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JP3050736B2 - 動画像符号化装置 - Google Patents

動画像符号化装置

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JP3050736B2
JP3050736B2 JP31151693A JP31151693A JP3050736B2 JP 3050736 B2 JP3050736 B2 JP 3050736B2 JP 31151693 A JP31151693 A JP 31151693A JP 31151693 A JP31151693 A JP 31151693A JP 3050736 B2 JP3050736 B2 JP 3050736B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ディジタル画像処理に
関し、画像データを高能率で符号化する動画像符号化装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の符号化方法としてはディジタル動
画像を小さなブロックに分割し、各ブロック毎に予測モ
ードを選択し、予測誤差に対して直交変換を行った後、
適応量子化する符号化方法が提案されている。（MPEG2
フレーム間符号化方式 渡辺裕TV学会技術報告 ITEJ T
echnical Report Vol.16,No.61,p37~42 ICS '92-73(Oct
1992)） 図１１に示すように、動画像は時間方向に連続であるフ
レームの列として考えることができる。そして時間方向
に連続であるため、任意のフレームはその隣接するフレ
ームと相関が高く、フレーム間予測符号化を使うことで
効果的なデータの圧縮を実現できる。ここで、Ｉフレー
ムは現フレームの情報のみを使って符号化するフレーム
内符号化フレームである。
【０００３】Ｐフレームは前方向予測されたフレーム
で、過去のフレームとしてはＩあるいはＰフレームを用
いる。ここで、前方向予測とは過去のフレームから予測
を行うフレーム予測モードである。Ｂフレームは、前方
向予測と後方向予測と両方向予測の３種類の中からひと
つを選択することができるフレームである。ここで、後
方向予測とは未来のフレームから予測を行うフレーム予
測モードであり、両方向予測とは過去と未来の双方向か
らの内挿によるフレーム予測モードである。
【０００４】過去あるいは未来のフレームとしてはＩま
たはＰフレームが用いられる。この選択方法としては前
方向予測誤差量と後方向予測誤差量と両方向予測誤差量
（過去と未来の２フレームの平均、あるいは内挿で作成
した補間画像との予測誤差）の中で最小となるものを選
んでいる。
【０００５】図９は、従来の符号化装置の一構成例を示
すブロック図である。同図において、９０１は入力画像
を格納するフレームメモリであり、ここでフレームメモ
リ９０１は動きベクトル算出のため複数枚のフレームを
格納できる。９０２はブロックに分割された画像を各ブ
ロック毎に２次元直交変換によって符号化に適するデー
タに変換する直交変換部、９０３は変換後のデータを適
当な量子化ステップサイズで量子化する量子化器、９０
４は量子化値をあらかじめ定められた符号表にしたがっ
て可変長符号化し、伝送路符号として出力する可変長符
号化部である。
【０００６】９０５は可変長符号化部９０４からのデー
タを一定のレートで出力するためにデータを蓄積、平滑
化するバッファ、９０６は量子化器９０３からの出力を
逆量子化する逆量子化器、９０７は逆量子化器９０６の
出力に逆直交変換を施す逆直交変換部、９０８、９０９
は前方向、後方向予測に必要な画像を格納するフレーム
メモリである。
【０００７】９１０は後述の動きベクトル検出／予測モ
ード判定部９１１の出力である動きベクトルと選択され
た予測モードを用いて前方向あるいは後方向あるいは両
方向動き補償予測を行う動き補償部、９１１はフレーム
メモリ９０１に格納された画像から動きを検出し、各ブ
ロックに対して前方向、後方向、両方向の３種類の予測
の中から最適な予測モードを選択する動きベクトル検出
