JPH11220733A - 動画像符号化装置および動画像符号化方法 - Google Patents

動画像符号化装置および動画像符号化方法

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JPH11220733A
JPH11220733A JP1925398A JP1925398A JPH11220733A JP H11220733 A JPH11220733 A JP H11220733A JP 1925398 A JP1925398 A JP 1925398A JP 1925398 A JP1925398 A JP 1925398A JP H11220733 A JPH11220733 A JP H11220733A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】発生符号量の増大を招くことなく伝送路誤りに
よる影響を抑えられるようにし、画質の向上を図る。 【解決手段】リフレッシュ判定回路１０１３は、イント
ラモードで符号化された各マクロブロック毎にそれが動
きのある動領域に属するもののか、あるいは動きのない
静止領域に属するのものかを判別し、この判別結果を基
に次画面のリフレッシュ対象範囲を決定する。符号化対
象のマクロブロックがリフレッシュ対象範囲に属するも
のであれば、リフレッシュ判定回路１０１３は、モード
選択回路１０１２に対してイントラモードを指示する。
このようにイントラ符号化されたマクロブロックの画面
上の動きを考慮してリフレッシュ対象範囲を決めるとい
う適用リフレッシュを行うことにより、発生符号量の増
大を招くことなく伝送路誤りによる影響を抑えられるよ
うになり、画質の向上を図ることが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は動画像符号化装置お
よび動画像符号化方法に関し、特にイントラ符号化モー
ドで符号化された領域を画面内に定期的に挿入して画面
リフレッシュを行う動画像符号化装置および動画像符号
化方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】動画像符号化／復号化装置では、通信路
や蓄積系でビットストリームに誤りが混入した場合、正
しく復号することができず、画質が劣化するという問題
がある。特に、低ビットレートの伝送路や無線回線など
では、ビット誤りやセルロスなどが発生しやすく、ビッ
トストリームのエラー耐性を向上させることが必要とな
る。
【０００３】誤りの対策はいくつか存在するが、その中
で有効な方法の１つとしては、動画像符号化装置内で、
画面内に周期的にフレーム内符号化を行う画像領域を挿
入して画面をリフレッシュする方法がある。フレーム内
符号化された画像領域は、他のフレームとは独立に復号
できるので他のフレームのビットストリームに誤りが混
入してもそれに影響されない。よって、画面内に周期的
にフレーム内符号化を行う画像領域を挿入するというリ
フレッシュ方法を用いることにより、エラー耐性を高め
ることが可能となる。
【０００４】リフレッシュ方法としては、イントラ・ス
ライスと呼ばれるものが知られている。例えば、ＭＰＥ
Ｇ２ Ｖｉｄｅｏ（ＩＳＯ−ＩＥＣ ＣＤ１３８１８−
２）では、マクロブロックと呼ばれる１６画素×１６画
素の単位でフレーム内符号化モード（イントラモード）
とフレーム間符号化モード（インターモード）が切り替
えられるようになっていて、図８に示すように、例え
ば、縦３０マクロブロックｘ横４４マクロブロックで構
成されている１フレームの横２マクロブロックライン
（縦２マクロブロックｘ横４４マクロブロック）からな
る領域をイントラ符号化モードで符号化し、このイント
ラ符号化モードで符号化されたイントラ符号化領域を１
フレーム時間ごとに２ラインづつスライドさせて、１５
フレームで１周期となるイントラ・スライス方式のリフ
レッシュ方法が提案されている。
【０００５】このイントラ・スライス方式の場合、図８
に示されているように、例えば符号化対象の現フレーム
のイントラ符号化領域の上側にある領域１内のマクロブ
ロックに対する動きベクトルを探索する場合には、参照
フレームとなる前フレームからの探索範囲を制限し、既
にリフレッシュされていない領域２からは探索を行わな
いようにしている。
【０００６】例えば、図９に示すように現フレームのマ
クロブロックＭＢｉに対する動きベクトルを探索する場
合には、前フレームのマクロブロックの内、現フレーム
のイントラ符号化領域と同一位置のマクロブロックが動
きベクトルの探索範囲にならないように、動きベクトル
の探索範囲が制限されることになる。これにより、図の
ようにリフレッシュの方向が上から下に向かっているイ
ントラ・スライスの場合には、下から上向きの動きベク
トルが全て制限されることになる。このような制限によ
り、最悪でも誤りが生じたフレームから（２周期−１）
フレーム目までに画面をイントラ符号化領域で完全にリ
フレッシュできるようになり、誤りの伝搬を収束でき
る。この様子を図１０に示す。
【０００７】図１０では、イントラ・スライスの周期が
４フレームであり、周期内の最初のフレームＮ＋１のビ
ットストリーム全体に誤りが発生している場合を想定し
ている。インターモードで入力フレームのマクロブロッ
クを符号化する場合、図示のように、参照フレームのマ
クロブロックの内、入力フレームの符号化対象のマクロ
ブロックと同一位置およびそれよりも上側の領域に属す
るものだけが動きベクトルの探索範囲として使用され
る。したがって、図示のように、フレームＮ＋７の最も
下の領域までで、誤りの影響が伝搬される範囲が収束さ
れることになる。
【０００８】ところで、イントラモードでの発生符号量
は、通常、同一の量子化パラメータを用いた場合のイン
ターモードでの発生符号量の２倍以上になる。また、伝
送レートには制約があるので、ビットストリームの伝送
レートはある一定値以下に抑えることが要求される。こ
のため、前述のイントラ・スライスによるリフレッシュ
を用いる場合には、イントラ・スライスを挿入しないと
