JPH06105301A - 動画像符号化方式及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 動画像符号化方式及び装置において、動きベ
クトルを利用して符号化処理における各種の判定を行
い、処理量を軽減する。 【構成】 フレーム／フィールド判定回路１５は、動き
ベクトル検出回路１４からの出力を用いて判定を行い、
その結果をもとに直交変換回路４は差分画像データに対
して直交変換を行う。また、符号化回路１６は、動きベ
クトル検出回路１４からの出力を用いて小ブロック内の
走査順を最適なものとし、量子化データの小ブロック内
の走査を前記走査順に従ったものとすることにより、可
変長符号を割当てる。 【効果】 ＤＣＴのフレーム／フィールド判定、または
走査順判定の際の処理量が軽減され、処理速度が向上す
ると共に、符号化データの発生量が低減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像信号について、
フレームあるいはフィールド間で動きを検出し、直交変
換により高能率符号化する動画像符号化方式及び装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】動画像信号の符号化方式としては、テレ
ビ電話、テレビ会議用の符号化方式が、国際電信電話諮
問委員会（ＣＣＩＴＴ）を中心に規格化が進められ、ま
たＣＤ−ＲＯＭ等のディジタル蓄積媒体用の符号化方式
が国際標準化機構（ＩＳＯ）を中心として規格化が進め
られている。それらの動画像符号化方式では、直交変換
により入力信号に対して帯域圧縮が行われる。最近はそ
の一つとして、離散コサイン変換（以降ＤＣＴ〔Discre
te Cosine Transform〕と称す)を用いる方法が主流とな
っている。

【０００３】図５に、従来の動画像符号化方式の一例と
して、直交変換にＤＣＴを用いた場合の動画像符号化方
式のブロック図を示し、以下各部の動作を説明する。

【０００４】同図において、まず動画像信号の原画像デ
ータがインターレースされた形で端子１から入力され、
加算回路２において動き補償処理後の参照画像データと
の差分データが算出される。フレーム／フィールド判定
回路３は、前記差分データを元に、ＤＣＴをインターレ
ースされた状態（フレーム単位）で行うべきか、インタ
ーレースされない状態（フィールド単位）で行うべきか
の判定を行い、その判定結果を出力する。

【０００５】ＤＣＴ回路４は、前記差分データに対し
て、フレーム／フィールド判定回路３からの前記判定出
力に従ってＤＣＴを行い、得られた変換係数データは量
子化回路５において量子化処理される。前記量子化処理
後の量子化データは、符号化回路６においてその他のデ
ータと共に符号が割当てられ、得られた符号化データ
は、時間的に変動する符号化データの発生量を均一化す
るためにバッファメモリ７に一旦蓄積され、所定の伝送
レートで端子８から送出される。

【０００６】逆量子化回路９、逆ＤＣＴ回路１０は、そ
れぞれ量子化回路５、ＤＣＴ回路４の逆処理を行う部分
であり、前記量子化データから元の差分データを復元す
る。加算回路１１においては、前記差分データと動き補
償処理後の参照画像データとが加算され、その結果、局
所復号画像データが得られる。

【０００７】動きベクトル検出回路１４は、端子１から
入力された動画像信号の原画像データをもとに、参照フ
レームあるいは参照フィールドとの間で動きを検出し、
後述する単位ブロック毎に動きベクトルを生成する。動
き補償回路１２は、前記局所復号画像データを元に、前
記動きベクトルを参照して動き補償処理を行うものであ
り、これにより参照画像データが出力される。スイッチ
１３は、入力信号がフレームあるいはフィールド内で符
号化される場合に、‘０’を選択して、動き補償処理を
行わない参照画像データを作り出すためのものである。

【０００８】ここで、前述のフレーム／フィールド判定
回路３における動作について、もう少し詳しく説明す
る。

【０００９】まず前記加算回路２からの１フレーム分の
入力差分データは、図２に示すように、ＤＣＴを行う小
ブロック（例えば水平８画素×垂直８ラインの正方ブロ
ック）を数個ひとまとまりにした、単位ブロック（例え
ば前記小ブロック４個で構成される水平１６画素×垂直
１６ラインの正方ブロック）に分割される。

【００１０】単位ブロック内は、図３に示すように第１
フィールド（斜線部）と第２フィールド（白抜き部）
が、交互に折り重なった（インターレースされた）状態
で構成される。ＤＣＴをフレーム単位で行うべきか、フ
ィールド単位で行うべきか、というのは、図３に示すよ
うに前記単位ブロックに含まれる４個の小ブロックに対
して、２つのフィールドをインターレースされた状態
（フレーム単位）で取り扱う方が効率が良いのか、それ
ともインターレースされない状態（フィールド単位）で
取り扱う方が効率が良いのか、ということである。

