JPH05236460A

JPH05236460A - ビデオ信号の符号化回路

Info

Publication number: JPH05236460A
Application number: JP6107192A
Authority: JP
Inventors: Hisayoshi Moriwaki; 久芳森脇
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1992-02-17
Filing date: 1992-02-17
Publication date: 1993-09-10

Abstract

(57)【要約】【目的】再生画像の実質的な劣化のないビデオ信号の
符号化回路を提供する。【構成】ビデオ信号Ｓ13を帯域制限する前処理フィル
タ１４と、この前処理フィルタ１４から出力されるビデ
オ信号Ｓ14をデータ圧縮して出力するコーダ回路２０と
から符号化回路を構成する。ビデオ信号Ｓ13により表現
される動体の面積を検出する検出回路７０を設ける。こ
の検出回路７０の検出出力Ｓ75により、動体の面積が大
きいときには、前処理フィルタ１４の通過帯域が狭くな
るように、その通過帯域を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオ信号（画像デ
ータ）の符号化回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】テレビ電話システムなどにおいて、ビデ
オ信号を伝送する場合、そのビデオ信号をそのまま伝送
すると、伝送しなければならないデータ量がきわめて多
くなるので、そのビデオ信号を符号化（データ圧縮）し
てから伝送する回路あるいは方法が、考えられている。

【０００３】そして、その符号化には、フレーム内符号
化と、フレーム間符号化とがあり、どちらの符号化も、
例えば16画素（水平）×16画素（垂直）のブロックを、
その処理単位としている。そして、フレーム内符号化
は、同一フレーム内における画素データ間の自己相関を
利用してビデオ信号をデータ圧縮し、その圧縮された画
像データを伝送するものである。また、フレーム間符号
化は、あるフレームの画素データと、次のフレームの画
素データとの差分を求め、この差分をデータ圧縮して伝
送するものである。

【０００４】したがって、フレーム内符号化による画像
データよりも、フレーム間符号化による画像データの方
が、データ量が少なくなるので、最初に、フレーム内符
号化による画像データを初期値として伝送ラインに送り
出し、以後、フレーム間符号化による画像データを伝送
ラインに送り出せばよいことになる。ただし、実際に
は、伝送時にエラーを生じると、そのエラーが以後の再
生画像にずっと影響するので、ＣＣＩＴＴは、132 フレ
ームにつき少なくとも１回の割り合いで、フレーム内符
号化による画像データのブロックを送るように、勧告し
ている。

【０００５】図４は、そのような符号化回路の一例を示
すもので、この例においては、ＣＣＩＴＴにより規格化
されたＨ．２６１を使用している。すなわち、伝送され
るべきアナログビデオ信号Ｓ11が、端子１１を通じてＡ
／Ｄコンバータ１２に供給されてデジタルビデオ信号Ｓ
12にＡ／Ｄ変換され、この信号Ｓ12がＣＩＦ変換回路１
３に供給されてＣＩＦビデオ信号Ｓ13に変換され、この
信号Ｓ13が、前処理フィルタ１４に供給されて帯域制限
されたビデオ信号Ｓ14とされ、この信号Ｓ14がフレーム
メモリ１５に書き込まれる。

【０００６】そして、このフレームメモリ１５から後段
の回路２０が、Ｈ．２６１のコーダ回路である。すなわ
ち、フレーム内符号化時には、スイッチ回路２１、６５
が図の状態に接続され、フレームメモリ１５に書き込ま
れた信号Ｓ14が信号Ｓ15（＝Ｓ14）として読み出され、
この信号Ｓ15が、スイッチ回路２１を通じてＤＣＴ回路
（離散余弦変換回路）２２に供給されてＤＣＴ信号Ｓ22
に変換され、この信号Ｓ22が量子化回路２３に供給され
て、よりビット数の少ない信号Ｓ23に再量子化され、こ
の信号Ｓ23がＶＬＣ回路（可変長符号化回路）２４に供
給されてＶＬＣ信号Ｓ24に変換され、この信号Ｓ24が、
バッファメモリ２５により一定のデータ速度で伝送回線
１に送り出される。

