力特性は第5
図aの変換回路22と全く同様である。変換回路
34の出力信号は信号線35により加算器36に
与えられ信号線31により加算器36に入力され
る1フレーム前の信号と加算され、加算結果が信
号線10に出力される。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
レビジヨン信号が得られる。
なお以上の説明においてはフイルタ回路9に使
用される変換回路22又は34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
であつ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に示したフイ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bにおいては変換回路3
4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)を乗ずるものとしても、
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。この場合の信号線8
から信号線10への伝達関数H(Z)を求めると次式
となる。
H(Z)=G+(1−G)・Z-F (Z-F;フレーム遅延) したがつて以上の説明においてはフイルター回
路9の機能は「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
上の考察によりフイルター回路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
ものであつ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り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。
【図面の簡単な説明】
第1図a,bは動き補償フレーム間符号化を説
明するための概念図、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図は予測誤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
レーム間復号化装置の一実施例の構成を示すブロ
ツク図であり、第5図a,bはフイルター回路の
第1および第2の実施例の構成を示すブロツク
図、第6図は変換回路の入出力特性の1例を示す
グラフである。 図において、2……デマルチプレクサ、5,1
8……復号器、7,24,36……加算器、9…
…フイルター回路、11……デイジタルアナログ
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、
22,34……変換回路をそれぞれ示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 テレビジヨン画像1フレームを復数個に分割
    して得られるブロツクに対して、当該ブロツク内
    のテレビジヨ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
    ブロツク内のテレビジヨン信号の動きを補償した
    予測信号と前記ブロツク内テレビジヨン信号との
    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
    ヨン画像を復号する動き補償フレーム間復号化装
    置であつて、前記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ヨン
    信号を復号する手段と、前記復号手段より出力さ
    れるテレビジヨン信号のフレーム間における振幅
    変化のうち少なくとも微小変化を抑圧して出力す
    る手段とを備えたことを特徴とする動き補償フレ
    ーム間復号化装置。
JP57080922A 1982-05-14 1982-05-14 動き補償フレ−ム間復号化装置 Granted JPS58197983A (ja)

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