JPH06351000A - 画像信号符号化装置と画像信号復号装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は画像信号を記録再生あるいは伝送す
るための符号化装置、復号装置に関し、簡単な構成で入
力画像信号を複数の小画面に分割して圧縮符号化できる
画像信号符号化装置と、複数の小画面に分割して圧縮符
号化された符号列から画像信号を得る画像信号復号装置
を提供することを目的としている。 【構成】 再構成画像信号を書き込み、参照画像信号を
読み出す第１の画像メモリ領域８,１６と、隣接小画面
の再構成画像信号を書き込み、参照画像信号を読み出す
第２の画像メモリ領域９,１７とを備え、動ベクトルが
フレーム間の画像の移動が小画面内で行われたときは第
１の画像メモリ領域８,１６から参照画像信号を読み出
し、動ベクトルがフレーム間の画像の移動が小画面に跨
って行われたときは第２の画像メモリ領域９,１７から
参照画像信号を読み出す構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はディジタル化された画像
信号を記録再生、あるいは伝送するための画像信号符号
化装置、画像信号復号装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、高能率符号化技術を用いてディジ
タル化された画像信号を圧縮符号化することにより、画
像信号を少ない符号量で伝送、あるいは記録再生するこ
とが可能になってきた。一般に画像信号には、時間的、
空間的、周波数的な多くの冗長度が含まれている。これ
らの冗長度を除去する手法として、予測符号化方式と直
交変換方式がある。

【０００３】画像信号は動きを伝送するために毎秒数十
フレームに標本化されており、この標本間の冗長度を除
去する手法が有効である。予測符号化方式は、予め判っ
ている信号から次に入力される信号を予測し、予測が外
れた分だけを符号化するものである。１フレーム前の画
面中の同一位置の画素を参照画素として予測すれば、画
面が静止している場合は、最も理想的な予測が行なえ
る。画面中に動きがある場合は、フレーム間の相関は低
くなり、符号化の効率は低下してしまう。

【０００４】そこで、画像に動きがある場合でも効率良
く符号化できるフレーム間予測符号化として、動き補償
フレーム間予測符号化の手法が提案されている。これは
画面中の動いている部分に対して、その動き量（移動方
向と移動距離、以降動ベクトルと呼ぶ）を検出し、動ベ
クトルに応じて前の画面中で予測に用いる位置を補正す
るものである。

【０００５】直交変換方式は、画像の持つ２次元相関性
を積極的に利用する２次元直交変換が一般的に用いられ
ている。２次元直交変換方法は各種提案されており、例
えば画像をブロックに分割しブロックごとに離散コサイ
ン変換（ＤＣＴ）し、ＤＣＴ係数を量子化、符号化する
ＤＣＴ符号化方法が広く用いられている。

【０００６】ハイビジョンのような高解像度画像信号に
対してこのような高能率符号化を行う場合、画像信号中
の情報量が多いため、単一の符号化装置では処理でき
ず、複数の符号化装置を並列に用いて符号化の処理を行
っている。これは画像信号の画面を複数の小画面の成分
に分割し、小画面成分ごとに符号化を行うことにより実
現されている。

【０００７】図３に従来の画像信号符号化装置のブロッ
ク図を示す。ここでは画面を水平方向に２分割する場合
について示す。図３において、３１は入力画像信号を分
割して分割画像信号を出力する画面分割器、３２と３９
は分割されたそれぞれの分割画像信号に対して、フレー
ム間の画像の移動方向と移動距離を示す動ベクトルを検
出する動ベクトル検出器、３３と４０は分割画像信号か
ら予測信号を差し引いて予測誤差を作成する減算器、３
４と４１は予測誤差を量子化する量子化器、３５と４２
は量子化器の出力を逆量子化する逆量子化器、３６と４
３は逆量子化器の出力と予測信号を加えて再構成画像信
号を作成する加算器、３７と４４は動ベクトルと参照画
像信号を入力し予測信号を出力する予測器、３８と４５
は再構成画像信号を書き込み、参照画像信号を読み出す
画像メモリである。