【００１１】そこで、フレーム／フィールド判定回路３
における前記判定は、単位ブロックの垂直方向の最高周
波数電力（Ｖａｒ１）と、その１／２の周波数電力（Ｖ
ａｒ２）とを比較することにより行われる。

【００１２】単位ブロック内の左上隅の画素位置を基準
として、右にｉ画素目、下にｊライン目の画素位置のデ
ータ値をＸ_ijとすると、具体的には単位ブロックの垂直
方向の最高周波数電力は、次式により計算される。

【００１３】

【数１】

【００１４】また、その１／２の周波数電力は、次式に
より計算される。

【００１５】

【数２】

【００１６】これらの値から、Ｖａｒ１≧Ｖａｒ２＋４
０９６の場合はフィールド単位でＤＣＴを行い、Ｖａｒ
１＜Ｖａｒ２＋４０９６の場合はフレーム単位でＤＣＴ
を行う、というような判定を行う。

【００１７】また、上記判定結果は符号化回路６に出力
され、符号が割当てられ、付加情報の一部として符号化
データにつけ加えられる。

【００１８】次に、前述の符号化回路６における動作
を、小ブロック内の走査順が図４に示す２種類である場
合について、図６を用いてより詳しく説明する。

【００１９】図６において、端子６０１から量子化デー
タが入力されると、符号割当て回路６０２は走査順テー
ブル６０３に従って走査順１により、また符号割当て回
路６０４は走査順テーブル６０５に従って走査順２によ
り小ブロック内を走査し、それぞれ可変長符号を割当て
る。比較判定回路６０６は、前記２種類の符号化データ
の発生量を単位ブロック毎に比較し、発生量の少ない方
の符号化データを出力する。

【００２０】符号割当て回路６０７は、端子６０８から
入力されたフレーム／フィールド判定回路３からの判定
出力や、端子６０９から入力された動きベクトル検出回
路１４からの動きベクトル、さらに前記比較判定回路６
０６からの判定出力等の付加情報を受け取り、それぞれ
符号を割当てて、符号化データとして出力する。多重化
回路６１０は、比較判定回路６０６から出力された符号
化データと、符号割当て回路６０７から出力された符号
化データを多重化した後に、端子６１１からバッファメ
モリ７に出力する。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の方法で
は、直交変換をフレーム単位で行うのか、フィールド単
位で行うのかという判定を、単位ブロックの垂直方向の
最高周波数電力と、その１／２の周波数電力とを比較す
ることにより行うため、前記単位ブロック毎に数百回の
演算を行う必要があった。また、前記判定結果を示すフ
ラグを、符号として符号化データにつけ加える必要があ
った。

【００２２】本発明の目的は、上記した従来の問題点を
解決し、前記判定の際の処理単位ブロック毎の演算回数
を減らすことができ、あわせて前記判定結果を示すフラ
グを、符号として符号化データに付加せずに済むよう
な、フレーム／フィールド判定手段を備えた、動画像符
号化方式及び装置を提供することにある。

【００２３】また上記した従来の方法では、量子化処理
後の量子化データに可変長符号を割当てる際の、小ブロ
ック内の走査順として、一旦数種類の走査方法で符号化
を行った後に、符号化データの発生量が少ない方法を選
択するというように、実際には必要のない（選択されな
い）処理を行う必要があった。さらに、前記小ブロック
内の走査順としてどの方法を選択したのかを示すフラグ
を、符号として符号化データにつけ加える必要があっ
た。

【００２４】そこで本発明の目的は、上記した従来の問
題点を解決し、前記量子化データに可変長符号を割当て
る際に、小ブロック内の走査順として、必要のない処理
を行わずに最適な方法を決定でき、あわせて前記小ブロ
ック内の走査順として、どの方法を選択したのかを示す
フラグを、符号として符号化データにつけ加えずに済む
ような、走査順判定手段を備えた、動画像符号化方式及
び装置を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】本発明は、動きベクトル
を用いて、その大きさをある適当な閾値と比較すること
により、直交変換をフレーム単位で行うのか、フィール
ド単位で行うのかという判定出力を得られるようなフレ
ーム／フィールド判定手段を設ける。

【００２６】さらに本発明は、動きベクトルを用いて、
その大きさをある適当な閾値と比較することにより、量
子化処理後の量子化データに可変長符号を割当てる際
の、小ブロック内の最適な走査順を判定することのでき
るような、走査順判定手段を設ける。