きよりも量子化パラメータを大きくして、イントラ・ス
ライスを挿入した分だけ発生符号量を低下させることが
必要となる。しかし、これは画質を悪くする大きな要因
となる。
【０００９】そこで、最近では、例えば特開平９−２４
７６８２号公報に開示されているように、動きの大きい
部分のみを適応的にリフレッシュしてイントラ符号化領
域の挿入数を減らすという適応リフレッシュ方式、がい
くつか提案され初めている。動きの少ない静止領域につ
いては例えば前フレームの該当位置の画像を埋め込むな
どのエラーコンシーメメント技術を利用できる。したが
って、動きの大きい部分のみを適応的にリフレッシュす
ることで、エラー耐性を確保したまま発生符号量の低減
を図ることができる。
【００１０】これら従来の適応リフレッシュ方式の共通
の問題としては、イントラモードで符号化された領域に
ついての画面上の動きを考慮していないという点が挙げ
られる。
【００１１】つまり、従来の適応リフレッシュ方式は、
イントラ符号化領域の挿入により一旦リフレッシュされ
た領域については、以降その領域について新たな動きが
検出されるまではリフレッシュを行わないという原理を
採用している。従って、一旦イントラモードで符号化さ
れると、その領域は、その時点で一義的に静止領域と判
断され、新たな動きが検出されるまでリフレッシュ対象
範囲から除外されることになる。
【００１２】このため、例えば、シーンチェンジがあっ
て、そのシーンチェンジ後、画像が静止しているような
場合において、もしそのシーンチェンジフレーム上のイ
ントラ符号化領域が復号化装置側への伝送途中に誤りに
よって欠落してしまうと、エラー回復の遅れによって大
きな問題が生じることになる。この様子を図１１に示
す。
【００１３】図１１では、フレームＮ＋１でシーンチェ
ンジが生じ、後続するフレームのマクロブロックＭＢｉ
の領域についてはしばらくの間動きがない場合を想定し
ている。一般に、イントラモードおよびインターモード
などの符号化モードの切り替えは入力動画像信号の時間
的な相関の度合いによってマクロブロック単位で適応的
に行われ、例えば、シーンチェンジが生じた場合などの
ように前フレームに対して全く相関が無くなるような大
きな画像変化が起こるような場合にはイントラモードが
使用される。したがって、シーンチェンジフレームＮ＋
１のマクロブロックのほとんどはイントラモードで符号
化されることになる。従来型の適応リフレッシュがフレ
ームＮ＋２から４フレーム周期で上から下方向に向けて
行われた場合、図示のように、フレームＮ＋２ではマク
ロブロックＭＢｉがリフレッシュされる順番となるが、
その前フレームＮ＋１においてマクロブロックＭＢｉが
イントラモードで符号化されているため、フレームＮ＋
２ではマクロブロックＭＢｉのリフレッシュは必ずスキ
ップされる。この場合、フレームＮ＋２のマクロブロッ
クＭＢｉの符号化モードとしてインターモードが選択さ
れることになるが、動きがないので、実際には、符号化
を行わず前フレームのマクロブロックをそのまま表示に
使用するというＮｏｔ Ｃｏｄｅｄのモードが用いられ
ることになる。
【００１４】この後、フレームＮ＋６で再びマクロブロ
ックＭＢｉにリフレッシュの順番が回ってくるが、それ
までにマクロブロックＭＢｉに動きが検出されない限
り、ここでもマクロブロックＭＢｉのリフレッシュはス
キップされることになる。
【００１５】このようにマクロブロックＭＢｉのリフレ
ッシュは長い間行われないため、もし、シーンチェンジ
フレームＮ＋１のマクロブロックＭＢｉが伝送誤り等に
よって欠落してしまうと、復号装置側では、マクロブロ
ックＭＢｉの領域についてはシーンチェンジ後の正しい
情報が全く得られなくなり、シーンチェンジ前のフレー
ムＮの画像がそのまま表示されてしまうことになる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】上述したように、従来
のイントラ・スライスによるリフレッシュ方法では、発
生符号量が大きく増加するため、同一のレートで符号化
するためには量子化パラメータを大きくしなくてはなら
ず、画質が悪くなってしまうという欠点があった。
【００１７】また、これを改良するために動領域のみを
リフレッシュするという適用リフレッシュ方式も提案さ
れているが、このような方式では、シーンチェンジ後し
ばらくはリフレッシュが行われないため、シーンチェン
ジフレームに誤りが入った場合に、エラー回復が遅れ、
表示画像の画質が劣化してしまうという問題があった。
【００１８】さらに、リフレッシュによるエラー回復を
保証するために、動きベクトルの探索範囲を制限した場
合、画像の動きによっては、正しい動きベクトルを求め
ることができず、画質が劣化してしまうという問題もあ
った。
【００１９】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
ものであり、発生符号量の増大を招くことなく伝送路誤
りによる影響を抑えられるようにし、画質の向上を図る
ことが可能な動画像符号化装置および動画像符号化方法
を提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、本発明の動画像符号化装置は、入力動画像信号をフ
レーム内符号化するイントラ符号化モードとフレーム間
符号化するインター符号化モードと符号化を行わず前画
面を表示に使用する非符号化モードを有する符号化手段
と、この符号化手段の符号化モードを前記入力動画像信
号の所定の画像領域毎に適応的に選択するモード選択手
段と、画面内から動領域を検出し、その動領域からなる
リフレッシュ対象範囲内の一部にリフレッシュのための
イントラ符号化領域が設定されるように、前記符号化手
段の符号化モードを制御するリフレッシュ制御手段とを
具備し、前記リフレッシュ制御手段は、前記符号化手段
によってイントラ符号化モードで符号化された各イント
ラ符号化領域毎に、それが動領域と静止領域のどちらに
属するかを判定する手段を有し、この判定結果に基づい
て、動領域に属するイントラ符号化領域が前記リフレッ
