JPH05153577A - 動画像復号化装置 - Google Patents

動画像復号化装置

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JPH05153577A
JPH05153577A JP34241291A JP34241291A JPH05153577A JP H05153577 A JPH05153577 A JP H05153577A JP 34241291 A JP34241291 A JP 34241291A JP 34241291 A JP34241291 A JP 34241291A JP H05153577 A JPH05153577 A JP H05153577A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は動画像復号化装置において、復号化の
処理速度を上げることなく滑らかな高速正転及び逆転再
生を実行しようとするものである。 【構成】動画像符号化データが記録された記録媒体の高
速再生が選択された場合、データ入力手段においてレー
トを制御して、記録媒体よりバツフアに対する読み込み
速度を上げ、バツフアから逆多重化手段に動画像符号化
データを取り込み、一定のフレーム間隔にて復号化する
フレームの画像データ及び廃棄するフレームの画像デー
タに分け、復号化するフレームの画像データのみを後段
におくり通常再生と同じ速度で復号化処理を行なうよう
にしたことにより、復号化処理の処理速度を上げること
なく、高速で正転再生及び逆転再生を実行し得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図３） 作用（図３） 実施例（図１〜図７） 発明の効果
【０００２】
【産業上の利用分野】本発明は動画像復号化装置に関
し、例えばＣＤやハードデイスク等の記録媒体に記録さ
れた動画像符号化データを再生して復号化する場合に適
用し得る。
【０００３】
【従来の技術】従来、動画像データは情報量が極めて多
いため、これを記録再生するには連続的な伝送速度が極
めて高い記録媒体が要求され、現在例えばＮＴＳＣテレ
ビジヨン方式のビデオ信号は、いわゆる磁気テープや光
デイスクに記録し再生するようになされている。
【０００４】これに加えてビデオ信号を、より小型で記
録情報量の少ない記録媒体に長時間記録しようとする場
合には、ビデオ信号を高能率符号化して記録すると共に
その読み出し信号を能率良く復号化する手段が不可欠と
なり、このような要求に応えるべく、ビデオ信号の相関
を利用した高能率符号化方式が提案されており、その１
つにＭＰＥＧ（Moving Picture ExpertsGroup）方式が
ある。
【０００５】このＭＰＥＧ方式は、まずビデオ信号の画
像フレーム間の差分を取ることにより時間軸方向の冗長
度を落とし、その後離散コサイン変換（ＤＣＴ(discret
e cosine transform) ）等の直交変換手法を用いて空間
軸方向の冗長度を落とし、このようにしてビデオ信号を
能率良く符号化して所定の記録媒体に記録し得るように
なされている。
【０００６】またこのようにして高能率符号化されたビ
デオ信号が記録された記録媒体を再生する場合には、再
生信号について逆直交変換等で効率良く復号化してビデ
オ信号を再生し得るようになされている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで通常上述のよ
うにして高能率符号化されたビデオ信号が記録された記
録媒体を高速再生する場合、数フレームおきに復号化を
行ないこれを通常再生と同じ速度で出力することにより
高速再生を実現し得るようになされている。
【０００８】ところが上述のＭＰＥＧ方式による符号化
においては、フレーム間の動きを予測して符号化が行な
われており、現在のフレームに対して過去又は未来のフ
レームの復号化画像なしでは復号化が不可能なフレーム
が存在するため、必ずしも自由にフレームを選んで高速
