JPH0530500A - 動き補償フレーム間フイールド間予測符号化復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】動き補償フレーム間／フィールド間予測符号化
装置において、予測効率を向上し、高画質化を図る。 【構成】奇数フィールドは従来と同様に奇数フィールド
のみから予測を行い、偶数フィールドは偶数フィールド
の信号に加えて時間的に後に表示される奇数フィールド
の信号を用いて予測を行うようにした。 【効果】奇数フィールドのみを符号化していた従来の装
置との両立性を確保しながら、奇数、偶数フィールドを
効率よく伝送できる予測方法を提供できた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＴＶ信号等の高能率符号
化復号化装置に関し、特にＴＶ信号の冗長度の圧縮率が
高い動き補償フレーム間予測符号化の符号化効率向上を
図るものである。

【０００２】

【従来の技術】周知の様にＴＶ信号を直接ディジタル信
号で伝送するためにはおよそ１００Ｍｂ／ｓの伝送速度
を必要とする。これの伝送速度を低下し、伝送コストを
低減するために種々の高能率符号化方式が提案されてい
る。その一つに図１に例示する「フィールド信号の駒落
とし」が知られる。即ち通常のＴＶ信号では、１フレー
ム当たり５２５本の走査線信号を毎秒３０フレーム伝送
している。この時上記の５２５本の走査線を２：１の比
率で飛び越し走査しているので、実際にはその半分の２
６２．５本の走査線を６０フィールドで伝送している。
フィールド信号の駒落としとは、上記の２フィールドの
内の片方のみ（例えば奇数フィールド）を伝送し、残り
の偶数フィールドは伝送を省略する。そして受信側では
伝送された奇数フィールドから偶数フィールドを補間
し、表示するものである。これにより、両フィールド共
伝送する場合と比較して、伝送ビット数を１／２に削減
できる。

【０００３】上記により１／２に圧縮された信号をさら
に圧縮する符号化方式の中で、圧縮効率が高く伝送速度
を大幅に低減出来る方式として、フレーム間予測符号化
方式が知られる。ここでは偶数フィールドから偶数フィ
ールド、又は奇数フィールドから奇数フィールドを予測
する事をフレーム間予測と呼ぶ。上記のフィールド駒落
としにより奇数フィールドのみが伝送されるので、この
場合にはフィールド周波数とフレーム周波数が共に３０
Ｈｚとなる。

【０００４】フレーム間予測符号化方式の原理は次の通
りである。ＴＶ信号は背景部等の動かない部分の面積が
多い。このため、「符号化すべきＴＶ信号と同一の位置
にある前フレーム信号（以降予測信号）」と「符号化す
るフレームの信号」との間の差分（フレーム間予測誤
差）が、フレーム内でした予測の誤差（フレーム内予
測）よりも小さい。従ってフレーム間予測はフレーム内
予測よりも冗長度の圧縮率が高く、伝送速度を例えば数
Ｍｂ／ｓ程度にまで圧縮可能である。

【０００５】フレーム間予測をさらに改良した「動き補
償フレーム間予測」も知られる。これは、通常のフレー
ム間予測に加えて、被写体が動いた時にはその動き量を
測定し、その動き量を補償した位置にある前フレームか
らフレーム間予測するものである。図２に例示するよう
に、符号化すべきＴＶ信号（ｃ）と同一位置にある前フ
レームの信号の他に垂直方向や水平方向にズレた位置の
前フレームの信号（ａ）を予測値として用いる。このた
め、適当な動き量の場合には、単純なフレーム間予測よ
りも予測誤差電力を低減でき、一層の高い冗長度圧縮率
が得られる事も知られる。むろん物体が回転または変形
したり、背後から突如現れる等の場合には動き補償の効
果が無い事は明かである。

【０００６】さらには図３に例示するように、少なくと
も１フレーム以上間引いて動き補償フレーム間予測を行
い、フィールド（ａ）からフィールド（ｅ）を予測し、
次にこの２フィールド（ａ）、（ｅ）を参照して両フィ
ールドに挟まれたフィールド（ｃ）を動き補償フレーム
間予測する手法も知られる。