【０００７】なお、このとき、信号Ｓ24からもとのビデ
オ信号Ｓ11をデコードするのに必要な各種のパラメータ
などのデータが、後述する符号化制御回路２９からＶＬ
Ｃ回路２４に供給され、信号Ｓ24とともに回線１に送り
出される。

【０００８】さらに、２６はローカルデコーダで、量子
化回路２３からの信号Ｓ23が、量子化回路６１に供給さ
れ、量子化回路２３とは相補の処理が行われて信号Ｓ61
に量子化され、この信号Ｓ61が逆ＤＣＴ回路６２に供給
され、ＤＣＴ回路６２とは相補の処理が行われて信号Ｓ
62に変換される。この場合、回路６１、６２は、回路２
３、２２と相補の処理を行うので、信号Ｓ61は信号Ｓ22
を復元した信号となり、信号Ｓ62は信号Ｓ15を復元した
信号となる。

【０００９】そして、この信号Ｓ62が加算回路６３に供
給されるとともに、スイッチ回路６５からの信号Ｓ65が
加算回路６３に供給されて加算回路６３からは両信号Ｓ
62、Ｓ65の加算信号Ｓ63、今の場合は、Ｓ65＝０なの
で、Ｓ63＝Ｓ62が取り出され、この信号Ｓ63がフレーム
メモリ６４に書き込れる。なお、この信号Ｓ63は、回路
２２、２３、６１、６２の処理時間により１フレーム前
の信号Ｓ15に対応する信号となる。また、今の場合、Ｓ
63＝Ｓ62であるから、信号Ｓ63は信号Ｓ15を復元したビ
デオ信号である。

【００１０】したがって、回線１には、フレーム内符号
化されたビデオ信号Ｓ24が送り出されるとともに、メモ
リ６４のビデオ信号Ｓ63は、信号Ｓ24に等しい信号Ｓ23
から復元したビデオ信号Ｓ15となる。

【００１１】一方、フレーム間符号化時には、スイッチ
回路２１、６５が図とは逆の状態に接続され、フレーム
メモリ１５からの信号Ｓ15が減算回路２７に供給される
とともに、フレームメモリ６４に書き込まれた信号Ｓ63
が信号Ｓ64（＝Ｓ63）として読み出され、この信号Ｓ64
が減算回路２７に供給され、減算回路２７からは信号Ｓ
15と信号Ｓ64との差分の信号Ｓ27が取り出される。そし
て、この信号Ｓ27が、スイッチ回路２１を通じてＤＣＴ
回路２２に供給される。

【００１２】したがって、信号Ｓ27は、あるフレームの
ビデオ信号Ｓ11と、その前のフレームのビデオ信号Ｓ11
との差分の信号となり、この差信号Ｓ27が、ＤＣＴ処理
及び再量子化されて信号Ｓ23として取り出され、この信
号Ｓ23が信号Ｓ24に変換されて回線１に送り出される。

【００１３】また、このとき、メモリ６４から読み出さ
れた信号Ｓ64がスイッチ回路６５を通じて加算回路６３
に供給されるとともに、このとき、加算回路６３には、
信号Ｓ23が、量子化回路６１及び逆ＤＣＴ回路６２によ
り信号Ｓ62に変換されて供給される。したがって、メモ
リ６４に供給される信号Ｓ63は、１フレーム前の信号Ｓ
64と、信号Ｓ62とから復元されたビデオ信号Ｓ15とな
る。

【００１４】なお、２８は動きベクトル検出回路で、メ
モリ１５からの信号Ｓ15と、メモリ６４からの信号Ｓ64
とが、動きベクトル検出回路２８に供給されて連続する
２フレーム間における動体が検出され、この検出出力に
よりメモリ６４の信号Ｓ63が補正される。