シュ対象範囲内に包含され、静止領域に属するイントラ
符号化領域が前記リフレッシュ対象範囲から除外される
ように、リフレッシュ対象範囲を決定することを特徴と
する。
【００２１】この動画像符号化装置においては、画面内
の動領域のみをリフレッシュ対象範囲として選択し、そ
のリフレッシュ対象範囲内の一部にイントラ符号化領域
を挿入するという適用リフレッシュ方式を前提としてお
り、静止領域についてはリフレッシュ対象範囲から除外
される。これにより、通常のイントラスライスと比較す
ると、静止領域がリフレッシュされないため、イントラ
モードで符号化するマクロブロック数が減り、同一レー
トでは、その分、量子化パラメータを小さくすることが
でき、画質が向上する。
【００２２】さらに、リフレッシュ対象範囲の決定に際
しては、従来の適応リフレッシュとは異なり、イントラ
モードで符号化されたイントラ符号化領域についての画
面上の動きが考慮される。
【００２３】すなわち、符号化手段によってイントラモ
ードで符号化された各画像領域については、それら各画
像領域毎に、その画像領域と前フレームの対応する画像
領域との間の相関の度合いを調べることなどにより、そ
れが動きのある動領域に属するもののか、あるいは動き
のない静止領域に属するのものか、の判別が行われる。
そして、この判別結果を基に、リフレッシュ対象範囲が
決定される。この場合、動領域に属するイントラ符号化
領域については、もしそれ自体が復号化装置側への伝送
途中に誤りによって欠落してしまった場合でもリフレッ
シュによるエラー回復の効果が得られるように次画面の
リフレッシュ対象範囲に含められ、また静止領域に属す
るイントラ符号化領域については次画面のリフレッシュ
対象範囲から除外される。このようにして、前画面上で
のイントラ符号化領域の動きの有無に従ってリフレッシ
ュ対象範囲を画像領域単位で動的に変更していくことに
より、イントラ符号化された画像領域についても、それ
が動領域であれば、後にその画像領域が再びイントラ符
号化されてそれが静止領域に属すると判定されるまで
は、フレッシュ対象範囲として選択され続けることにな
る。したがって、例えば、シーンチェンジがあって、そ
のシーンチェンジ後、画像が静止しているような場合に
おいては、そのシーンチェンジフレーム上のイントラ符
号化されたマクロブロックは動領域として扱われるよう
になり、リフレッシュ周期などで決まる所定の時期にリ
フレッシュされることになる。よって、シーンチェンジ
フレーム上のイントラマクロブロックが復号化装置側へ
の伝送途中に誤りによって欠落してしまった場合でも、
その後比較的早期にリフレッシュによるエラー回復を行
うことが可能となる。
【００２４】また、本発明は、動領域に属すると判定さ
れたイントラ符号化領域の個数が同一画面内に所定数以
上含まれるとき、その画面をシーンチェンジ画面である
と判定し、周期的なリフレッシュ動作が次画面の画面端
部から開始されるように、次画面で前記リフレッシュの
ためのイントラ符号化領域の設定位置を変更することを
特徴とする。
【００２５】一般にシーンチェンジのフレームは、符号
量が多いため、誤りの発生確率が同一ならば、誤りが混
入する確率が高く、また、誤りが入った場合に、前フレ
ームとの相関がないために、エラーコンシールメントの
ようなテクニックが使えないなど問題が多い。そこで、
シーンチェンジを判定して、シーンチェンジ後、リフレ
ッシュの位置を画面の端からスタートさせることによ
り、シーンチェンジのフレームに誤りがあっても最悪１
周期で回復することができる。
【００２６】また、本発明は、前画面でリフレッシュの
ためのイントラ符号化領域が設定された領域と同一位置
の次画面上の領域を、前記インター符号化モードで符号
化するとき、前記リフレッシュの周期の方向と逆向きの
動きベクトルのうち、前記リフレッシュ制御手段によっ
て動領域として判定された前記前画面上の領域からの動
きベクトルについてのみその探索を禁止することを特徴
とする。
【００２７】従来のイントラ・スライス方式では、（２
周期−１）回での回復を保証するために、前述したよう
に、リフレッシュの周期の方向と逆向きの動きベクトル
を全面的に禁止していた。しかし、静止領域は、誤りが
混入している可能性が小さいので、動きベクトル探索範
囲の制限からはずすことにより、動きベクトルの制限の
範囲が狭まり、画質の向上を図ることができる。
【００２８】
【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１は、本発
明の第１実施形態に係る動画像符号化装置の構成を示す
ブロック図である。
【００２９】図１において、入力動画像信号は、ブロッ
ク化回路１００１でマクロブロックに分割される。マク
ロブロックに分割された入力動画像信号は、減算器１０
０２に入力され、ここで後述するようにして生成される
予測画像信号との差分がとられて、予測残差信号が生成
される。この予測残差信号と、ブロック化回路１００１
からの入力動画像信号のいずれか一方を、モード選択ス
イッチ１００３によって選択し、ＤＣＴ（離散コサイン
変換）回路１００４により離散コサイン変換される。Ｄ
ＣＴ回路１００４で得られたＤＣＴ係数データは、量子
化回路１００５で量子化される。量子化回路１００５で
量子化された信号は２分岐され、一方は可変長符号化回
路１０１５で可変長符号化される。
【００３０】一方、量子化回路１００５で量子化され２
分岐された信号の他方は、逆量子化回路１００６及びＩ
ＤＣＴ（逆離散コサイン変換）回路１００７により量子
化回路１００５およびＤＣＴ回路１００４の処理と逆の
処理を順次受けた後、加算器１００８でスイッチ１０１
１を介して入力される予測画像信号と加算されることに
より、局部復号信号が生成される。この局部復号信号
は、フレームメモリ１００９に蓄えられ、動き補償回路
１０１０に入力される。動き補償回路１０１０では、入
力動画像信号とフレームメモリ１００９に蓄えられた前
フレームの画像との相関から動き検出、動きベクトルの
探索などの動き補償処理が行われて、予測画像信号が生
