JPH0313090A - 映像信号の高能率符号化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は予測符号化が効率良く行える映像信号の高能率
符号化方法に関する。

従来の技術 映像信号の高能率符号化方法の一つに予測符号化がある
。

これは過去の画素の値より現在の画素の値を予測し　こ
の予測値と実際値との誤差を求へ　この予測誤差を符号
化する方法である。この胤　画素間の相関が高く、差分
信号が小さな値となる映像信号の統計的性質を利用して
、対数圧縮などの非線形量子化を行なうことにより映像
信号の冗長さを削減し　伝送または記録する情報量を抑
えることができる。予測値の求め方にｃヨ　　直前の画
素を用いる前値予測も　直前の画素に加えて前走査線上
の画素を用いる２次元予測などがある。

従来の前値予測における符号器の構成を第８図（ａ）に
　復号器の構成を第８図（ｂ）に示す。

第８図（ａ）において、　１は映像信号の入力端子、２
は局部復号回路であって、過去の予測符号化された符号
語から入力端子１よりの入力信号に対する予測値を導く
ものである。　３は減算回路であって、入力信号から前
記予測値を減じて予測誤差として出力する。４は前記予
測誤差を映像信号の統計的性質を利用して圧縮する非線
形量子化回路（Ｑ）であって、予測符号化出力として出
力端子５へ送るとともに前記局部復号回路２へも導くも
のである。

前記局部復号回路２の構成は同図（ｂ）の復号器の構成
と同等であるので、各構成要素には同じ番号を付して同
図（ｂ）を用いて説明すも　復号器入力端子１０より得
た符号語ζよ　前記非線形量子化回路４の逆特性をもつ
代表値設定回路（Ｑ−’）６によって伸長されて予測誤
差を再現する。７は加算回路であって、復号器出力端子
１１に出力される復号信号を１画素分の遅延回路８と予
測計数を乗じる乗算回路９によって算出した予測値を、
前記代表値設定回路６の出力に加えて復号信号として復
号器出力端子１１に送る。

な叙　前記非線形量子化回路４および代表値設定回路６
の量子化特性の一例を第９図に示も　同図において、横
軸の入力は非線形量子化回路４の入力レベルを示すもの
で、かつ代表値設定回路６の出力レベルも表わしている
。また縦軸の出力は非線形量子化回路４の出力レベルを
示すもので、かつ代表値設定回路６の入力レベルをも表
わしていも　同図より横軸入力レベルが小なる時は密鳳
大なるほど粗くなるように非線形圧縮伸長する。

第１０図（友　従来の予測方向を示すためのサンプリン
グパターン図である。図において○限　・印は画素を、
破線は走査方向をそれぞれ表わす。

予測方向に（表　図に示すような走査線に沿った方向が
一般的に用いられも　ま１．　　画面をいくつかのブロ
ックに分割する方法も用いられも　これらの従来の方法
において予測方向は　走査線方向など一定の方向に固定
されてい九 な抵　予測符号化に際して問題となるものに誤り伝播が
ある。上記従来例で（よ　符号器（ａ）内に復号器（ｂ
）と同等の局部復号回路２を設けて量子化誤差を低減さ
せ、また伝送誤りに対しては予測計数乗算回路９を設け
ることにより伝播期間を抑えていも 発明が解決しようとする課題 しかしな均くら、主に走査線方向に予測してい〈従来の
方法で（よ　走査線方向に変化の大きい場合、例えば縦
線や斜め線が連続する場合などで予測誤差の大きい部分
が頻繁に発生する。

大きな予測誤差に対して対数圧縮などの非線形量子化を
行なうと、量子化雑音も大きくなり、復号時に勾配過負
荷やエツジビジネス等の発生　解像度の低下などの劣化
が起きる可能性があも　例えば第１０図に示すような映
像信号の変化において、Ｏ印を値の大きい画点　・印を
値の小さい画素とす−ると、○印同士、・印同士の間で
は予測誤差は小さく、このため復号時の劣化も小さい。

しかし〇−・間（またはその逆）では予測誤差は大きく
、非線形量子化により量子化雑音も大きく、復号時の劣
化も大きくなるという問題を有していた また　勾配過負荷やエツジビジネス等の要因となる予測
誤差の大きい部分と視覚的に非常に影響のある精細な予
測誤差の小さい部分との符号語の割当てを、一意的な量
子化特性により処理するのが困難であるたべ　精細部分
での画質や符号化による圧縮効率が向上しないという課
題も有していた。

本発明はかかる点に鑑へ　予測誤差あるいは量子化雑音
の大きい部分を減少させ、かつ予測誤差の小さい部分は
より精細に再現させ、量子化雑音による復号時の劣化が
小さな映像信号の高能率符号化方法を提供することを目
的とする。

