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技術 飛越し走査動画像符号化装置

出願人 三菱電機株式会社
発明者 福原隆浩村上篤道
出願日 1993年3月15日 (26年8ヶ月経過) 出願番号 1993-053774
公開日 1994年9月22日 (25年1ヶ月経過) 公開番号 1994-268993
状態 未査定
技術分野 TV信号の圧縮,符号化方式 TV信号の圧縮,符号化方式
主要キーワード 入力切替器 出力切替器 区間線 フィードフォワード情報 静領域 ブロック個数 フィードフォワード量 パタンマッチング
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(1994年9月22日)のものです。
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図面 (6)

目的

直交変換符号化特質を生かし動き補償閾値判定で最適なブロッキング方式を実現する。

構成

現行フレーム画像101を減算器1で予測フレーム画像108と減算した予測誤差フレーム画像102に対し、フィールド内/間マクロブロック処理器2で閾値判定オフセット値指令110に従い閾値判定をし分割したフィールド内または間マクロブロッキング画像103を直交変換器3と量子化器4で直交変換量子化する。逆量子化器5と逆直交変換器6と加算器7で量子化係数105を逆過程復号生成した局部復号フレーム画像107に対し、動き補償予測器8で現行フレーム画像101とのパタンマッチングで最適な動き補償をし生成したフレームまたはマクロブロック単位動き補償結果情報109を用い、閾値判定オフセット値決定器9で予測誤差フレーム画像102のフレームまたはマクロブロック単位で閾値判定オフセット値を算出し指令110をする。

概要

背景

たとえば特開平3−1688号公報に示す従来例の飛越し走査動画像符号化装置は図4のように、マクロブロック処理器2aは、2:1飛越し走査の現行フレーム画像101をたとえば図5(a)のように8画素×16ラインマクロブロッキング画像(黒丸白丸は第1と第2フィールド画素を表す)114に分割する。サブブロック化入/出力切替器12と13は、マクロ動き判定器15からのマクロ動き判定指令113に従い、マクロブロック化処理器2aからマクロブロッキング画像103aをフィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cのいずれかに接続するように切替える。またフィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cからフィールド内/間サブブロッキング画像103bと103cのいずれかを離散コサイン変換器3aに接続するように切替える。フィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cは、サブブロック化入力切替器12からのマクロブロッキング画像103aをたとえば図5(b)のように奇数偶数ラインのいずれかの画素だけから構成する8画素×8ラインのフィールド内サブブロッキング画像103bに分割する。またたとえば図5(c)のように1〜8ラインと9〜16ラインの画素だけから構成する8画素×8ラインのフィールド間サブブロッキング画像103cに分割する。離散コサイン変換器3aは、サブブロック化出力切替器13からフィールド内/間サブブロッキング画像103bと103cのいずれかを離散コサイン変換(DCT)し8×8個のDCT係数104aを生成する。低周波残差成分量子化器4aと4b、低周波/残差成分符号化器5aと5bおよび加算器14は、離散コサイン変換器3aから8×8個のDCT係数104aのうち4×4個の低周波成分相当のものと(8×8)−(4×4)個の残差成分のものとをそれぞれ量子化符号化後加算し符号化データ112を生成する。マクロ動き判定器15は、マクロブロック化処理器2aからマクロブロッキング画像103aが動いているか静止しているかを判定し、動/静止判定指令113をする。

上記従来例の飛越し走査動画像符号化装置は、符号化対象のマクロブロッキング画像103aにマクロ動き判定をしフィールド内または間サブブロッキング符号化をする方式(マクロ動き判定サブブロッキング符号化方式)を採る。

概要

直交変換符号化特質を生かし動き補償閾値判定で最適なブロッキング方式を実現する。

現行フレーム画像101を減算器1で予測フレーム画像108と減算した予測誤差フレーム画像102に対し、フィールド内/間マクロブロック化処理器2で閾値判定オフセット値指令110に従い閾値判定をし分割したフィールド内または間マクロブロッキング画像103を直交変換器3と量子化器4で直交変換し量子化する。逆量子化器5と逆直交変換器6と加算器7で量子化係数105を逆過程復号生成した局部復号フレーム画像107に対し、動き補償予測器8で現行フレーム画像101とのパタンマッチングで最適な動き補償をし生成したフレームまたはマクロブロック単位動き補償結果情報109を用い、閾値判定オフセット値決定器9で予測誤差フレーム画像102のフレームまたはマクロブロック単位で閾値判定オフセット値を算出し指令110をする。