【００２７】

【作用】フレーム／フィールド判定手段は、動きベクト
ル検出手段から動きベクトルを受け取り、その値を用い
て、ある適当な閾値と比較することにより、直交変換を
フレーム単位で行うべきかフィールド単位で行うべきか
の判定を行う。直交変換手段は前記判定出力に基づき、
フレーム単位あるいはフィールド単位で直交変換を行
う。処理単位ブロック１つにつき、１組の動きベクトル
を用いて判定を行えば良いので、演算量が少なく済み、
処理速度の向上を図ることができる。

【００２８】さらに、前記判定は、復号化側でも行うこ
とができるので、前記判定結果を示すフラグを符号化デ
ータに付加する必要がなくなるため、符号化データの発
生量を低減することができる。

【００２９】また、走査順判定手段は、動きベクトル検
出手段から動きベクトルを受け取り、その値を用いて、
ある適当な閾値と比較することにより、量子化処理後の
量子化データに可変長符号を割当てる際の、小ブロック
内の走査順について最適な方法を判定する。符号化手段
は決定した前記走査順により小ブロック内を走査し、可
変長符号を割当てることにより符号化データを生成す
る。走査順は唯一通りに決定されるので、それ以外の走
査順による符号化を行わなくて済み、処理速度の向上を
図ることができる。

【００３０】またさらに、前記小ブロック内の走査をど
のような走査順で行ったのかという判定は、復号化側で
も行うことができるので、前記判定結果を示すフラグを
符号化データに付加する必要がなくなるため、符号化デ
ータの発生量を低減することができる。

【００３１】

【実施例】まず、本発明の第１の実施例について説明す
る。

【００３２】図１は本発明の第１の実施例としての動画
像符号化方式及び装置を示すブロック図であり、前述の
図５に対応する部分には同一符号を付けて重複する説明
を省略する。

【００３３】図１に示すように、図５に示した従来の構
成に対し、フレーム／フィールド判定回路１５が、本実
施例において新たな構成要素となる部分である。このフ
レーム／フィールド判定回路１５は、ＤＣＴをフレーム
単位で行うべきか、フィールド単位で行うべきか、とい
う判定結果を出力するという点では、前述のフレーム／
フィールド判定回路３と同様であるが、入力として差分
画像データではなく、動きベクトル検出回路１４からの
当該単位ブロックに対する動きベクトルを受け取るとい
う点で、動作が異なる。

【００３４】ここで動画像信号を考えた場合、インター
レースの構造から、絵柄が静止しているか、あるいはほ
とんど動きがない場合、ＤＣＴはフレーム単位で行った
方が効率が良く、ある程度以上動きがある場合、ＤＣＴ
はフィールド単位で行った方が効率が良いということが
考えられる。

【００３５】そこで、フレーム／フィールド判定回路１
５では、同回路に入力された前記動きベクトルの大きさ
を利用する。まず、動きベクトル検出回路１４では、動
きベクトルの最大探索範囲は予め設定されているので、
その値を（水平成分，垂直成分）＝（ＭＶＸ，ＭＶＹ）
とすると、動きベクトルの大きさ（絶対値）の最大値Ｍ
Ｖは次式で与えられる。

【００３６】

【数３】

【００３７】この値を例えば２０段階に等分割すること
により、０を含めた２１個の正規価値（０〜２０）を得
ることができる。そして、実際にフレーム／フィールド
判定回路１５に入力された動きベクトルの絶対値が、例
えば前記正規価値５以下の場合にはフレーム単位でＤＣ
Ｔを行い、正規価値５より大きい場合にはフィールド単
位でＤＣＴを行う、というような判定を行う。このよう
な処理により、フレーム／フィールド判定回路３の場合
と、ほぼ同様な判定結果を得ることができる。

【００３８】また前記判定では、一つの単位ブロックに
つき、それに対応する一組（水平成分、垂直成分）の動
きベクトルから、その大きさのみを求めれば良いので、
前述の従来の判定方法に比べ、大幅に演算量が減ること
になる。また、動きベクトルの値は、付加情報として符
号化データに含まれるので、前記判定は容易に復号化側
で行うことができる。つまり、従来の方法では単位ブロ
ック毎に付加する必要があった前記判定結果を示すフラ
グを、符号として符号化データに付け加える必要がなく
なる。

【００３９】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。

【００４０】本実施例における全体構成は、基本的に前
述の図１に示した構成と同様であり、新たな構成要素と
して符号化回路６を、符号化回路１６として置き換える
ことにより表される。そこで、以下図１を参照しつつ、
符号化回路１６での動作を、図７を用いて説明する。な
お、前述の図６に対応する部分には同一符号を付けて重
複する説明を省略する。