【０００７】以上、フィールド駒落としを行った時の動
き補償フレーム間予測に付いて説明した。フィールド駒
落としを行うと垂直方向の解像度や、フィールド周波数
が低減する事による被写体の動きの滑らかさの欠落等の
障害が生じる事も知られる。そこで、フィールド駒落と
しを行わない画像を高能率で伝送する場合もある。この
場合には、奇数／偶数フィールド間にも強い相関がある
ので、奇数フィールド間（又は偶数フィールド間）の予
測（フレーム間予測）の他に、奇数／偶数フィールド間
の予測（フィールド間予測）を採用する事が望まれる。

【０００８】フィールド駒落としを行わない全フィール
ド伝送の場合の予測方式としては、図４に例示するよう
に、前フレームの奇数フィールド（ａ）からの予測（フ
レーム間予測）と、直前の偶数フィールド（ｂ）からの
予測（フィールド間予測）が知られる。また上記図３か
らの類推により、後に表示すべきフィールド（ｅ）から
の予測も考えられる。

【０００９】この内フィールド（ａ）や（ｅ）は、空間
的には同一の位置となる信号を含むので被写体が静止状
態の場合には強い相関があり予測誤差を小さく出来る。
しかし時間的には１フレーム離れているので、被写体が
動き状態の場合には相関が弱くなり、予測誤差が大きく
なる問題が有る。

【００１０】それに対してフィールド（ｂ）は、上記と
逆の関係があり、被写体が動き状態では相関が強く、被
写体が静止状態の場合にはフレーム間と比較して相関が
弱くなる特徴がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】図４において、フィー
ルド（ｂ）、（ｃ）の間の時刻に、被写体の背後から物
体が出現したと仮定する。この場合には、上記のフィー
ルド（ａ）、（ｂ）は共に符号化するフィールド（ｃ）
との相関が弱く、予測誤差が大きい問題がある。この場
合（ｅ）は、上記の出現に対して符号化するフィールド
（ｃ）と同一の側に有るので、（ｅ）から予測すれば予
測誤差を小さく出来る。しかし、（ｅ）は静止した画像
では、（ａ）と置換可能であり、動画像では（ｄ）より
も相関が小さい問題がある。

【００１２】さらにフィールド（ｅ）は、予め１フレー
ム以上間引いてフレーム間予測された場合のみ、逆方向
への予測の参照として用いることが出来るので、活用で
きる場合が制限される問題もある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記を解決するため、本
発明では、奇数フィールドは奇数フィールドのみを用い
て符号化し、偶数フィールドでは後に出力装置上に表示
する奇数フィールド（ｄ）も用いて符号化すべきフィー
ルド（ｃ）を予測符号化する事を特徴とする。

【００１４】

【作用】奇数フィールドは従来と同様の予測を行う。偶
数フィールドは、静止状態では直前の偶数フィールド
（ａ）を用いてフレーム間予測すれば良い。またフィー
ルド（ｃ）、（ｅ）間の時刻に物体が現れた場合にも
（ａ）を用いれば良い。しかし、（ａ）、（ｃ）間の時
刻に物体が現れたり、又は被写体が動き状態の場合には
奇数フィールド（ｄ）を参照してフィールド間予測を行
えば良い。このようにすると、わずか２個のフィールド
を用いることにより、静止／動きの何れの場合にも、最
適な予測値を用いることが可能となる。

【００１５】特に、奇数フィールドは偶数フィールドを
参照せずに符号化されているので、奇数フィールド
（ｄ）は常に、偶数フィールド（ｃ）の参照走査線とし
て用いることが出来る。これが、制約がある「偶数フィ
ールド（ｅ）からの予測」と異なる点である。

【００１６】

【実施例】以下、図５を用いて動き補償フレーム間フィ
ールド間予測装置の動作を述べる。図に於いて点線で囲
まれた範囲のみが本発明に関わり、他は従来から知られ
る部分である。先ず従来から知られる部分を簡単に述べ
る。

【００１７】１）ＴＶカメラ１で撮像されたＴＶ信号は
Ａ／Ｄ変換器２によりアナログ／ディジタル変換され
る。これを符号化信号と呼ぶ。

【００１８】２）上記１）と同時に、フレームメモリ３
に格納された伝送済みの前フレームの中の奇数フィール
ド用メモリ３１に格納された奇数フィールドと偶数フィ
ールド用メモリ３２に格納された偶数フィールドのＴＶ
信号（以降参照信号と呼ぶ）が各々読出される。動き量
算出回路４は、読み出された奇数フィールドの参照信号
と上記符号化信号の間の相関（例えば差分の絶対値和）
と偶数フィールドの参照信号と符号化信号の間の相関を
計算し、各々の動き量１００を算出する。さらに奇数フ
ィールドと偶数フィールドとの相関の強さを計算し、奇
数偶数フィールド選択信号１０１を送出する。