目的

この発明が解決しようとする課題は、飛越し走査動画像符号化装置で符号化対象の予測誤差フレーム画像に動き補償閾値判定をしフィールド内または間マクロブロッキング符号化をする方式(動き補償閾値判定マクロブロッキング符号化方式)を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

2:1飛越し走査現行フレーム画像を動き補償予測器からの予測フレーム画像と減算し予測誤差フレーム画像を生成する減算器と、閾値判定オフセット値決定器からの閾値判定オフセット値指令に従い前記減算器から予測誤差フレーム画像に対しフィールド単位の閾値判定をしM画素×Nライン(M、Nは正の整数)のフィールド内または間マクロブロッキング画像に分割するフィールド内/間マクロブロック処理器と、該フィールド内/間マクロブロック化処理器からフィールド内または間マクロブロッキング画像に対し直交変換演算を施した変換係数後段からのフィードバック制御量子化量子化係数を生成する直交変換器および量子化器と、該量子化器からの量子化係数に対し量子化と直交変換演算の逆過程を施した復号予測誤差フレーム画像を前記動き補償予測器からの予測フレーム画像と加算し局部復号フレーム画像を生成する逆量子化器逆直交変換器および加算器と、前記現行フレーム画像と前記加算器からの先行局部復号フレーム画像との間でパタンマッチング演算を施し最適の予測フレーム画像を生成するとともにフレーム単位またはマクロブロック単位でフィールド内と間動き補償を選択したブロック個数を表す動き補償統計情報と当該ブロックがフィールド内と間動き補償のいずれを選択されたかを表す動き補償種別情報とを動き補償結果情報として生成する前記動き補償予測器と、該動き補償予測器から現行フレームに関する動き補償結果情報を用い、前記減算器から予測誤差フレーム画像のフレーム単位でフィールド間と内動き補償を選択した各ブロック個数の差分値に対する関数から前記当該閾値判定オフセット値を算出し指令する閾値判定オフセット決定器とを備える飛越し走査動画像符号化装置

請求項2

現行フレーム画像と加算器からの局部復号フレーム画像との差分値が所定閾値より大きいかどうかで動き補償の要否を判断し、大きいときは前記現行フレーム画像、小さいときは前記局部復号フレーム画像をそれぞれ出力するとともにフレーム内直接またはフレーム間動き補償予測符号化モード識別指令をする動き補償判定器と、該動き補償判定器からの符号化モード識別指令に従い前記動き補償判定器から前記現行フレーム画像または前記局部復号フレーム画像をフィールド内/間マクロブロック化処理器または動き補償予測器に接続するように切替える符号化モード切替器とを設け、フレーム内直接とフレーム間動き補償予測のいずれかの符号化モードを適応的に選択することを特徴とする請求項1記載の飛越し動画像符号化装置。

請求項3

量子化器で動き補償予測器からの動き補償結果情報を前段からのフィードフォワード情報として直接入力し、後段からのフィードバック情報の代わりにまたは併用して量子化制御をすることを特徴とする請求項1または2記載の飛越し走査動画像符号化装置。

請求項4

閾値判定オフセット値決定器で動き補償予測器から当該マクロブロックと複数の周辺マクロブロックに関する各動き補償結果情報を用い、減算器から予測誤差フレーム画像のマクロブロック単位で各閾値判定オフセット値を算出し、たとえばそれぞれの相加平均値を当該閾値判定オフセット値とすることを特徴とする請求項1、2または3記載の飛越し走査動画像符号化装置。

請求項5

閾値判定オフセット値決定器で現行フレーム画像全体画質劣化が大きいとき、動き補償予測器から現行フレームに関する動き補償結果情報を用いる代わりに、過去数フレーム前で効率よく符号化できた先行フレームに関する動き補償結果情報を用い、減算器から予測誤差フレーム画像のフレーム単位で当該閾値判定オフセット値を算出することを特徴とする請求項1、2、3または4記載の飛越し走査動画像符号化装置。

