JPH0681308B2 - フレ−ム間符号化における量子化雑音抑圧方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の属する技術分野 本発明は，ブロック毎の処理を施した高能率なフレーム
間符号化方式に関するものである。

（２）従来の技術 フレーム間差分信号を所定の大きさのブロックに分割
し，分割されたブロック毎に符号化する方式に，ベクト
ル量子化方式や，コサイン変換及びアダマール変換等で
代表される直交変換符号化方式がある。

これらの方式は，分割されたブロック内の画素を一括し
て符号化処理するため，ブロック内の画素の値が零であ
る領域に対しても，ブロック内の他の領域の影響が及
び，量子化雑音が発生するという共通の欠点がある。こ
の欠点を説明するため，ベクトル量子化方式を１例とし
て説明する。

ベクトル量子化方式は，アナログからディジタルに変換
された画像信号を，例えば８ライン×８画素毎にブロッ
ク化する。１画素を８ビットで表わす場合,1ブロック当
りの情報量は８ビット×64画素で512ビットとなり，こ
れをそのまま伝送すれば通信容量は512ビット×ブロッ
クとなる。

これに対しベクトル量子化方式では，画像の近傍画素間
の相関を利用して,1ブロック当りの情報量が削減され，
大幅な帯域圧縮が行われる。

すなわち，ブロック内の各画素のとる値の組合せは原理
的には2^8×64通りである。しかし，その組合せの発生確
率に非常に大きな偏りがあり，このことを利用して，組
合せの数を例えば128通りに制限すれば,1ブロック当り
の情報量は７ビットとなり，約1/73に帯域圧縮すること
ができる。

このように帯域圧縮率は非常に高くなるが,1ブロック当
りの組合せの数を大幅に制限しているため，一般には量
子化雑音が大きくなる。この量子化雑音は，ブロック内
の画素値の組合せで決定されるため画素値が零である領
域においてもブロック内の他の領域の影響を受けて量子
化雑音が発生するという欠点があった。

このような量子化雑音を抑圧する方法として，量子化雑
音を含む予測誤差信号に対し非線形処理を施す方法があ
る。この方法は，昭和60年電子通信学会全国大会S19−
２「ベクトル量子化を用いたフレーム間符号化方式の検
討」に記載されたものである。この方法においては，量
子化雑音を含む予測誤差信号に対し，常に非線形特性を
もつ変換処理を行っていた。このため動いているエッジ
部のように，大きい予測誤差信号を含むブロック内の静
止領域に発生する量子化雑音を抑圧することを目的とし
て，微小な予測誤差信号を抑圧すると，エッジ部を含ま
ないブロックに対しても同様な処理を施すことになり，
真の微小なレベル変化に対する追従特性を劣化させるこ
とになり，結果として，画面にシミがはりついたような
画品質劣化を生じる欠点があった。

（３）発明の目的 本発明の目的は，平坦部におけるはりつき雑音を増加す
ることなく，動くエッジ部を含むブロック内の静止領域
に対するS/Nを改善するフレーム間符号化における量子
化雑音抑圧方式を提供することにある。

（４）発明の構成 （４−１）発明の特徴と従来の技術との差異 本発明は，量子化雑音を抑圧する非線形回路の特性を，
ブロック単位の量子化処理での結果を表すインデックス
情報あるいは動き補償予測で検出した最適動ベクトル情
報により，適応的に制御するようにしたことを特徴とす
る。すなわち本発明は，従来の技術とは非線形回路の制
御の有無を異にするものである。

（４−２）実施例 第１図は，本発明の実施例であって,1は入力端子,2は遅
延回路,3は減算回路,4は平均値分離・正規化回路,5はブ
ロック識別回路,6はベクトル量子化符号化回路,7は符号
割当回路,8,102はバッファメモリ,9はデータ出力端子,1
0,104はベクトル量子化復号回路,11,105は重み付け・平
均値加算回路,12,106は非線形回路,13,107は加算回路,1
4,108はフレームメモリ,15,109は可変遅延回路,16は動
きベクトル検出回路,100はディジタル伝送路,101はデー
タ入力端子,103は符号解読回路,110は出力端子である。

入力端子１から入力されるディジタル化されたビデオ信
号は，遅延回路２で所定の時間だけ遅延された後減算回
路３において可変遅延回路15の出力である予測信号を差
引かれ，その差信号が平均値分離・正規化回路４に供給
される。