／予測モード判定部、９１２は各ブロックをフレーム内
符号化するかフレーム間符号化するかを決めるイントラ
／インター判定部である。
【０００８】フレームメモリ９０１の画像はブロックに
分割され、動き補償部９１０からの予測画像との差分が
取られる。得られた差分値は直交変換部９０２で直交変
換され、量子化器９０３で量子化され、更に可変長符号
化部９０４で符号化されて符号バッファ９０５に出力さ
れる。また量子化器９０３の出力は逆量子化器９０６、
逆直交変換部９０７を介して動き補償部９１０からの予
測画像に加算されフレームメモリ９０８、９０９に格納
される。フレームメモリ９０８、９０９からの画像は動
きベクトル検出／予測モード判定部９１１、イントラ／
インター判定部９１２からの出力に従って以降の予測画
像のデータとして使われる。
【０００９】ここで、動きベクトル検出／予測モード判
定部９１１の詳細を図１０に示す。００１は前方向予測
で過去のフレームと現フレームの予測誤差量を計算し、
予測誤差量が最小となるベクトルをみつける前方向予測
動きベクトル／予測誤差量検出部である。００２は後方
向予測で未来のフレームと現フレームの予測誤差量を計
算し、予測誤差量が最小となるベクトルをみつける後方
向予測動きベクトル／予測誤差量検出部である。００３
は００１、００２で求めた前方向、後方向動きベクトル
を使って両方向予測した補間画像を作成し、現フレーム
との予測誤差量を求める両方向予測誤差量検出部であ
る。００４は前方向予測誤差量、後方向予測誤差量、両
方向予測誤差量を比較し値が最小となるものを求め、前
方向予測、後方向予測、両方向予測のモードを選択する
比較器／モード選択部である。
【００１０】ここで、動きベクトルは各ブロックに対し
てあらかじめ定められたサーチ領域の中を各ブロック毎
に現フレームと予測フレームのマッチングを取って予測
誤差量が最小となるときの動き量とする。例えば、現フ
レームと予測フレームとのフレーム間距離をｎとする
と、サーチ領域として水平、垂直方向に±１６ｎの領域
をとることができる。また予測誤差PEは現ブロックをＢ
（ｉ，ｊ）、予測ブロックをＰＢ（ｉ，ｊ）、（ここ
で、ｉ，ｊは水平、垂直方向の位置を表す）、動きベク
トルを（ｍｘ，ｍｙ）とすると以下の式で表せる。
【００１１】
【数１】
【００１２】ここで、ｘｓｉｚｅ、ｙｓｉｚｅはブロッ
クの水平、垂直方向の大きさを表す。また、この他に
【００１３】
【数２】
【００１４】を使ってもよい。
【００１５】このようにして最も圧縮効率のよい動きベ
クトルを用いて、動画像データの圧縮処理を行う。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】図１０に示す従来の動
きベクトル検出／予測モード判定部では、Ｐフレームに
対しては前方向予測誤差量を、Ｂフレームに対しては前
方向予測誤差量と後方向予測誤差量と両方向予測誤差量
を計算する必要がある。ここで、Ｐフレームの前方向予
測誤差量及びＢフレームの前方向予測誤差量と後方向予
測誤差量は動きベクトル予測誤差量検出部００１、００
２で最適の動きベクトルを求めたときに既に計算されて
いる。しかしながら、両方向予測誤差量は両方向予測誤
差量検出部００３を別に設けて計算しなければならず、
新たなハードウェアを必要とするという問題があった。
【００１７】すなわち、両方向予測誤差量検出部００３
は前方向予測ベクトルから順方向予測画像ブロックを、
後方向予測ベクトルから逆方向予測画像ブロックを作成
し、両者を平均、あるいは内挿して両方向予測画像ブロ
ックを合成し、さらにこの両方向予測画像ブロックと原
画像ブロックとの予測誤差量を求めて両方向予測誤差量
とする処理を行う必要があった。また、両方向予測誤差
量検出部００３は動きベクトル／予測誤差量検出部００
１、００２の結果を利用して計算するため、動きベクト
ル／予測誤差量検出部００１、００２とパラレルに実行
することができないという制約も生じる。
【００１８】本発明の目的は、上記従来の符号化装置に
おける問題点を解決し、前方向及び後方向予測誤差量の
みを用いることにより両方向予測誤差量を計算せずに、
両方向予測が最適な予測モードであるか否かを推定する