技術分野

0001

この発明は2:1の飛越し走査動画像を高能率情報圧縮する飛越し走査動画像符号化装置に関する。

背景技術

0002

たとえば特開平3−1688号公報に示す従来例の飛越し走査動画像符号化装置は図4のように、マクロブロック処理器2aは、2:1飛越し走査の現行フレーム画像101をたとえば図5(a)のように8画素×16ラインマクロブロッキング画像(黒丸白丸は第1と第2フィールド画素を表す)114に分割する。サブブロック化入/出力切替器12と13は、マクロ動き判定器15からのマクロ動き判定指令113に従い、マクロブロック化処理器2aからマクロブロッキング画像103aをフィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cのいずれかに接続するように切替える。またフィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cからフィールド内/間サブブロッキング画像103bと103cのいずれかを離散コサイン変換器3aに接続するように切替える。フィールド内/間サブブロック化処理器2bと2cは、サブブロック化入力切替器12からのマクロブロッキング画像103aをたとえば図5(b)のように奇数偶数ラインのいずれかの画素だけから構成する8画素×8ラインのフィールド内サブブロッキング画像103bに分割する。またたとえば図5(c)のように1〜8ラインと9〜16ラインの画素だけから構成する8画素×8ラインのフィールド間サブブロッキング画像103cに分割する。離散コサイン変換器3aは、サブブロック化出力切替器13からフィールド内/間サブブロッキング画像103bと103cのいずれかを離散コサイン変換(DCT)し8×8個のDCT係数104aを生成する。低周波残差成分量子化器4aと4b、低周波/残差成分符号化器5aと5bおよび加算器14は、離散コサイン変換器3aから8×8個のDCT係数104aのうち4×4個の低周波成分相当のものと(8×8)−(4×4)個の残差成分のものとをそれぞれ量子化符号化後加算し符号化データ112を生成する。マクロ動き判定器15は、マクロブロック化処理器2aからマクロブロッキング画像103aが動いているか静止しているかを判定し、動/静止判定指令113をする。

0003

上記従来例の飛越し走査動画像符号化装置は、符号化対象のマクロブロッキング画像103aにマクロ動き判定をしフィールド内または間サブブロッキング符号化をする方式(マクロ動き判定サブブロッキング符号化方式)を採る。

発明が解決しようとする課題

0004

上記のような従来の飛越し走査動画像符号化装置では、フレーム内と間サブブロッキング符号化の要否を判断するのにマクロ動き判定を有効とする根拠は、統計的に動領域がフィールド内、静領域がフィールド間で高い相関性をもつ点にある。通常の高能率動画像符号化方式動き補償予測を用い予測誤差フレーム画像直交変換を施すとき、動/静止判定の実現法が明確でなく符号化効率劣化することもある問題点があった。

0005

この発明が解決しようとする課題は、飛越し走査動画像符号化装置で符号化対象の予測誤差フレーム画像に動き補償閾値判定をしフィールド内または間マクロブロッキング符号化をする方式(動き補償閾値判定マクロブロッキング符号化方式)を提供することにある。

課題を解決するための手段

0006

この発明の飛越し走査動画像符号化装置は、上記課題を解決するためつぎの手段を設け、動き補償閾値判定マクロブロッキング符号化方式を採ることを特徴とする。

0007

減算器は、2:1飛越し走査の現行フレーム画像を動き補償予測器からの予測フレーム画像と減算し、予測誤差フレーム画像を生成する。

0008

フィールド内/間マクロブロック化処理器は、閾値判定オフセット値決定器からの閾値判定オフセット値指令に従い、減算器から予測誤差フレーム画像に対し、フィールド単位の閾値判定をし、M画素×Nラインのフィールド内または間マクロブロッキング画像に分割する。

