JPH082106B2 - 動画像信号のハイブリツド符号化方式 - Google Patents

動画像信号のハイブリツド符号化方式

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JPH082106B2
JPH082106B2 JP61267367A JP26736786A JPH082106B2 JP H082106 B2 JPH082106 B2 JP H082106B2 JP 61267367 A JP61267367 A JP 61267367A JP 26736786 A JP26736786 A JP 26736786A JP H082106 B2 JPH082106 B2 JP H082106B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は動画像の符号化方式に関する。
〔従来の技術〕
従来動画像を高能率に符号化する技術として，画面間
の相関を利用するような予測誤差符号化方式（フレーム
間予測或いは動き補償予測方式等）及び画像信号を周波
数表現した際高次のエネルギーが小さいことを利用した
直交変換符号化方式の２つを組合せた方式，つまり予測
誤差信号を直交変換し，符号化する方式が考えられてい
る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら前述の予測誤差信号を符号化する方式に
は，多数の困難が存在する。画像信号，特に動画像信号
は非定常的な性質をもっており，動きの大きな画像フレ
ームと動きの小さな画像フレームがあるばかりでなく，
同一フレーム内においても動きのある部分とない部分
や，単純な絵柄をしており隣接画素同志相関の低い部分
などがあり，局所的な性質が著しく変化する。その為，
高能率な符号化を実現するにあたっては常に同じ符号化
方法を用いていては限界が存在する。よって前述した局
所的に変化する画像信号の性質に従って符号化の方法を
変化させなければ高能率な符号化が実現できない。
例えば画面中の動き量が大きな部分では，フレーム内
の差分信号をとると，入力画像信号をそのまま符号化す
る場合に比べさらに多量の符号化信号を伝送しなければ
ならない場合も生じてしまう。また直交変換処理する一
ブロックの中でみると，そのブロック内での総和として
の変化はわずかでも，特定の周波数成分，例えば直流成
分のみが変化し，この値を送ることにより，かえって１
ブロックごとの平均値が変動してタイル状の雑音を生
じ，画質を低下させるなどの問題が従来より知られてい
た。
〔問題点を解決する為の手段〕
以上の問題点を解決する為に，本発明では画面間の相
関を利用する予測符号化により得られるフレーム間の予
測誤差信号を複数個の画素からなるブロック毎に直交変
換する符号化方式において，予測誤差信号を直交変換す
る前に，複数画素をブロック化し，予測誤差信号に対す
るブロック単位の誤差評価量をもとめて有効／無効測定
を行なう有効／無効ブロック判定部，及びブロック単位
の誤差評価量をもとにフレーム間の予測誤差信号の評価
量をもとめ，ブロック単位の誤差評価量とフレーム間の
予測誤差信号の評価量とによりフレーム間の予測誤差信
号が入力画像信号（フレーム内信号）かを選択し直交変
換符号化を行なうための，フレーム間／フレーム内選択
部のいずれか又は両方を備えているものである。
〔作用〕
評価量により，符号化方式を切換えることにより，入
力画像に適した符号化が可能になり，画質劣化を最小化
できる。
〔実施例〕
本発明の実施例を図によって説明する。第１図は本発
明の機能を簡略化して説明するためのものである。入力
信号はたとえば動画像信号を複数画素分まとめてブロッ
ク化したものを考える。
信号線11より供給される入力画像信号は演算器100に
てフレーム間予測あるいは動き補償予測値との差分がと
られ，フレーム間予測誤差信号が得られる。この予測誤
差信号及び入力画像信号を本発明で特徴とする有効／無
効判定部及びフレーム間／フレーム内選択部1000に送
る。第１図では説明を簡単化する為に両者を合わせて10
00で示している。これは両部分を別々のものとして作成
することも可能であるが，共通化出来る部分も多数ある
からである。
遅延回路200,201は上記判定及び選択部1000内で生ず
る遅延分を補正するためのものである。スイッチ300は
判定及び選択部1000の出力信号1100,1101にもとづき切
替制御されフレーム間予測誤差信号，フレーム内信号の
いずれかを選択出力し，信号14として直交変換部400に
入力され，直交変換され量子化される。直交変換され量
子化された信号15は復号器側に送出されるが合わせて直
交逆変換部401に送られ，直交逆変換され再生値16を得
る。この信号16にフレーム間予測値又は零信号を加え画