【０００８】動ベクトル検出は１６×１６画素程度のブ
ロック（以降画素ブロックと呼ぶ）を単位に、参照フレ
ーム内の近傍で最も似ている画素ブロックを探すことに
より行なわれる。探索範囲は通常、１６×１６画素程度
である。入力画像信号を分割して処理する場合には、分
割の境界を越えた画素の動きが当然存在する。分割境界
近傍の画素ブロックでは、分割境界を越えて、探索する
必要がある。動ベクトル検出器３２、３９は、このよう
に隣の小画面への動きも含めた動ベクトルを検出してい
る。

【０００９】入力画像信号は画面分割器３１で上下ふた
つの小画面に分割される。画面分割器３１からの分割画
像信号の画素ブロックに対応する動ベクトルに基づき、
予測器３７、４４は参照画像信号を画像メモリ３８、４
５から読み出して、予測値として出力する。減算器３
３、４０は分割画像信号から予測値である参照画像信号
を差し引いて予測誤差を作成する。予測誤差は量子化器
３４、４１で直交変換と量子化を受け、圧縮符号列とし
て出力される。同時に圧縮符号列は、逆量子化器３５、
４２で逆量子化、逆直交変換を受け、再構成予測誤差に
変換される。再構成予測誤差は加算器３６、４３で参照
画像信号と足し合わされて再構成画像信号となり、画像
メモリ３８、４５に書き込まれる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】動ベクトル検出器３
２、３９は、隣接小画面からの動きも含めた動ベクトル
を検出している。動ベクトルが隣接小画面に跨った動き
を示しているときは、隣接小画面の画像メモリから参照
画像信号を読み出さねばならない。画像メモリ３８中で
Ａ０は予測器３７からのみ読み出される部分、Ａ１は隣
接小画面の予測器４４からも読み出される可能性がある
部分である。同様に画像メモリ４５中でＢ０は予測器４
４からのみ読み出される部分、Ｂ１は隣接小画面の予測
器３７からも読み出される可能性がある部分である。つ
まり隣接小画面間で画像メモリの一部を共有しているこ
とになる。

【００１１】通常、画像メモリからふたつの信号を同時
に読み出すことはできない。従って、予測器３７が画像
メモリ４５からＢ１に相当する部分を参照画像信号とし
て読み出すには、予測器４４の読み出し動作の終了を待
つか、予測器４４の読み出し動作を中断させる必要があ
る。同様に、予測器４４が画像メモリ３８からＡ１に相
当する部分を参照画像信号として読み出すときは、予測
器３７の読み出し動作の終了を待つか、予測器３７の読
み出し動作を中断させる必要がある。

【００１２】このように隣接小画面間で画像メモリの相
互アクセスが必要になり、構成が非常に複雑になるとい
う問題を有していた。

【００１３】本発明はかかる問題点に鑑み、簡単な構成
で、入力画像信号を複数の小画面に分割して圧縮符号化
できる画像信号符号化装置と、複数の小画面に分割して
圧縮符号化された符号列から画像信号を得る画像信号復
号装置を提供することを目的としている。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の画像信号符号化
装置は、フレーム間の画像の移動方向と移動距離を示す
動ベクトルに応じた参照画像信号を画像メモリから読み
出す予測器と、入力画像信号を複数の小画面に分割して
分割画像信号を出力する画面分割器と、分割されたそれ
ぞれの分割画像信号に対して、前記分割画像信号から前
記参照画像信号を差し引いて予測誤差を作成する減算器
と、前記予測誤差を量子化する量子化器と、前記量子化
器の出力を逆量子化する逆量子化器と、前記逆量子化器
の出力と前記参照画像信号を加えて再構成画像信号を作
成する加算器とを具備し、前記画像メモリは前記再構成
画像信号を書き込み前記参照画像信号を読み出すための
第１の画像メモリ領域と、隣接する小画面の再構成画像
信号を書き込み前記参照画像信号を読み出すための第２
の画像メモリ領域を備え、前記動ベクトルがフレーム間
の画像の移動が小画面内で行われたときは前記第１の画
像メモリ領域から参照画像信号を読み出し、前記動ベク
トルがフレーム間の画像の移動が小画面に跨って行われ
たときは前記第２の画像メモリ領域から参照画像信号を
読み出す構成である。