0009

直交変換器と量子化器は、フィールド内/間マクロブロック化処理器からフィールド内または間マクロブロッキング画像に対し直交変換演算を施した変換係数を、後段からのフィードバック制御で量子化し、量子化係数を生成する。または量子化器は、動き補償予測器からの動き補償結果情報を前段からのフィードフォワード情報として直接入力し、後段からのフィードバック情報の代わりにまたは併用して量子化制御をする。

0010

逆量子化器逆直交変換器と加算器は、量子化器からの量子化係数に対し量子化と直交変換演算の逆過程を施した復号予測誤差フレーム画像を、動き補償予測器からの予測フレーム画像と加算し、局部復号フレーム画像を生成する。

0011

動き補償予測器は、現行フレーム画像と加算器からの先行局部復号フレーム画像との間でパタンマッチング演算を施し、最適の予測フレーム画像を生成する。またフレーム単位またはマクロブロック単位でフィールド内と間動き補償を選択したブロック個数を表す動き補償統計情報と当該ブロックがフィールド内と間動き補償のいずれを選択されたかを表す動き補償種別情報とを動き補償結果情報として生成する。

0012

閾値判定オフセット決定器は、動き補償予測器から現行フレームに関する動き補償結果情報を用い、減算器から予測誤差フレーム画像のフレーム単位またはマクロブロック単位でフィールド間と内動き補償を選択した各ブロック個数の差分値に対する関数から、閾値判定オフセット値を算出し指令する。または動き補償予測器から当該マクロブロックと複数の周辺マクロブロックに関する各動き補償結果情報を用い各閾値判定オフセット値を算出し、たとえばそれぞれの相加平均値を当該閾値判定オフセット値とする。または現行フレーム画像全体画質劣化が大きいとき、動き補償予測器から現行フレームに関する動き補償結果情報を用いる代わりに、過去数フレーム前で効率よく符号化できた先行フレームに関する動き補償結果情報を用い当該閾値判定オフセット値を算出する。

0013

動き補償判定器は、現行フレーム画像と加算器からの局部復号フレーム画像との差分値が所定閾値より大きいかどうかで動き補償の要否を判断し、大きいときは現行フレーム画像、小さいときは局部復号フレーム画像をそれぞれ出力する。またフレーム内直接またはフレーム間動き補償予測符号化モード識別指令をする。

0014

符号化モード切替器は、動き補償判定器からの符号化モード識別指令に従い、動き補償判定器から現行フレーム画像または局部復号フレーム画像をフィールド内/間マクロブロック化処理器または動き補償予測器に接続するように切替える。

0015

この発明の飛越し走査動画像符号化装置は上記手段で、まず符号化対象の予測誤差フレーム画像に対し、現行フレームまたは現行フレーム画像全体に画質劣化が大きいとき、過去数フレーム前で効率よく符号化できた先行フレームに関する動き補償結果情報を用い、フレーム単位の当該閾値判定オフセット値を算出する。または当該マクロブロックと複数の周辺マクロブロックに関する各動き補償結果情報を用い、マクロブロック単位の各閾値判定オフセット値のたとえば相加平均値を算出し、当該閾値判定オフセット値とする。つぎに当該閾値判定オフセット値に従い、符号化対象の予測誤差フレーム画像に対しフィールド単位の閾値判定をし、M画素×Nラインのフィールド内または間マクロブロッキング画像に分割する。さらにフィールド内または間マクロブロッキング画像の直交変換をし、変換係数を符号化制御部からの量子化特性信号による後段からのフィードバック制御と動き補償予測器からの動き補償結果情報による前段からのフィードフォワード制御のいずれかまたは両方で量子化ステップ幅を決定し量子化をする。一方現行フレーム画像と先行局部復号フレーム画像間でパタンマッチングをし、フレーム単位またはマクロブロッキング単位の動き補償結果(統計と種別)情報を生成する。または現行フレーム画像と先行局部復号フレーム画像との差分値が所定閾値より大きいかどうかで動き補償の要否を判断し、フレーム内直接とフレーム間動き補償予測のいずれかのマクロブロッキング符号化を適応的に選択する。

