JPH1013830A - エンコーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低価格なエンコーダ装置を提供する。 【解決手段】 データ順序変換手段７は、映像記憶手段
１から出力されたＰＥＬ信号としての画素データを再生
映像記憶手段４からのＲＥＦＰＥＬ信号を参照して差分
を求めた変換符号化手段２から入力される変換符号化デ
ータを一時的に記憶して、入力順序のままではなく、所
定の順序に対応させて並べ替えて記憶し、並べ替えた順
序で出力し、映像記憶手段１の出力データを統一する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビデオ信号圧縮シ
ステムにおけるエンコーダ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】ビデオ信号の圧縮方法として、近年デジ
タル処理による圧縮方法の開発が行われている。このよ
うなデジタル処理によるビデオ信号の圧縮方法の一例と
して、ＭＰＥＧ(Moving Picture Expert Group)と呼ば
れる圧縮方式の標準がある。

【０００３】これらの圧縮技術では、一般に画面をマク
ロブロックと呼ばれる小単位に分割し、このマクロブロ
ック単位で圧縮を行う。ＭＰＥＧ規格では、隣接する縦
１６画素、横１６画素の領域を１つのマクロブロックと
して、１画面を例えば縦４４個、横３０個のマクロブロ
ックに分割して圧縮処理を行うことになる。

【０００４】マクロブロックに分割した画像データに対
する圧縮処理の概要を説明する。この圧縮処理では、ま
ず動き予測を行う。動き予測とは、映像信号が静止画を
次々と切り替えて表示するという特徴を利用した圧縮手
法であり、直前の画面から、圧縮しようとするマクロブ
ロックと似ている領域を探し出し、マクロブロックの画
像データそのものを送る代わりにマクロブロックと似て
いる領域の位置を相対的に示すベクトルと、その領域と
マクロブロックの画素ごとの差分データとを送るように
することで、一つ一つの画素のデータを小さい値にする
ことができる。これは、後述するハフマン符号化におけ
る圧縮率の向上に効果がある。

【０００５】次に動き予測を行った画像差分データに対
して、変換符号化を行う。一般的に画像圧縮では、ＤＣ
Ｔ（離散コサイン変換）を行う場合が多い。ＭＰＥＧ規
格では、例えば輝度信号の場合、１つのマクロブロック
を４つに分割し、縦横８画素の領域に対してＤＣＴを行
う。ＤＣＴの結果は、やはり８×８の行列に係数が並ぶ
が、この係数をある規則に従って並べ替えると、周波数
成分の順になる。画像データの特徴として、低周波成分
の信号が大きく、高周波成分の信号は小さいので、周波
数成分の順に並べた場合には、はじめのいくつかの係数
に大きな値があり、だんだんと小さい値になる。ある程
度より後ろの係数は、０が続くような場合も多くなる。

【０００６】ＤＣＴによる周波数成分への変換で、各係
数の有効ビット数が大きくなる。これを量子化により、
精度を落とすことで係数値を小さい値にする。量子化
は、具体的には量子化ステップ値で係数を割り、その商
を係数として残す。高周波成分の係数は、小さい値が多
いので、量子化ステップ値が大きいときは、高周波成分
が０になる場合が多くなり、結果的に高周波成分のカッ
トという意味合いを持つ。

【０００７】ＤＣＴと量子化によりデータに偏りがで
き、値が０となる係数も多くなるので、この係数をラン
レングス符号化によって圧縮する。ランレングス符号化
は係数の列の中に０値の係数（ゼロ係数）を多く持ち、
時々値を持つ係数（非ゼロ係数）がある場合に有効であ
り、ゼロ係数の継続個数ラン（RUN）と、それに続く非
ゼロ係数の値（LEVEL）の組み合わせで表現するもので
ある。前記ＤＣＴ結果では高周波成分にゼロ係数が多く
なるので、ランレングス符号化した係数の組は、それ自
体でＤＣＴの出力よりも少ない係数になる場合が多い。

