JPH0484586A - 動き補償予測符号化装置及び復号化装置 - 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） ディジタル信号の処理を行なう記録、伝送１表示装置に
おいて、信号をより少ない符号量で効率的に符号化する
高能率符号化で、特に動画像信号の符号化装置及び復号
化装置に関する。

（従来の技術） 動画像の高能率符号化において、画像信号のフレーム間
の相関を利用し、符号化されるフレームを符号化の済ん
だフレームで予測して、予測誤差のみを符号化するフレ
ーム間予測符号化かある。

近年はさらに、画像を動きに合わせて移動させて予測す
る動き補償フレーム間予測か一般的になってきている。

これを発展させ、予測方法を適応化した例として、テレ
ビジョン学会誌ｖｏ１．３９、Ｎｏ、ＩＯ、ｐｐ８６１
８６８、ｒ　１５／３０Ｍｂ／＋動き補償フレーム間・
フィールド間・フィールド内適応予測符号化方式」（１
９８５−１０ｊ　などがある。

これは比較的高レートでテレビ中継信号を符号化するも
ので、インターレース信号に対して動き補償フレーム間
予測とフィールド内予測の他に、フィールド間（フレー
ム内）の予測も用いている。

テレビ会議等でも、動き補償フレーム間予測が使われる
。この場合、符号化の対象画像は、インターレース信号
を片フィールド間引いたノンインターレース信号が一般
的になっている。

（発明が解決しようきする課題） 従来例として示した符号化方式は、インターレース信号
の符号化として次のような問題点がある。

３種類の予測で、フィールド間予測は動きか垂直に１７
２ライン分程度の場合のみ有効で、静止や動きかそれ以
上で動き補償が追従する範囲以内の場合は動き補償フレ
ーム間予測が有効であり、動きがさらに大きな場合には
フィールド内予測が有効である。

結果として、フィールド間予測はあまり使われず、動き
補償フレーム間予測とフィールド内の適応予測のみを用
いた場合と予測効率が大差ない。

テレビ会議等で使われるインターレース信号を片フィー
ルド間引いたノンインターレース信号は、間引きにより
垂直方向の折返し成分が多く含まれ、適切なフレーム間
予測ができないという不具合があった。

本発明は以上の点に着目してなされたもので、適応予測
でフィールド間予測を動き補償し、フレーム間の予測は
動き補償無しか、動き補償したとしても垂直方向は１ラ
イン程度の範囲にすることで、主たる動き補償予測かフ
ィールド間で行なわれ、その間の画像の変化も少なく、
大きな動きもカバーし易くなり、適切な動き補償が可能
になり、処理量の増加もわずかであり、インターレース
信号では、過去の複数フレームを予測に用いることで、
動きが少ないとき折返し成分の影響を軽減でき、予測効
率が上がり、予測符号化においてデータ量をより少なく
することができる動き補償予測符号化装置及び復号化装
置を提供することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 以上の目的を達成するために、 （１）動画像信号の予測符号化で、過去の複数のフレー
ム又はフィールドの信号をそれぞれ動２き補償した信号
を得る手段と、前記複数の動き補償された信号を入力し
、予測対象信号に最も近い信号を予測信号として出力す
る適応予測手段を持つことを特徴とした動き補償予測符
号化装置を提供し、（２）動画像信号の予測符号化で、
動き補償された１フィールド前の信号を得る手段と、動
き補償されない１−フレーム前の信号を得る手段と、前
記２種類の信号を入力し、予測対象信号に近い方の信号
を予測信号として出力する適応予測手段を持つことを特
徴とした動き補償予測符号化装置を提供し、 （３）動画像信号の予測復号化で、過去の複数のフレー
ム又はフィールドの信号をそれぞれ動き補償した信号を
得る手段と、前記複数の信号を入力し、符号化側より送
られる予測の情報により入力信号を選択して、予測信号
として出力する予測手段を持つことを特徴とした動き補
償予測復号化装置を提供するものである。

（作用） 前項に示したような問題を解決する手段として、適応予
測でフィールド間予測を動き補償し、フレーム間の予測
は動き補償無しか、動き補償したとしても垂直方向は１
ライン程度の範囲にする。