像信号の復号値17を得る。ここに予測値を加えるか零を
加えるかは先のフレーム間／内選択部1000からの出力11
01により制御されるスイッチ600により選択される。
復号信号17は可変遅延フレームメモリ700に蓄え以後
の予測符号化に使用される。ここに可変遅延フレームメ
モリ700では１フレームの間画像データを蓄積するが，
必要であれば入力画像信号11′との比較により動き量を
検出し動き補償予測値を出力する。
また第１図では省略しているが，復号側でも同様にし
て画像信号の復号を行なう。以上において本発明で特徴
とするのは有効／無効判定部及びフレーム間／フレーム
内選択部1000である。以下判定及び選択部1000を中心に
例を用いて説明を行なう。
画像信号をＭ画素/Nラインのブロックを単位として処
理する。以下では例えばＭ＝Ｎ＝８の８×８のブロック
の場合を例として考えるが，ブロックサイズ及び形状が
変化しても以下の議論は本質的には変わらない。一般に
テレビ会議信号の様な動画像信号を対象とする場合，背
景などの部分ではフレーム間の相関を利用した予測符号
化を行なうとあまり大きな誤差は生じない。従ってこの
様な静止している部分については，その差分信号を送ら
ないことにより伝送すべき信号の量を減らし伝送効率を
高めることが可能である。しかしながらこの様な背景部
分においても，入力画像信号に雑音が乗っていたり，人
の影などによりごくわずかではあるが濃淡が変化する場
合がある。
この様な場所に対して後段で直交変換を行なうとある
変換係数に対してのみ変化が相加的に加わり，大きな変
換係数値として表われて来る場合がある。従って直交交
換した後に差分量子化を行ない、ある閾値以上の値が出
た係数値を送ることとしても，本来なら情報を送らなく
てもよいブロックに対しても信号を送らねばならないこ
とになる。この様な場合には，伝送効率の低下となるば
かりでなく，例えば濃度方向の変化分，つまり直交変換
された直流分のみを送るブロックと送らないブロックと
が混在し，しかも時間方向に送られるブロック位置が変
化することにより，タイル状の雑音が生じはなはだしい
視覚的妨害を与えることがある。
従って本方式では，フレーム間予測あるいは動き補償
予測の様に静止部分においては誤差があまり発生しない
予測方式を用いた信号を後段で直交変換する場合。この
直交変換を行なう前に複数画素をまとめて有効／無効の
判定を行なうことにより，上述した様な原因による効率
の低下及び画質の劣化を防ぐ。
更にフレーム間の相関を利用した符号化においては，
画面中の動きの大きなブロックでは予測誤差が大きくな
ってしまう。従ってこの様なブロックに対して以後で直
交変換を行なうと，直交変換した後の各係数に大きな値
の信号が出力として生ずることになる。一方，入力画像
信号をそのまま直交変換した場合には，画像信号の性質
として比較的低周波成分にのみ限定的に出力信号が発生
する。従ってフレーム間の相関を利用した予測符号化と
直交変換符号化とを組み合わせたハイブリッド符号化方
式においては，フレーム間の予測誤差信号とフレーム内
の信号とを選択的に切替えて使用することが有効であ
る。但しフレーム間の予測誤差信号では一般に直流分は
零であるのに対し入力画像信号では直流分に大きな値が
発生する。従って直交変換した場合の直流分に対応する
係数成分の性質が異なってしまう。従って本発明は以上
の様なフレーム間予測と直交変換とを組み合わせたハイ
ブリッド符号化における問題を克服するためにフレーム
間／フレーム内選択法を提供するものである。
有効／無効判定部及びフレーム間／フレーム内選択部
1000のための判定方法はいくつか存在する。例えば有効
／無効判定部では直交変換を行なうのと同じブロック
（例えば８画素/8ライン）を１単位とし，その１ブロッ
ク中の画素の予測誤差信号の２乗和Smをとる。そしてこ
の評価量Smが予め定められた適当な閾値T1未満の時には
現入力ブロックは無効ブロックとし，以後該ブロックの
予測誤差信号は全て零とする。評価量Smの作り方として
は他の方法もある。例えば予測誤差信号の１ブロック当
りの絶対値和あるいは予測誤差信号の絶対値をもとに例
えば第２図に示すようにして作成した評価関数出力値Ｉ
の１ブロック当りの和を計算して用いることも有効であ
る。
またこの他に，現ブロックを直交変換を行なうブロッ
クサイズとは異なるブロックで分割する。例えば，直交
変換を８画素×８ラインで行なうとしてそれを縦横1/2
ずつの４画素/4ラインずつのサブブロックに分割する。
この場合にはこのサブブロックごとに上述したようなフ
レーム間予測誤差信号の評価量Smを計算し適当な閾値T1
との大小を比較する。その後に現ブロック中に有効サブ
ブロックがある場合には現ブロックを有効ブロック，そ
の他の場合には無効ブロックとする。フレーム間の差分