ことにある。即ち、補間画像との予測誤差量を計算する
両方向予測誤差量検出部００３を省き、符号化装置の規
模を小さくすることにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の動画像符号化装置においては、両方向予測
が最適な予測モードであるか否かの判断を前方向予測誤
差量と後方向予測誤差量のみに基づいて選択する手段を
備えている。
【００２０】前記前方向予測誤差量と後方向予測誤差量
のみに基づいて判断を行う方法は前方向予測誤差量と後
方向予測誤差量との差分値、比あるいは差分値と比の組
み合わせを用いると、従来方法と比較して視覚的に同等
な画質を得つつ、処理時間を短縮しハードウェア規模を
小さくできるという効果を有する。
【００２１】前記フレーム予測モードのかわりに各フレ
ームを奇数フィールドと偶数フィールドとに分離するフ
ィールド予測符号化に対して前記予測モード選択手段を
用いることもできる。前記フレーム予測モードとフィー
ルド予測モードとを組み合わせたフレーム／フィールド
適応符号化に対しては、フレーム／フィールド予測を選
択してから前方向／後方向／両方向予測を選択する方法
と、前方向／後方向／両方向予測を選択してからフレー
ム／フィールド予測を選択する方法とがあるがいずれの
場合にも、処理時間を短縮しハードウェア規模を小さく
しつつ、従来方法と比較して視覚的に同等な画質を得る
ことに対して効果的である。
【００２２】前記フレーム／フィールド予測の選択に
は、前方向フレーム予測誤差量、前方向フィールド予測
誤差量、後方向フレーム予測誤差量、後方向フィールド予
測誤差量の中で最小の予測誤差量を与える予測方式のフ
レーム/フィールド予測モードを選ぶ方法と、前方向フレ
ーム予測誤差量と後方向フレーム予測誤差量との和と前
方向フィールド予測誤差量と後方向フィールド予測誤差
量との和を比較し、小さい予測誤差量を与える方式のフ
レーム/フィールド予測モードを選ぶ方法とがある。
【００２３】
【作用】本発明の動画像符号化装置では、両方向予測誤
差画像を実際に生成せず、前方向予測誤差量と後方向予
測誤差量の差分値、比あるいは差分値と比の組み合わせ
で両方向予測モードを用いることが最適であるか否かを
判断する。 この判定は、前方向予測誤差量及び後方向予
測誤差量の一方が他方より著しく大きい場合は予測誤差
量の小さいほうが的確に予測を行っていると考えられ、
誤差の小さいほうの片側予測モードを選び、両方の誤差
がほぼ等しい場合には過去及び未来の双方を用いる両方
向予測を選ぶように動作するので、最適な予測モードを
判断することができる。
【００２４】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の動画像符号化
装置の実施例を詳細に説明する。本発明と上述した従来
技術との違いは図９の９１１の動きベクトル検出／予測
モード判定部であり、本発明に従った動きベクトル検出
／予測モード判定部を図１に示す。
【００２５】図１において、１０１は前方向予測で過去
のフレームと現フレームの予測誤差量を計算し、予測誤
差量が最小となるベクトルをみつける前方向予測動きベ
クトル／予測誤差量検出部である。１０２は後方向予測
で未来のフレームと現フレームの予測誤差量を計算し、
予測誤差量が最小となるベクトルをみつける後方向予測
動きベクトル／予測誤差量検出部である。１０４は前方
向予測誤差量、後方向予測誤差量を比較し前方向予測、
後方向予測、両方向予測の中から最適の予測モードを選
択する比較器／モード選択部である。
【００２６】すなわち、本実施例においては、図１０の
従来例には必要だった両方向予測誤差量検出部００３が
不要になっている。従って、これにかわって前方向予測
誤差量と後方向予測誤差量から前方向、後方向、両方向
の予測モード選択を行う処理を比較器／モード選択部１
０４で行うことになる。
【００２７】図２のフローチャートに比較器／モード選
択部１０４の動作を示す。まず、図１の１０１からの前
方向予測誤差量、１０２からの後方向予測誤差量の最小
値を求め図２に示すように前方向予測誤差量と後方向予
測誤差量の差を取り、Ｄ＝前方向予測誤差量−後方向予