【０００８】ランレングス符号化で係数の削減をした後
は、それぞれの係数の組のビット数を可変長コードによ
って圧縮する。可変長コードは、出現頻度の多いデータ
に対して短いビット列を割り当て、出現頻度の少ないデ
ータに対して長いビット列を割り当てることで、全体と
してのビット量を削減するものであり、ＭＰＥＧ規格に
おいては、データとビット列との対応はあらかじめ規定
されている。ＭＰＥＧで規定されている可変長コードで
は、比較的小さい値（LEVEL）の場合に短いビット列が
割り当てられている。そのため、前記量子化の段階で、
量子化ステップ値を大きくして、係数を小さい値ばかり
にすれば、短いビット列が割り当てられる場合が多くな
り、全体のデータ量を削減することができる。また、量
子化ステップ値を小さくすると、係数に大きい値が残る
ことが多くなり、全体のデータ量が増大することにな
る。

【０００９】以上のように、ＭＰＥＧなどの圧縮技術で
は、動き補償とＤＣＴなどの変換符号化によるデータの
偏りとを利用しているが、そのためにはそれぞれ過去の
マクロブロックの画素データを参照する必要がある。図
１に動き補償と変換符号化を利用したエンコーダ装置の
一例を示す。本エンコーダ装置２０は、図示省略する映
像ソースからデジタル映像信号を入力して、動き補償、
変換符号化を施し、これに可変長符号化を施した圧縮デ
ータを出力するものであり、ＭＰＥＧ規格に類似した出
力を得ることができる。

【００１０】図中１はデジタル映像信号を受けて一時的
に記憶し、マクロブロック単位で映像データを出力する
映像記憶手段、２は映像記憶手段１からの映像データと
再生映像記憶手段４から得る過去の画面とを使って動き
補償及び変換符号化をおこなう変換符号化手段、３は映
像記憶手段１からの映像データと似ている領域を再生映
像記憶手段４に記憶される過去の画面から探しだす他
に、動きベクトルを求めることもできる動き検出手段、
４は過去の画面を一時的に記憶する再生映像記憶手段、
５は変換符号化を行ったデータに対して可変長符号化を
おこなって、出力となる圧縮データを導き出す可変長符
号化手段、６は変換符号化手段２の出力から過去の映像
を再生する映像再生手段である。

【００１１】現在は、これら映像記憶手段１〜映像再生
手段６に該当する各機能ブロックごとに専用ＬＳＩが各
社より提供されているので、これらを使用して小型で安
価なエンコーダ装置２０をつくることができる。特に動
き検出と変換符号化（ＤＣＴ）については、機能ブロッ
クとしての動作が仕様により固定されており、また各種
の画像圧縮の標準規格に採用されている手段であること
などから、高機能な専用ＬＳＩが提供されている。図１
に示すエンコーダ装置２０においても、動き検出手段３
と変換符号化手段２については専用ＬＳＩを使用して構
成されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】前述のように一般的に
変換符号化手段２と動き検出手段３では、それぞれ専用
のＬＳＩによって構成されるので、これらのデータ入出
力順序などはそれぞれＬＳＩの仕様に準じる必要があ
る。

【００１３】一般的に動き検出用のＬＳＩでは、検出ア
ルゴリズムから画素データの入力は図２に示すように縦
方向から順に画素データを取り込むようになっている。
またＤＣＴ用のＩＣでは、画素データの入力は図３に示
すように横方向順にする必要がある。そのために映像記
憶手段からそれぞれに出力するデータは別々に供給する
必要がある。

【００１４】従来例である図１のエンコーダ装置におい
ては、変換符号化手段２に対してＤＣＴＰＥＬ信号を使
い、動き検出手段３に対してはＭＥＰＥＬ信号を使う。
これらは同じ映像記憶手段１の記憶装置から供給される
画素データであるが、情報の読み出し順序が異なるため
に、一つのメモリからそれぞれに画素データを供給する
ことができない。そのためそれぞれ別のメモリを用意す
る必要があり、必要な画素データ量の２倍のメモリを用
意する必要があった。