成されるとともに、モード選択回路１０１２とリフレッ
シュ判定回路１０１３に必要な情報を送る。
【００３１】符号化制御回路１０１４では、レート制御
などを行うためのものであり、符号化部１０１８の符号
化情報と出力バッファ１００７のバッファ量をもとに符
号化を制御し、必要な情報を可変長符号化回路１０１５
におくる。可変長符号化回路１０１５では、動きベクト
ル情報およびモード情報ＭＯＤＥと共に、ＤＣＴ係数情
報が符号化され、この符号化された画像データは、多重
化回路１０１６にて符号化音声データや他の符号化デー
タと多重化された後、出力バッファ１０１７で送信レー
トを平滑化されて符号化データ（ビットストリーム）と
して伝送路に送られる。
【００３２】モード選択回路１０１２では、マクロブロ
ック単位に相関の度合いを示す動き補償回路１０１０か
らの予測情報Ｐに基づいて、フレーム間符号化をおこな
うマクロブロックとフレーム内符号化をおこなうマクロ
ブロックを適応的に選択する。
【００３３】フレーム内符号化（イントラ符号化）をお
こなう場合は、モード選択スイッチ情報ＭをＡとし、ス
イッチ情報ＳをＡとする。フレーム間符号化（インター
符号化）をおこなう場合は、モード選択スイッチ情報Ｍ
をＢとし、スイッチ情報ＳをＢとする。モード選択スイ
ッチ１００３ではモード選択スイッチ情報Ｍに基づき、
スイッチを変更し、また、スイッチ１１６ではスイッチ
情報Ｓに基づき、スイッチを変更する。
【００３４】ここで、符号化モードとしては、フレーム
内符号化を行うイントラモード（ＩＮＴＲＡ）、フレー
ム間符号化を行うインターモード（ＩＮＴＥＲ）、符号
化を行わず前フレームの対応するマクロブロックの情報
をそのまま表示に使用する非符号化モード（ＮＯＴ＿Ｃ
ＯＤＥＤ）があり、各マクロブロック毎にモード選択回
路１０１２により適応的に選択される。通常、フレーム
相関がない場合にはＩＮＴＲＡ、フレーム相関を利用し
た予測が可能な場合にはＩＮＴＥＲ、ＩＮＴＥＲが選択
されても画像が変化しておらず符号化不要の場合にはＮ
ＯＴ＿ＣＯＤＥＤモードとなる。
【００３５】また、リフレッシュ判定回路１０１３から
リフレッシュの挿入が指示された場合には、モード選択
回路１０１２によってＩＮＴＲＡが選択される。モード
選択回路１０１２で選択された符号化モードを示すモー
ド選択情報ＭＯＤＥは、可変長符号化回路１０１５に送
られると共に、リフレッシュ判定回路１０１３にも送ら
れる。リフレッシュ判定回路１０１３では、モード選択
情報ＭＯＤＥが示す選択符号化モードと、ＩＮＴＲＡが
選択されマクロブロックについての動きの有無とに基づ
いて、各マクロブロック毎にそれをリフレッシュ対象範
囲に含めるか否かが判定され、その判定結果を基に、リ
フレッシュを行うかどうかが判定される。
【００３６】つまり、本実施形態では、画面内の動領域
のみをリフレッシュ対象範囲として選択するという適用
リフレッシュ方式を前提としているが、リフレッシュ対
象範囲の決定に際しては、従来の適応リフレッシュとは
異なり、ＩＮＴＲＡで符号化されたイントラマクロブロ
ックについての画面上の動きが考慮される。この場合、
動領域に属すると判定されたイントラマクロブロックに
ついては、もしそれ自体が復号化装置側への伝送途中に
誤りによって欠落してしまった場合でもリフレッシュに
よるエラー回復の効果が得られるように、その領域は次
画面のリフレッシュ対象範囲に含められる。また、静止
領域に属すると判定されたイントラマクロブロックにつ
いては次画面のリフレッシュ対象範囲から除外される。
このようにして、前画面上でのイントラマクロブロック
の動きの有無に従って次画面のリフレッシュ対象範囲が
マクロブロック単位で動的に変更されていく。
【００３７】図２は、リフレッシュ判定回路１０１３の
処理動作を示したフローチャートである。この図では、
フレーム毎に横１マクロブロックライン単位でＩＮＴＲ
Ａ符号化領域を上から下方向に移動しながら周期的にリ
フレッシュを行う場合の動作を示している。
【００３８】ここで、ｉとｊは、符号化対象マクロブロ
ックのフレーム内の垂直方向（ｉ）と水平方向（ｊ）の
アドレスをそれぞれ表し、Ｖ＿ＮＭＢとＨ＿ＮＭＢはフ
レーム内の垂直方向と水平方向の総マクロブロック数を
それぞれ表している。また、Ｎは、リフレッシュ位置の
マクロブロックラインを示すカウンタである。
【００３９】２次元配列Ｄ［ｉ］［ｊ］は、各マクロブ
ロックについての動領域／静止領域の判定結果の履歴に
基づいて、リフレッシュする必要がある動領域であるか
否かを各マクロブロック毎に示すリフレッシュ制御情報
を管理するためのものである。書き換えがあったマクロ
ブロック、つまり画像の変化があって動領域と判定され
たマクロブロック、に対応するリフレッシュ制御情報は
「ＦＡＬＳＥ」に、変化がないと判定されたマクロブロ
ックに対応するリフレッシュ制御情報は「ＴＲＵＥ」に
設定される。
【００４０】「ＦＡＬＳＥ」は、対応するクロブロック
が現在動領域に属しているものであることを示してお
り、それが静止領域であることを示す「ＴＲＵＥ」に書
き換えられない限りは、リフレッシュ周期で決まる特定
のフレームにおいてそのマクロブロックのリフレッシュ
が行われる。
【００４１】ＳＣは、シーンチェンジ判定のためのカウ
ンタで、動領域と判定されるＩＮＴＲＡマクロブロック
の数を数える。まず、符号化を始める前に、リフレッシ
ュの位置を求めるためのカウンタＮを０で初期化する
（ステップＳ１０１）。
【００４２】次に、入力１フレームを符号化する前毎に
シーンチェンジ判定のためのカウンタＳＣを０で初期化
する（ステップＳ１０２）。ループ１とループ２の中
で、フレーム内の各マクロブロック毎にリフレッシュの
判定及び、符号化処理を行う。ステップＳ１０４〜ステ
ップＳ１１４で構成されるループ２においては水平方向
の同一マクロブロックラインに対する処理が行われ、こ
のループ２を、ステップＳ１０３，Ｓ１０４によるルー
プ１に入れて処理対象のマクロブロックラインを上から
下方向に移動させることにより、１フレーム全体の処理
が行われる。
【００４３】ステップＳ１０５では、リフレッシュカウ
