JPH03143182A - 処理量適応型画像符号化方式 - 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】 〔概要〕 動画像信号の高能率符号化を行なう方式に関し、符号化
特性を低下させることなく、回路規模を縮小することが
できる画像符号化方式を提供することを目的とし、 入力信号から予測信号または動き補償予測信号を減算し
て得た予測誤差信号を量子化器において量子化またはベ
クトル量子化して量子化された予測誤差の信号を得、ま
たはさらに予測信号と量子化された予測誤差信号とを加
算して得た復号信号から予測器において動き補償予測し
て前記予測信号を得る画像信号の高能率符号化方式にお
いて、伝送速度または１画素当りの平均符号化ビット数
に応じて前記量子化器における探索パターン数および／
または前記予測器における探索ブロック数を適応的に変
化させる処理量切り替え手段を設けたことによって構成
される。

［産業上の利用分野］ 本発明は動画像信号の高能率符号化を行なう方式に係り
、特に伝送速度に応じて動き補償あるいはベクトル量子
化の演算！（マツチング回数）を適応的に切り替えるよ
うにした処理量適応型画像符号化方式に関するものであ
る。

動画像信号の高能率符号化においては、入力信号と、動
き補償を行って得られた予測信号とから得られた予測誤
差をベクトル量子化して、量子化された予測誤差の信号
を得るようにする。

この場合、符号化特性を低下させることなく、回路規模
を縮小できるようにすることが要望される。

〔従来の技術］ 第１０図は従来の動画像信号の高能率符号化装置の構成
を示したものである。

第１０図の装置は、次のようにして入力信号の符号化を
行う。

減算８工において、入力信号から予測信号を減算して、
予測誤差の信号を発生する。この予測誤差の信号は量子
化器２において量子化され、出力として量子化された予
測誤差の信号を発生する。

一方、加算器３において予測信号と量子化された予測誤
差の信号とを加算して、復号信号を発生する。予測器４
は、この復号信号に対してなんらかの方法による予測を
行って、上述の予測信号を発生する。

このような予測と量子化とを行うことによって、動画像
信号の符号化の際の圧縮率を向上することができる。

この場合の予測の方法としては、予測誤差を小さくする
ために、フレーム間予測に動き補償予測を組み合わせて
用いることが多い。

ここでフレーム間予測は、■フレーム前の画面すなわち
前画面の画素から、単純に現画面の対応する画素を予測
して予測信号を発生するものである。この場合画素ごと
でなく、画面をある適当な大きさ（例えば８画素×８ラ
イン）に分割したブロックごとに予測を行うようにして
もよい。

また動き補償予測は、画面をある大きさ（例えば８画素
×８ライン）のブロックに分割し、各ブロックについて
前画面中から予測誤差が最も少なくなるブロックを探索
して、予測信号を発生するものである。　動き補償予測
の方法は、時間の経過に応じて画面に動きがある場合、
予測誤差を小さくすることができるが、反面、探索対象
ブロック数に比例して予測のための処理量が増加する。

また量子化の方法としては、１画素ごとに量子化するス
カラー量子化の他に、複数画素（例えば４画素×４ライ
ン〕をまとめて量子化するベクトル量子化方式がよく用
いられる。

ベクトル量子化は、量子化される信号として現れる頻度
の高いパターンを複数個用意しておき、入力信号に最も
近いパターンを探索して、そのパターンの番号を示すイ
ンデックスにコード化することによって、量子化を行う
ものである。

ベクトル量子化の方法では、探索対象パターン数を増加
すれば、量子化の誤差を小さくすることができるが、反
面、探索対象パターン数に比例して量子化のための処理
量が増加する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ここで圧縮対象画像信号として、通常のＮＴＳＣ方式の
画像信号を考えるものとすると、毎秒３０枚の画面が入
力される。また圧縮された信号を送る伝送路として、６
４　Ｋ　ｂ　／　ｓのように伝送速度の遅いものから、
２　Ｍ　ｂ　／　ｓのようにある程度伝送速度の速いも
のまで接続できる装置を設計する場合を考えるものとす
る。

一般的には、高速伝送路を接続した場合には３０枚の画
面の全部を伝送することが可能であるが、伝送速度の低
下とともに伝送可能な画面数は徐々に減少する。

これに対して従来の設計法では、上述の動き補償予測ま
たはベクトル量子化で必要な探索処理を行うための回路
として、最大探索個数について処理できる規模のハード
ウェアを持たせるようにしていたので、回路規模が大き
くなることを避けられなかった。

また使用する伝送路の伝送速度が遅いときは、伝送でき
る画面数が少なくなるため、ハードウェアの有する処理
能力が無駄になるという問題があった。

本発明はこのような従来技術の課題を解決しようとする
ものであって、伝送速度または１画素当りの平均符号化
ビット数に応じて、処理量を適応的に切り替えて動画像
信号の符号化を行うことによって、符号化特性を低下さ
せることなく、回路規模を縮小することができる画像符
号化方式を提供することを目的としている。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は第１図にその原理的構成を示されるように、入
力信号から予測信号を減算して得た予測誤差信号を量子
化器２においてベクトル量子化して量子化された予測誤
差信号を得る画像信号の高能率符号化方式において、処
理量切り替え手段５を設けたものである。

この場合における処理量切り替え手段５は、伝送速度ま
たは１画素当りの平均符号化ビット数に応じて前記量子
化器２における探索パターン数を適応的に変化させるも
のである。