【００１５】また、本発明の画像信号復号装置は、画像
信号を複数の小画面に分割して符号化された符号列から
フレーム間の画像の移動方向と移動距離を示す動ベクト
ルを抽出する動ベクトル抽出器と、前記動ベクトルに応
じた参照画像信号を画像メモリから読み出し予測信号を
作成する予測器と、前記符号列を逆量子化する逆量子化
器と、前記逆量子化器の出力と前記予測信号を加えて再
構成画像信号を作成する加算器とを具備し、前記画像メ
モリは、前記再構成画像信号を書き込み前記参照画像信
号を読み出すための第１の画像メモリ領域と、隣接する
小画面の再構成画像信号を書き込み前記参照画像信号を
読み出すための第２の画像メモリ領域を備え、前記動ベ
クトルがフレーム間の画像の移動が小画面内で行われた
ときは前記第１の画像メモリ領域から参照画像信号を読
み出し、前記動ベクトルがフレーム間の画像の移動が小
画面に跨って行われたときは前記第２の画像メモリ領域
から参照画像信号を読み出す構成である。

【００１６】

【作用】本発明は前記した構成により、参照する可能性
のある隣接小画面の再構成画像信号を第２の画像メモリ
領域に書き込んでおくので、隣接小画面に跨る動き補償
をするときでも、画像メモリの相互アクセスなしに参照
画像信号を読み出すことができる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の画像信号符号化装置の実施例
について、図面を参照しながら説明する。図１は本発明
の一実施例の画像信号符号化装置のブロック図である。
ここでは画面を水平方向に２分割する場合について示
す。

【００１８】図１において、１は入力画像信号を分割し
て分割画像信号を出力する画面分割器、２と１０は分割
されたそれぞれの分割画像信号に対して、フレーム間の
画像の移動方向と移動距離を示す動ベクトルを検出する
動ベクトル検出器、３と１１は分割画像信号から予測信
号を差し引いて予測誤差を作成する減算器、４と１２は
予測誤差を量子化する量子化器、５と１３は量子化器の
出力を逆量子化する逆量子化器、６と１４は逆量子化器
の出力と予測信号を加えて再構成画像信号を作成する加
算器、７と１５は動ベクトルと参照画像信号を入力し前
記予測信号を出力する予測器、８と１６は再構成画像信
号を書き込み参照画像信号を読み出すための画像メモリ
の第１の画像メモリ領域、９と１７は隣接小画面の再構
成画像信号を書き込み参照画像信号を読み出すための画
像メモリの第２の画像メモリ領域である。

【００１９】分割方法には水平分割、垂直分割、十字分
割などがあるが、基本的な差異はないので、ここでは水
平分割で説明する。また分割数については小画面当りの
処理能力で決るものであり、本発明に関しては本質的な
問題ではないので、ここでは２分割で説明する。

【００２０】まず、動ベクトル検出器２、１０は隣接小
画面からの動きを含めて、入力画像信号の画素ブロック
に対して、動ベクトルを検出している。入力画像信号は
画面分割器１で上下ふたつの小画面に分割される。画面
分割器１からの分割画像信号の画素ブロックに対応する
動ベクトルに基づき、予測器７、１５は参照画像信号を
画像メモリ８、１０から読み出して、予測値として出力
する。