【００１５】また、２９は符号化制御回路で、これは、
ＤＣＴ回路２２からの信号Ｓ22にしたがって、フレーム
内符号化時の信号Ｓ22のエネルギと、フレーム間符号化
時の信号Ｓ22のエネルギとを算出し、そのエネルギの小
さい方の信号Ｓ22が量子化回路２３に供給されるよう
に、フレーム内符号化あるいはフレーム間符号化を選択
する。また、符号化制御回路２９は、ＣＣＩＴＴの勧告
にしたがった割り合いとなるようにも、フレーム内符号
化を選択する。

【００１６】さらに、符号化制御回路２９は、バッファ
メモリ２５がオーバーフローあるいはアンダーフローし
ないように、バッファメモリ２５における信号Ｓ24の残
量にしたがって、量子化回路２３における再量子化のビ
ット数、すなわち、量子化のステップサイズを変更す
る。

【００１７】以上が、ビデオ信号の符号化、特にフレー
ム内符号化及びフレーム間符号化の一例である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述のよう
な符号化回路において、歪みを最も発生させる部分は、
量子化回路２３であり、その出力信号Ｓ23のビット数が
少なくなるほど、量子化ステップのステップサイズが大
きくなるので、歪み（量子化歪み）が増え、再生画像が
きたなくなる。しかし、信号Ｓ23のビット数を多くする
と、再生画像の歪みが減ってきれいにはなるが、伝送し
なければならないデータ量が増えてしまう。

【００１９】そこで、ＤＣＴ回路２２による信号Ｓ22の
データ量を少なくすることが考えられる。すなわち、そ
のようにすれば、信号Ｓ23のデータ量も少なくなるの
で、信号Ｓ23のビット数を少なくしても、歪みの増加が
少なく、再生画像がきたなくならない。

【００２０】そして、信号Ｓ22のデータ量を少なくする
ためには、前処理フィルタ１４において、信号Ｓ14の帯
域を制限すればよく、1.前処理フィルタ１４を固定の帯
域制限特性とする。 2.バッファメモリ２５における信号Ｓ24の残量にしたが
ってフィルタ１４の通過帯域を変更する。 3.ビデオ信号Ｓ11における画像の動きにしたがって画素
単位でフィルタ１４の通過帯域を変更する。などの方法が考えられている。

【００２１】しかし、1.項の方法では、信号Ｓ14が常に
帯域制限されているので、常に再生画像の解像度が低下
してしまう。また、2.項の方法では、ビデオ信号Ｓ11に
おける画像の内容に無関係に、帯域が制限されてしま
う。さらに、3.項の方法では、瞬時に処理できないの
で、ハードウエアの構成に制約を生じてしまう。この発
明は、以上のような問題点を解決しようとするものであ
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】ところで、人間の視覚特
性について考えると、動体の面積が大きい場合には、そ
の動体に対する解像度は低く、動体の面積が小さい場合
には、その動体に対する解像度は高い。そして、動体の
面積が大きい場合には、信号Ｓ22のデータ量が多く、動
体の面積が小さい場合には、信号Ｓ22のデータ量は少な
い。この発明は、このような点に着目し、ビデオ信号Ｓ
11により表現される動体の面積を検出し、この検出出力
にしたがって、前処理フィルタ１４の通過帯域を制御す
るようにしたものである。

【００２３】すなわち、この発明においては、各部の参
照符号を後述の実施例に対応させると、ビデオ信号Ｓ13
を帯域制限する前処理フィルタ１４と、この前処理フィ
ルタ１４から出力されるビデオ信号Ｓ14をデータ圧縮し
て出力するコーダ回路２０とを有するビデオ信号の符号
化回路において、ビデオ信号Ｓ13により表現される動体
の面積を検出する検出回路７０を設け、この検出回路７
０の検出出力Ｓ75により、動体の面積が大きいときに
は、前処理フィルタ１４の通過帯域が狭くなるように、
その通過帯域を制御するようにしたものである。

【００２４】

【作用】ビデオ信号Ｓ13は、人間の視覚特性に基づいて
帯域が制限され、その後、メインのデータ圧縮が行われ
る。したがって、再生画面を実質的に低下させずに、デ
ータ圧縮を実現することができる。