0016

この発明を示す一実施例の飛越し走査動画像符号化装置は図1符号割当部と符号化制御部とを除く)のように、減算器1は、2:1飛越し走査の現行フレーム画像101を動き補償予測器8からの予測フレーム画像108と減算し、予測誤差フレーム画像102を生成する。フィールド内/間マクロブロック化処理器2は、閾値判定オフセット値決定器9からの閾値判定オフセット値指令110に従い、減算器1から予測誤差フレーム画像102に対しフィールド単位の閾値判定をし、たとえば8画素×16ラインのフィールド内または間マクロブロッキング画像103に分割する。直交変換器3と量子化器4は、フィールド内/間マクロブロック化処理器2からフィールド内または間マクロブロッキング画像103に対し直交変換(たとえばDCT)演算を施した変換係数104を発生情報量に適応し量子化ステップ幅を決める後段からのフィードバック制御で量子化し、量子化係数105を生成する。逆量子化器5と逆直交変換器6と加算器7は、量子化器4からの量子化係数105に対し量子化と直交変換演算の逆過程を施した復号予測誤差フレーム画像106を動き補償予測器8からの予測フレーム画像108と加算し、局部復号フレーム画像107を生成する。動き補償予測器8は、現行フレーム画像101と加算器8からの先行局部復号フレーム画像107との間で、たとえば図5(b)または(c)のように同じフィールドからまたは異なるフィールド同士をまとめフィールド内または間の予測ブロックとして構成しパタンマッチング演算を施し、フィールド内または間動き補償をし、たとえば8画素×16ラインのマクロブロックごとに1つまたは複数の動きベクトルを求め、最適の予測フレーム画像108を生成する。またフレーム単位またはマクロブロック単位でフィールド内と間動き補償を選択したブロック(マクロブロックまたはサブブロック)個数を表す動き補償統計情報と、当該ブロックがフィールド内と間動き補償のいずれを選択されたかを表す動き補償種別情報とを動き補償結果情報109として生成する。閾値判定オフセット値決定器9は、動き補償予測器8からの動き補償結果情報109に従い、減算器1から予測誤差フレーム画像102のフレーム単位でフィールド間と内動き補償を選択したマクロブロックの個数BLKINTERとBLKINNER との差分値N(BLKINTER −BLKINNER )に対する関数から、当該閾値判定オフセット値OSを算出し、フレーム内と間マクロブロッキング符号化の要否を判断するための閾値判定オフセット値指令110をする。

0017

上記実施例の飛越し走査動画像符号化装置は、符号化対象の予測誤差フレーム画像102に動き補償閾値判定をしフィールド内または間マクロブロッキング符号化をする方式(動き補償閾値判定マクロブロッキング符号化方式)を採る。

0018

フィールド内/間マクロブロック化処理器2は、閾値判定オフセット値決定器10からの閾値判定オフセット値指令110に従い、減算器1から予測誤差フレーム画像102に対し、フィールド単位の閾値判定式ERINTER <ERINNER +OSのときたとえば8画素×16ラインのフィールド内ブロッキング画像103、ERINTER ≧ERINNER +OSのときたとえば8画素×16ラインのフィールド間ブロッキング画像103にそれぞれ分割する。閾値判定オフセット値OSが大きければフィールド間マクロブロッキング画像103の個数が増大する。上記閾値判定式で
ERINTER =ΣPIXEL ΣLINE|I(PIXEL,LINE)
−I(PIXEL,LINE+1)|
PIXEL=1〜8、LINE=1、3、5、…、15
ERINNER =ΣPIXEL ΣLINE{|I(PIXEL,LINE)
−I(PIXEL,LINE+2)|
+|I(PIXEL,LINE+1)
−I(PIXEL,LINE+3)|}
PIXEL=1〜8、LINE=1、5、9、…、16
ここに、ERINTER とERINNER はフィールド間と内マクロブロック内画素値差分絶対値和、I(PIXEL,LINE)は画素位置PIXELとライン位置LINE上のマクロブロック内画素値(通常は輝度値)を表す。

0019

閾値判定オフセット値決定器9は図2のように、減算器1から予測誤差フレーム画像102のフレーム単位の差分値N(BLKINTER−BLKINNER )に対し、完全線形型図2(a)参照)、区間線形型(図2(b)参照)、ステップ型図2(c)参照)の各関数として当該閾値判定オフセット値OSを算出し、所望の閾値判定オフセット値指令110をする。