平均値分離・正規化回路４は，所定の大きさ，例えば４
ライン×４画素の大きさのブロック毎に以下のような処
理を施す。

即ち，減算回路３の出力に対し，ブロック当りの平均値
を計算し，当該ブロックに含まれる各画素の値から平均
値を減算する。そして，平均値を引かれた結果に対し，
ブロック当りの標準偏差を計算し，得られた標準偏差で
正規化する。この標準偏差と前記平均値の情報は，符号
割当回路７と重み付け・平均値加算回路11に供給され
る。

ブロック識別回路５は，平均値分離・正規化回路４の出
力をブロック毎に監視し，ブロック内の値が所定の閾値
より全て小さい時これを無効ブロックとし，その他のブ
ロックを有効ブロックとし，ブロック識別情報を符号割
当回路７に供給する。

このブロック識別については，平均値・標準偏差が所定
の閾値より小さい場合を無効ブロックとする方法もあ
る。

ベクトル量子化・符号化回路６は，ブロック内の16画素
（４ライン×４画素）の値の組み合わせに対し，例えば
256通りの組み合わせを用意し，各組み合わせを１ベク
トルとして定義する。各ベクトルの中から入力信号値の
組み合わせに対し，評価値（例えば入力信号値と量子化
代表値の差分絶対値のブロック当り累算値）が最小とな
るベクトルを最適ベクトルとして検出し，その最適ベク
トルを表わすインデックス情報を符号割当回路７とベク
トル量子化復号回路10及び非線形回路12に供給する。

符号割当回路７は，各入力信号に対して所定の符号を割
当て，バッファメモリ８に出力し，ここで伝送速度に速
度整合をとった後，データ出力端子９を介してディジタ
ル伝送路100へ送出する。

ベクトル量子化復号回路10は，ベクトル量子化符号化回
路６から供給されるインデックス情報を，量子化代表値
を表わす信号に変換する。

この量子化代表値は，重み付け・平均値加算回路11にお
いて，標準偏差の値に応じた重み付けを行われた後，平
均値を加算される。

平均値を加算された結果は，非線形回路12において非線
形処理を施される。

非線形回路12は例えばROMで構成され，入力値に応じて
所定の大きさの出力値に変換するが，ここでベクトル量
子化符号化回路６の出力であるインデックス情報あるい
は動きベクトル検出回路16の出力である最適動ベクトル
情報を用いて，後述するように制御される。

非線形回路12の出力は，加算回路13において可変遅延回
路15の出力を加えられ局部復号信号となり，フレームメ
モリ14に記憶され，次のフレームの予測信号となる。

フレームメモリ14の出力は，可変遅延回路15により所定
の時間だけ遅延量を調整される。

動きベクトル検出回路16は，入力端子１から供給される
テレビ信号を，例えば８ライン×16画素毎にブロック化
する。そして各ブロックに対し，例えば１フレーム前の
画面上の同じ場所を含む周辺の中から，前記ブロックと
同じ大きさの複数個のブロックを可変遅延回路15の出力
から抽出し，入力ブロックに対する評価関数，例えば入
力ブロックと参照ブロック間の画素間差分絶対値のブロ
ック当り累算値が最小のものを最適ブロックとして選択
し，当該最適ブロックを表わす最適動ベクトル情報を，
符号割当回路7,非線形回路12,および可変遅延回路15に
供給する。

可変遅延回路15は，前記最適動ベクトル情報により指定
される最適ブロックに含まれる８ライン×16画素分のテ
レビ信号を，フレームメモリ14の出力の中から選択し，
これを減算回路3,加算回路13へ供給する。

受信側においては，データ入力端子101より入力される
データを，一旦バッファメモリ102に記憶し，復号速度
に変換して出力する。

符号解読回路103は，バッファメモリ102の出力の符号解
読を行い，インデックス情報をベクトル量子化復号回路
104,非線形回路106へ，平均値情報，標準偏差情報を重
み付け・平均値加算回路105へ，また，最適動ベクトル
情報を非線形回路106,可変遅延回路109へ供給する。

ベクトル量子化復号回路104以降は送信側と同様の動作
をする。

第２図は，本発明の特徴である非線形回路の特性の１例
を示す図である。

非線形回路の入力値が小さい領域の出力値を抑圧するこ
とにより，動くエッジ部を含むブロック内の静止領域の
S/Nを改善している。また，入力値が大きい領域の出力
値を抑圧することにより，動くエッジ部で生じるオーバ
シュートやアンダーシュートを軽減している。