【００１９】３）動き量算出回路４が生成した奇数フィ
ールドと偶数フィールドの動き量１００は、各々可変遅
延回路５に与えられ、フレームメモリ３から読み出され
る奇数フィールドと偶数フィールドの参照信号が遅延さ
れる。さらに、動き量算出回路４が生成した奇数偶数フ
ィールド選択信号１０１に従って、スイッチ６により符
号化信号と最も相関が強い位置にある前フレームの信号
が読み出される。この前フレームの信号を予測信号と呼
ぶ。

【００２０】４）符号化信号と予測信号は、減算回路７
により減算され予測誤差が計算される。

【００２１】５）その予測誤差は量子化回路８により量
子化されてより少ないレベルに丸められた後に、可変長
符号化回路９により符号化され伝送路１０に送出され
る。

【００２２】６）５）と同時に量子化回路８により量子
化された信号は、逆量子化回路１１を用いて元の予測誤
差を求められ、加算回路１２により予測信号と加算さ
れ、元の符号化信号が再生される。再生された信号は、
フレームメモリ３の中の奇数用フィールドメモリ３１か
又は偶数用フィールドメモリ３２に格納され、次のフレ
ームの参照信号を生成するために用いられる。

【００２３】次に図５の点線で囲まれている本発明の特
徴を説明する。

【００２４】１）偶数フィールドの信号のみがフィール
ドメモリ２１により格納された後に、奇数／偶数フィー
ルド毎に切り替えられるスイッチ２２により遅延されな
い奇数フィールドの信号と切り替えられ、符号化信号と
なる。これにより、図６に例示する如く、偶数フィール
ドのＴＶ信号のみが１フレーム分遅延される。

【００２５】２）偶数フィールドに対しては、上記の従
来の動き補償フレーム間予測と同様に奇数フィールドと
偶数フィールドの前フレームの信号を格納しているフレ
ームメモリ３から読み出される両フィールドの参照信号
と符号化信号との相関を動き量算出回路４により計算さ
れる。その結果は、可変遅延回路５により計算された動
き量に相当する遅延を施されて予測信号となり、減算回
路７により予測信号と符号化信号との差分が計算されて
予測誤差となり、量子化後に符号化される。

【００２６】又量子化された信号は逆量子化され予測信
号と加算された後に偶数フィールド用フィールドメモリ
３２に格納される。

【００２７】３）奇数フィールドでもほぼ同一の動作で
あるが、予測に用いられるＴＶ信号は奇数フィールドに
限定される点が異なる。即ち、動き量算出回路４が生成
した奇数偶数フィールド選択信号１０１は、本発明の特
徴である論理積回路２３により選択信号１０２となり、
奇数フィールドの期間は常に０レベルとなって奇数フィ
ールドが選択される。

【００２８】上記の動き量１００と選択信号１０２は各
々可変長符号化回路９に通知され、可変長符号化された
後に受信側へ伝送される。

【００２９】以上により、図７に示すように奇数フィー
ルドは奇数フィールドのみから予測される。また偶数フ
ィールドは伝送済みの偶数フィールドと後に表示される
奇数フィールドから予測される。

【００３０】次に受信側の復号化回路のブロック構成を
図８を用いて説明する。点線の内側が本発明の範囲内で
あり、他は従来と同等である。従来の部分から簡単に説
明する。

【００３１】１）伝送路１０を経由して受信した符号語
は、可変長解読回路１３により元の量子化信号や動き量
等へと解読される。

【００３２】２）量子化信号は逆量子化回路１１により
元の予測誤差の信号に復元される。

【００３３】３）動き量や奇数／偶数の何れのフィール
ドを選択したかを示す信号は、フレームメモリ３から読
み出された偶数フィールドと奇数フィールドの信号を遅
延させる可変遅延回路５やスイッチ６に与えられ、動き
量を補償したフレーム間フィールド間予測信号が生成さ
れる。