信号をブロック単位で処理しようとする場合，ブロック
の中に動いている部分と背景に相当する動いていない部
分とが混在することになる従ってこれらを一括してブロ
ック単位で評価量で求めたのでは背景部分等の影響でブ
ロック中の一部に動きがあってもこれが壊れてしまう可
能性がある。この点，上述した様にサブブロック単位で
評価量を求めたのち判断を行なうことによりこの様なブ
ロック中の一部だけが動いている様なブロックに対して
も有効／無効判定をより正確に行なうことが可能とな
る。
またこの様な評価量はフレーム間／フレーム内の選択
に対しても使用することが可能である。フレーム間の予
測誤差信号については，有効／無効判定の為に用いるも
のと同じ評価量Smが使用できる。一方入力画像信号の１
ブロック当りの平均値をとり入力信号と平均値との差を
計算する。この差分信号に対し１ブロック分の２乗和或
いは絶対値和或いは差分絶対値により例えば第２図の様
にして定まる評価関数出力値Ｉの１ブロック当りの和を
求め，入力画像信号に対する評価量Siを計算する。この
様にして得られた評価量Sm,Siを用い，例えばフレーム
間予測誤差信号に対する評価量Smが適当な閾値T2未満か
あるいはT2以上であっても入力画像信号に対する評価信
号Si以下の時には画面間の相関をもとにした予測値によ
る予測誤差信号を選択（フレーム間モードと呼ぶ）し，
その他の場合つまりSm≧T2でかつSm＞Siの時には，入力
画像信号を選択（フレーム内モードと呼ぶ）して直交変
換符号化を行なう。
またこの他に，例えば第３図に示すように,Smの大き
さに応じて判定閾値を変更してフレーム間モードとフレ
ーム内モードとを選択することも可能である。更にフレ
ーム間／フレーム内判定に対しても，前述したように現
入力ブロックをサブブロックに分割したのちサブブロッ
ク単位でフレーム間／フレーム内の判定を行なうことも
有効である。
更に以上の説明においては，有効／無効の判定及びフ
レーム間／フレーム内の判定を各々別々に行なう場合の
説明を行なったが，これらを組み合わせて同時に使用す
ることも当然のことながら可能である。またサブブロッ
ク単位で判定を行なう場合前述したように１ブロックの
中での動きのない部分と動いている部分との切り分けを
行なうための情報を得ることも可能である。つまり，ブ
ロック中で差信号の発生する部分のみを切り出して直交
変換を行なうことにより，不明な情報を送らなくて済む
ようにし符号化効率を向上させることが可能となるがこ
の為の制御信号を判定部及び選択部1000より送り出し
て，後続の直交変換部400の処理するブロックサイズを
可変とすることができる。
次に，有効／無効判定部及びフレーム間／フレーム内
選択部1000の実施例を第４図を参照しつつ説明する。
尚，以後の説明においては，有効／無効定部とフレーム
間／フレーム内選択部1000とを合わせて実現する場合で
説明を行なうこととする。
第４図中の入力信号11及び13はそれぞれ第１図中にお
いて同一番号で示されている信号と同一である。信号11
はこの符号化装置に対する入力画像信号，信号13はこれ
と画面間の相関を利用した予測値との差分をとった予測
誤差信号である。
入力信号11は，累積回路1001に入力され,1ブロック分
の画像信号値1200を得る。ここに累積回路は第５図に示
すように加算回路１と１画素分の遅延を与える遅延回路
２及びスイッチ3,4とよりなる。ここにスイッチ３は１
ブロックの開始時にループ中の累積値を零にクリヤする
ためのスイッチ，スイッチ４は１ブロック分の計数が終
了した時に，その信号を出力1200に送出するためのスイ
ッチである。
累積回路1001の出力1200は割算器1002により１ブロッ
ク分の画素数Ｍ×Ｎで除算される。ここに，例えばＭ＝
Ｎ＝８の様な適当な数の場合には，この割算器1002は,6
bitのシフト回路により実現される。これにより現ブロ
ックの入力信号に対する平均値1201を得る。一方1003は
これら累積回路1001,割算器1002の部分に相当する遅延
量を補正する為の遅延回路である。
差分回路1005では１ブロック中の平均値1201とそのブ
ロックの入力信号値1202との差をとり，平均値からの差
分1204を出力する。1006は絶対値作成回路であり入力信
号の符号bitを除去することにより実現される。1008はR
OM回路である。入力画像信号と平均値との差分の２乗和
あるいは第２図に示すような評価関数を用いる場合には
このROM中に対応する値を書き込んでおき，その出力値
を用いることとする。尚，差分信号の絶対値和を用いる
場合には,ROM出力は入力と同一とすることとする。この
様にして作成される各画素に対応した評価信号1205は第
２の累積回路1010に入力される。ここに第２の累積回路
