JPH0630396A - 動画像符号化復号化装置 - Google Patents
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Abstract
化装置及び復号化装置を改良して、シーンチェンジなど
の画像の急激な変化があっても、オーバーフロー・画質
低下がなく、予測符号化に障害が生じることもない装置
を提供する。 【構成】 伝送レート超過判定手段24で、符号化され
たデータを伝送した時、所定の伝送レートを超過するか
を判定する。超過する場合は、切換え制御回路23,セ
レクタ21により当該ピクチャーをスキップして、スキ
ップコード格納メモリ22のスキップコードを伝送す
る。スキップしたピクチャーがその後から符号化するピ
クチャーの予測参照ピクチャーにあたる場合には、符号
化装置入力順序において時間的に過去のピクチャーであ
って、かつ、スキップしないピクチャーで予測符号化す
る。
Description
うな動画像を圧縮して伝送するための動画像符号化装置
及び復号化装置に関する。
示す構成のものがある。同図において、符号化される動
画像信号は、符号化制御回路2の制御により動き補償予
測ブロック毎に画像メモリ(FM1)1に格納され、ま
た、画像メモリ(FM2)11には例えば1フレーム前
または1フィールド前の画像に応じた基準画像(復号画
像)が格納されている。そして、動きベクトル検出回路
(ME)3は、画像メモリ(FM2)11に格納された
基準画像に対する動きベクトルMVを検出し、ついで、
動き補償予測回路(MC)4は、この動きベクトルMV
と画像メモリ11の基準画像を用いて動き補償予測ブロ
ック毎の動き補償予測値を発生するとともに、動き補償
予測モード情報MC−modeを出力する。
れた動画像からこの動き補償予測値が減算されて予測誤
差が算出され(減算器5)、この予測誤差が直交変換回
路6により直交変換され、この直交変換係数が量子化回
路(Q)7により量子化される。ついで、この直交変換
係数の量子化値と、動きベクトル検出回路(ME)3に
より検出された動きベクトルMVと、動き補償予測回路
(MC)4からの動き補償予測モード情報MC−mod
eが可変長符号化回路(VLC)8により可変長で符号
化され、この符号とヘッダ情報発生回路15からのヘッ
ダ情報がマルチプレックス回路(MUX)9により多重
化される。そして、この符号化データは、発生符号レー
トと伝送路に出力される伝送レートを調整するための出
力バッファメモリ10により一旦格納され、伝送路に出
力される伝送レートに応じて読み出される。
れたデータは、逆量子化回路(Q-1)12により元の直
交変換係数に変換され、逆直交変換回路13により元の
予測誤差の復号値が求められ、この予測誤差と動き補償
予測回路(MC)4により算出された予測値が加算され
(加算器14)、復号画像が画像メモリ(FM2)11
に格納される。
合や、細かな絵柄部分が動いている場合には予測誤差が
大きいので、発生符号レートが伝送路に出力される伝送
レートを上回り、出力バッファメモリ10がオーバフロ
ーする場合がある。そこで、このオーバフローを防止す
るために、出力バッファメモリ10に格納されたデータ
量に応じて量子化回路7の量子化ステップが粗くなるよ
うに符号量制御回路17により制御される。
は、前述したように数フレーム前または数フィールド前
の画像(画像メモリ11の復号画像)を用いた符号化方
法(P:片方向予測符号化)と、前記の符号化方法で符
号化された前後のフレームまたはフィールドの画像を適
応的に用いた符号化方法(B:両方向予測符号化)が知
られている。後者の符号化方法では、動き補償予測ブロ
ック毎に直前と直後の復号画像の各予測値とその平均値
の内、予測誤差が最小のものが選択される。したがっ
て、後者の符号化方法では、時間軸上の画像の並びにお
いて直後の画像を符号化した後に現画像の符号化が開始
される。これらは、予測を行わずにピクチャー内で独立
に符号化する方法(I:独立符号化)と併用される。
一般画像にはシーンチェンジを伴うものがあり、予測符
号化を行うにあたっては、そのような場所で大きな予測
誤差が発生する。符号化は所定のバッファ量の範囲内で
変動を許しながら所定の伝送レートに制御されるが、上
記の場合、発生符号量を所定の伝送レートに制御するこ
とができずオーバーフローしてしまう。この場合、シー
ンチェンジをあらかじめ検出し、量子化ステップを粗く
して強制的に制御する方法もある。しかし、このように
構成すると所定の伝送レート内に制御することができて