【００１５】あるいは、画素データを読み出す時間を半
分にして、単一のメモリから読み出した画素データをそ
れぞれのブロックに選択的に供給する方法がある。しか
し、この場合は１画素について２回の読み出し処理が必
要になるので高速なメモリで映像記憶手段１を構成する
必要がある。

【００１６】つまり、従来の技術ではいずれの方法で
も、システム価格が高くなってしまう要因となってい
た。本発明は、上述した問題点を解決するためになされ
たものであり、低価格なエンコーダ装置を提供すること
を目的とする。

【００１７】

【発明の背景】本発明は、前述したように高価格の一つ
の原因である、映像記憶手段のメモリアクセスの回数を
減らすことを図るものである。従来例のエンコーダ装置
（図１参照）においては、映像蓄積手段の画素データ
は、変換符号化手段と動き検出手段の２つに対して出力
される。映像の処理は同一の矩形領域についておこなわ
れるので、映像蓄積手段から読み出す画素データは同一
のものであるが、それぞれアルゴリズムやＩＣ等の制約
により、読み出し順序が異なっている。したがって、変
換符号化手段用と動き検出手段用とを独立して読み出し
をおこなう必要があった。

【００１８】ここで、ＤＣＴ（離散コサイン変換）の性
質を考える。映像の圧縮によく利用される２次元ＤＣ
Ｔ、ａ_x,yの画素データをｂ_i,jの係数に変換する２次元
ＤＣＴを８Ｘ８画素に対して行うとすると、一般に下記
の数式（１）に示す式によって演算される。

【００１９】

【数１】

【００２０】この変換は、数式（１）においてｘ、ｙ項
を入れ替えて演算した場合、出力のｉ，ｊを逆にすれば
ｘ、ｙ項を入れ替えない場合と同じ結果を得ることがで
きる。従って、出力であるＤＣＴ係数のｉ，ｊ項を逆に
判断すれば、動き検出手段と同様に縦方向順（図２参
照）に画素データを入れることができることになる。

【００２１】このようにすれば、映像蓄積手段の出力す
る画素データの読み出し順序を変換符号化手段用と動き
検出手段用とで統一でき、各画素データについて一回の
読み出しで、動き検出手段と変換符号化手段の両方に画
素データを供給することができる。そのため、従来技術
に対して半分のメモリアクセス量で済み、比較的低速で
低価格なメモリを使って構成することができることにな
る。

【００２２】

【課題を解決するための手段】このような背景を持つ本
発明のエンコーダ装置は、入力される映像信号を画素単
位のデジタルデータ（以下、画素データという）に変換
して、少なくとも前記画素の集合として形成される矩形
領域１個分の前記画素データを一時的に蓄積し、該蓄積
した前記画素データを前記矩形領域１個分を単位とし且
つ該矩形領域１個分内で予め決められた順序で読み出さ
れる映像記憶手段と、前記画素データを変換符号化処理
した変換符号化データを逆変換して再生画素データとす
る映像再生手段と、該映像再生手段から入力される前記
再生画素データを記憶し、該再生画素データを前記矩形
領域１個分を単位とし且つ該矩形領域１個分内で予め決
められた順序で出力する再生映像記憶手段と、該映像記
憶手段から読み出される画素データと前記再生映像記憶
手段に記憶されている前記再生画素データとを比較し
て、前記再生画素データに対応する前記矩形領域（以
下、過去の矩形領域という）であって前記読み出された
画素データに対応する前記矩形領域と近似している前記
過去の矩形領域を特定し、該特定された前記過去の矩形
領域分の前記再生画素データの出力を前記再生映像記憶
手段に指示する動き検出手段と、該再生映像記憶手段か
ら読み出される再生画素データを参照して、前記映像記
憶手段から入力される前記矩形領域１個分の画素データ
に対して変換符号化を行い、その結果を変換符号化デー
タとして出力する変換符号化手段と、前記変換符号化手
段から入力される変換符号化データの並びを予め設定さ
れた順序に入れ替えて出力するデータ順序変換手段とを
備え、該データ順序変換手段の出力は外部出力側に送ら
れると共に前記変換符号化データとして前記映像再生手
段にも入力される構成である。