測誤差量差分値Ｄがあらかじめ定められたしきい値ＴＳ
１、ＴＳ２に対して、 Ｄ＜ＴＳ１ ならば前方向予測を選択し、 Ｄ＞ＴＳ２ ならば後方向予測を選択し、 ＴＳ１≦Ｄ≦ＴＳ２ ならば両方向予測を選択する。
【００２８】また、この他に図３で示したように前方向
予測誤差量と後方向予測誤差量の比を取り、 Ｒ＝前方向予測誤差量／後方向予測誤差量 比Ｒがあらかじめ定められたしきい値ＴＲ１、ＴＲ２に
対して、 Ｒ＜ＴＲ１ ならば前方向予測を選択し、 Ｒ＞ＴＲ２ ならば後方向予測を選択し、 ＴＲ１≦Ｒ≦ＴＲ２ ならば両方向予測を選択する方法もある。
【００２９】さらに、図４で示したように差分値と比の
両方を使って、 Ｄ＜ＴＳ１ かつ Ｒ＜ＴＲ１ ならば前方向予測を選択し、 Ｄ＞ＴＳ２ かつ Ｒ＞ＴＲ２ ならば後方向予測を選択し、ＴＳ１≦Ｄ≦ＴＳ２ ある
いは ＴＲ１≦Ｒ≦ＴＲ２ならば両方向予測を選択する
こともできる。
【００３０】ここで、ＴＳ１、ＴＳ２、ＴＲ１、ＴＲ２
は実験あるいは経験に基づいて定められたしきい値であ
る。一例として、ＴＳ１＝−１０００±１００，ＴＳ２
＝１０００±１００，ＴＲ１＝０．７±０．０５，ＴＲ
２＝１．３±０．０５のような値を選ぶことができる。
以上のことは、予測にフレーム予測のみを用いた場合だ
けでなく、フィールド予測のみを用いた場合にも同様に
適用することができる。上記のようなしきい値を用いる
ことによって視覚的に良好な画質を得ることができる。
【００３１】次に、フレーム予測とフィールド予測を適
応的に用いた場合について述べる。この場合は予測モー
ドは前方向フレーム、前方向フィールド、後方向フレー
ム、後方向フィールド、両方向フレーム、両方向フィー
ルドの６種類のモードがある。そのため、図１の１０
１、１０２はフレームモードとフィールドモードの２種
類を計算しなければならないため、フレームモードの
み、あるいはフィールドモードのみの場合と比べて２倍
の規模になる。
【００３２】図５は、フレーム／フィールド適応予測の
場合の動きベクトル検出／予測モード判定部である。５
０１はフレームを奇数フィールドと偶数フィールドに分
離する奇数／偶数フィールド分離部である。５０２は前
方向フレーム予測の動きベクトルと予測誤差量を計算す
る前方向フレーム予測動きベクトル／予測誤差量検出部
である。５０３は後方向フレーム予測の動きベクトルと
予測誤差量を計算する後方向フレーム予測動きベクトル
／予測誤差量検出部である。５０４は後方向フィールド
予測の動きベクトルと予測誤差量を計算する後方向フィ
ールド予測動きベクトル／予測誤差量検出部である。５
０５は前方向フィールド予測の動きベクトルと予測誤差
量を計算する前方向フィールド予測動きベクトル／予測
誤差量検出部である。
【００３３】ここで、フィールド予測誤差量とはフレー
ム予測の対象となるブロックと同一のブロックに対する
奇数フィールド予測誤差量と偶数フィールド予測誤差量
との和とする。５０６は前方向フレーム、前方向フィー
ルド、後方向フレーム、後方向フィールドの４つの予測
誤差量を比較して予測モードを決定する比較器／モード
選択部である。
【００３４】上記４つの出力誤差量から両方向を含めた
６種類の予測モードの中で最適モードを選択する方法を
以下に述べる。図６は、フレーム／フィールド適応予測
の場合のモード選択方法である。図５の５０２からの前
方向フレーム予測誤差量、５０５からの前方向フィール
ド予測誤差量、５０３からの後方向フレーム予測誤差
量、５０４からの後方向フィールド予測誤差量を使っ
て、前方向フレーム予測誤差量と後方向フレーム予測誤
差量の和と前方向フィールド予測誤差量と後方向フィー
ルド予測誤差量との和を比較し、小さいほうのモードを
選択する。フレーム（フィールド）予測誤差量の和が小
さければ、フレーム（フィールド）モードが選択された
ことにする。そして、フレーム（フィールド）モードが
選択されたら図２、図３、図４のフローチャートの処理
を各予測誤差量についてフレーム（フィールド）予測誤
差量を使って行う。
【００３５】また、図６のフレーム／フィールドモード
の判定にフレームモード、フィールドモードそれぞれの
