JPH11504490A - ビデオ信号符号化方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ビデオ信号符号化方法及び装置を開示している。このビデオエンコーダ、例えばＭＰＥＧエンコーダ（２）、は動き補償予測画像（ＰＲＥＤ）を発生する。符号化前に、前記動き補償予測画像を入力画像と結合し（１）、入力画像内の雑音と量子化雑音の両方を有効に低減せしめる。雑音低減の量を、好ましくは、動き推定器（２９）が予測メモリ（２８）内において最も類似する画素ブロックをサーチするのに使用するのと同一のパラメータに応答して制御する（１５）。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ信号符号化方法及び装置発明の分野 本発明は、ビデオ信号に雑音低減処理を施して雑音低減信号を得るステップと 、該雑音低減信号を符号化するステップと、符号化した信号を復号化して予測信 号を得るステップとを具えるビデオ信号符号化方法に関するものである。本発明 はこのような方法を実施するビデオ信号エンコーダにも関するものである。発明の背景 頭書に記載の方法を実施する従来の装置は欧州特許出願ＥＰ−Ａ０６１４３１ ２号に開示されている。この装置は動き補償雑音低減回路とフレーム間符号化回 路の縦続接続を具えている。ビデオ信号に符号化前に雑音低減処理を施すことに より、符号化効率が著しく向上する。既知の装置の雑音低減回路は複数のフレー ムメモリと、連続する入力フレーム間の動き量を推定する動き推定器とを含む。 フレーム間符号化回路は他のフレームメモリと他の動き推定器とを具え、動き補 償予測画像を得る。雑音低減画像とこの動き補償予測画像との差を最終的に符号 化する。 従来のビデオ符号化システムでは、雑音低減回路からの動きベクトルを符号化 回路に供給して雑音低減画像の符号化に役立てることにより、雑音低減回路と符 号化回路との間の所定量の共同作用を達成している。発明の目的及び概要 本発明の目的は、ビデオ信号を一層高い費用有効性で符号化する方法及び装置 を提供することにある。 この目的のために、本発明のビデオ信号符号化方法は、雑音低減ステップがビ デオ入力信号を予測信号と算術的に結合するステップを具えることを特徴とする 。 本発明は、フレーム間符号化のためにエンコーダにより発生された予測信号は 雑音低減にも使用しうるという認識に基づくものである。従って、雑音低減専用 のメモリを省略することができ、追加のコストを必要とすることなく雑音低減機 能を得ることができる。また、入力ビデオ信号内の雑音が低減されるだけではな く、符号化処置により生じた量子化雑音も低減される特別の利点が得られる。 予測復号化ステップは動き補償予測信号を得る動き推定及び補償ステップを含 むことができる。この場合には復号化効率が向上するのみならず、雑音低減特性 が著しく良好になる。更に、雑音低減機能をＭＰＥＧ標準に従って機能するエン コーダ内に有効に内蔵させることができる。 他の実施例では、雑音低減の量を予測信号が入力信号にどの程度類似するかを 示す制御信号により制御する。予測信号が入力信号に類似すればするほど、大き な雑音低減が実行される。この点で動き推定及び補償を含む実施例が特に魅力的 であり、この場合には前記制御信号が予め得られ、別個に発生させる必要がない ためである。即ち、動き推定ステップはこのような制御信号の関数として動き補 償予測信号をサーチするステップを予め含んでいる。入力信号と（動き補償）予 測信号との間の平均絶対差又は平均二乗誤差を制御信号とすることができる。 雑音低減ステップは入力信号の部分αを予測信号の部分（１−α）と結合する ステップを具えることができる。このような実施例は一次巡回形時間フィルタ処 理による雑音低減を実行する。このようなフィルタ自体は E．Dubois et al．"N oise Reduction in Image Sequences Using Motion-Compensated Temporal Filt ering"; IEEE Transactions on Communications，Vol．COM-32，No.7，July 198 4，pp826-831，から既知である。図面の簡単な説明 図１は本発明符号化方法を実施するビデオ信号エンコーダの構成図を示し、 図２は図１に示す雑音低減回路の他の実施例を示し、 図３は図１に示す雑音低減係数制御手段の動作を表す図を示し、 図４は本発明ビデオ信号エンコーダの他の実施例を示し、 図５は本発明雑音低減付きＭＰＥＧビデオエンコーダの構成図を示し、 図６は本発明雑音低減付きＭＰＥＧビデオエンコーダの他の実施例を示す。好適実施例の説明 図１は本発明符号化方法を実施するビデオエンコーダの構成図を示す。このビ デオ信号エンコーダは連続する８×８画素ブロックの形態のディジタルビデオ信 号を受信する。