も、局所的に画質の劣化が生じてしまい、目立ってしま
う。
するために、動画像をピクチャー内符号化及びピクチャ
ー間予測符号化により高能率符号化する動画像符号化装
置であって、符号化手段と、前記符号化手段により符号
化された符号化データを格納する記憶手段と、前記記憶
手段の符号化データを伝送した時、所定の伝送レートを
超過するかどうかを判定する伝送レート超過判定手段と
を有し、前記伝送レート超過判定手段により、超過して
いると判定された場合には、前記符号化データを伝送す
ることなく当該ピクチャーをスキップして、スキップ情
報を伝送すると共に、スキップしたピクチャーがその後
から符号化するピクチャーの予測参照ピクチャーにあた
る場合には、符号化装置入力順序において時間的に過去
のピクチャーであって、かつ、スキップしないピクチャ
ーで予測符号化するようにしたことを特徴とする動画像
符号化装置を提供する。
ー間予測符号化により高能率符号化された動画像を復号
する動画像復号化装置であって、伝送された符号化デー
タを格納する記憶手段と、復号化手段と、スキップ情報
を検出する手段とを有し、スキップ情報が伝送された場
合には、スキップされたピクチャーとして最も時間的に
近く、かつ、スキップされていないピクチャーを出力す
ると共に、スキップされたピクチャーが予測参照ピクチ
ャーにあたる場合には、符号化装置入力順序において時
間的に過去で、かつ、スキップされていないピクチャー
を使用して予測復号化するようにしたことを特徴とする
動画像復号化装置を提供するものである。
ば、シーンチェンジなどにより、予測誤差が急激に大き
くなる場合、そのピクチャーの符号化データの代わり
に、非常に短いコード長のスキップすることを示すスキ
ップコード(及びスキップした符号化データの表示タイ
ミングを示すコード)を伝送するので所定の伝送レート
を超過することを防ぐことができる。また、スキップす
ることにより、そのピクチャーが送られてくるべき期間
にバッファメモリ内の符号量が減少し、スキップ直後の
ピクチャーは十分な符号を与えることができるようにな
るので、画質の劣化も避けることができる。すなわち、
シーンチェンジなどにより、予測誤差が急激に大きくな
ったにもかかわらず、バッファメモリ内の符号量が大き
く伝送できない場合には、バッファメモリ内の符号量が
減少するまで、ピクチャータイミングをずらして、画質
を劣化させることなく、シーンチェンジに実質的に対応
させる。
から符号化するピクチャーの予測参照ピクチャーにあた
る場合には、スキップしないピクチャーであって、か
つ、符号化装置入力順序において時間的に過去のピクチ
ャーを使用して予測符号化がなされる。
する。図1は本発明に係る動画像符号化装置の実施例を
示すブロック図、図2は図1の切換え制御回路の詳細な
構成を示す回路図、図3は本発明に係る動画像復号化装
置の実施例を示すブロック図である。
従来例と同様に、符号化される動画像信号は、符号化制
御回路2の制御により動き補償予測ブロック毎に画像メ
モリ(FM1)1に格納され、また、画像メモリ(FM
2)11には前後の1フレームまたはフィールドの画像
に応じた基準画像(復号画像)が格納されている。そし
て、動きベクトル検出回路(ME)3は、画像メモリ
(FM2)11に格納された基準画像に対する動きベク
トルMVを検出し、ついで、動き補償予測回路(MC)
4は、この動きベクトルMVと画像メモリ11の基準画
像を用いて動き補償予測ブロック毎の動き補償予測値を
発生するとともに、動き補償予測モード情報MC−mo
deを出力する。
れた動画像からこの動き補償予測値が減算されて予測誤
差が算出され(減算器5)、この予測誤差が直交変換回
路6により直交変換され、この直交変換係数が量子化回
路(Q)7により量子化される。ついで、この直交変換
係数の量子化値と、動きベクトル検出回路(ME)3に
より検出された動きベクトルMVと、動き補償予測回路
(MC)4からの動き補償予測モード情報MC−mod
eが可変長符号化回路(VLC)8により可変長で符号
化される。
路(VLC)8により可変長で符号化された1画像分の
符号は、バッファメモリ20により一旦格納された後セ
レクタ21を介してマルチプレックス回路(MUX)9
に出力される。そして、バッファメモリ20または後述
するスキップコード格納メモリ22に格納された符号化
データは、図2に詳しく示すような切換え制御回路23
により選択され、この符号とヘッダ情報発生回路15か
らのヘッダ情報がマルチプレックス回路(MUX)9に