また、ノンインターレース信号においては、１フレ一ム
間の動き補償予測の他にもう１フレーム前の２フレ一ム
間予測を用いる。

本発明の予測方法では、主たる動き補償予測がフィール
ド間で行なわれる。この場合、動き補償を同じとすると
、フィールド間の方か時間的に近いので、その間の画像
の変化も少なく、大きな動きもカバーしやすくなる。一
方、画像が静止に近い場合は、予測がフレーム間予測に
て良好に予測できる。

ノンインターレース信号では折返し成分の適合したフレ
ームの方が使われるので、１フレームだけより予測効率
が改善される。

（実施例） 第１図は本発明の動き補償予測符号化装置の第１の実施
例を示すブロック図である。

従来の符号化装置とその動作はほぼ同じであるが、予測
信号の形成方法が異なる。

第１図において、画像信号入力端子子より入力された画
像信号は、予測減算器２．動き補償器３及び適応予測器
４へ供給されている。

この画像信号は、後の適応処理等に合わせて、８×８画
素のブロック単位で連続して入力されるものとする。

予測減算器２は、画像入力信号から適応予測器４より出
力される予測信号を減算し、予測残差を得て、フィール
ド内符号化器５へ供給している。

フィールド内符号化器５は、入力信号をフィールド内符
号化し、冗長が取り除かれたディジタルデータとしてデ
ータ出力端子６より出力すると共に、フィールド内復号
化器７へも出力している。

フィールド内符号化器５の内部処理は、従来例のような
簡単なものでもよいが、Ｄ　ＣＴ　（Ｄｉｓｃ＋＋ｌｅ
　Ｃｏ５１ｎｅ　ＴｒａｎＳｆｏｒｍ）とハフマン符号
等の可変長符号などを用いると効率を上げられる。

一方、符号化装置での予測信号は、復号化装置と同一の
信号とするため、フィールド内符号化された信号より作
られる必要かある。

従って、フィールド内復号化器７は、フィールド内符号
化された信号を復号し、再生予測残差を得て、加算器８
へ供給している。

加算器８は、前記再生予測残差とそれに対応する予測信
号を加算し、再生画像信号を得て、フィールドメモリー
９へ供給している。

フィールドメモリー９は、入力信号を１フィールドたけ
遅延した出力信号を得て、フィールドメモリー１０及び
動き補償器３へ供給している。

フィールドメモリー１０は、フィールドメモリー９と同
様に入力信号を１フィールド遅延し、結果として１フレ
ーム（２フィールド）遅延信号か出力され、適応予測器
４へ供給されている。

一方、動き補償器３は、前記の１フィールドたけ遅延し
た再生画像信号を用いて、ブロックごとに画像入力信号
に対する動きベクトルを検出し、その分が動き補償され
た１フイ一ルド遅延信号（動き補償により、正確な１フ
ィールドではなくなっている）を得て、適応予測器４へ
供給している。

さらに、動きベクトルの情報は復号側でも必要なので、
動きベクトル出力端子１１より出力し、復号側に伝送し
ている。

適応予測器３は、フレーム間と動き補償フィールド間の
２種類の予測信号から、適当な方をブロック単位で選択
して、予測モード出力端子１２より出力している。

第２図は第１図における適応予測器の内部構成例を示す
ブロック図である。

第２図において、入力端子１３より、現フィルド信号が
入来し、減算器１４．１５へ供給されている。

又、入力端子１６．１７より、それぞれ１フイ一ルド遅
延信号、■フレーム遅延信号が入来し、それぞれ減算器
１５．１４へ供給されている。

減算器１４は、前記現フィールド信号と１フレ一ム遅延
信号の差を求め、絶対値化器１８へ供給している。

絶対値化器１８は、入力信号の絶対値を取りブロック累
積器１９へ供給している。

同様に、減算器１５は、前記現フィールド信号と１フイ
一ルド遅延信号の差を求め、絶対値化器２０へ供給して
いる。

絶対値化器２０は、入力信号の絶対値を取りブロック累
積器２１へ供給している。

ブロック累積器１９．２１は、入力端子２２より入来す
るブロック同期信号によって、それぞれの入力信号を８
×８画素などのブロック単位で累積させ、比較器２３へ
供給している。

比較器２３は、その２つのブロック累積値の大小を比較
し、予測誤差即ちブロック累積値の小さ］　０ い方を選択する出力信号を出し、切り換えスイッチ２４
へ供給すると共に、予測モード出力端子］２より復号側
へ、どちらが選択されたかの情報をブロック毎に伝送す
る。