和を用いずに、図７のように前方向フレーム、前方向フ
ィールド、後方向フレーム、後方向フィールドの中から
予測誤差量の最小のモード（フレーム／フィールド）を
選択する方法もある。
【００３６】図８は、最初に前方向、後方向、両方向予
測モードの選択を行い、ここで選ばれたモードに対して
フレームモードとフィールドモードを選ぶ方法である。
図５の５０２からの前方向フレーム予測誤差量、５０５
からの前方向フィールド予測誤差量、５０３からの後方
向フレーム予測誤差量、５０４からの後方向フィールド
予測誤差量を用いて、前方向、後方向、両方向予測モー
ドの選択を図２、図３、図４のフローチャートにしたが
って行う。
【００３７】このとき、前方向予測誤差量には前方向フ
レーム予測誤差量と前方向フィールド予測誤差量との和
を、後方向予測誤差量には後方向フレーム予測誤差量と
後方向フィールド予測誤差量との和を用いる。こうして
選ばれたモードに対し、フレーム予測誤差量とフィール
ド予測誤差量とを比較し小さいほうの予測モードを選択
する。ただし、両方向の場合には前方向フレーム予測誤
差量と後方向フレーム予測誤差量との和をフレーム予測
誤差量とし、前方向フィールド予測誤差量と後方向フィ
ールド予測誤差量との和をフィールド予測誤差量とす
る。
【００３８】以上の方法により、両方向予測誤差量検出
部を組み込むことなく、最適な予測モードを判断するこ
とができる。
【００３９】
【発明の効果】本発明の動画像符号化装置は、以上説明
したように構成されているので以下に記載されるような
効果をもつ。
【００４０】各フレームをブロックに分割し、ブロック
毎に前方向／後方向／両方向予測モードの中から最適な
モードを選択するときに、両方向予測誤差量を計算しな
いで前方向及び後方向予測誤差量のみを用いて最適モー
ドの選択を行うため、両方向予測誤差量を計算するため
の回路を削減し、回路規模を小さくすることができる。
また、両方向予測誤差量を計算しないため、処理に要す
る時間を短縮することができる。
【００４１】予測モードの選択に前方向予測誤差量、後
方向予測誤差量の差分値または比、あるいは差分値と比
の組み合わせを用いることによって、より正確に最適な
モードを選択することができる。またフィールド予測符
号化やフレーム／フィールド適応予測符号化に対しても
上記の効果が期待できる。
【００４２】フレーム／フィールド予測符号化に対して
は前方向／後方向／両方向予測モードの選択と、フレー
ム／フィールドの選択との２つに分離して行うことによ
って、前方向／後方向／両方向予測モードの選択につい
ては上記の方法を利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の動画像符号化装置における動きベクト
ル／予測モード判定部の一構成例を示すブロック図であ
る。
【図２】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作を示すフローチャートである。
【図４】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作を示すフローチャートである。
【図５】本発明の動画像符号化装置におけるフレーム／
フィールド適応予測の場合の動きベクトル／予測モード
判定部の一構成例を示すブロック図である。
【図６】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作の第１の例を示すフローチャートであ
る。
【図７】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作の第２の例を示すフローチャートであ
る。
【図８】本発明の動画像符号化装置における比較器／モ
ード選択部の動作を示すフローチャートである。
【図９】従来及び本発明の動画像符号化装置の一構成例
を示すブロック図である。
【図１０】従来の動画像符号化装置における動きベクト
ル／予測モード判定部の一構成例を示すブロック図であ
る。
【図１１】動画像シーケンスの説明図である。
【符号の説明】
１０１,００１ 前方向予測動きベクトル／予測誤差量
検出部 １０２,００２ 後方向予測動きベクトル／予測誤差量