但し，このような非線形処理は，インデックス情報によ
り制御され，エッジ部を含むブロックに対してのみ施さ
れても良いし，また，複数の非線形特性をもち，これら
をインデックス情報により適応的に切り替えることも可
能である。

また最適動ベクトル情報に応じて非線形処理を施したり
あるいはスルーにしたりして適応制御を行うことも可能
である。もちろん複数個の非線形特性の適応制御が可能
なことは明らかである。また，この最適動ベクトル情報
と前記インデックス情報の両者を用いて制御することも
可能である。

以上の説明においては動き補償予測を用いたフレーム間
差分信号をベクトル量子化する例について述べたが，こ
の方式のみに限定されるものではなく，例えば動き補償
・背景予測を用いたフレーム間差分に対してコサイン変
換等の変換符号化を行った後，更にベクトル量子化を行
う方式等に適用できることは明らかである。

また，以上の説明においては非線形回路を予測符号化・
復号ループの中に挿入した例について述べたが，再生テ
レビ信号に対して雑音を抑圧するためにループの外に設
置されるノイズリデューサ（あるいはポストフィルタと
呼ばれることもある）の雑音除去特性を制御する方法に
も適用可能である。

更に，以上の説明においては量子化雑音を抑圧する手段
をフレーム間差分信号に対して設け，フレーム方向に対
する特性を改善する場合について述べたが，その他に，
例えば第１図のフレームメモリの入力段あるいは出力段
に相当するテレビ信号形式になっている信号に対して空
間的な処理を施すことにより，量子化雑音やその他の符
号化処理に関わって発生する雑音を除去する場合に，当
該空間フィルタをインデックス情報等で制御する方法が
本発明に含まれることは明らかである。

（５）発明の効果 以上説明したように，量子化雑音を含むテレビ信号に対
して量子化雑音を抑圧するために設けた非線形回路を，
インデックス情報や，最適動ベクトル情報を用いて適応
制御するようにしたことにより，平坦部におけるはりつ
き雑音を増加することなく，動くエッジ部を含むブロッ
ク内の静止領域に対するS/Nを改善できる利点がある。

また，本発明によれば，符号化のために伝送されるイン
デックス情報や最適動ベクトル情報を用いて適応制御す
るようにしたため，特別な付加情報を必要としない利点
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例のブロック図，第２図は非線
形回路の特性の１例を示す図である。 第１図において,1…入力端子,2…遅延回路,3…減算回
路,4…平均値分離・正規化回路,5…ブロック識別回路,6
…ベクトル量子化符号化回路,7…符号割当回路,8,102…
バッファメモリ,9…データ出力端子,10,104…ベクトル
量子化復号化回路,11,105…重み付け平均値加算回路,1
2,106…非線形回路,13,107加算回路,14,108…フレーム
メモリ,15,109…可変遅延回路,16…動きベクトル検出回
路,100…ディジタル伝送路,101…データ入力端子,103…
符号解読回路,110…出力端子

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディジタル化された入力テレビ信号に対し
   １フィールド以上前の信号を用いて予測信号を構成し，
   入力信号に対する予測誤差信号をブロック単位の量子化
   処理により符号化して伝送し，受信側では，送られてき
   た符号化データを,1フィールド以上前の信号を用いて構
   成した予測信号に加えることにより信号を再生し，再生
   画像の量子化雑音を抑圧する量子化雑音抑圧手段を含む
   フレーム間符号化方式において， 前記ブロック単位の処理の結果を表わす識別情報によ
   り，前記量子化雑音抑圧手段を制御し，該量子化雑音抑
   圧手段の特性を変化させることを特徴とするフレーム間
   符号化における量子化雑音抑圧方式。
2. 【請求項２】ディジタル化された入力テレビ信号に対
   し,1フィールド以上前の信号を用いて，動き補償・背景
   予測を行って，入力信号に対する予測信号を構成し，予
   測誤差信号を符号化して伝送し，受信側では，送られて
   きた符号化データを,1フィールド以上前の信号を用いて
   構成した予測信号に加えることにより信号を再生し，再
   生画像の量子化雑音を抑圧する量子化雑音抑圧手段を含
   むフレーム間符号化方式において， 動き補償予測で検出した最適予測ベクトル情報により，
   前記量子化雑音抑圧手段を制御し，該量子化雑音抑圧手
   段の特性を変化させることを特徴とするフレーム間符号
   化における量子化雑音抑圧方式。