0020

なお上記実施例でフレーム間動き補償予測符号化方式を採るとして説明したが、図3のように動き補償判定器10と符号化モード切替器11とを設け、動き補償の要否を判断し、局部復号フレーム画像107を参照しないで現行フレーム画像101を独立に符号化するフレーム内直接符号化方式を適応的に選択できるようにしてもよい。動き補償が有効に作用しないフレーム画像で良好な結果を得る。動き補償判定器10は、加算器7からの局部復号フレーム画像107と現行フレーム画像101との差分値(動き補償予測誤差値)が所定閾値より大きいかどうかで動き補償の要否を判断する。大きいときは現行フレーム画像101、小さいときは局部復号フレーム画像107をそれぞれ出力する。同時にフレーム内直接とフレーム間動き補償予測の各符号化モードを識別する符号化モード識別指令111をする。符号化モード切替器11は、動き補償判定器10からの符号化モード識別指令111に従い、動き補償判定器11から現行フレーム画像101または局部復号フレーム画像107をフィールド内/間マクロブロック化処理器2または動き補償予測器8に接続するように切替える。

0021

また上記実施例で量子化器4は、後段からのフィードバック量子化制御方式を採るとして説明したが、動き補償予測器8からの動き補償結果情報109を直接入力し、前段からのフィードフォワード量子化制御方式としてもよい。併用してもよいのはいうまでもない。

0022

また上記実施例で閾値判定オフセット値決定器9は、予測誤差フレーム画像102のフレーム単位で当該閾値判定オフセット値を算出するとして説明したが、当該マクロブロックと複数の周辺マクロブロックに関する動き補償結果情報109を用い算出したマクロブロック単位の各閾値判定オフセット値のたとえば相加平均値を当該閾値判定オフセット値としてもよい。現行フレーム画像101内マクロブロックの一部に大きな変化があったとき周囲のマクロブロックとの間で復号画像差異が目立つ欠点を吸収できる。また現行フレーム画像101全体に画質劣化が大きいとき、現行フレームに関する動き補償結果情報を用いる代わりに、過去数フレーム前で効率よく符号化できた先行フレームに関する動き補償結果情報を用いフレーム単位の当該閾値判定オフセット値を算出してもよい。突発的な画質劣化にも影響されない効率的なブロッキング符号化を実現できる。

発明の効果

0023

上記のようなこの発明の飛越し走査動画像符号化装置では、符号化対象の予測誤差フレーム画像に動き補償閾値判定をしフィールド内または間マクロブロッキング符号化をする方式を採るから、従来のように符号化対象のマクロブロッキング画像にマクロ動き判定をしフィールド内または間サブブロッキング符号化をする方式に比べ相関性の高い画素間で最適なブロッキングを決定しており、後段の直交変換時に有利な高能率圧縮を実現できる。またフレーム単位またはマクロブロック単位で動き補償閾値判定を可能としており、画像の性質に左右されない汎用的で、画像の動きに適応した効率的な符号化方式を提供できる効果がある。

図面の簡単な説明

0024

図1この発明を示す一実施例の飛越し走査動画像符号化装置の機能ブロック図。
図2図1に示す閾値判定オフセット値決定器の機能を説明する図。
図3この発明に示す他の一実施例の機能ブロック図。
図4従来例の飛越し走査動画像符号化装置の機能ブロック図。
図5図4に示すマクロブロック化処理器およびフィールド内と間サブブロック化処理器の機能を説明する図。

--

0025

1減算器
2フィールド内/間マクロブロック化処理器
3直交変換器
4量子化器
5逆量子化器
6逆直交変換器
7加算器
8動き補償予測器
9閾値判定オフセット値決定器
10動き補償判定器
11符号化モード切替器
101現行フレーム画像
102予測誤差フレーム画像
103 フィールド内または間マクロブロッキング画像
104変換係数
105量子化係数
106 符号予測誤差フレーム画像
107 局部復号フレーム画像
108予測フレーム画像
109動き補償結果情報
110 閾値判定オフセット値指令
111 符号化モード識別指令
なお図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

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