【００２５】

【実施例】図１に示す例においては、前処理フィルタ１
４の通過帯域を可変とするとともに、その通過帯域が３
段階に変更できる場合である。すなわち、フィルタ１４
は、第１の固定の通過帯域特性のフィルタ４１と、第２
の固定の通過帯域特性のフィルタ４２と、スイッチ回路
４３とにより構成される。なお、この場合、フィルタ４
１は、その通過帯域が中程度とされ（帯域制限が弱くさ
れ）、フィルタ４２は、その通過帯域が狭くされる（帯
域制限が強くされる）。

【００２６】そして、ＣＩＦ変換回路１３からのビデオ
信号Ｓ13が、そのままスイッチ回路４３に供給されると
ともに、フィルタ４１、４２をそれぞれ通じてスイッチ
回路４３に供給され、このスイッチ回路４３により選択
された信号が、前処理された信号Ｓ14として次段のフレ
ームメモリ１５に供給される。

【００２７】また、動体の面積の検出回路７０が次のよ
うに構成される。すなわち、変換回路１３からの信号Ｓ
13が、減算回路７１に供給されるとともに、その信号Ｓ
13が、フレームメモリなどにより構成された１フレーム
期間の遅延回路７２を通じて減算回路７１に供給され、
減算回路７１からは、連続する２フレーム間の画素ごと
の差分の信号Ｓ71が取り出され、この信号Ｓ71が動き検
出回路７３に供給される。

【００２８】この場合、信号Ｓ71において、ある画素に
対する差分が「０」であれば、その画素が表現している
画像部分は２フレーム間で動いていないことになり、
「０」でなければ、その画素が表現している画像部分は
２フレーム間で動いたことになる。

【００２９】そこで、検出回路７３からは、Ｓ71＝０
（差分＝０）のときには、“０”となり、Ｓ71≠０（差
分≠０）ときには、“１”となる検出信号Ｓ73が取り出
される。そして、この信号Ｓ73が、カウンタ７４にカウ
ント入力として供給されるとともに、このカウンタ７４
はフレームの開始ごとにリセットされ、カウンタ７４に
おいて、例えば図２に示すように、１フレームごとに、
Ｓ71≠０となる画素の数がカウントされる。

【００３０】そして、このカウンタ７４のカウント出力
Ｓ74がデコーダ７５に供給され、このデコーダ７５のデ
コード出力Ｓ75がスイッチ回路４３にその制御信号とし
て供給されるとともに、このとき、デコーダ７５には、
２つのスレッショールドレベルＤLO、ＤHIが設定され、
スイッチ回路４３は、Ｓ74＜ＤLOのとき、ＣＩＦ変換回路１３の出力信号
Ｓ13を選択するＤLO≦Ｓ74＜ＤHIのとき、フィルタ４１の出力を選
択するＤHI≦Ｓ74のとき、フィルタ４２の出力を選択するように、フレーム単位で制御される。

【００３１】このような構成によれば、ビデオ信号Ｓ11
により表現される動体の面積にしたがって、例えば図２
に示すように、フィルタ１４が制御されることになる。
すなわち、ビデオ信号Ｓ11により表現される動体の面積
が小さいときには、カウント値Ｓ74が小さく、項の状
態となるので、変換回路１３からの信号Ｓ13がそのまま
フレームメモリ１５に供給される。しかし、このとき、
動体の面積が小さいので、信号Ｓ13がそのままフレーム
メモリ１５に供給されても、信号Ｓ22のデータ量は少な
く、したがって、バッファメモリ２５がオーバーフロー
することはない。

【００３２】また、ビデオ信号Ｓ11により表現される動
体の面積が中程度のときには、カウント値Ｓ74も中程度
となり、項の状態となるので、変換回路１３からの信
号Ｓ13が、フィルタ４１において弱く帯域制限されてフ
レームメモリ１５に供給される。しかし、このとき、動
体の面積が中程度なので、信号Ｓ13に対する帯域制限が
弱くても信号Ｓ22のデータ量は少なく、やはりバッファ
メモリ２５がオーバーフローすることはない。