1010は先の累積回路1001と同様な構成により実現され
る。この結果出力1206には入力画像信号に対する評価量
Siを得る。
同様にして予測誤差信号13を入力し，フレーム内モー
ドに遅延量を合わせるため遅延回路1004を通した後，現
ブロックに対するフレーム間差分値1203を得る。このフ
レーム間差分値1203は絶対値回路1007,ROM回路1009,累
積回路1011を通すことにより，出力1207に画面間の相関
を利用した予測誤差信号に対する評価量Smを得る。尚以
上の構成に用いる,1004,1007,1009,1011はそれぞれ先に
説明を行なった,1003,1006,1008,1010と同じ構成により
実現される。
以上により得られる評価量Smは差分回路1012,1013,10
14に入力され，閾値T1,T2及び評価量Siとの間の差をと
る。
これらの結果はそれぞれ正負判定回路1015〜1017に入
りそれぞれの判定結果に基づくYes又はNoの指示信号120
8〜1213を出力する。有効／無効の判定のための指示情
報1208,1209はスイッチ1020の制御信号として送られ，
有効／無効指示情報信号1100を判定及び選択部1000から
の出力として出す。
又フレーム間／フレーム内の判定のための情報1210〜
1213はAND回路1018及びOR回路1019にそれぞれ第４図に
示すように入力され，同じく制御信号1214,1215を作成
する。これらの信号はスイッチ1021の制御情報として送
られ，フレーム間／フレーム内の選択情報信号1101を出
力する。以上が有効／無効及びフレーム間／フレーム内
判定部1000の一構成例である。
これらの判定をサブブロック単位で行なうことは第４
図の構成例とほぼ同様にして実現される。但しブロック
サイズをサブブロックのサイズに変更するとともに，サ
ブブロック単位の有効／無効判定結果を１ブロック分ま
とめてORをとる回路が必要となる。
またこの様な構成によれば，後続する直交変換部（第
１図の400）における直交変換処理を行なうブロックサ
イズを適応的に選択することも，上述したサブブロック
単位の有効／無効情報をそのまま有効／無効判定部の他
の出力信号として直交変換部に送ることで実現される。
またSiとSmとの間を第３図に示されている様な閾値を
用いて選択を行なうことも，フレーム間の評価量Smの大
きさに対応した場合分けを行なった上で例えば第４図の
差分回路1014で信号値Siを引くかわりに乗算器及び加算
器を用いて作成される値a2・S1＋b2（但しa2,b2は適当
な定数）を入力することにより実現される。
〔発明の効果〕
本発明によれば動画像の画面間の相関を利用した予測
符号化と直交変換とを組合わせたハイブリッド符号化方
式に伴なう効率の低下と画質劣化が最小化できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の符号化方式の全体図，第２図は評価量
を説明するための図，第３図は本発明における一つの選
択アルゴリズム例を説明するための図，第４図は本発明
で特徴とする有効／無効判定部及びフレーム間／フレー
ム内選択部の一実施例を説明するための図，第５図はそ
のために用いる累積回路の一実施例を説明するための図
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 羽鳥 好律 東京都新宿区西新宿２丁目３番２号 国際 電信電話株式会社内 (72)発明者 加藤 洋一 神奈川県横須賀市武１丁目2356番地 日本 電信電話株式会社複合通信研究所内 (72)発明者 太田 睦 東京都港区芝５丁目33番１号 日本電気株 式会社内 (72)発明者 小杉 康宏 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (56)参考文献 特開 昭60−146363（ＪＰ，Ａ) ＩＥＥＥ ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ ＯＮ ＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ Ｃ ＯＭ29［12］（1981）Ｐ．1799−1808

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】画面間の相関を利用する予測符号化により
    得られる予測誤差信号を、Ｍ画素×Ｎラインからなるブ
    ロック毎に直交変換して量子化を行なうハイブリッド符
    号化方式において、 前記ブロック単位で予測誤差信号の評価量Smを計算し、
    該評価量が所定の第１の閾値T1未満の時には当該ブロッ
    クは無効ブロック，T1以上の時には有効ブロックと判定
    する有効／無効判定部を有し、無効ブロックと判定され