に再生することはできない問題がある。
【０００９】実際上、直接アクセスして復号化が可能な
フレームは、通常十数フレームに１フレーム存在するフ
レーム内符号化フレーム（以下これをイントラフレーム
と呼ぶ）のみであり、これらイントラフレームのみを再
生しても動きの粗い高速再生しかできない。
【００１０】またこのような問題を解決するため、全フ
レームについて数倍の処理速度で復号化すれば高速再生
が可能になるが、ハードウェア上の制約から復号化の処
理速度を数倍にすることはほとんど実現が不可能であつ
た。
【００１１】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、復号化の処理速度を上げることなく滑らかな高速正
転及び逆転再生を実行し得る動画像復号化装置を提案し
ようとするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、所定の記録媒体に記録された
動画像符号化データＳ２１を可変レートでバツフアに取
り込むデータ入力手段２２と、データ入力手段２２から
得られる動画像符号化データＳ２１より所望の画像フレ
ームのみを選択し、画像データＳ２２及び動きベクトル
データＳ２３に分離する逆多重化手段２３と、逆多重化
手段２３から得られる画像データＳ２２を逆直交変換す
る逆直交変換手段２４と、逆多重化手段２３から得られ
る動きベクトルデータＳ２３及び過去の復号化画像より
動き予測画像データＳ２９を生成する動き予測画像デー
タ生成手段２８、２９と、逆直交変換手段２４から得ら
れる画像データＳ２４及び動き予測画像データ生成手段
２８、２９から得られる動き予測画像データＳ２９を加
算して復号化画像Ｓ２７を得る復号化画像生成手段２７
とを設けるようにした。
【００１３】また第２の発明においては、逆多重化手段
２３で選択する所望の画像フレームＳ２２を、フレーム
内で完結しているフレーム内符号化フレームＩ及び片方
向からの動き予測を行う予測符号化フレームＰとし、逆
直交変換手段２４で実行する逆直交変換を逆離散コサイ
ン変換とした。
【００１４】
【作用】動画像符号化データＳ２１が記録された記録媒
体の高速再生が選択された場合、データ入力手段２２に
おいてレートを制御して、記録媒体よりバツフア２２に
対する読み込み速度を上げ、バツフア２２から逆多重化
手段２３に動画像符号化データＳ２１を取り込み、一定
のフレーム間隔にて復号化するフレームの画像データＳ
２２（Ｉ、Ｐ）及び廃棄するフレームの画像データＳ２
２（Ｂ）に分け、復号化するフレームの画像データＳ２
２（Ｉ、Ｐ）のみを後段におくり通常再生と同じ速度で
復号化処理を行なうようにしたことにより、復号化処理
の処理速度を上げることなく、高速で正転再生及び逆転
再生を実行し得る。
【００１５】
【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。
【００１６】図１において１は全体として動画像データ
符号化装置（エンコーダ）を示し、アナログ動画像信号
がデジタルデータに変換され、入力画像データＳ１とし
て入力端子２を通じて差分回路３に入力される。
【００１７】この差分回路３には入力画像データＳ１に
加えて、フレームメモリ（ＦＭ）４より供給される前フ
レーム画像データＳ２がリフアレンスデータとして入力
され、この結果入力画像データＳ１と前フレーム画像デ
ータＳ２の差分データＳ３が抽出され、離散コサイン変
換手段としての離散コサイン変換回路（ＤＣＴ５に入力
される。
【００１８】この離散コサイン変換回路５は、画像の有
する２次元相関性を利用して空間軸方向の冗長度を落と
すもので、入力される差分データＳ３について微小ブロ
ツク単位で離散コサイン変換し、この結果得られる変換
データＳ４が量子化回路（Ｑ（quantizer ））６に送出
される。なおＤＣＴは直交変換の代表的手法であり、例
えば高速フーリエ変換（ＦＦＴ）等の手法を用いるよう
にしても良い。