【００３３】さらに、ビデオ信号Ｓ11により表現される
動体の面積が大きいときには、カウント値Ｓ74が大き
く、項の状態となるので、変換回路１３からの信号Ｓ
13が、フィルタ４２において十分に帯域制限されてフレ
ームメモリ１５に供給される。したがって、信号Ｓ22の
データ量は少なくなり、このときもバッファメモリ２５
がオーバーフローすることはない。

【００３４】なお、この場合、図２に示すように、検出
回路７０の検出結果が、前処理フィルタ１４の特性に反
映されるのは、１フレーム遅れとなるが、実際のビデオ
信号Ｓ11においては、動体の大きさが急激に振動的に変
化することはないので、その遅れは問題ない。

【００３５】こうして、この発明によれば、ビデオ信号
Ｓ11における動体の大きさを検出し、この検出出力Ｓ75
にしたがって、前処理フィルタ１４の通過帯域を制御し
ているので、信号Ｓ22のデータ量を少なくすることがで
き、したがって、適切に符号化された信号Ｓ24を回線１
に送り出すことができる。

【００３６】しかも、その場合、特にこの発明によれ
ば、人間の視覚特性は、動体の面積の大きいときには、
解像度が低く、動体の面積が小さいときには、解像度が
高いこと、及び動体の面積が大きいときには、信号Ｓ22
のデータ量が多く、動体の面積が小さいときには、信号
Ｓ22のデータ量は少ないことを利用して、前処理フィル
タ１４の通過帯域を制御している。すなわち、動体の面
積が大きいときには、信号Ｓ22のデータ量が小さくな
り、動体の面積が小さいときには、静止部分がフレーム
間符号化されるので、データの圧縮効率が向上し、動体
の部分に多くのビット数が割り当てられる。したがっ
て、量子化回路２３における量子化制御との整合性がよ
く、再生画面の実質的な解像度の低下することがない。
また、ハードウエアの構成も簡単であり、構成に制約を
生じることがない。

【００３７】図３は、ハードウエアの構成をより簡単に
した場合の一例を示す。すなわち、この例においては、
動きベクトル検出回路２８から動きベクトルの発生した
ブロックごとに“１”となる信号Ｓ28が取り出され、こ
の信号Ｓ28が加算回路７６に供給されるとともに、符号
化制御回路２９からフレーム内符号化を行ったときに
“１”となる信号Ｓ29が取り出され、この信号Ｓ29が加
算回路７６に供給される。そして、この加算回路７６の
加算出力Ｓ76が、カウンタ７４にカウント入力として供
給されるとともに、カウンタ７４はフレームの開始ごと
にリセットされる。

【００３８】このような構成によれば、検出回路２８
は、±16画素以内の動きしか検出しないが、それ以上の
動きは制御回路２９により検出されることになるので、
前処理フィルタ１４の通過帯域を上述と同様に制御する
ことができる。

【００３９】なお、図１の動き検出回路７３において、
例えばデータを１サンプル８ビットから６ビットに丸め
る、あるいは周辺の画素と比べてデータが著しく異なる
画素は、そのデータを無視するなどの処理を行えば、ノ
イズの影響をなくすことがことができる。

【００４０】

【発明の効果】この発明によれば、ビデオ信号Ｓ11にお
ける動体の大きさを検出し、この検出出力Ｓ75にしたが
って、前処理フィルタ１４の通過帯域を制御しているの
で、信号Ｓ22のデータ量を少なくすることができ、した
がって、適切に符号化された信号Ｓ24を回線１に送り出
すことができる。