【００４１】図７において、比較判定回路６１２は、動
きベクトル検出回路１４から出力された動きベクトルを
端子６０９から受け取り、その大きさ（絶対値）により
スイッチ６１３を切り換える。具体的には、動きベクト
ルの大きさをｍｖとしてある適当な閾値Ｔを設定し、ｍ
ｖ≦Ｔのときは走査順テーブル６０３を選択し、ｍｖ＞
Ｔのときは走査順テーブル６０４を選択するような判定
結果を出力する。スイッチ６１３は、前記判定出力によ
り切り換えられ、決定した走査順により符号割当て回路
６１４において符号が割当てられる。ただし前記判定に
おいて、動きベクトルは単位ブロック毎に求められてい
るので、その単位ブロックに含まれる小ブロックは、全
て同一の走査順により符号が割り当てられる。

【００４２】前記判定を行うことにより、実際には選択
されない走査順による符号の割当てを行う必要がなくな
るので、前述の従来の判定方法に比べ処理量を減らすこ
とができる。また、前述の第１の実施例の場合と同様
に、動きベクトルの値は、付加情報として符号化データ
に含まれるので、前記判定は容易に復号化側で行うこと
ができる。つまり、前記判定結果を示すフラグを、符号
として符号化データに付け加える必要がなくなる。

【００４３】次に、本発明の第３の実施例について説明
する。

【００４４】本実施例における全体構成も、基本的に前
述の図１に示した構成と同様であり、新たな構成要素と
してフレーム／フィールド判定回路１５を、判定回路１
７として置き換えることにより表される。そこで、以下
図１を参照して本実施例について説明する。

【００４５】判定回路１７は、動きベクトル検出回路１
４からの当該単位ブロックに対する動きベクトルを受け
取り、ある判定結果を出力するという点では、前述のフ
レーム／フィールド判定回路１５と同様であるが、その
判定内容が異なる。

【００４６】例えば判定回路１７は、動きベクトル検出
回路１４から動きベクトルを受け取り、その大きさ（絶
対値）をｍｖとして、ある適当な閾値Ｔを用い、ｍｖ≦
Ｔのときは前述のフレーム単位のＤＣＴを行い、ｍｖ＞
Ｔのときは図８のように当該小ブロックを分割して水平
方向１次元（８画素×１ライン）のＤＣＴを行う、とい
うような判定結果を出力する。ＤＣＴ回路４は前記判定
出力に従いＤＣＴを行うことにより、単位ブロック毎に
ＤＣＴのやり方を切り換えることができる。ただし、前
記判定において、動きベクトルは単位ブロック毎に求め
られているので、その単位ブロックに含まれる小ブロッ
クは、全て同一の方法によりＤＣＴが行われる。

【００４７】そして前述の第１及び第２の実施例の場合
と同様に、動きベクトルの値は付加情報として符号化デ
ータに含まれるので、前記判定は容易に復号化側で行う
ことができる。つまり、前記判定結果を示すフラグを、
符号として符号化データに付け加える必要はない。

【００４８】このようにして本実施例によれば、単位ブ
ロック毎に動きベクトルを用いてＤＣＴを切り換える等
の判定結果を得ることにより、処理量を軽減でき、さら
に判定結果を符号化データに付け加える必要がないた
め、符号化効率を向上することができる。

【００４９】以上説明した本発明の３つの実施例では、
処理を行う単位ブロックに対する動きベクトルが常に存
在する場合について述べたが、その単位ブロックがフレ
ーム内あるいはフィールド内で符号化するような、動き
ベクトルが存在しないモードの場合には、従来の方法に
より各種の判定を行う。

【００５０】また前述の第２の実施例では、小ブロック
内の走査順が２種類である場合について述べたが、例え
ば２つの閾値を設定して動きベクトルの絶対値と比較す
ることにより、３種類の走査順から適当な走査順を選択
するというような判定も可能であり、走査順は前記２種
類に限らない。

【００５１】さらに前述の第３の実施例では、動きベク
トルの絶対値によりフレーム単位のＤＣＴと水平方向１
次元のＤＣＴとを切り換える場合について述べたが、例
えば条件によっては水平方向１次元のＤＣＴではなく垂
直方向１次元（１画素×８ライン）のＤＣＴを行うとい
うようなことも可能であり、ＤＣＴを行う小ブロックの
サイズはある特定な大きさに限定されるものではない。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、動
きベクトルを用いて直交変換をフレーム単位で行うべき
かフィールド単位で行うべきかの判定を行い、直交変換
をそれに従ったものとすることにより、前記判定のため
の演算量を少なくすることができ、処理速度の向上を図
ることができる。さらに、前記判定は復号化側でも行う
ことができるので、前記判定結果を示すフラグを符号化
データに付加する必要がなくなり、符号化データの発生
量を低減することができる。