より多重化される。スキップコード格納メモリ22には
スキップコード(スキップ情報)が格納されている。ヘ
ッダ情報にはピクチャーの表示タイミングを示す表示タ
イミングコードが含まれている。ついで、この符号デー
タは、発生符号レートと伝送路に出力される伝送レート
を調整するための出力バッファメモリ10により一旦格
納され、伝送路に出力される伝送レートに応じて読み出
される。
れたデータは、逆量子化回路(Q-1)12により元の直
交変換係数に変換され、逆直交変換回路13により元の
予測誤差の復号値が求められ、この予測誤差と動き補償
予測回路(MC)4により算出された予測値が加算され
(加算器14)、復号画像が画像メモリ(FM2)11
に格納される。
符号化される画像の動きが激しい場合や、細かな絵柄部
分が動いている場合には予測誤差が大きいので、発生符
号レートが伝送路に出力される符号レートを上回り、出
力バッファメモリ10がオーバフローする場合がある。
そこで、このオーバフローを防止するために、出力バッ
ファメモリ10に格納されたデータ量に応じて量子化回
路7の量子化ステップが符号量制御回路17により制御
される。
回路24は、出力バッファメモリ10に格納されたデー
タ量とバッファメモリ20に格納された1画像分の符号
化データ量D1により、符号化データ量D1とヘッダ情
報量の合計量を出力バッファメモリ10に格納した場合
に出力バッファメモリ10が所定伝送レートを超過する
か否かを判定し、判定結果(フラグK1)を切換え制御
回路23に出力する。
回路17から量子化回路7に印加された量子化制御値に
より復号化側の画質が劣化するか否かを判定し、判定結
果(フラグK2)を切換え制御回路23に出力する。な
お、この画質の判定は、例えば1画像内の量子化制御値
の最大値と所定値を比較して量子化ステップが粗くなる
値である場合に、復号化側の画質が劣化すると判定され
る。
3の詳細な構成を説明する。出力バッファメモリ10が
所定伝送レートを超過するか否かの判定フラグK1と画
質が劣化するか否かの判定フラグK2の論理和信号は、
ORゲート23aを介してDラッチ23bのD端子とO
Rゲート23cの一方の入力端子に印加される。Dラッ
チ23bのQ端子の出力信号は、ORゲート23cの他
方の入力端子に印加され、ORゲート23cの出力信号
がハイレベルの場合に、スキップコード格納メモリ22
に格納されたスキップコードがセレクタ21により選択
されるように制御される。また、Dラッチ23bは、数
フレーム前または数フィールド前の画像を用いた符号化
方法Pの開始パルスと終了パルスが印加され、ORゲー
ト23aの出力信号がロウレベルの場合であって符号化
方法P(片方向予測符号化)のモードでない場合にハイ
レベルの信号を出力する。
ータ量が所定伝送レートを超過する場合、または復号化
側の画質が劣化する場合には、スキップコード格納メモ
リ22に格納されたスキップコードが選択され、当該ピ
クチャーはスキップされる(すなわち、画質が劣化した
ピクチヤーとして伝送されることなく、間引かれる)。
したがって、出力バッファのオーバフローを防止するこ
とができるとともに、「スキップしなければ転送されて
いたであろう符号量−スキップコードの情報量」を次の
ピクチャーにまわすことができるので、復号化側の画質
の劣化を防止することができる。なお、スキップしたピ
クチャーがその後から符号化するピクチャーの予測参照
ピクチャーにあたる場合の予測符号化については後述す
る。
画像復号化装置について説明する。符号化データ(ビッ
トストリーム)は入力バッファメモリ(FM3)31に
バッファリングされる。バッファリングされたデータは
デマルチプレックス(MUX-1)32に送られる。デマ
ルチプレックス(MUX-1)32で、MV,MCモード
情報と、スキップコード,ヘッダ情報,画像データに分
割され、スキップコード,ヘッダ情報,画像データはス
キップコード検出回路33に送られる。スキップコード
検出回路33はスキップコードを検出したらセレクタ4
0をB側にセットし、それ以外の場合はA側にセットす
る。ヘッダ情報検出回路34では画像の表示タイミング
を検出し、表示タイミング制御器41に表示タイミング
情報を送る。
-1)32でヘッダ情報(ピクチャーの表示タイミング,
ピクチャータイプなど),符号化画像データとMV,M
Cモードとに分割されて、MV,MCモードは逆動き補
償回路(MC-1)35,逆量子化回路(Q-1)36,逆
直交変換回路37を介して動き補償差分誤差復号画像に
変換される。