【００１９】量子化回路６は変換データＳ４を所定の量
子化ステツプサイズに対応して量子化し、この結果得ら
れる量子化データＳ５が可変長符号化（ＶＬＣ（variab
le length code）回路７に送出され、可変長符号化回路
７において量子化データＳ５が可変長符号化され、これ
により得られる可変長符号化データＳ６がマルチプレク
サ（ＭＵＸ）８に入力される。
【００２０】このマルチプレクサ８には可変長符号化デ
ータＳ６に加えてエンコーダ（ＥＮＣ）９から入力され
る動きベクトルデータＳ７が入力され、これにより可変
長符号化データＳ６に動きベクトルデータＳ７を多重化
し、この結果得られる伝送データＳ８がバツフア（ＢＵ
Ｆ）１０を通じて動画像データ符号化装置１の出力とし
て送出され、コンパクトデイスク等の記録媒体に記録さ
れる。
【００２１】ここでこの動画像データ符号化装置１の場
合、局部復号化系１１を有してなり伝送データＳ８とし
て送出される量子化データＳ５を復号化してフレームメ
モリ４に入力するようになされている。
【００２２】実際上局部復号化系１１においては、量子
化回路６から送出される量子化データＳ５が逆量子化
（Ｑ-1）回路１２に入力されて逆量子化され逆量子化デ
ータＳ１０として逆離散コサイン変換（ＤＣＴ-1）回路
１３に送出する。
【００２３】逆離散コサイン変換回路１３は逆量子化デ
ータＳ１０について逆離散コサイン変換し、この結果得
られる逆離散コサイン変換出力Ｓ１１が加算回路１４に
入力される。この加算回路１４においては、逆離散コサ
イン変換出力Ｓ１１及びフレームメモリ４より読み出さ
れた前フレーム画像データＳ２が加算され、元の入力画
像データＳ１が局部的に復号化されて順次フレームメモ
リ４に供給され一旦記憶される。
【００２４】このフレームメモリ４より読み出された前
フレーム画像データＳ２は加算回路１４に供給されると
共に、上述した差分回路３に供給され、離散コサイン変
換回路５に対して出力する信号を、入力された入力画像
データＳ１と前フレーム画像データＳ２との差分画像情
報として演算する。
【００２５】ここでこの動画像データ符号化装置１の場
合、デジタルデータとして入力端子２から入力された入
力画像データＳ１は、上述に加えて動きベクトル演算回
路（ＭＶ）１５に入力される。この動きベクトル演算回
路１５による動きデータＳ１５でなる演算出力は、動き
補償回路（ＭＣ）１６に送出されると共に、符号化手段
としてのエンコーダ９に供給される。
【００２６】この動き補償回路１６には、フレームメモ
リ４からのメモリ読み出し出力Ｓ１６が入力されると共
に、動き補償回路１６からはフレームメモリ４に対して
動き補償出力Ｓ１７が供給される。
【００２７】またエンコーダ９は動きベクトル演算回路
１５で求められた動きデータＳ１５を符号化し、動きベ
クトルデータＳ７としてマルチプレクサ８に送出するよ
うになされている。
【００２８】このような構成の動画像データ符号化装置
１によるフレーム間の予測方法を図２に示し、フレーム
内のみのデータ圧縮を行なういわゆるイントラフレーム
と、過去又は未来の片方向からの動き予測を行なういわ
ゆるプリデイクトフレーム、過去及び未来の両方向から
動き予測を行ういわゆるバイデイレクシヨナルフレーム
より一連の伝送データＳ８のシーケンスが構成される。
【００２９】図２ではこれらを各々Ｉフレーム、Ｐフレ
ーム、Ｂフレームとして表し、実際上Ｉフレームはフレ
ーム間予測は行なわずフレーム内で完結しており、Ｐフ
レームは過去のＩフレーム又はＰフレームをリフアレン
スフレームとして動き予測を行ない、Ｂフレームは過去
及び未来のＩ及び又はＰフレームをリフアレンスフレー
ムとして動き予測を行なう。
【００３０】この３種類のフレームの組合せによりシー
ケンスが構成される。通常はＩフレームを例えば１０〜
２０フレームの一定周期毎に配し、その間にはＰ又はＢ
フレームが配され、例えばシーケンスは次式
【数１】 のように表される。
【００３１】このシーケンスにおいてはＢフレームの復