ンタＮの値をＶ＿ＮＭＢで除算を行った余りが現在符号
化対象となっているマクロブロックのアドレスｉに等し
い、という条件と、Ｄ［ｉ］［ｊ］の値が「ＦＡＬＳ
Ｅ」であるという２つの条件が共に成立しているか否か
が調べられる。現在符号化しようしているマクロブロッ
クがリフレッシュすべきマクロブロックラインに属して
いれば、リフレッシュカウンタＮの値をＶ＿ＮＭＢで除
算を行った余りは、符号化対象のマクロブロックのアド
レスｉに等しくなる。また、Ｄ［ｉ］［ｊ］の値が「Ｆ
ＡＬＳＥ」であれば、その符号化対象のマクロブロック
が、リフレッシュが必要な動領域に属していると判定さ
れることになる。
【００４４】したがって、リフレッシュカウンタＮの値
をＶ＿ＮＭＢで除算を行った余りが現在符号化対象とな
っているマクロブロックのアドレスｉに等しく、かつ、
Ｄ［ｉ］［ｊ］の値が、リフレッシュの必要性があるこ
とを示す「ＦＡＬＳＥ」であれば、リフレッシュを行う
と判定し、符号化モード情報ＭＯＤＥをＩＮＴＲＡに書
き換える（ステップＳ１０６）。
【００４５】符号化処理（ステップＳ１０７）の後、符
号化モード情報ＭＯＤＥの値別にＤ［ｉ］［ｊ］の更新
を行う。もし、ＭＯＤＥがＩＮＴＲＡならば、そのマク
ロブロックが静止しているかどうかを判定するために、
動き補償回路１０１０より与えられた、動きベクトル
（０、０）の場合のマクロブロックの予測残差信号の絶
対値和の合計ＳＡＤを閾値ＴＨと比較する（ステップＳ
１０９）。つまり、ＩＮＴＲＡモードで符号化されたマ
クロブロックとそれと同一アドレスの前フレーム上のマ
クロブロックとの間にどの程度の差があるかが調べら
れ、もし、ＳＡＤの値がＴＨより大きい場合には動いて
いると判定して、対応するＤ［ｉ］［ｊ］の値を、リフ
レッシュの必要性があることを示す「ＦＡＬＳＥ」にセ
ットし（ステップＳ１１０）、シーンチェンジ判定のた
めのカウンタＳＣの値をプラス１する（ステップＳ１１
１）。一方、もしＳＡＤの値がＴＨの値以下の場合は、
静止していると判定して、対応するＤ［ｉ］［ｊ］の値
を、リフレッシュの必要性がないことを示す「ＴＲＵ
Ｅ」にセットする（ステップＳ１１２）。
【００４６】もし、ＭＯＤＥがＩＮＴＥＲならば、その
マクロブロックには動きがあると判定され、対応するＤ
［ｉ］［ｊ］の値を、リフレッシュの必要性があること
を示す「ＦＡＬＳＥ」にセットする（ステップＳ１１
３）。
【００４７】もし、ＭＯＤＥがＮＯＴ＿ＣＯＤＥＤなら
ば、Ｄ［ｉ］［ｊ］は、更新せず次のループに進む。結
果として、Ｄ［ｉ］［ｊ］の値は、静止しているマクロ
ブロックをリフレッシュした時のみ「ＴＲＵＥ」に書き
換えることになる。つまり、ＩＮＴＲＡモードで符号化
されたマクロブロックが動領域と判定された場合や、マ
クロブロックがＩＮＴＥＲモードで符号化された場合に
ついては、後のフレームでそれらマクロブロックと同一
位置のマクロブロックが再びＩＮＴＲＡモードで符号化
されてそれが静止領域に属すると判定されるまでは、Ｄ
［ｉ］［ｊ］の値は「ＦＡＬＳＥ」に維持され、リフレ
ッシュ対象範囲として選択され続けることになる。
【００４８】ループ１とループ２の終了後、すなわち１
フレーム分の符号化が完了すると、シーンチェンジ判定
のためのカウンタＳＣの値を閾値Ｅと比較する（ステッ
プＳ１１６）。もし、ＳＣが閾値Ｅよりも小さければ、
符号化が完了したフレームがシーンチェンジフレームで
はないと判定し、リフレッシュのラインを１つ進めるた
めに（Ｎ＋１）の値をＶ−ＮＭＢで除算を行って余りを
求め、その値を新たなＮとしてセットする（ステップＳ
１１７）。一方、もし、ＳＣの値が閾値Ｅ以上の場合
は、符号化が完了したフレームがシーンチェンジフレー
ムであると判定し、Ｎの値を０にセットし、次フレーム
から画面の端からリフレッシュ動作が再スタートされる
ようにする（ステップＳ１１８）。
【００４９】なお、符号化処理（ステップＳ１０７）に
おいては、動き補償回路１０１０は、参照フレーム上の
リフレッシュ前の領域２の中の動領域からの動き補償を
禁止して、予測画像信号を生成する。
【００５０】また、以上説明したリフレッシュ動作は、
横方向のマクロブロックラインでリフレッシュを行う場
合を例示したが、縦方向のマクロブロックラインでリフ
レッシュを行ってもかまわない。この場合、ＮをＶ＿Ｎ
ＭＢで除算を行って余りを求めている部分（ステップＳ
１０５及びステップＳ１１７）をＨ＿ＮＭＢで除算を行
って余りを求めるように置き換えることで対応すること
ができる。
【００５１】以上のように、本実施形態では、リフレッ
シュを行うかどうかは、そのマクロブロックが以前にリ
フレッシュを行ってからこれまでに画面に動きがあって
書き換わっているかどうかで判定される。この時、重要
なのは、以前にリフレッシュを行ったマクロブロックも
含めて、ＩＮＴＲＡのマクロブロックについては、も
し、ＩＮＴＥＲで符号化した場合にＮＯＴ＿ＣＯＤＥＤ
になるか否かを判定することである。もし、ＮＯＴ＿Ｃ
ＯＤＥＤと判定できる場合は、そのＩＮＴＲＡマクロブ
ロックは静止領域であるので、例え、欠落しても、１つ
前のフレームをそのまま使えば影響は小さいが、ＮＯＴ
＿ＣＯＤＥＤと判定できない場合は、動いているので、
欠落してしまうと、影響が大きい。従って、そのマクロ
ブロックが静止していて書き換わっていなければ、リフ
レッシュを行う必要はない。
【００５２】図３は、横方向のマクロブロックラインで
リフレッシュを行った場合の動作をフレームの真横から
みて、リフレッシュの動作を示したものである。ここで
は、リフレッシュの周期は４フレームで、フレームの上
から下に向かってリフレッシュする場合を示している。
【００５３】図３では、フレームＮでリフレッシュされ
た静止領域のＩＮＴＲＡマクロブロックＭＢｉについて
は以降ＮＯＴ＿ＣＯＤＥＤが続き、その領域がリフレッ
シュの周期に対応する４フレーム分連続して静止領域に
属している。この場合は、フレームＮ＋４になっても、
対応するＤ［ｉ］［ｊ］の値が、リフレッシュの必要性
がないことを示す「ＴＲＵＥ」のまま維持されるので、
フレームＮ＋４でのマクロブロックＭＢｉのリフレッシ