回路35において、MV,MCモード情報を用いて予測
参照ピクチャーを逆動き補償した画像と加算されて(加
算器42)、セレクタ40を介して表示タイミング制御
器41に送られる。加算された復号化画像データはフレ
ームメモリ(FM4)38に記憶されていて、スキップ
コード検出回路33でスキップコードを検出した場合に
はこのフレームメモリに格納されている画像が表示タイ
ミング制御器41に送られ、表示タイミング情報に従っ
て出力される。すなわち、スキップコードが伝送された
場合には、スキップされたピクチャーとして最も時間的
に近く、かつ、スキップされていないピクチャーを出力
する。
以上のようなスキップコードを使用した符号化装置,復
号化装置を用いることで出力画像としてはコマ送りのよ
うな画像出力を得ることになる。そして、符号化装置の
予測構造や、符号化装置入力順序において時間的に過去
のピクチャーの内、どのピクチャーを使用するかによっ
て出力画像が変わってくる。さらに、本装置では、スキ
ップしたピクチャーがその後から符号復号化するピクチ
ャーの予測参照ピクチャーにあたる場合には、スキップ
しないピクチャーであって、かつ、符号化装置入力順序
において時間的に過去のピクチャーを使用して予測符号
復号化がなされるように構成されている。したがって、
予測復号化に際して、予測参照ピクチャーがなくなるな
どの、予測符号復号化への障害が生じることがない。
たように、代表的な符号化タイプとして以下の3タイプ
がある。 I:予測を行わずに、Iピクチャー内で独立に符号化す
るタイプ P:片方向予測(過去のピクチャーを予測参照画像とす
る)を行って符号化するタイプ B:両方向予測(過去と未来のどちらか、若しくは両方
を予測参照画像とする)を符号化するタイプ
これは、基本的な予測構造でIとPのみで構成された場
合である。実線の矢印は予測関係を示し、例えば、P4
はP3 から予測されて符号化される関係を示す。点線の
矢印はスキップしたときの代替画面を示す。数字はピク
チャーの表示タイミングを示す。図4(A)は符号化手
段への入力順序、同図(B)は復号化装置への入力順序
(すなわち、符号化手段からの出力順序)、同図(C)
は復号化装置からの出力順序(スキップなし)、同図
(D)はピクチャーをスキップしたときの符号化手段の
出力順序を示す図、同図(E)はスキップしたときの復
号化装置の出力画像状態を示すものである。
たとする。すると、前述した処理手順により同図(D)
に示すように、P4 のピクチャーがスキップされ、伝送
量が小さくなる。この結果、バッファメモリの符号量が
減少して、次のP5 のピクチャーが高画質で符号化伝送
される。そして、同図(E)に示すように、最終出力は
ピクチヤーP4 のタイミングでピクチャーP3 と同じ画
像が出力されることとなる。さらに、スキップしたピク
チャーP4 (のタイミング)がその後から符号化するピ
クチャーP5 の予測参照ピクチャーにあたるので、符号
化手段入力順序において時間的に過去のピクチャーで、
かつ、スキップしないピクチャーであるP3 を使用して
予測符号復号化がなされる。
(C)に示すように従来のように少ない情報量ですべて
を符号化した場合のP4 (これは量子化を粗くした画
像),P5 (これは粗いピクチャーP4 を予測参照ピク
チャーとした予測画像)の画像と比べて、スキップした
P4 (これはP3 と同じ画像),P5 (これはP3 を予
測参照ピクチャーとした画像)は高画質なものとなり、
高品位な画像を得ることができる。すなわち、シーンチ
ェンジなどにより、予測誤差が急激に大きくなったにも
かかわらず、バッファメモリ内の符号量が大きく伝送で
きない場合には、バッファメモリ内の符号量が減少する
まで、実質的なシーンチェンジのピクチャータイミング
をずらし、画質を劣化させることなく、シーンチェンジ
に実質的に対応することとなる。
5に示す。P4 とB5との間でシーンチェンジが生じた
とする。同図(D)及び(E)はB5 とB6 をスキップ
した例である。ピクチャーBは両側から予測することが
できるので、スキップするときは2つのピクチャーBが
それぞれ、あらかじめ未来か過去のどちらかを予測参照
画像とするか決定しておく必要がある。
を参照するとすれば、同図(D)のように予測符号復号
化され、ピクチャーB5 とB6 のタイミングで2枚つづ
同じ画像が出力される、すなわち、P4 と同じ画面がピ
クチャーB5 のタイミングで出力され(丸印の画面B4
)、P7 と同じ画面がピクチャーB6 のタイミングで
出力される(丸印の画面B7 )。また、2つのBはどち