号化のためには、Ｐフレームがすでに復号化されていな
ければならず、実際符号化されコンパクトデイスク等の
記録媒体に記録される順は次式
【数２】 のようになる。
【００３２】図３において、２０は全体として本発明に
よる動画像データ復号化装置（デコーダ）を示し、記録
媒体から読み出された再生データＳ２１が入力端子２１
よりバツフア（ＢＵＦ）２２を介して逆多重化手段とし
ての逆マルチプレクサ（ＭＵＸ-1）２３に供給される。
【００３３】逆マルチプレクサ２３は再生データＳ２１
から再生画像データＳ２２と動きベクトルデータＳ２３
を分離し、この再生画像データＳ２２が可変長符号復号
化（ＶＬＣ-1）回路２４によつて復号化され、逆量子化
（Ｑ-1）回路２５によつて元の量子化前の画像データＳ
２４に復号化される。
【００３４】この復号画像データＳ２４は逆離散コサイ
ン変換手段としての逆離散コサイン変換（ＤＣＴ-1）回
路２６によつて逆離散コサイン変換処理され、この結果
得られる復号画像データＳ２５が加算回路２７に加えら
れる。
【００３５】この加算回路２７においては、復号画像デ
ータＳ２５にフレームメモリ（ＦＭ）２８より読み出さ
れたリフアレンスデータＳ２６を加算して、元の画像デ
ータＳ２７を復号し、これをフレームメモリ２８に記憶
する。
【００３６】一方逆マルチプレクサ２３によつて分離さ
れる動きベクトルデータＳ２３は、フレームメモリ２８
が接続された動き補償（ＭＣ）回路２９に供給され、こ
の動きベクトルデータＳ２３により予測画像データＳ２
８が生成され、フレームメモリ２８を通じて加算回路２
７に加えられる。
【００３７】実際上加算回路２７の出力はフレームメモ
リ２８に加えられるように構成されており、動き補償回
路２９から送出された予測画像データＳ２８は、復号画
像データＳ２７に加えられて元の画像データＳ３０とな
り、動画像データ復号化装置２０の出力として送出され
る。
【００３８】ここでこの実施例の動画像データ復号化装
置２０において、高速正転再生を行なうとする場合、後
述の方法を用いて再生データＳ２１のバツフア２２への
読込み速度を上げると共に、逆マルチプレクサ（ＭＵＸ
-1）２３でＢフレームの画像データＳ２２を廃棄し、Ｉ
及びＰフレームの画像データＳ２２のみを、続く可変長
符号復号化回路２４、逆量子化回路２５、逆離散コサイ
ン変換回路２６に供給する。
【００３９】実際上（１）式について上述したようなシ
ーケンスの場合を考えると、記録媒体からは（２）式に
ついて上述したシーケンスの順で、逆マルチプレクサ２
３に入力され、その出力でなる画像データＳ２２は、次
式
【数３】 で表されるシーケンスになる。
【００４０】復号化の処理は等速再生と同様に行なわ
れ、例えばＮＴＳＣ方式では毎秒３０フレームの割合で
復号画像データＳ３０が出力され、結果として１フレー
ムおきに再生されるので再生速度は２倍となる。
【００４１】一方動画像データ復号化装置２０におい
て、高速逆転再生を行なうとする場合、後述の方法を用
いて再生データＳ２１のバツフア２２への読込み速度を
上げると共に、フレームメモリ２８からの読出し順序の
変更により対応するようになされている。
【００４２】すなわち例えば記録媒体から入力される再
生データＳ２１が、（２）式について上述したシーケン
スの順とし現在Ｉ1 フレームを再生中とすると、高速逆
転再生が選択されるとＩ0 フレームまで戻つて読込みを
始め、高速正転再生と同じくＰフレームのみを復号化
し、Ｉ0 フレーム、Ｐ00フレーム、Ｐ01フレーム、Ｐ02
フレームの順で順次フレームメモリ２８に記憶する。
【００４３】そして、Ｐ02フレーム、Ｐ01フレーム、Ｉ
0 フレームの順にフレームメモリ２８を読み出し、画像
データＳ３０として出力し、この動作を繰り返すことに
より、高速逆転再生が可能となる。
【００４４】このような構成で、高速再生時の記録媒体
からの再生データＳ２１の読込み速度について説明す
る。まず通常再生時には、バツフア２２内のデータ占有
量は図４のように表される。ここで横軸は時間又は動画