    た場合には当該ブロックに関する予測誤差情報は送ら
    ず、有効ブロックと判定された場合には後続する直交変
    換部で直交変換した後にその変換係数値を量子化し、非
    零信号が生じなければ無効ブロック，非零信号が生じた
    場合には有効ブロックとして量子化された変換係数値を
    伝送することを特徴とする動画像信号のハイブリッド符
    号化方式。
  2. 【請求項２】前記有効／無効判定部は、有効／無効の判
    定を直交変換を行なうブロックサイズより小さいブロッ
    クサイズのサブブロックに分割し、サブブロック単位で
    評価量Smを計算して閾値T1と比較し、当該ブロック中に
    １つでも有効なサブブロックがある場合には当該ブロッ
    クを有効ブロック，その他の場合には無効ブロックと判
    定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の動
    画像信号のハイブリッド符号化方式。
  3. 【請求項３】画面間の相関を利用する予測符号化により
    得られる予測誤差信号をＭ画素×Ｎラインからなるブロ
    ック毎に直交変換して量子化を行なうハイブリッド符号
    化方式において、 前記ブロック単位で予測誤差信号の評価量Smを計算し、
    他方前記ブロック単位の入力画像信号に対する当該ブロ
    ックの評価量Siを計算し、前記評価量Sm及びSiを比較
    し、Sm＜T2（但しT2は適当な閾値）又はSm≦Siの時には
    画面間の相関を利用した予測誤差信号を選択し、その他
    の場合には入力画像信号を選択するフレーム間／フレー
    ム内選択部を有し、選択された信号を後続する直交変換
    部で直交変換した後その変換係数を量子化することを特
    徴とする動画像信号のハイブリッド符号化方式。
  4. 【請求項４】Sm≦T2では画面間の相関に基づく予測誤差
    信号を、T2＜Sn≦T3の間では,Si＞a1Sm＋b1（但しa1,b1
    は適当な変数）の時には画面間の相関に基づく予測誤差
    信号を用い、T2＜Smの間でSi＞s2Sm＋b2の時には画面間
    の相関に基づく予測誤差信号を用い、その他の場合には
    入力画像信号を選択することを特徴とする特許請求の範
    囲第３項に記載の動画像信号のハイブリッド符号化方
    式。
  5. 【請求項５】前記フレーム間／フレーム内選択部はフレ
    ーム間／フレーム内の判定を直交変換を行なうブロック
    サイズより小さなブロックサイズのサブブロックに分割
    してサブブロック単位でフレーム間相関を利用した予測
    誤差信号或いは入力画像信号を選択することを特徴とす
    る特許請求の範囲第３項に記載の動画像信号のハイブリ
    ッド符号化方式。
  6. 【請求項６】前記有効／無効判定部は有効サブブロック
    が当該ブロック内の１個或いは,2個である時に後続の直
    交変換部において1/2M×1/2N,1/2M×Ｎ又はＭ×1/2Nの
    直交変換を行なうように指示情報を送出することを特徴
    とする特許請求の範囲第４項記載の動画像信号のハイブ
    リッド符号化方式。
  7. 【請求項７】画面間の相関を利用する予測符号化により
    得られる予測誤差信号を、Ｍ画素×Ｎラインからなるブ
    ロック毎に直交変換して量子化を行なう動画像信号のハ
    イブリッド符号化方式において、 前記ブロック単位で予測誤差信号の評価量Smを計算し、
    該評価量が所定の第１の閾値T1未満の時には当該ブロッ
    クは無効ブロック，T1以上の時には有効ブロックと判定
    する有効／無効判定部と、前記ブロック単位の入力画像
    信号に対する当該ブロックの評価量Siを計算し、前記評
    価量Sm及びSiを比較し、Sm＜T2（但しT2は適当な閾値）
    又はSm≦Siの時には画面間の相関を利用した予測誤差信
    号を選択し、その他の場合には入力画像信号を選択する
    フレーム間／フレーム内選択部とを有し、無効ブロック
    と判定され且つ入力画像信号が選択された場合には当該
    ブロックに関する予測誤差情報は送らず、有効ブロック
    と判定され且つ予測誤差信号が選択された場合には後続
    する直交変換部で直交変換した後にその変換係数値を量
    子化し、非零信号が生じなければ無効ブロック，非零信
    号が生じた場合には有効ブロックとして量子化された変
    換係数値を伝送することを特徴とする動画像信号のハイ
    ブリッド符号化方式。
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