【００４１】しかも、その場合、特にこの発明によれ
ば、人間の視覚特性は、動体の面積の大きいときには、
解像度が低く、動体の面積が小さいときには、解像度が
高いこと、及び動体の面積が大きいときには、信号Ｓ22
のデータ量が多く、動体の面積が小さいときには、信号
Ｓ22のデータ量は少ないことを利用して、前処理フィル
タ１４の通過帯域を制御している。すなわち、動体の面
積が大きいときには、信号Ｓ22のデータ量が小さくな
り、動体の面積が小さいときには、静止部分がフレーム
間符号化されるので、データの圧縮効率が向上し、動体
の部分に多くのビット数が割り当てられる。したがっ
て、量子化回路２３における量子化制御との整合性がよ
く、再生画面の実質的な解像度の低下することがない。
また、ハードウエアの構成も簡単であり、構成に制約を
生じることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一例を示す系統図である。

【図２】図１の回路の動作を説明するための図である。

【図３】この発明の他の例を示す系統図である。

【図４】従来例を説明するための系統図である。

【符号の説明】

１伝送回線１２Ａ／Ｄコンバータ１３ＣＩＦ変換回路１４前処理フィルタ１５フレームメモリ２０コーダ回路２２ＤＣＴ回路２３量子化回路２４ＶＬＣ回路２５バッファメモリ２６ローカルデコーダ２８動きベクトル検出回路２９符号化制御回路６１量子化回路６２逆ＤＣＴ回路６４フレームメモリ７０検出回路７２フレームメモリ７３動き検出回路７４カウンタ７５デコーダ

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【手続補正書】

【提出日】平成４年４月１０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】

【課題を解決するための手段】ところで、人間の視覚特
性について考えると、動体に対しては解像度が低く、静
止部に対しては解像度が高い。すなわち、動体の面積が
大きい場合には、画面の解像度は低くてもよく、逆に動
体の面積が小さい場合には、静止部の面積が大きいの
で、画面の解像度は高い必要がある。そして、動体の面
積が大きい場合には、信号Ｓ22のデータ量が多く、動体
の面積が小さい場合には、信号Ｓ22のデータ量は少な
い。この発明は、このような点に着目し、ビデオ信号Ｓ
11により表現される動体の面積を検出し、この検出出力
にしたがって、前処理フィルタ１４の通過帯域を制御す
るようにしたものである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ビデオ信号を帯域制限する前処理フィル
タと、この前処理フィルタから出力されるビデオ信号をデータ
圧縮して出力するコーダ回路とを有するビデオ信号の符
号化回路において、上記ビデオ信号により表現される動体の面積を検出する
検出回路を設け、この検出回路の検出出力により、上記動体の面積が大き
いときには、上記前処理フィルタの通過帯域が狭くなる
ように、その通過帯域を制御するようにしたビデオ信号
の符号化回路。
【請求項２】ビデオ信号を帯域制限する前処理フィル
タと、この前処理フィルタから出力されるビデオ信号をデータ
圧縮して出力するコーダ回路とを有するビデオ信号の符
号化回路において、上記ビデオ信号の連続する２フレーム間の画素ごとの差
分を取り出す回路と、上記差分の値が所定値未満の画素の数を、フレームごと
にカウントするカウンタとを設け、このカウンタのカウント出力により、このカウント出力
が大きいときには、上記前処理フィルタの通過帯域が狭
くなるように、その通過帯域を制御するようにしたビデ
オ信号の符号化回路。
【請求項３】ビデオ信号を帯域制限する前処理フィル
タと、この前処理フィルタから出力されるビデオ信号を、フレ
ーム内符号化と、フレーム間符号化とによりデータ圧縮
して出力するコーダ回路とを有するビデオ信号の符号化
回路において、カウンタを設け、上記フレーム内符号化とフレーム間符号化と上記を選択
的に制御する符号化回路から、上記フレーム内符号化を
示す信号を取り出し、上記コーダ回路の動きベクトル検出回路から、動きベク
トルの発生したブロックごとの信号を取り出し、上記カウンタにおいて、上記符号化回路から取り出した
信号と、上記動きベクトル検出回路から取り出した信号
とをカウントし、このカウンタのカウント出力により、このカウント出力
が大きいときには、上記前処理フィルタの通過帯域が狭
くなるように、その通過帯域を制御するようにしたビデ
オ信号の符号化回路。