像データ復号化装置２０より出力される復号化画像デー
タのフレーム数であり、縦軸は記録媒体よりバツフア２
２に入力される再生データの累積データビツト量であ
る。
【００４５】いまバツフア２２に一定の割合で再生デー
タＳ２１が入力されかつ出力されるとすると、図４のｎ
ビツト目の再生データＳ２１はビツト供給線ＢＳ１とビ
ツト供給線ＢＳ２に挟まれた時間、すなわち時刻ｔ1 か
らｔ2 の間のみバツフア２２内に存在するので、この間
に動画像データ復号化装置２０はこの再生データＳ２１
をバツフア２２から読み込まねばならない。なおｘは、
時刻ｔ1 における再生データＳ２１のバツフア占有量を
表す。
【００４６】動画像データ復号化装置２０の要求するデ
ータビツト量を表すビツト需要量ＢＮ１は、Ｉ、Ｐ、Ｂ
フレームによりデータ量が異なるため、図のような折れ
線となる。ビツト需要線ＢＮ１は常に２本のビツト供給
線ＢＳ１、ＢＳ２の間になければならない。もしビツト
需要量ＢＮ１がビツト供給線ＢＳ１を越えるとバツフア
２２は空になりアンダーフローとなり、逆にビツト供給
線ＢＳ２を越えるとあふれオーバーフローとなる。
【００４７】ここで上述の２倍速再生を行なつた場合の
バツフア２２のデータ占有量は図５に示しように表され
る。なお図中破線は通常再生時のビツト供給線ＢＳ１、
ＢＳ２及びビツト需要線ＢＮ１であり、高速再生の場合
Ｂフレームの再生データＳ２１を廃棄するため、ビツト
需要線ＢＮ１０は傾きが急になり、ビツト供給線ＢＳ１
が元のままであると、バツフア２２はアンダーフローと
なる。
【００４８】そこでバツフア２２に入力するデータ量を
増加させ、図５のようにビツト供給線ＢＳ１０及びＢＳ
１１の傾きを立てることにより、バツフア２２が破綻す
ることなく高速再生し得るようになされている。
【００４９】このように高速再生時には、バツフア２２
に入力するデータ量を増加させる必要があるが、これに
は２つの方法がある。一つは高速再生時単純に記録媒体
からの読み込み速度を上げることであり、記録媒体とし
てコンパクトデイスクを使用するには、デイスク回転数
を上げることで実現し得るようになされている。
【００５０】いま一つは特願平3-198591に示すように、
記録媒体からバツフア２２へのデータ読み込み速度を常
時高めに設定する方法である。そのままではバツフア２
２がオーバーフローを起こしてしまうため、バツフア２
２のデータ占有量に上限及び下限を設定し、バツフア２
２のデータ量がこの上限を越えたら、記録媒体からの読
み込みを停止し待機させ、下限を越えたら読み込みを再
開させ、これを繰り返すことによりバツフア２２を破綻
させることなく、画像の復号化処理を行うことができ
る。
【００５１】この様子は図６に示すように表され、実際
上ビット供給線ＢＳ２０及びＢＳ２１はデータ読み込み
停止中時間軸に平行となり、ビット需要線ＢＮ２０はビ
ット供給線ＢＳ２０及びＢＳ２１を越えることはなくな
る。この方法を通常再生時のみならず高速再生時にも適
用することにより、高速再生時に過不足なしに再生デー
タＳ２１をバツフア２２に入力することが可能となる。
【００５２】以上の構成によれば、高速再生が選択され
た場合、記録媒体からバツフアに対するデータ読み込み
速度を上げ、Ｂフレームを廃棄しＩ及びＰフレームのみ
を復号化するフレームとして後段に送り通常再生と同じ
速度で復号化処理を行なようにしたことにより、復号化
処理速度を上げることなく、動画像データを滑らかに数
倍の高速正転及び逆転再生し得る動画像データ復号化装
置２０を実現できる。
【００５３】なお上述の実施例においては、Ｉフレー
ム、Ｂフレーム、Ｐフレーム、Ｂフレーム、Ｐフレー
ム、Ｂフレーム、Ｐフレーム、Ｉフレーム、……という
シーケンスを例にとつたが、Ｉ、Ｐ、Ｂフレームの組合
せはもちろんこの限りではなく、種々のフレームシーケ
ンスの場合でも上述の実施例と同様の効果を実現でき
る。
【００５４】また上述の実施例においては、フレーム間
予測方式についてＭＰＥＧ方式をもとに説明したが、こ