【００２１】減算器３、１１は分割画像信号から予測値
である参照画像信号を差し引いて予測誤差を作成する。
予測誤差は量子化器４、１２で直交変換と量子化を受
け、圧縮符号列として出力される。同時に圧縮符号列
は、逆量子化器５、１３で逆量子化と逆直交変換を受
け、再構成予測誤差に変換される。この量子化、逆量子
化は必ずしも可逆的な変換ではないので、予測誤差と再
構成予測誤差は完全には一致しない。再構成予測誤差は
加算器６、１４で参照画像信号と足し合わされて再構成
画像信号となり、第１の画像メモリ領域８、１６に書き
込まれる。

【００２２】第２の画像メモリ領域９には加算器１４で
作成される再構成画像信号のうち、予測器７から参照さ
れる可能性のある部分が書き込まれ、第２の画像メモリ
領域１７には加算器６で作成される再構成画像信号のう
ち、予測器１５から参照される可能性のある部分が書き
込まれる。つまり第１の画像メモリ領域８のＡ１の部分
と、第２の画像メモリ領域１７には全く同じ再構成画像
信号が書き込まれる。

【００２３】同様に第１の画像メモリ領域１６のＢ１の
部分と、第２の画像メモリ領域９には全く同じ再構成画
像信号が書き込まれる。このように画像メモリへの書き
込みは隣接小画面に跨って行なわれるが、その書き込み
動作は一方的であり、隣接小画面間で画像メモリへの書
き込みタイミングを調整する必要はまったくない。参照
画像信号の読み出しは分割小画面内での読み出しとまっ
たく等価である。第１の画像メモリ領域８と第２の画像
メモリ領域９あるいは第１の画像メモリ領域１６と第２
の画像メモリ領域１７を連続するひとつの画像メモリと
見なすことができる。

【００２４】第２の画像メモリ領域９、１７の容量は、
入力画像信号の水平方向の画素数×動ベクトル探索範囲
の垂直方向（１６画素程度）であり、画像メモリの増加
量はごくわずかである。

【００２５】以下、本発明の画像信号復号装置の一実施
例について、図面を参照しながら説明する。図２は本実
施例の画像信号復号装置のブロック図である。

【００２６】図２において、１８と２４は圧縮符号列か
ら符号化時に用いられた動ベクトルを抽出する動ベクト
ル抽出器、１９と２５は圧縮符号列を逆量子化する逆量
子化器、２０と２６は逆量子化器の出力と予測信号を加
えて再構成画像信号を作成する加算器、２１と２７は動
ベクトルと参照画像信号を入力し予測信号を出力する予
測器、２２と２８は再構成画像信号を書き込み参照画像
信号を読み出す第１の画像メモリ領域、２３と２９は隣
接小画面の再構成画像信号を書き込み参照画像信号を読
み出す第２の画像メモリ領域、３０は小画面単位で複合
された再構成画像信号を合成する画面合成器である。

【００２７】以上のように構成された本実施例の動作に
ついて以下説明する。まず、動ベクトル抽出器１８、２
４は、圧縮符号列から符号化時に用いられた動ベクトル
を分離する。同時に圧縮符号列は、逆量子化器１９、２
５で逆量子化と逆直交変換を受け、予測誤差に戻され
る。抽出された動ベクトルに基づき、予測器２１、２７
は参照画像信号を画像メモリ領域２２、２８から読み出
して予測値として出力する。そして、加算器２０、２６
で予測誤差と予測値である参照画像信号が足し合わされ
て再構成画像信号となり、画像メモリ領域２２、２８に
書き込まれる。小画面単位で復号された再構成画像信号
は画像合成器３０で合成され、再構成画像となる。

【００２８】画像メモリ領域２３には加算器２６で作成
される再構成画像信号のうち、予測器２１から参照され
る可能性のある部分が書き込まれ、画像メモリ領域２９
には加算器２０で作成される再構成画像信号のうち、予
測器２７から参照される可能性のある部分が書き込まれ
る。つまり画像メモリ領域２２のＡ１の部分と、画像メ
モリ領域２９には全く同じ再構成画像信号が書き込まれ
る。同様に画像メモリ領域２８のＢ１の部分と、画像メ
モリ領域２３には全く同じ再構成画像信号が書き込まれ
る。画像メモリへの書き込みは隣接小画面に跨って行な
われるが、隣接小画面での処理とは無関係に行なうこと
ができる。参照画像信号の読み出しは分割小画面内での
読み出しと等価である。