ュはスキップされる。同様に、フレームＮ＋３でリフレ
ッシュされた静止領域のＩＮＴＲＡマクロブロックにＭ
Ｂｉ＋３ついても、フレームＮ＋６までＮＯＴ＿ＣＯＤ
ＥＤが続くので、フレームＮ＋７ではそのマクロブロッ
クＭＢｉ＋３のリフレッシュはスキップされることにな
る。ただし、フレームＮ＋７ではリフレッシュはスキッ
プされてもそのマクロブロックＭＢｉ＋３はＩＮＴＥＲ
で符号化されているので、次のリフレッシュ周期ではリ
フレッシュが行われることになる。
【００５４】したがって、本実施形態においても、最悪
（２周期−１）フレームでエラーを回復することが保証
される。図４には、シーンチェンジが発生した場合にお
けるリフレッシュ動作の様子が示されている。
【００５５】フレームＮ＋１でシーンチェンジが生じた
場合、フレームＮ＋１のほとんど全てのマクロブロック
はＩＮＴＥＲで符号化されることになる。この場合、各
ＩＮＴＥＲマクロブロックは静止領域であるので、それ
らに対応するＤ［ｉ］［ｊ］の値はどれもリフレッシュ
の必要性があることを示す「ＦＡＬＳＥ」に設定され
る。したがって、シーンチェンジフレームＮ＋１上のイ
ントラマクロブロックが復号化装置側への伝送途中に誤
りによって欠落してしまった場合でも、その後比較的早
期にリフレッシュによるエラー回復を行うことが可能と
なる。
【００５６】また、本実施形態では、前述したように、
符号化後のフレームがシーンチェンジフレームであると
判定されたときは、周期的なリフレッシュ動作が次フレ
ームの画面端部から開始されるように、次フレームでリ
フレッシュ位置を初期値に戻している。したがって、上
から下方向にリフレッシュした場合には、図示のよう
に、シーンチェンジフレームＮ＋１の次フレームＮ＋２
において、リフレッシュ位置は最も上側のマクロブロッ
クラインとなる。
【００５７】一般にシーンチェンジのフレームは、符号
量が多いため、誤りの発生確率が同一ならば、誤りが混
入する確率が高く、また、誤りが入った場合に、前フレ
ームとの相関がないために、コンシールメントのような
テクニックが使えないなど問題が多い。もし、シーンチ
ェンジを特に考慮しない場合はリフレッシュによって回
復するには最悪（２周期−１）フレームかかることにな
るが、本実施形態のように、シーンチェンジ後、リフレ
ッシュの位置を画面の端からスタートさせることによ
り、シーンチェンジのフレームに誤りがあっても、図４
のように最悪１周期で回復することができるようにな
る。
【００５８】図５には、リフレッシュによって挿入され
るＩＮＴＲＡ符号化領域と、静止領域との関係が示され
ている。前述したように、従来では、例えば現フレーム
Ｎ＋２のイントラ符号化領域の上側にある領域１内のマ
クロブロックに対する動きベクトルを探索する場合に
は、参照フレームとなる前フレームＮ＋１からの探索範
囲を制限し、既にリフレッシュされていない領域２全体
からの動き補償を禁止していた。
【００５９】しかし、静止領域については、誤りが混入
する可能性が低いので、動き補償の禁止をする必要が低
い。そこで、本実施形態では、動きベクトルの制限の範
囲を緩和して画質の向上を図るために、領域２について
もその中の静止領域（フレームＮのＪ１、フレームＮ＋
１のＪ２、フレームＮ＋２のＪ３）からの動きベクトル
の探索を許可するようにしている。これは、リフレッシ
ュ判定回路１０１３が配列Ｄ［ｉ］［ｊ］を用いて、参
照フレームの領域２内の動領域と静止領域を調べ、動領
域についてのみ探索を禁止するように動き補償回路１０
１０に指示することによって実現される。また、リフレ
ッシュの方向は上から下方向だけでなく、下から上、右
から左、あるいは左から右方向にすることも可能である
ので、この場合には、リフレッシュの周期の方向と逆向
きの動きベクトルのうち、動領域として判定された領域
からの動きベクトルについてのみその探索を禁止すれば
よいことになる。
【００６０】なお、以上の本第１実施形態の説明では、
２次元配列Ｄ［ｉ］［ｊ］は静止したＩＮＴＲＡマクロ
ブロックが出現した時にすぐにリフレッシュ不要である
ことを示す値「ＴＲＵＥ」に更新したが、より条件を厳
しくして、静止したＩＮＴＲＡマクロブロックがｎ回
（ｎ＞１）現れたら、静止領域と判定してもよい。この
場合、同一位置のＩＮＴＲＡマクロブロックがｎフレー
ム連続で欠落しても、リフレッシュによるエラー回復が
可能となる。
【００６１】また、フレームを単位とする符号化で説明
をおこなったが、フィールド単位での符号化にも同様に
適用することができることは言うまでもない。 （第２の実施形態）次に、本発明の第２実施形態につい
て説明する。
【００６２】図６は、本発明の動画像符号化装置を適用
した無線通信システムの構成を示したものである。図６
において、無線通信システムは、画像伝送系２０と画像
再生系３０とを含み、基地局４１が設けられているネッ
トワーク４０を介して画像伝送系２０と画像再生系３０
との間で画像の送受信が行われる。
【００６３】画像伝送系２０は、画像信号入力部２１
と、誤り耐性処理部２３を備える情報源符号化部２２
と、伝送路符号化部２４と、無線部２５とを備えてい
る。情報源符号化部２２においては、動き補償、離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）、量子化等が行われ、また伝送路
符号化部２４においては、符号化データに対してその誤
り検出や訂正等のための処理が施される。情報源符号化
部２２には図１の動画像符号化装置が設けられており、
誤り耐性処理部２３は前述のリフレッシュ制御機能など
を用いて実現されている。
【００６４】また、画像再生系３０は、無線部３１と、
伝送路復号化部３２と、誤り耐性処理部３４を含む情報
源復号化部３３と、画像信号出力部３５を備えている。
情報源復号化部３３は図１の動画像符号化装置によって
得られたビットストリームを復号化するためのものであ
り、誤り耐性処理部３４にはエラーコンシールメント機
能などが設けられている。
【００６５】図７は、第２実施形態に係る無線通信シス
テムの具体的な運用形態の一例を示したもので、図７に