【００３４】４）２）の予測誤差と３）の予測信号が加
算回路１２で計算され、元のＴＶ信号に復元される。

【００３５】５）復元された信号は奇数フィールド用メ
モリ３１か、又は偶数用フィールドメモリ３２に格納さ
れ、次のフレームの符号化のために使われる。

【００３６】６）５）と同時に、復元されたＴＶ信号は
ディジタル／アナログ変換器１４によりアナログ信号に
変換され、表示装置１５に表示される。

【００３７】次に本発明の特徴である点線の内側を説明
する。即ち、フィールドメモリ２１は、奇数フィールド
のＴＶ信号のみを格納し、遅延させる。遅延された奇数
フィールドのＴＶ信号とフィールドメモリ２１を経由し
ない偶数フィールドとはスイッチ２２により切り替えら
れる。これにより、奇数フィールドのみが図９に例示す
るように遅延し、送信側のＴＶカメラで撮像されたのと
同一の順番で表示される。

【００３８】尚以下の変形も本発明の範囲である。

【００３９】（１）上記において、奇数フィールドは前
方向にのみ予測する場合を述べたが、１フィールド以上
間引いて前方向に動き補償フレーム間予測し、次にその
間の奇数フィールドを前後の奇数フィールドから動き補
償フレーム間予測しても良い。 （２）動き補償フレーム間予測におけるフレーム間の相
関の計算法として、例えば縦横１６画素を１ブロックと
し、動き補償後のフレーム間差分の絶対値和を１ブロッ
クに対して蓄積加算しても良い。

【００４０】（３）上記実施例では、符号化すべきフィ
ールド（ｃ）のためのフィールド間予測として、（ｃ）
よりも後の時刻に装置に表示するフィールド（ｄ）のみ
を用いる場合を述べたが、当然（ｂ）、（ｄ）を両方用
いることも可能である。但し、この場合には、（ｂ）用
としてフィールドメモリを要する等、回路の増加は必要
である。

【００４１】（４）上記の動き補償フレーム間予測やフ
レーム間フィールド間適応予測において、予測誤差をＤ
ＣＴ（離散コサイン変換）等の直交変換し、その後に量
子化や符号化を行っても良い。また量子化としてベクト
ル量子化も採用できる。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、奇数フィールドは従来
のフレーム間と同等の予測効率であるが、偶数フィール
ドは後の時刻に表示される信号をも使って予測出来るの
で、予測効率を向上できる。本発明は、奇数フィールド
のみを用いて符号化していた従来の装置との互換性を保
ちながら、奇数、偶数の両フィールドの伝送を可能とす
る装置を新たに提供する場合に、特に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】走査線の構造を示す説明図

【図２】従来のフレーム間やフレーム間フィールド間適
応予測において参照される走査線の例

【図３】従来のフレーム間やフレーム間フィールド間適
応予測において参照される走査線の例

【図４】従来のフレーム間やフレーム間フィールド間適
応予測において参照される走査線の例

【図５】本発明による動き補償フレーム間フィールド間
予測符号化装置のブロック構成図

【図６】本発明により伝送されるフィールドの順番を示
す説明図

【図７】本発明に於いて参照される走査線の例

【図８】本発明による受信側の復号化回路のブロック構
成図

【図９】本発明により伝送されるフィールドの順番を示
す説明図

【符号の説明】

１…ＴＶカメラ、２…アナログ／ディジタル変換器、３
…フレームメモリ、３１…奇数フィールド用メモリ、３
２…偶数フィールド用メモリ、４…動き量算出回路、１
００…動き量、１０１…奇数偶数フィールド選択信号、
１０２…選択信号、５…可変遅延回路、６、２２…スイ
ッチ、７…減算回路、８…量子化回路、９…可変長符号
化回路、１０…伝送路、１１…逆量子化回路、１２…加
算回路、２１…フィールドメモリ、２３…論理積回路、
１３…可変長解読回路、１４…ディジタル／アナログ変
換器、１５…表示装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】動き補償フレーム間フィールド間予測符号
   化復号化装置において、奇数フィールドは伝送済みの奇
   数フィールドを用いて予測を行う手段、偶数フィールド
   は偶数フィールドと後の時刻に表示されるべき奇数フィ
   ールドとを用いて予測を行う手段、を有する事を特徴と
   する動き補償フレーム間フィールド間予測符号化復号化
   装置。