【００２３】なお、請求項１記載の構成に、データ順序
変換手段から入力されるデジタルデータをランレングス
符号化し可変長コードにより圧縮して外部出力する可変
長符号化手段を追加すれば、データを圧縮して出力でき
る。

【００２４】

【発明の実施の形態】次に、本発明を具体化した一実施
例を図面を参照して説明し、発明の実施の形態の説明と
する。

【００２５】

【実施例】図４は、本実施例のエンコーダ装置１０のブ
ロック図である。本エンコーダ装置１０はデジタル映像
信号を入力して、動き補償、変換符号化を施し、これに
可変長符号化を施した圧縮データを出力するものであ
り、ＭＰＥＧ規格に類似した出力を得ることができる。
また、本実施例で使用する映像記憶手段１、変換符号化
手段２、動き検出手段３、再生映像記憶手段４、可変長
符号化手段５および映像再生手段６は、従来例として図
１に示したものと同様であるので、これらについては説
明を省略する。

【００２６】データ順序変換手段７は、変換符号化手段
２から入力される変換符号化データを一時的に記憶して
出力する回路である。ただし、入力順序のまま出力する
のではなく、入力されるデータの順序を所定の出力順序
に対応させて並べ替えて記憶し、並べ替えた順序で出力
する回路である。

【００２７】以下に、このエンコーダ装置１０の動作を
説明する。圧縮処理の対象とされる映像信号は、まず映
像記憶手段１に取り込まれる。映像信号は一般に画面を
横方向にスキャンし、これを縦方向に繰り返すことで一
画面を構成する。本実施例では映像記憶手段１は一画面
分の記憶領域を持ち、画素データの出力順序をマクロブ
ロック単位に変更する。本実施例ではマクロブロック単
位を８×８画素で構成しているが、マクロブロック単位
はこれに限るものではない。また、本実施例では、映像
記憶手段１の出力順序は図２に示す順序に設定されてい
る。映像記憶手段１は、この画素データ出力をＰＥＬ信
号として出力し、ＰＥＬ信号は変換符号化手段２と動き
検出手段３の双方に共通に供給される。

【００２８】動き検出手段３が、その仕様によって要求
する画素データの入力順序は図２に示す順序になってお
り、ＰＥＬ信号の順序と一致している。動き検出手段３
には、ＰＥＬ信号と再生映像記憶手段４からのＯＬＤＰ
ＥＬ信号が入力される。ＯＬＤＰＥＬ信号は、映像を再
生映像記憶手段４に記憶されている過去の映像の画素デ
ータである。動き検出手段３は、ＰＥＬ信号とＯＬＤＰ
ＥＬ信号との比較により、ＰＥＬ信号に対応するマクロ
ブロックと映像が類似している過去のマクロブロック
（以下、類似マクロブロックともいう）を探し出し、動
きベクトルを求める。そして、再生映像記憶手段４に対
してこの類似マクロブロックのＯＬＤＰＥＬ信号の出力
を指示する。

【００２９】再生映像記憶手段４は、動き検出手段３か
ら指示された類似マクロブロックの画素データを参照映
像信号（ＲＥＦＰＥＬ信号）として出力し、このＲＥＦ
ＰＥＬ信号は変換符号化手段２に入力される。変換符号
化手段２は、映像記憶手段１からのＰＥＬ信号と再生映
像記憶手段４からのＲＥＦＰＥＬ信号を受け、対応する
画素データごとに差分を求めた後にＤＣＴを行い、ＤＣ
Ｔ係数（変換符号化データ）を出力する。