れに限らず、例えば図７に示すように、Ｐフレームが常
にＩフレームをリフアレンスフレームにする予測方式も
考えられ、この場合はＢフレームのみならず、どのＰフ
レームも廃棄可能であり、高速再生の速度をより自由に
選ぶことができる。
【００５５】さらに上述の実施例においては、離散コサ
イン変換とフレーム間動き予測を用いた動画像データ復
号化装置におけるものであるが、同様のフレーム間予測
を行なう方式すべてに適用可能であり、直交変換方式に
は無関係である。
【００５６】
【発明の効果】上述のように本発明によれば、高速再生
が選択された場合、記録媒体からのデータ読み込み速度
を上げ、一定のフレーム間隔にて復号化するフレームと
廃棄するフレームとに分け、復号化するフレームのデー
タのみを後段に送り通常再生と同じ速度で復号処理を行
なようにしたことにより、復号化処理速度を上げること
なく、動画像データを滑らかに数倍の高速正転及び逆転
再生し得る動画像復号化装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】動画像データ符号化装置の全体構成を示すブロ
ツク図である。
【図２】図１の動画像データ符号化装置において行なわ
れるフレーム間動き予測方式の説明に供する略線図であ
る。
【図３】本発明の一実施例による動画像データ復号化装
置の全体構成を示すブロツク図である。
【図４】図３の動画像データ復号化装置において通常再
生時バツフア２２に入出力されるデータ量の説明に供す
る特性曲線図である。
【図５】図３の動画像データ復号化装置において高速再
生時バツフア２２に入出力されるデータ量を説明に供す
る特性曲線図である。
【図６】図３の動画像データ復号化装置においてバツフ
ア２２に入出力されるデータ量の他の実施例の説明に供
する特性曲線図である。
【図７】図１の動画像データ符号化装置において行なわ
れるフレーム間動き予測方式の他の実施例の説明に供す
る略線図である。
【符号の説明】
１……動画像データ符号化装置、２、２１……入力端
子、３……差分回路、４、２８……フレームメモリ、５
……離散コサイン変換回路、６……量子化回路、７……
可変長符号回路、８……多重化回路、９……エンコー
ダ、１０、２２……バツフア、１２、２５……逆量子化
回路、１３、２６……逆離散コサイン変換回路、１４、
２７……加算回路、１５……動きベクトル演算回路、１
６、２９……動き補償回路、２３……逆多重化回路、２
４……可変長符号復号化回路。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】所定の記録媒体に記録された動画像符号化
    データを可変レートでバツフアに取り込むデータ入力手
    段と、 上記データ入力手段から得られる上記動画像符号化デー
    タより所望の画像フレームのみを選択し、画像データ及
    び動きベクトルデータに分離する逆多重化手段と、 上記逆多重化手段から得られる上記画像データを逆直交
    変換する逆直交変換手段と、 上記逆多重化手段から得られる上記動きベクトルデータ
    及び過去の復号化画像より動き予測画像データを生成す
    る動き予測画像データ生成手段と、 上記逆直交変換手段から得られる上記画像データ及び上
    記動き予測画像データ生成手段から得られる上記動き予
    測画像データを加算して上記復号化画像を得る復号化画
    像生成手段とを具えることを特徴とする動画像復号化装
    置。
  2. 【請求項２】上記逆多重化手段で選択する上記所望の画
    像フレームを、フレーム内で完結しているフレーム内符
    号化フレーム及び片方向からの動き予測を行う予測符号
    化フレームとし、 上記逆直交変換手段で実行する上記逆直交変換を逆離散
    コサイン変換としたことを特徴とする請求項１に記載の
    動画像復号化装置。
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