示すように、通信ネットワーク４０の基地局４１、４
２、４３を介してラップトップタイプのパソコン５１や
デスクトップタイプのパソコン５２等の端末５０により
動画像の伝送および受信が行われる。
【００６６】例えば、パソコン５１に備え付けられてい
る画像信号入力部としてのカメラ５１ａにより入力され
た画像信号は、パソコン５１に組み込まれた情報源符号
化部によって符号化される。情報源符号化部から出力さ
れる符号化データは、他の音声やデータの情報と多重化
された後、パソコン５１に組み込まれた無線部、アンテ
ナ５１ｂを介して無線で送信される。この送信された電
波信号は、近接の基地局４１〜４３を介してネットワー
ク４０に送られ、送信先となるパソコン５２の近接の基
地局４１〜４３からそのパソコン５２のアンテナ５２
ａ、パソコン５２に組み込まれた無線部を介して受信さ
れる。無線部で受信された信号は、画像信号の符号化デ
ータおよび音声やデータの情報に分解される。これらの
うち、画像信号の符号化データは、パソコン５２に組み
込まれた情報源復号化部によって復号され、パソコン５
２のディスプレイに表示される。
【００６７】一方、パソコン５２に備え付けられた画像
信号入力部としてのカメラ５２ｂにより入力された画像
信号は、パソコン５２に組み込まれた情報源符号化部を
用いて上記と同様に符号化される。符号化データは、他
の音声やデータの情報と多重化され、パソコン５２に組
み込まれた無線部、アンテナ５２ａ、により無線で送信
される。この送信された電波信号はネットワーク４０を
介してパソコン５１のアンテナ５１ａ、パソコン５１に
組み込まれた無線部を介して受信される。無線部によっ
て受信された信号は、画像信号の符号化データおよび音
声やデータの情報に分解される。これらのうち、画像信
号の符号化データはパソコン５１に組み込まれた情報源
復号化部によって復号され、パソコン５１のディスプレ
イに表示される。
【００６８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イントラ符号化された画像領域についてもそれが動領域
であるか静止領域であるかを考慮してリフレッシュ対象
範囲を決めるという適用リフレッシュを行うことによ
り、発生符号量の増大を招くことなく伝送路誤りによる
影響を抑えられるようになり、画質の向上を図ることが
可能となる。また、シーンチェンジフレームの次フレー
ムでリフレッシュ位置を初期位置に戻す処理を行うこと
により、シーンチェンジフレームが伝送路誤りによって
欠落した場合であっても、リフレッシュによるエラー回
復を早期に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る動画像符号化装置
の構成を示すブロック図。
【図２】同第１実施形態の動画像符号化装置による符号
化処理の手順を示すフローチャート。
【図３】同第１実施形態の動画像符号化装置によるリフ
レッシュ動作を説明するための図。
【図４】同第１実施形態の動画像符号化装置によるシー
ンチェンジでのリフレッシュ動作を説明するための図。
【図５】同第１実施形態の動画像符号化装置による動き
ベクトルの探索範囲の制限を示す図。
【図６】本発明を適用した無線通信システムの構成を概
略的に示す図。
【図７】本発明を適用した無線通信システムの具体的な
運用形態の一例を示す図。
【図８】従来のイントラ・スライス方式によるリフレッ
シュ動作を説明するための図。
【図９】従来のイントラ・スライス方式における動きベ
クトルの探索範囲の制限を示す図。
【図１０】従来のイントラ・スライス方式による誤り回
復効果を説明するための図。
【図１１】従来の適応型リフレッシュ方式の動作を説明
するための図。
【符号の説明】
１００１…ブロック化回路 １００２…減算器 １００３…モード選択スイッチ １００４…ＤＣＴ回路 １００５…量子化回路 １００６…逆量子化回路 １００７…ＩＤＣＴ回路 １００８…加算器 １００９…フレームメモリ １０１０…動き補償回路 １０１１…スイッチ １０１２…モード選択回路 １０１３…リフレッシュ判定回路 １０１４…符号化制御回路 １０１５…可変長符号化回路 １０１６…多重化回路 １０１７…出力バッファ １０１８…符号化部 ２０…画像伝送系 ２１…画像信号入力部 ２２…情報源符号化部 ２３…誤り耐性処理部 ２４…伝送路符号化部 ３０…無線部 ３１…画像再生系 ３２…伝送路復号化部 ３３…情報源復号化部 ３４…誤り耐性処理部 ３５…画像信号出力部 ４０…ネットワーク ４１〜４３…無線基地局 ５１…端末 ５１ａ…カメラ ５１ｂ…アンテナ ５２…パソコン ５２ａ…アンテナ ５２ｂ…カメラ

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 入力動画像信号をフレーム内符号化する
    イントラ符号化モードとフレーム間符号化するインター
    符号化モードと符号化を行わず前画面を表示に使用する
    非符号化モードを有する符号化手段と、 この符号化手段の符号化モードを前記入力動画像信号の
    所定の画像領域毎に適応的に選択するモード選択手段
    と、 画面内から動領域を検出し、その動領域からなるリフレ
    ッシュ対象範囲内の一部にリフレッシュのためのイント
    ラ符号化領域が設定されるように、前記符号化手段の符
    号化モードを制御するリフレッシュ制御手段とを具備
    し、 前記リフレッシュ制御手段は、 前記符号化手段によってイントラ符号化モードで符号化
    された各イントラ符号化領域毎に、それが動領域と静止
    領域のどちらに属するかを判定する手段を有し、 この判定結果に基づいて、動領域に属するイントラ符号
    化領域が前記リフレッシュ対象範囲内に包含され、静止
    領域に属するイントラ符号化領域が前記リフレッシュ対
    象範囲から除外されるように、リフレッシュ対象範囲を
    決定することを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 前記リフレッシュ制御手段は、前記リフ