課題を解決するための手段 本発明の映像信号の高能率符号化方法ζよ　平行四辺形
のブロックにより画面を分割し　各ブロック内を予測符
号化する際へ　各ブロック内の予測方向を数種類用意し
　それぞれの予測方向に対して隣接する画素間差分の振
幅に応じて予測方向を選択し予測符号化することを特徴
とすもまた本発明ζ友　予測符号化に対する量子化特性
を、粗さに応じて数種類用意し　各ブロック仏または複
数ブロック期間にわたった前記画素間差分に応じて量子
化特性がより密になるように選択し予測符号化すること
も特徴としている。

作　　　用 本発明によれば　前記した方法により、それぞれのブロ
ックに対して、予測誤差あるいは量子化雑音の累積値の
最も少ない方向に予測方向を割当てることができ、また
さらには予測誤差あるいは量子化雑音の累積値の最も少
ない量子化特性を割当てることが容易となる。

実施例 第１図（ａ）（ｂ）ＬＬ、　　本発明の第１の実施例に
おける映像信号の高能率符号化方法を説明するための符
号器　復号器の構成図である。

同図（ａ）は本実施例の符号器の構成図であり、１２は
２次元的にブロック化された映像信号の入力端子、　１
３はブロック内画素を数種類の方向に沿って１次元的に
並べかえる予測方向割当回路であって、本実施例では４
方向に割当てる。　１４は予測方向割当回路１３より得
る各４方向の画素列に対して隣接する画素間の差分振幅
より最適予測方向を判定する差分振幅検出回路　１５は
スイッチであって、予測方向割当回路１３より得る各４
方向から１方向の画素列を選択して出力する。減算回路
１６、非線形量子化回路（Ｑ）１７、局部復号回路１８
１Ｌ　　前記従来例の第８図（ａ）符号器の構成と同等
で予測符号化する。　１９は符号語出力端子、　２０は
前記差分振幅検出回路１４よりの検出信号を出力する検
出信号出力端子である。

第１図（ｂ）は本実施例の復号器の構成図であり、　２
１は符号語の入力端子、　１８は復号回路であって、同
図（ａ）の符号器の局部復号回路１８と同等であるので
同じ番号を付しである。この復号回路１８は代表値設定
回路２２、加算回路２３、遅延回路２４、及び乗算回路
２５で構成され前述従来例の第８図（ｂ）の復号器の構
成と同等である。２６は復号方向切換回路であって、検
出信号入力端子２７より得た検出信号によって２次元的
に画素を並べかえるもので、出力端子２８へ出力して符
号器出力とする。

以上のような構成において、その動作を、第２図のブロ
ック内の予測方向と映像信号の変化との関係を示すため
のサンプリングパターン図を用いて説明する。

同図において○Ｅｌｌ、　　・印はそれぞれ値の大きい
画素及び値の小さい画素を、破線は予測方向をそれぞれ
表わ机　本実施例でζ戴　縦８画素Ｘ横８画素を１ブロ
ック単位として画面を分割し　予測方向を４方向（それ
ぞれ上下（Ｖ）方向　左右（ｈ）方向　右上左下（−ｒ
）方向　左上右下（＋）方向とする）用意する。予測方
向割当回路１３ζよ　これら４予測方向に沿って１次元
的に画素を並べかえる。

次に差分振幅検出回路１４の動作を説明する。

第２図に示す縦線例（横方向に映像信号の変化が激しい
例）について考えると、Ｏ−・間（またはその逆）の予
測誤差が大きく、復号時の劣化はこの部分に集中すると
予想される。この時、前記４予測方向に沿った画素列に
対して○−・（またはその逆）の出現頻度（上　上下（
ｖ）方向に対して最も少なく、この方向の予測誤差が最
小になると考えられる。Ｏ−・（またはその逆）の出現
は画素間差分の振幅を得ることで検出できも　検出方法
としてζよ　差分振幅の平均や頻度分布などで容易に得
ることができる。

以上のように本実施例で（戴　予測符号化における予測
方向を選択して予測誤差を小さくするように動作するの
で量子化雑音、復号時の劣化を抑えることができる。さ
ら鳳　予測方向判定に【よ　符号化前の画素列から導い
ているので、後段の符号化部（減算回路Ｉ６、非線形量
子化回路１７、局部符号化回路１８で構成）が一系統で
よく、構成が簡単である。