一方、前記１フイ一ルド遅延信号と１フレ一ム遅延信号
は、それぞれ切り換えスイッチ２４へ供給されており、
前記比較器２３の出力信号によって制御され、ブロック
累積値即ち予測誤差の小さい方が選択されて、予測信号
出力端子２５より出力されている。

この様な適応予測では、画像が静止しているときにはフ
レーム間が選択され、それ以外は動き補償フィールド間
が選択される。

なお、第２図の場合は２モードの予測値であったが、こ
こで予測の種類を増やし、両方の中間や固定値を加えた
４モードなどとしてもよいことは勿論である。

第３図は本発明の動き補償予測復号化装置の実施例を示
すブロック図である。第１図と同一部分には同一符号を
付して示す。

第３図において、データ入力端子２６より符号化装置よ
り伝送されたデータ入力信号が入来し、フィールド内復
号化器７へ供給されている。

フィールド内復号化器７は、フィールド内符号化された
信号を復号し、再生予測残差を得て、加算器８へ供給し
ている。

加算器８は、前記再生予測残差と適応予測器２７より供
給されるそれに対応する予測信号を加算し、再生画像信
号を得て、再生画像信号出力端子２８を介して出力する
と共に、フィールドメモリー９へ供給している。

フィールドメモリー９は、入力信号を１−フィールドだ
け遅延した出力信号を得て、フィールドメモリー１０及
び動き補償器２９へ供給している。

フィールドメモリー１０は、フィールドメモリー９と同
様に入力信号を１フィールド遅延し、結果として１フレ
ーム（２フィールド）遅延信号か出力され、適応予測器
２７へ供給されている。

一方、動き補償器２９は、動きベクトル入力端子３０よ
り入来する伝送された動きベクトル信号】−１ によって、前記の１フィールドだけ遅延した再生画像信
号を用いて、ブロックごとに画像入力信号に対する動き
補償をし、適応予測器２７へ供給している。

適応予測器２７は、予測モード入力端子３１より入来す
る伝送された予測モード信号によって、フレーム間と動
き補償フィールド間の２種類の予測信号から、適当な方
をブロック単位で選択して、加算器８へ供給している。

動き補償器２９や適応予測器２７は、第１図に示した符
号化装置の動き補償器３や適応予測器４と比較すると動
きベクトルの検出やモード判定が必要ないので、処理量
は大幅に少なくてよい。

以」二の処理では動き補償はフィールド間のみで行なわ
れる。フレーム間よりフィールド間の方か時間差か少な
い分だけ画像の相関が高いので、フィールド間を動き補
償する方か、従来例のようにフレーム間を動き補償する
より有利である。

しかし、動きが小さな場合や、水平方向にしか動いてい
ない場合は、フレーム間予測も動き補償するのが有効と
なる。

第４図は本発明の動き補償予測符号化装置の第２の実施
例を示すブロック図である。第１図と同一部分には同一
符号を付して示す。

第１図に示す第１の実施例との相違は、フレーム間の動
き補償も行なうため、動き補償器３２を追加した点のみ
てあり、以下、相違点についてのみ説明する。

第４図においては、フレーム間予測、フィールド間予測
両方に動き補償が使われる。しかし、動き補償はフィー
ルド間とフレーム間で異なったタイプで、フィールド間
は基本的に従来と変わらないが、フレーム間はフィール
ド間でうまく予測できない水平方向のみの動きと、上下
の微小動きに対応させ、垂直方向の範囲は±１ライン程
度にする。

第６図は動き補償器における動きベクトルの範囲を説明
するための図である。

フィールド間予測信号を出力する動き補償器３の動きベ
クトル範囲は、第６図（Ａ）に示す如く、垂直水平とも
±７画素である。

これに対し、フレーム間予測信号を出力する動き補償器
３２の動きベクトルの範囲は、第６図（Ｂ）に示す如く
、水平をフィールド間と同じ動き量に対応するため±１
５画素とするが、垂直は±１一画素とする。

従って、フレーム間の動きベクトルの検出はベクトル数
が少なく、フィールド間に対して簡単なもので済む。

一方、本手法をノンインターレース信号に適用すること
もできる。

第５図は予測の様子を説明するための図である。

第５図（Ａ）はインターレース信号の場合、第５図（Ｂ
）はノンインターレース信号の場合を示している。

インターレース信号の場合には、奇数フィールド（０）
と、偶数フィールド（ｅ）がある。

なお、図において四角はフィールドまたはフレーム、数
字はその番号、矢印は予測を示す。

インターレース信号のときのフィールド間予測は１フレ
一ム間、フレーム間予測は２フレ一ム間になる。

ノンインターレース信号の場合には、符号化装置や復号
化装置の構成は、第１図、第３図におけるフィールドメ
モリーがフレームメモリーに、フィールド内処理がフレ
ーム内処理になる以外は変わらない。動作も同じである
。