    レッシュのためのイントラ符号化領域の設定位置を画面
    毎に周期的に移動させることを特徴とする請求項１記載
    の動画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 前記リフレッシュ制御手段は、 動領域に属するイントラ符号化領域の個数が同一画面内
    に所定数以上含まれるとき、その画面をシーンチェンジ
    画面であると判定し、周期的なリフレッシュ動作が次画
    面の画面端部から開始されるように、次画面で前記リフ
    レッシュのためのイントラ符号化領域の設定位置を変更
    することを特徴とする請求項１または２記載の動画像符
    号化装置。
  4. 【請求項４】 前画面でリフレッシュのためのイントラ
    符号化領域が設定された領域と同一位置の次画面上の領
    域を、前記インター符号化モードで符号化するとき、前
    記リフレッシュの周期の方向と逆向きの動きベクトルの
    うち、前記リフレッシュ制御手段によって動領域として
    判定された前記前画面上の領域からの動きベクトルにつ
    いてのみ、その探索を禁止する手段をさらに具備するこ
    とを特徴とする請求項２記載の動画像符号化装置。
  5. 【請求項５】 前記リフレッシュ制御手段は、 前記符号化手段によってインター符号化モードで符号化
    された各インター符号化領域を動領域と判定し、それら
    各インター符号化領域が前記リフレッシュ対象範囲内に
    包含されるようにリフレッシュ対象範囲を決定すること
    を特徴とする請求項１記載の動画像符号化装置。
  6. 【請求項６】 入力動画像信号をフレーム内符号化する
    イントラ符号化モードとフレーム間符号化するインター
    符号化モードと符号化を行わず前画面を表示に使用する
    非符号化モードを有する符号化手段と、 この符号化手段の符号化モードを前記入力動画像信号の
    所定の画像領域毎に適応的に選択するモード選択手段
    と、 画面内から動領域を検出し、その動領域の一部にリフレ
    ッシュのためのイントラ符号化領域が設定されるよう
    に、前記符号化手段の符号化モードを制御するリフレッ
    シュ制御手段とを具備し、 前記リフレッシュ制御手段は、 前記符号化手段による符号化後、各画像領域の符号化モ
    ードの選択結果と、イントラ符号化モードで符号化され
    たイントラ符号化領域が動領域に属するか否の判定結果
    とに基づいて、動領域を検出することを特徴とする動画
    像符号化装置。
  7. 【請求項７】 入力動画像信号をフレーム内符号化する
    イントラ符号化モードとフレーム間符号化するインター
    符号化モードと符号化を行わず前画面を表示に使用する
    非符号化モードを有し、これら符号化モードを前記入力
    動画像信号の所定の画像領域毎に適応的に選択して符号
    化を行う動画像符号化方法であって、 画面内から動領域を検出し、その動領域からなるリフレ
    ッシュ対象範囲内の一部にリフレッシュのためのイント
    ラ符号化領域が設定されるように、符号化モードを制御
    し、 イントラ符号化モードで符号化された各イントラ符号化
    領域毎に、それが動領域と静止領域のどちらに属するか
    を判定し、 この判定結果に基づいて、動領域に属するイントラ符号
    化領域が前記リフレッシュ対象範囲内に包含され、静止
    領域に属するイントラ符号化領域が前記リフレッシュ対
    象範囲から除外されるように、次画面のリフレッシュ対
    象範囲を決定することを特徴とする動画像符号化方法。
  8. 【請求項８】 前記リフレッシュのためのイントラ符号
    化領域の設定位置を画面毎に周期的に移動させることを
    特徴とする請求項７記載の動画像符号化方法。
  9. 【請求項９】 動領域に属するイントラ符号化領域の個
    数が同一画面内に所定数以上含まれるとき、その画面を
    シーンチェンジ画面であると判定し、周期的なリフレッ
    シュ動作が次画面の画面端部から開始されるように、次
    画面で前記リフレッシュのためのイントラ符号化領域の
    設定位置を変更することを特徴とする請求項７または８
    記載の動画像符号化方法。
  10. 【請求項１０】 前画面で前記リフレッシュのためのイ
    ントラ符号化領域が設定された領域と同一位置の次画面
    上の領域を、前記インター符号化モードで符号化すると
    き、前記リフレッシュの周期の方向と逆向きの動きベク
    トルのうち、動領域として判定された前記前画面上の領
    域からの動きベクトルについてのみその探索を禁止する
    ことを特徴とする請求項８記載の動画像符号化方法。
  11. 【請求項１１】 前記インター符号化モードで符号化さ
    れた各インター符号化領域を動領域と判定し、それら各
    インター符号化領域が前記リフレッシュ対象範囲内に包
    含されるようにリフレッシュ対象範囲を決定することを
    特徴とする請求項７記載の動画像符号化方法。
  12. 【請求項１２】 入力動画像信号をフレーム内符号化す
    るイントラ符号化モードとフレーム間符号化するインタ
    ー符号化モードと符号化を行わず前画面を表示に使用す
    る非符号化モードを有し、これら符号化モードを前記入
    力動画像信号の所定の画像領域毎に適応的に選択して符
    号化を行う動画像符号化方法であって、 画面内から動領域を検出し、その動領域の一部に、リフ
    レッシュのためのイントラ符号化領域が設定されるよう
    に符号化モードを制御し、 各画像領域の符号化モードの選択結果と、イントラ符号
    化モードで符号化された画像領域が動領域に属するか否
    かの判定結果に基づいて、次画面の動領域を検出するこ
    とを特徴とする動画像符号化方法。
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