【００２９】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、入力画像
信号を複数の小画面に分割して圧縮符号化する画像信号
符号化装置と、複数の小画面に分割して圧縮符号化され
た符号列を復号して再び画像信号を得る画像信号復号装
置において、複雑な画像メモリの相互アクセスをする事
なく、極めて簡易な構成で、小画面に跨る動き補償を実
現することができ、実用上非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における画像信号符号化装置
のブロック図

【図２】本発明の一実施例における画像信号復号装置の
ブロック図

【図３】従来の画像信号符号化装置のブロック図

【符号の説明】 １ 画面分割器 ２、１０ 動ベクトル検出器 ３、１１ 減算器 ４、１２ 量子化器 ５、１３ 逆量子化器 ６、１４ 加算器 ７、１５ 予測器 ８、１６ 第１の画像メモリ領域 ９、１７ 第２の画像メモリ領域 １８、２４ 動ベクトル検出器 １９、２５ 逆量子化器 ２０、２６ 加算器 ２１、２７ 予測器 ２２、２８ 第１の画像メモリ領域 ２３、２９ 第２の画像メモリ領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 畑 亮太 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鈴木 宏之 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】フレーム間の画像の移動方向と移動距離を
   示す動ベクトルに応じた参照画像信号を画像メモリから
   読み出す予測器と、入力画像信号を複数の小画面に分割
   して分割画像信号を出力する画面分割器と、分割された
   それぞれの分割画像信号に対して、前記分割画像信号か
   ら前記参照画像信号を差し引いて予測誤差を作成する減
   算器と、前記予測誤差を量子化する量子化器と、前記量
   子化器の出力を逆量子化する逆量子化器と、前記逆量子
   化器の出力と前記参照画像信号を加えて再構成画像信号
   を作成する加算器とを具備し、前記画像メモリは前記再
   構成画像信号を書き込み前記参照画像信号を読み出すた
   めの第１の画像メモリ領域と、隣接する小画面の再構成
   画像信号を書き込み前記参照画像信号を読み出すための
   第２の画像メモリ領域を備え、前記動ベクトルがフレー
   ム間の画像の移動が小画面内で行われたときは前記第１
   の画像メモリ領域から参照画像信号を読み出し、前記動
   ベクトルがフレーム間の画像の移動が小画面に跨って行
   われたときは前記第２の画像メモリ領域から参照画像信
   号を読み出すように構成したことを特徴とする画像信号
   符号化装置。
2. 【請求項２】画像信号を複数の小画面に分割して符号化
   された複数の符号列を復号して画像信号を得る画像信号
   復号装置であって、それぞれの符号列に対して、前記符
   号列からフレーム間の画像の移動方向と移動距離を示す
   動ベクトルを抽出する動ベクトル抽出器と、前記動ベク
   トルに応じた参照画像信号を画像メモリから読み出し予
   測信号を作成する予測器と、前記符号列を逆量子化する
   逆量子化器と、前記逆量子化器の出力と前記予測信号を
   加えて再構成画像信号を作成する加算器とを具備し、前
   記画像メモリは、前記再構成画像信号を書き込み前記参
   照画像信号を読み出すための第１の画像メモリ領域と、
   隣接する小画面の再構成画像信号を書き込み前記参照画
   像信号を読み出すための第２の画像メモリ領域とを備
   え、前記動ベクトルがフレーム間の画像の移動が小画面
   内で行われたときは前記第１の画像メモリ領域から参照
   画像信号を読み出し、前記動ベクトルがフレーム間の画
   像の移動が小画面に跨って行われたときは前記第２の画
   像メモリ領域から参照画像信号を読み出すように構成し
   たことを特徴とする画像信号復号装置。