【００５３】また、本発明によれば、動きベクトルを用
いて小ブロック内の走査順について最適な方法を判定
し、小ブロック内の走査を前記走査順により行い、可変
長符号の割当て行うことにより、前記走査順以外による
符号化を行わなくて済み、処理速度の向上を図ることが
できる。またさらに、前記判定は復号化側でも行うこと
ができるので、前記判定結果示すフラグを符号化データ
に付加する必要がなくなり、符号化データの発生量を低
減することができる。

【００５４】加えて、本発明によれば、動きベクトルを
用いて、ＤＣＴを施す小ブロックのサイズを逐次切り換
えることにより、処理量の軽減と符号化効率の向上を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例としての動画像符号化方
式及び装置を示すブロック図である。

【図２】１フレーム内の分割構造を説明するための図で
ある。

【図３】フレーム単位のＤＣＴとフィールド単位のＤＣ
Ｔの違いを説明するための図である。

【図４】小ブロック内の走査順の例を示す図である。

【図５】従来の動画像符号化方式を示すブロック図であ
る。

【図６】従来の符号化回路の動作を示すブロック図であ
る。

【図７】本発明の第２の実施例としての符号化回路の動
作を示すブロック図である。

【図８】水平方向１次元のＤＣＴを説明するための図で
ある。

【符号の説明】

３、１５…フレーム／フィールド判定回路、４…ＤＣＴ
回路、５…量子化回路、６、１６…符号化回路、７…バ
ッファメモリ、１２…動き補償回路、１４…動きベクト
ル検出回路、１７…判定回路、６０２、６０４、６０
７、６１４…符号割当て回路、６０３、６０５…走査順
テーブル、６０６、６１２…比較判定回路、６１０…多
重化回路、６１３…スイッチ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 安岡 正博 東京都千代田区神田駿河台四丁目６番地株 式会社日立製作所内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】動画像信号について、フレーム間あるいは
   フィールド間で単位ブロック毎に動きベクトルを検出
   し、当該単位ブロックを前記動きベクトル分だけずらす
   ことにより動き補償を行い参照画像データを生成し、原
   画像データと前記参照画像データとの差分データに対し
   て、少なくとも直交変換を施し、可変長符号を割当てる
   ことにより高能率符号化データを得るようにしてなる動
   画像符号化方式において、 前記高能率符号化データを得るための処理における各種
   の判定を、前記動きベクトルの大きさによって行うこと
   を特徴とする動画像符号化方式。
2. 【請求項２】単位ブロック内の前記直交変換を施す小ブ
   ロックに対して、直交変換をインターレースされた状態
   （フレーム単位）で行うか、インターレースされない状
   態（フィールド単位）で行うかを、当該小ブロックに関
   する動きベクトルの大きさによって判定することを特徴
   とする請求項１記載の動画像符号化方式。
3. 【請求項３】前記可変長符号を割当てる際の小ブロック
   内の走査順を、当該小ブロックに関する動きベクトルの
   大きさによって判定することを特徴とする請求項１記載
   の動画像符号化方式。
4. 【請求項４】前記直交変換を施す小ブロックのサイズ
   を、当該小ブロックに関する動きベクトルの大きさによ
   って逐次切り換えることを特徴とする請求項１記載の動
   画像符号化方式。
5. 【請求項５】動画像信号のフレーム間あるいはフィール
   ド間で単位ブロック毎に動き量を検出する動きベクトル
   検出手段と、当該単位ブロックを前記動きベクトル分だ
   けずらすことにより参照画像データを生成する動き補償
   手段と、原画像データと前記参照画像データの差分デー
   タに対して直交変換を施す直交変換手段と、前記直交変
   換後の変換係数データを量子化する量子化手段と、前記
   量子化後の量子化データに対して可変長符号を割当てて
   高能率符号化データを生成する符号化手段とを具え、前
   記高能率符号化データをバッファメモリに一旦書き込む
   と共に、所定の伝送レートで送出するようにしてなる動
   画像符号化装置において、 前記請求項１から４のいずれかの項に記載の方式を用い
   て、動きベクトルの大きさによって符号化処理における
   各種判定を行う判定手段を具えることを特徴とする動画
   像符号化装置。