【００３０】ところで、変換符号化手段２への画素デー
タの入力順序は、従来例と同様に図３の順序が想定され
ている。しかし、ＰＥＬ信号は図２の順序で画素データ
を送ってくるので、このまま処理すればＸ方向とＹ方向
が入れ替わった状態でＤＣＴが行われることになる。ま
た変換符号化手段２は、図５に示すようにジグザグ状に
ＤＣＴ係数を出力する。これは一般的なＤＣＴ専用のＩ
Ｃに準じており、ＭＰＥＧ規格においても、この順序で
のデータ並びになっている。したがって、変換符号化手
段２から出力されるＤＣＴ係数の順番を並び替えてやれ
ば、従来と同様の順番に並ぶＤＣＴ係数を得ることがで
きるわけである。

【００３１】データ順序変換手段７は、変換符号化手段
２の出力であるＤＣＴ係数の順序を並べ替えるためのブ
ロックである。変換符号化手段２では、ＤＣＴの入力デ
ータのＸ項とＹ項を入れ替えているので、数式（１）よ
り、ＤＣＴ結果のｉ項とｊ項を入れ替えれば、正しいＤ
ＣＴ係数を得ることができる。しかし、出力順序が図５
のように決まっているため、この順序を入れ替える必要
がある。このブロックでは、変換符号化手段２の出力を
取り込み、蓄積したのち、図６に示すようにデータを並
べ替えて読み出すことで、正しいＤＣＴ係数を得てい
る。

【００３２】可変長符号化手段５では、データ順序変換
手段７の出力であるＤＣＴ係数に対して可変長符号化を
行い、圧縮データとして出力する。本実施例では、まず
ＤＣＴ係数をランレングス符号に変換して、これをハフ
マン符号化して出力する。映像再生手段６は、データ順
序変換手段７の出力であるＤＣＴ係数を使って逆ＤＣＴ
を行い、映像を再生する。これはＤＣＴ、逆ＤＣＴによ
る演算精度に起因する誤差を過去の映像に反映させるた
めである。

【００３３】再生映像記憶手段４は、映像再生手段６の
出力である再生映像データを取り込み、これを過去の映
像として蓄積する。上述したように、この映像は、動き
検出手段３に対して過去の映像の画素データＯＬＤＰＥ
Ｌ信号として送られる。さらに動き検出手段３から示さ
れる動きベクトルに従って、該当する矩形領域の画素デ
ータを変換符号化手段２に対してＲＥＦＰＥＬ信号とし
て送り、変換符号化手段２では画素データごとの差分の
算出に使われる。なお、ＲＥＦＰＥＬ信号の画素データ
の出力順序は図２に示す順序である。

【００３４】以上説明したような構成、動作になる本実
施例のエンコーダ装置１０では、変換符号化手段２の出
力に対してデータ順序変換手段７を設け、データを並び
替えている。これにより、変換符号化手段２の入力デー
タの順序を動き検出手段３のデータ入力順序に合わせて
も正しいデータを得ることができるようになり、それに
より映像記憶手段１の出力データを統一している。

【００３５】従って、従来技術のように変換符号化手段
用の画素データと動き検出手段用の画素データを別々に
記憶させる（必要な画素データ量の２倍のメモリを用意
する）必要はなく、単一のメモリから読み出した画素デ
ータを、変換符号化手段と動き検出手段とに選択的に供
給する（１画素について２回の読み出し処理を行う）構
成とする必要もない。よって、映像記憶手段のメモリと
して、比較的低速で、安価なメモリを使うことができる
ので、安価なエンコーダ装置を作ることができる。