らにも過去のPを参照するとすれば、同図(E)のよう
に復号され、3枚同じ画像が出力される、すなわち、P
4 と同じ画面がピクチャーB5 ,B6 のタイミングで出
力される(2枚の丸印の画面B4 )。
をスキップした例である。P7 をスキップした場合に
は、このピクチャーP7 は予測参照ピクチャーあたるの
で、予測参照ピクチャーとしては、スキップしないピク
チャーであって、かつ、符号化装置入力順序において時
間的に過去のピクチャーを使用して予測符号復号化がな
される。つまり、ピクチャーP7 のタイミングの予測参
照ピクチャーとして、ピクチヤーP4 が使用されて予測
符号復号化がなされる。その結果、ピクチャーP4 とP
7 の2枚を用いて予測される2枚のB5 ,B6 は未来で
も過去でもどちらを参照してもP4 と同じ画像となり、
4枚同じ画像、すなわち、P4 と同じ画面がピクチャー
B5 ,B6 ,P7 のタイミングで出力される(3枚の丸
印の画面B4 ,B4 ,P4 )。このように処理されるの
で、(ア)で述べたと同様に、従来のように少ない情報
量ですべてを符号化した場合のB5 ,B6 ,P7 (これ
は量子化を粗くした画像)の画像と比べて、高画質な画
像を得ることができる。
ーンチェンジなどにより予測誤差が急激に大きくなる場
合に、当該ピクチャーはスキップされ、1ピクチャーの
時間内で伝送路に出力される符号量よりは少ない符号量
のスキップすることを示すスキップコード(及びスキッ
プした符号化データの表示タイミングを示すコード)の
みが伝送されるので、伝送レートのオーバーフローを防
止することができる。また、シーンチェンジなどにより
予測誤差が急激に大きくなる場合に、スキップすること
により、そのピクチャーが送られてくるべき期間にバッ
ファメモリ内の符号が減少し、スキップ直後のピクチャ
ーは十分な符号を与えることができるようになるので、
量子化ステップを小さくでき、(大きい符号量を使うこ
とができ)画質の劣化も避けることができる。さらに、
スキップしたピクチャーがその後から符号化するピクチ
ャーの予測参照ピクチャーにあたる場合には、スキップ
しないピクチャーであって、かつ、符号化手段入力順序
において時間的に過去のピクチャーを使用して予測符号
化がなされので、予測符号復号化に障害が生じることも
ない。
符号化及びピクチャー間予測符号化により高能率符号化
するに際して、シーンチェンジなどの画像の急激な変化
があっても、符号化装置と復号装置間の伝送がオーバー
フローしたり、逆に量子化が粗くなって画質が低下する
こともなく、さらに、予測符号復号化に障害が生じるこ
ともない。したがって、シーンチェンジなどの画像の急
激な変化が多い、実用的使用に耐え得る装置が提供され
る。
ブロック図である。
図である。
ブロック図である。
る(片方向予測の場合)。
る(両方向予測の場合)。
図である。
Claims (2)
- 【請求項1】動画像をピクチャー内符号化及びピクチャ
ー間予測符号化により高能率符号化する動画像符号化装
置であって、 符号化手段と、前記符号化手段により符号化された符号
化データを格納する記憶手段と、前記記憶手段の符号化
データを伝送した時、所定の伝送レートを超過するかど
うかを判定する伝送レート超過判定手段とを有し、 前記伝送レート超過判定手段により、超過していると判
定された場合には、前記符号化データを伝送することな
く当該ピクチャーをスキップして、スキップ情報を伝送
すると共に、 スキップしたピクチャーがその後から符号化するピクチ
ャーの予測参照ピクチャーにあたる場合には、符号化装
置入力順序において時間的に過去のピクチャーであっ
て、かつ、スキップしないピクチャーで予測符号化する
ようにしたことを特徴とする動画像符号化装置。 - 【請求項2】ピクチャー内符号化及びピクチャー間予測
符号化により高能率符号化された動画像を復号する動画
像復号化装置であって、 伝送された符号化データを格納する記憶手段と、復号化
手段と、スキップ情報を検出する手段とを有し、 スキップ情報が伝送された場合には、スキップされたピ
クチャーとして最も時間的に近く、かつ、スキップされ
ていないピクチャーを出力すると共に、 スキップされたピクチャーが予測参照ピクチャーにあた
る場合には、符号化装置入力順序において時間的に過去
で、かつ、スキップされていないピクチャーを使用して
予測復号化するようにしたことを特徴とする動画像復号
化装置。
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