検出部 ００３ 両方向予測誤差量検出部 １０４,００４ 比較器／モード選択部 ５０１ 奇数／偶数フィールド分離部 ５０２ 前方向フレーム予測動きベクトル／予測誤差量
検出部 ５０３ 後方向フレーム予測動きベクトル／予測誤差量
検出部 ５０４ 後方向フィールド予測動きベクトル／予測誤差
量検出部 ５０５ 前方向フィールド予測動きベクトル／予測誤差
量検出部 ５０６ 比較器／モード選択部 ９０１ フレームメモリ ９０２ 直交変換部 ９０３ 量子化器 ９０４ 可変長符号化部 ９０５ 符号バッファ ９０６ 逆量子化器 ９０７ 逆直交変換部 ９０８,９０９ フレームメモリ ９１０ 動き補償部 ９１１ 動きベクトル検出／予測モード判定部 ９１２ イントラ／インター判定部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 陽一 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (72)発明者 草尾 寛 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シャープ株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−227524（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−111012（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 動画像シーケンス中の過去或いは未来の
    画像情報を用いて、動きベクトルを利用して予測画像を
    生成し、前方向予測モード、後方向予測モード、両方向
    予測モードの内の一つを選択して動画像のデータ量を圧
    縮する動画像符号化装置において、 過去の画像情報から予測画像を作成し、現画像と予測画
    像との予測誤差量である第１の予測誤差量を求める前方
    向予測誤差検出部と、 未来の画像情報から予測画像を作成し、現画像と予測画
    像との予測誤差量である第２の予測誤差量を求める後方
    向予測誤差検出部と、 前記第１の予測誤差量および第２の予測誤差量に基づい
    て、予測モードを決定するモード選択部を備え、 前記モード選択部において、前記第１の予測誤差量と第
    ２の予測誤差量の一致度を示すパラメータ値を算出し、
    該パラメータ値が予め定められた上限値と下限値の間の
    値をとる場合には、予測モードとして、両方向予測を選
    択することを特徴とする動画像符号化装置。
  2. 【請求項２】前記モード選択部において、前記第１の予
    測誤差量と第２の予測誤差量との差分により一致度を示
    すパラメータ値を算出し、該パラメータ値が予め定めら
    れた上限値と下限値の間の値をとる場合には、予測モー
    ドとして、両方向予測を選択することを特徴とする請求
    項１に記載の動画像符号化装置。
  3. 【請求項３】前記モード選択部において、前記第１の予
    測誤差量と第２の予測誤差量との比により一致度を示す
    パラメータ値を算出し、該パラメータ値が予め定められ
    た上限値と下限値の間の値をとる場合には、予測モード
    として、両方向予測を選択することを特徴とする請求項
    １に記載の動画像符号化装置。
  4. 【請求項４】前記モード選択部において、前記第１の予
    測誤差量と第２の予測誤差量との差分により一致度を示
    す第１のパラメータ値と、前記第１の予測誤差量と第２
    の予測誤差量との比により一致度を示す第２のパラメー
    タ値をそれぞれ算出し、前記 第１及び第２のパラメータ
    値がそれぞれに予め定められた上限値と下限値の間の値
    を取るか否かを判断し、少なくとも一方がそれぞれに予
    め定められた上限値と下限値の間を取る場合には、予測
    モードとして、両方向予測を選択することを特徴とする
    請求項１に記載の動画像符号化装置。
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