【００３６】さらに、ＭＰＥＧ規格で規定されているオ
ルタネート・スキャンを実現するためには、変換符号化
手段２の出力のデータ順序を並べ替える必要があるが、
本実施例の場合はデータ順序変換手段７のデータを図７
に示すように読み出すだけで実現できる。つまりデータ
順序変換手段７の機能はオルタネート・スキャンを実現
するための機能ブロックと本質的に変わるところはな
く、オルタネート・スキャンを実現するための機能ブロ
ックの設定をわずかに変更するだけで、データ順序変換
手段７として使用できる。よって、オルタネート・スキ
ャンを実現するエンコーダ装置であれば、新規な機能ブ
ロックの追加なしに本発明を実現できる。

【００３７】以上、実施例に従って、本発明の実施の形
態について説明したが、本発明はこのような実施例に限
定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
でさまざまに実施できることは言うまでもない。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
本発明のエンコーダ装置では、変換符号化手段の出力順
序を入れ替えるデータ順序変換手段を設けることによ
り、変換符号化手段と動き検出手段の２つの画素データ
入力順序を同じにすることができ、メモリの読み出しを
減らすことができ、比較的低速で、安価なメモリを使う
ことができるので、安価なエンコーダ装置を作ることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術によるエンコーダ装置のブロック図
である。

【図２】 一般的な動き検出ＩＣの画素データの読み出
し順序図である。

【図３】 一般的な変換符号化ＩＣの画素データの読み
出し順序図である。

【図４】 実施例のエンコーダ装置のブロック図であ
る。

【図５】 一般的な変換符号化ＩＣのＤＣＴ係数の出力
順序図である。

【図６】 実施例のデータ順序変換手段によるＤＣＴ係
数の順序の入れ替えの説明図である。

【図７】 実施例のデータ順序変換手段によりオルタネ
ートスキャンを実現する際のＤＣＴ係数の順序の入れ替
えの説明図である。

【符号の説明】

１・・・映像記憶手段、２・・・変換符号化手段、３・
・・動き検出手段、４・・・再生映像記憶手段、５・・
・可変長符号化手段、６・・・映像再生手段、７・・・
データ順序変換手段、１０・・・エンコーダ装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力される映像信号を画素単位のデジタ
   ルデータ（以下、画素データという）に変換して、少な
   くとも前記画素の集合として形成される矩形領域１個分
   の前記画素データを一時的に蓄積し、該蓄積した前記画
   素データを前記矩形領域１個分を単位とし且つ該矩形領
   域１個分内で予め決められた順序で読み出される映像記
   憶手段と、 前記画素データを変換符号化処理した変換符号化データ
   を逆変換して再生画素データとする映像再生手段と、 該映像再生手段から入力される前記再生画素データを記
   憶し、該再生画素データを前記矩形領域１個分を単位と
   し且つ該矩形領域１個分内で予め決められた順序で出力
   する再生映像記憶手段と、 該映像記憶手段から読み出される画素データと前記再生
   映像記憶手段に記憶されている前記再生画素データとを
   比較して、前記再生画素データに対応する前記矩形領域
   （以下、過去の矩形領域という）であって前記読み出さ
   れた画素データに対応する前記矩形領域と近似している
   前記過去の矩形領域を特定し、該特定された前記過去の
   矩形領域分の前記再生画素データの出力を前記再生映像
   記憶手段に指示する動き検出手段と、 該再生映像記憶手段から読み出される再生画素データを
   参照して、前記映像記憶手段から入力される前記矩形領
   域１個分の画素データに対して変換符号化を行い、その
   結果を変換符号化データとして出力する変換符号化手段
   と、 前記変換符号化手段から入力される変換符号化データの
   並びを予め設定された順序に入れ替えて出力するデータ
   順序変換手段とを備え、 該データ順序変換手段の出力は外部出力側に送られると
   共に前記変換符号化データとして前記映像再生手段にも
   入力される構成であることを特徴とするエンコーダ装
   置。