しかし、フレーム間は同し位置に画素が存在するので、
適応予測動作はフィールドがそのままフレーム間とはな
らず、画像が静止状態なら１フレ一ム間の方が予測に使
われる。

この手法は、テレビ会議等で使われる片フィールド間引
きのノンインターレース信号など、折返し成分が多い場
合に有効である。動きの大きな場合や静止は１フレ一ム
間での予測が有利であるが、動きが少ない場合は時間的
距離より折返し成分の適合が重要になり、動きによって
２フレーム遅延の方が選択される場合がある。

従って、２フレーム遅延の動き補償範囲は前記の様に狭
くてよい。

（発明の効果） 本発明の動き補償予測符号化装置及び復号化装置は、適
応予測でフィールド間予測を動き補償し、フレーム間の
予測は動き補償器しか、動き補償したとしても垂直方向
は１ライン程度の範囲にすることで、主たる動き補償予
測がフィールド間で行なわれ、フィールド間の方が時間
的に近いので、その間の画像の変化も少なく、大きな動
きもカッく−しやすくなり、適切な動き補償が可能にな
る。

又、フレーム間の動き補償は範囲が制限されているので
、処理量の増加も僅かである。

インターレース信号では、１フレ一ム間と２フレ一ム間
の適応予測となるが、過去の複数フレームを予測に用い
ることで、動きが少ないとき折返し成分の影響を軽減で
き、予測効率が上がる。

より適切な予測ができることで、予測残差が少なくなり
、予測符号化においてデータ量をより少なくすることが
できる。

以上説明の如く、本発明の動き補償予測符号化装置及び
復号化装置は、実用上極めて優れた効果を有するもので
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の動き補償予測符号化装置の第１の実施
例を示すブロック図、第２図は第１−図における適応予
測器の内部構成例を示すブロック図、第３図は本発明の
動き補償予測復号化装置の実施例を示すブロック図、第
４図は本発明の動き補償予測符号化装置の第２の実施例
を示すブロック図、第５図は予測の様子を説明するため
の図、第６図は動き補償器における動きベクトルの範囲
を説明するための図である。 ■・・・画像信号入力端子、２・・・予測減算器、３゜
２９．３２・・・動き補償器、４，２７・・・適応予測
器、５・・・フィールド内符号化器、６・・・データ出
力端子、７・・・フィールド内復号化器、８・・・加算
器、９゜１０・・・フィールドメモリー　１１・・・動
きベクトル出力端子、１２・・・予測モード出力端子、
１３゜１６．１７．２２・・・入力端子、１４．１５・
・・減算器、１８．２０・・・絶対値化器、１９．２１
・・・ブロック累積器、２３・・・比較器、２４　・切
り換えスイ］　８ ッチ、２５・・・予測信号出力端子、２６・・・データ
入力端子、２８・・・再生画像信号出力端子、３０・・
・動きベクトル入力端子、３１・・・予測モード入力端
子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）動画像信号の予測符号化で、過去の複数のフレー
   ム又はフィールドの信号をそれぞれ動き補償した信号を
   得る手段と、 前記複数の動き補償された信号を入力し、予測対象信号
   に最も近い信号を予測信号として出力する適応予測手段
   を持つことを特徴とした動き補償予測符号化装置。
2. （２）動画像信号の予測符号化で、動き補償された１フ
   ィールド前の信号を得る手段と、動き補償されない１フ
   レーム前の信号を得る手段と、 前記２種類の信号を入力し、予測対象信号に近い方の信
   号を予測信号として出力する適応予測手段を持つことを
   特徴とした動き補償予測符号化装置。
3. （３）動画像信号の予測復号化で、過去の複数のフレー
   ム又はフィールドの信号をそれぞれ動き補償した信号を
   得る手段と、 前記複数の信号を入力し、符号化側より送られる予測の
   情報により入力信号を選択して、予測信号として出力す
   る予測手段を持つことを特徴とした動き補償予測復号化
   装置。