第３図（ａ）（ｂ）！；Ｌ　　本発明の第２の実施例に
おける映像信号の高能率符号化方法を説明するための符
号器　復号器の構成図であ４ 同図（ａ）は本実施例の符号器の構成図であり、入力端
子１２、予測方向割当回路１３、スイッチ１５、減算回
路１６、及び符号語出力端子１９（よ第１図の第１の実
施例と同等であるので同番号を付しである。異なるのは
差分振幅検出回路２９の動作であって、第、１の実施例
と同様機能である最適予測方向を判定して検出信号をス
イッチ１５に送るととも番ｑ　画素間の差分振幅より最
適量子化特性を判定し　後段のスイッチ３１にその検出
信号を送るものである。スウィッチ３１は差分振幅検出
回路２９からの量子化特性判定の検出信号によって、非
線形量子化回路３０が持つ異なった種類の量子化特性（
本実施例では４種類）の内からひとつを選択して、符号
語出力端子１９及び局部復号回路３２に送る。また　検
出信号出力端子３３からは予測方向判定とともに量子化
特性判定のための検出信号が出力される。

同図（ｂ）の復号器構成において（友　同図（ａ）の符
号器内の局部復号回路３２と同等の復号回路３２を構成
しており、前記非線形量子化回路３０の４種類の量子化
特性に対応した４種類の逆特性を持った代表値設定回路
３４と、検出信号入力端子３６より得た検出信号の内か
ら量子化特性判定のための検出信号により代表値設定回
路３４の４種類の量子化特性からひとつを選択して後段
の加算回路２３に送るものである。その他（よ　第１の
実施例と同等で、予測方向判定の検出信号により復号方
向切換回路２６は元の２次元配列に復号化画素を並べか
える。

以上のような構成の本実施例の動作を説明すも予測方向
の最適化の動作は第１の実施例と同じく、第２図に示す
４種類の予測方向か収　画素間差分振幅とその頻度に応
じて一予測方向を選択する。

次に量子化特性の最適化について説明すも　非線形量子
化回路３０及び代表値設定回路３４の持つ４種類の量子
化特性の例を第４図に示す。同図のＱ１〜Ｑ４は非線形
量子化回路３０の４種類の量子化特性（同時に代表値設
定回路３４の４種類の量子化特性でもある）を表わして
おり、Ｄ１〜Ｄ４は差分振幅検出回路２９によって判定
される予測誤差振幅の基準値であも　実際には画素間差
分の最大振幅前後の値がＤｉ−Ｄ４のどの範囲にある力
＼　例えばＤＩ以下であれば量子化特性Ｑ１を、またＤ
ｌからＤ２であれば量子化特性Ｑ２を判定するようにす
る。以上のようにすれ（戴　予測誤差のレベルに応じて
必要な範囲だけを同じ符号長で符号語を割当てるように
量子化特性の最適化ができも 以上説明したよう置　本実施例で（瓜　予測符号化にお
ける予測方向を選択して予測誤差を小さくするように動
作して量子化雑音、復号時の劣化を抑えるだけでなく、
微小な予測誤差をもつ領域においての符号割当てを量子
化特性切換えで最適化して、視覚的に影響のある精細部
分での量子化誤差をより有効に低減できる。

第５図（ａ）（ｂ）？、ｔ　　本発明の第３の実施例に
おける映像信号の高能率符号化方法を説明するための符
号器　復号器の構成図である。

同図（ａ）は本実施例の符号器の構成図であり、３７は
ブロック間制御同格　３８は遅延同区　３９は非線形量
子化回路であって、その他の構成要素は第３図の第２の
実施例と同等であるので同番号を付しである。また同図
（ｂ）は本実施例の復号器の構成図であり、　４０は代
表値設定回路であって、その他の構成要素は符号器（ａ
）と同様で第３図の第２の実施例と同等であるので同番
号を付しである。

以下本実施例について、その動作を説明する。

ま哄　非線形量子化回路３９ζよ　符号長の異なる数種
類（本実施例では４種類）の量子化特性を有しており、
また代表値設定回路４（Ｈ：ｔ、　　非線形量子化回路
３９のもつ各量子化特性と逆特性を有している。次にブ
ロック間制御回路３７（友　差分振幅検出回路２９から
得た量子化判定のための検出信号を、複数ブロック期間
記憶し　その期間内で各ブロックに対して、前記非線形
量子化回路３９の有する量子化特性の内から最も適した
符号長の量子化特性を選択するように量子化判定し直す
ものである。遅延回路３８ζよ　このブロック間制御回
路３７の判定決定期間だけ画素データを遅延させるもの
であも ブロック間制御回路３７の量子化判定制御の動作を、第
６図の非線形量子化回路３９　（及び代表値設定回路４
０）の非線形量子化特性例を用いて説明する。