これらのブロックは雑音低減回路１に供給され、次に符号化回路 ２により符号化される。 符号化回路２は雑音低減回路１からの雑音低減画像と予測画像ＰＲＥＤとの差 を得る減算器２０を具える。この差信号は次にディスクリートコサイン変換回路 ２１によりブロック単位でスペクトル係数に変換される。これらの係数は量子化 器２２により量子化され、可変長符号器２３により可変長符号化される。ビット レート制御回路２４が量子化器２２のステップサイズを制御して所望のビットレ ートを得る。予測画像ＰＲＥＤを発生させるために、符号化回路２は更に逆量子 化器２５、逆ディスクリートコサイン変換回路２６、加算器２７及び予測フレー ム又はフィールドメモリ２８を具える。符号化回路２を構成する種々の回路素子 は当該技術分野において公知である。 図１に示すように、予測画像ＰＲＥＤを雑音低減回路１に供給する。この回路 において、現入力信号ＩＮＰと予測信号ＰＲＥＤを次式に従って線形結合して雑 音低減信号ＮＲを構成する。 ＮＲ＝α・ＰＲＥＤ＋（１−α）・ＩＮＰ （１） 予測画像を蓄積するメモリ２８はビデオ信号エンコーダの帰還ループ内に含まれ ているため、雑音低減回路は実際上一次巡回形時間フィルタである。これは雑音 低減の有効且つ魅力的な実施例であるものと認識される。 図１に示す雑音低減回路１は、予測信号ブロックの画素を係数αで重み付けす る第１乗算器１１、入力信号ブロックの画素を係数１−αで重み付けする第２乗 算器１２及び重み付けされた画素を互いに加算する加算器１３を具える。この実 施例は式（１）の直接的な回路実現例である。 図２は単一の乗算器１８と２つの加算器１６、１７を用いる他の実施例を示す 。この実施例は、式（１）と等価の次式の計算： ＮＲ＝ＰＲＥＤ＋（１−α）・（ＩＮＰ−ＰＲＥＤ） （２） を行う。 ビデオ信号エンコーダの極めて簡単な実施例では、重み係数αは範囲０＜α＜ １内の定数とする。例えば、α＝０．５を使用すると、静止信号に対し６ｄＢの 雑音低減が生ずる。しかし、重み係数αはビデオ信号の特性に応答して適応制御 するのが好ましい。この目的のために、雑音低減回路１は、入力画素ブロックの 画素Ｉ_i,jのサブブロックと予測画素ブロックの画素Ｐ_i,jの対応するサブブロッ クとの間の平均絶対差ＭＡＤ： 又は現入力信号及び予測信号の対応するサブブロック間の平均二乗誤差（ＭＳＥ ）： を計算し、これに応答してαの値を制御する係数制御手段１４を含む。各サブブ ロック（例えば２×２画素）ごとにαの値を制御すると制御機構への雑音の影響 が減少する。 図３は重み係数αがＭＡＤに依存する態様の一例を示す図である。小さいＭＡ Ｄに対しては、αは所定の大きな値を有し、雑音低減の量は最大になる。雑音低 減の量はＭＡＤの増大につれて徐々に減少する。大きなＭＡＤに対しては、αは 漸近的に適切な小値に近づき、雑音低減が最少になる。 図４は、雑音低減回路１と減算器２０の演算処理（図１）を合成してなるビデ オエンコーダの興味深い実施例を示す。式（２）に従って、符号化すべきＮＲ− ＰＲＥＤは、 ＮＲ−ＰＲＥＤ＝（１−α）・（ＩＮＰ−ＰＲＥＤ） と書き表せる。従って、図４に示すエンコーダは入力ビデオ信号から予測信号を 減算する減算器１６と、その差信号に係数制御手段１４により供給される係数（ １−α）を乗算する乗算器１８とを具える。 図５はビデオ信号エンコーダの他の実施例の構成図を示す。この実施例は、本 例では予測画像を動き補償するする点が図１及び図４に示すものと相違する。こ の場合には符号化効率が向上するのみならず、著しく良好な雑音低減が得られる 。特に、図５に示すビデオ信号エンコーダは公知のＭＰＥＧ標準規格に従わせる ことが容易にできる。この場合には選択画像をフレーム内符号化してＩピクチャ を 得るが、他の画像は動き補償を用いて予測符号化してＰ又はＢピクチャを得る。 図示の実施例では、それぞれの動作モードがフレーム内符号化（Ｉ）及び予測符 号化（Ｐ）位置を有するスイッチ３１により選択される。 図５に示すように、メモリ２８に蓄積された予測画像と現ビデオ入力画像が動 き推定器２９に供給される。その後は既知のように、動き推定器がメモリ２８内 において現入力画素ブロックと最も類似する画素ブロックをサーチする。種々の サーチアルゴリズムが既知である。これらのアルゴリズムは一般に現入力ブロッ クの画素と候補ブロックの画素との間の平均絶対差（ＭＡＤ）又は平均二乗誤差 （ＭＳＥ）の評価に基づく。最少のＭＡＤ又はＭＳＥを有する候補ブロックを選 択して動き補償予測ブロックとする。現入力ブロックの位置に対するそのブロッ クの相対位置が動きベクトルＭＶであり、このベクトルが符号化ビデオ信号デー タと一緒に伝送される。動きベクトルＭＶは更に動き補償器３０に供給され、こ れが動き補償予測画像を発生する。この動き補償予測画像ＰＲＥＤが先に説明し たように雑音低減のために雑音低減回路１に供給される。 スイッチ３１がＩ−位置にある場合には、動き補償予測画像は減算器２０に供 給されない。しかし、動き補償予測画像を発生する回路素子２７−３０は雑音低 減のためにアクティブ状態に維持される。従って、雑音低減がＩピクチャにも与 えられ、予測符号化モードからフレーム内符号化モードへの切換え時又はその逆 の切換え時に雑音低減アーチファクトが観測されなくなる。 本例でも、重み係数αを一定にする、或いは符号化ビデオ信号の特性に応じて 適応制御することができる。本例では後者のオプションを極めて高い費用有効性 で得ることができる。その理由は、予測画像と入力画像の類似度を示す信号（例 えばＭＡＤ又はＭＳＥ）が動き推定器２９内に既に得られており、別個に発生さ せる必要がないためである。図５において、動き推定器は最小のＭＡＤを有する 最も類似する画素ブロックをサーチする。選択画素ブロックと関連するＭＡＤを 係数制御手段１５に供給し、図３につき既に述べたように適切な重み係数に変換 する。 図６は雑音低減回路１と減算器２０の演算処理を合成してなるビデオエンコー ダの他の実施例を示す。本例では雑音低減回路は単一の乗算器１８と２つの加算 器１６、１７を具える（図２参照）。スイッチ３２のＩ−位置では、加算器１７ の出力（即ち雑音低減信号）が符号化される。他のスイッチ３３がこの動作モー ドにおいて予測符号化メモリ２８が更新されるのを阻止する。Ｐ−位置では、乗 算器１８の出力（即ち雑音低減信号−予測信号）が符号化される。 以上要するに、ビデオ信号符号化方法及び装置を開示している。このビデオエ ンコーダ、例えばＭＰＥＧエンコーダ、は動き補償予測画像を発生する。符号化 前に、前記動き補償予測画像を入力画像と結合して入力画像内の雑音と量子化雑 音の両方を有効に低減せしめる。雑音低減の量は、動き推定器が予測メモリ内に おいて最も類似する画素ブロックをサーチするのに使用するのと同一のパラメー タに応答して制御するのが好ましい。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ファン デル ヴェルフ アルベルト オランダ国 5656 アーアー アインドー フェン プロフ ホルストラーン ６

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ビデオ信号に雑音低減処理を施して雑音低減信号を得るステップと、該雑音 低減信号を符号化するステップと、符号化した信号を復号化して予測信号を得る ステップとを具えるビデオ信号符号化方法において、雑音低減ステップがビデオ 入力信号を予測信号と算術的に結合するステップを具えることを特徴とするビデ オ信号符号化方法。 ２．復号化ステップは動き補償予測信号を得る動き推定及び補償ステップを含む ことを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．雑音低減の量を予測信号が入力信号にどの程度類似するかを示す制御信号に より制御することを特徴とする請求項１又は２記載の方法。 ４．動き推定ステップは、動き補償予測信号を、該予測信号が入力信号とどの程 度類似するかを示す制御信号の関数としてサーチするステップを含み、且つ雑音 低減の量を前記制御信号により制御することを特徴とする請求項２記載の方法。 ５．前記制御信号は入力信号の画素と予測信号の画素との間の平均絶対差又は平 均二乗誤差であることを特徴とする請求項３又は４記載の方法。 ６．雑音低減ステップは入力信号の部分αを予測信号の部分（１−α）と結合す るステップを具えることを特徴とする請求項１−５の何れかに記載の方法。 ７．雑音低減信号を得る雑音低減手段と、前記雑音低減信号を符号化する符号化 手段と、符号化した信号を復号化して予測信号を得る復号化手段とを具えるビデ オ信号エンコーダにおいて、前記雑音低減手段はビデオ入力信号を前記予測信号 と算術的に結合するよう構成されていることを特徴とするビデオ信号エンコーダ 。 ８．前記復号化手段は動き補償予測信号を得る動き推定器及び補償器を含んでい ることを特徴とする請求項７記載のエンコーダ。 ９．雑音低減の量を、予測信号が入力信号にどの程度類似するかを示す制御信号 に応答して制御する手段を更に具えていることを特徴とする請求項７又は８記載 のエンコーダ。 10．前記動き推定器は、動き補償予測信号が入力信号にどの程度類似するかを示 す制御信号の関数として動き補償予測信号をサーチするよう構成され、且つ雑音 低減の量を前記制御信号により制御することを特徴とする請求項８記載のエンコ ーダ。 11．前記制御信号は入力信号の画素と前記予測信号の画素との間の平均絶対差又 は平均二乗誤差であることを特徴とする請求項９又は１０記載のエンコーダ。 12．前記雑音低減手段は入力信号の部分αを予測信号の部分（１−α）と結合す るよう構成されていることを特徴とする請求項７−１１の何れかに記載のエンコ ーダ。