予測誤差の振幅が小さい場合（例えば同図Ｄ１以下）、
密なる量子化特性への割当てが可能となる一人　割当て
られる符号数をも少なくてよ（℃そのた八　予測誤差振
幅が小さいほど符号長を小さくできる。同図で！ＬＤ１
以下の振幅で符号長Ｌ１までで表現できる符号Ｊ吾割当
て、Ｄ４までの振幅が必要であれば符号長Ｌ４で表現で
きる符号語を割当てるようにすム そのためには　前記ブロック間制御回路３７４戴複数ブ
ロック期間における符号長がある一定長を越えないよう
に量子化判定を制御すム　制御方法としては　例え１′
Ｌ　　前記差分振幅検出回路２９によって量子化特性Ｑ
４の判定されたブロックに対して量子化特性Ｑ３と判定
し直す力＼　また量子化特性Ｑ３の判定されたブロック
に対して量子化特性Ｑ２と判定し直すようにすればより
〜以上のように符号語割当てを行なえば　ブロック毎に
符号長の異なる可変長符号化になる。よって、符号語数
に対して符号長が小さ八　つまり圧縮効率のよい符号割
当てができる。

第７図に非線形量子化回路３９　（及び代表値設定回路
４０）の非線形量子化特性の他の例を示九本図例の場合
、量子化特性としては一特性である。

量子化判定の検出信号に応じて、振幅がＤ１〜Ｄ４とな
る時にそれぞれ符号長をＬ１〜Ｌ４に割り当ても　よっ
て本図例で（友　非線形量子化回路３９（及び代表値設
定回路４０）ζ友　実際には第５図のように四特性分を
設ける必要はなく、第７図のＱ４の一特性分のみ設けて
、スイッチ３１において符号長を削ればよ（〜　すなわ
板　ＲＯＭ（読出し専用メモリ）などで実現される非線
形量子化回路３９　（及び代表値設定回路４０）の回路
規模が少なくてよい。

以上説明したよう艮　本実施例で（よ　予測符号化にお
ける予測方向を選択して予測誤差を小さくするように動
作して量子化雑音、復号時の劣化を抑えるだけでなく、
予測誤差レベルに適した符号長の符号割当てを行なって
、効率のよい映像信号の圧縮ができる。

発明の詳細 な説明したよう＆へ　本発明によれば　数種類の予測方
向の内からそれぞれのブロックに対して予測誤差あるい
は量子化雑音の最も少ない予測方向を割当てることによ
って、最も予測符号化による復号時の劣化の少ない符号
化を効率的に行なうことができる。

また　符号割当てを量子化特性切換えで最適化すること
により、視覚的に影響のある精細部分での画質向上　可
変長の符号化による圧縮効率向上ができて実用的効果が
犬きｌ、％

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ＞（ｂ）は本発明の第１の実施例における映
像信号の高能率符号化方法に用いた符号器及び復号器の
構成は　第２図は同実施例における予測方向を示すサン
プリングパターン皿　第３図（ａ）（ｂ）は本発明の第
２の実施例における映像信号の高能率符号化方法に用い
た符号器及仏復号器の構成は　第４図は同実施例におけ
る非線形量子化回路の特性医　第５図（ａ）（ｂ）は本
発明の第３の実施例における映像信号の高能率符号化方
法に用いた符号器及び復号器の構成医　第６図及び第７
図は同実施例における非線形量子化回路の特性は　第８
図（ａ）（ｂ）は従来例に用いられる符号器及び復号器
の構成医　第９図は従来例における非線形量子化回路の
特性医　第１０図は従来例における予測方向を示すサン
プリングパターン図である。 １３、、、予測方向割当同区　１４、２９．、、差分振
幅検出同区 ９１０．非線形景子化 同区 ０１０１代表値設定回應 ９１．復号方向切換同区 ７１１．ブロック間制御回

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）平行四辺形のブロックにより画面を分割し、各ブ
   ロック内を予測符号化する際に、各ブロック内の予測方
   向を数種類用意し、それぞれの予測方向に対して隣接す
   る画素間差分の振幅に応じて一予測方向を選択し予測符
   号化することを特徴とする映像信号の高能率符号化方法
   。
2. （２）平行四辺形のブロックにより画面を分割し、各ブ
   ロック内を予測符号化する際に、各ブロック内の予測方
   向を数種類と予測符号化に対する量子化特性を粗さに応
   じて数種類用意し、それぞれの予測方向に対して隣接す
   る画素間差分の振幅に応じて一予測方向と一量子化特性
   とを選択し予測符号化することを特徴とする映像信号の
   高能率符号化方法。
3. （３）平行四辺形のブロックにより画面を分割し、各ブ
   ロック内を予測符号化する際に、各ブロック内の予測方
   向を数種類と予測符号化に対する量子化特性を粗さに応
   じて数種類用意し、それぞれの予測方向に対して隣接す
   る画素間差分の振幅に応じて一予測方向を選択するとと
   もに、前記振幅を複数ブロック期間蓄積して各ブロック
   に対する量子化特性がより密になるように一量子化特性
   を選択し予測符号化することを特徴とする映像信号の高
   能率符号化方法。