また本発明は、入力信号から予測器４の動き補償予測信
号を減算して得た予測誤差信号を量子化器２において量
子化する画像信号の高能率符号化方式において、処理量
切り替え手段５を設けたものである。

この場合における処理量切り替え手段５は、伝送速度ま
たは１画素当りの平均符号化ビット数に応じて前記予測
器４における探索ブロック数を適応的に変化させるもの
である。

さらに本発明は、入力信号から予測信号を減算して得た
予測誤差信号を量子化器２においてベクトル量子化して
量子化された予測誤差の信号を得るとともに、前記予測
信号と量子化された予測誤差信号とを加算して得た復号
信号から予測器４において動き補償予測して前記予測信
号を得る画像信号の高能率符号化方式において、処理量
切り替え手段５を設けたものである。

この場合における処理量切り替え手段５は、伝送速度ま
たは１画素当りの平均符号化ビット数に応じて前記量子
化器２における探索パターン数および前記予測器４にお
ける探索ブロック数を適応的に変化させるものである。

〔作用〕

第１の発明においては、減算器１において、入力信号か
ら予測信号を減算して予測誤差の信号を得る。この信号
を量子化器２においてベクトル量子化することによって
、量子化された予測誤差信号を得る。

この際、処理量切り替え手段５において、伝送速度また
は１画素当りの平均符号化ビット数に応じて量子化器２
における探索パターン数を適応的に変化させる。

第２の発明においては、減算器１において、入力信号か
ら予測器４の動き補償予測信号を減算して予測誤差の信
号を得る。この信号を量子化器２において量子化するこ
とによって、量子化された予測誤差の信号を得る。

この際、処理量切り替え手段５において、伝送速度また
は１画素当りの平均符号化ビット数に応じて予測器４に
おける探索ブロック数を適応的に変化させる。

第３の発明は第１および第２の発明を組み合わせたもの
であって、減算器１において、入力信号から予測信号を
減算して予測誤差の信号を得る。

この信号を量子化器２においてベクトル量子化すること
によって、量子化された予測誤差信号を得る。一方、加
算器３において、予測信号と量子化された予測誤差の信
号とを加算して復号信号を得る。予測器４では、この復
号信号を用いて動き補償予測を行って、上述の予測信号
を得る。

この際、処理量切り替え手段５において、伝送速度また
は１画素当りの平均符号化ビット数に応じて量子化器２
における探索パターン数および予測器４における探索ブ
ロック数を適応的に変化させる。

このように量子化器がベクトル量子化器であれば、予測
器がどのようなものであっても、第■の発明のように処
理量切り替え手段５を設けて、処理量を適応的に制御す
ることが可能である。

また予測器が動き補償を行うものであれば、量子化器が
どのようなものであっても、第２の発明のように処理量
切り替え手段５を設けて、処理量を適応的に制御するこ
とが可能である。

さらに第１の発明と第２の発明とを組み合わせて第３の
発明のようにしても、同様に処理量切り替え手段５を設
けて、処理量を適応的に制御することが可能である。

第２図は伝送速度と画質との関係を示す図であって、動
き検出の探索ブロック数をパラメータとして、一般的に
示したものである。

第２図に示されるように、探索ブロック数が多いときは
伝送速度が低下しても画質の低下は少ないが、探索ブロ
ック数が少ない時は伝送速度の低下に伴う画質の低下が
大きくなる。

すなわち伝送速度が低いときは、１画素に割り当てられ
る平均符号化ビット数が少ないため、探索ブロック数を
多くして予測誤差が少しでも減少するようにすることの
効果が大きい。

これに対して、伝送速度が高くなったときは、１画素に
割り当てられる平均符号化ビット数が増加するため、探
索ブロック数が少なくなって最適な予測ができなくなり
予測誤差が増加したとしても、画質はあまり低下しない
。

第３図は伝送速度と伝送画面数との関係を示したもので
ある。伝送画面数は、単純に伝送速度に比例するという
わけではないが、一般的には、第３図に示すように、伝
送速度が上がるにつれて増加する。

すなわち、伝送速度が低いときは、探索ブロック数を多
くすることによる画質向上効果が大きいが、伝送画面数
は少ない。一方、伝送速度が上がるにつれて伝送画面数
は増加するが、探索ブロック数を少なくしても画質への
影響は小さい。

そこで、伝送速度あるいは１画素に割り当てられる平均
符号化ビット数に応じて探索ブロック数を適応的に変え
れば、回路規模が大きくなったり、使用する伝送路の伝
送速度が遅いとき、ハードウェアの有する処理能力が無
駄になるという従来技術の問題点を解決することができ
る。

このような考え方は、ベクトル量子化についても適用す
ることができる。

第４図は量子化を２段階に行うベクトル量子化方法を示
したものである。

第４図において、１１はベクトル量子化を行う第１の量
子化器であって、入力信号である予測誤差をベクトル量
子化して、量子化結果を示す量子化インデンクス、すな
わち、もっとも近いパターンの番号を出力するとともに
、量子化された予測誤差を出力する。減算器１２におい
て、入力信号すなわち予測誤差とこの量子化予測誤差と
の差分を求め、この差分を第２の量子化器に加えてさら
に量子化する。

ベクトル量子化についても、第４図に示すように、入力
信号（予測誤差）と量子化器出力との差分をさらに量子
化する第２の量子化器がベクトル量子化器の後に設けら
れている場合には、第１の量子化器の性能は、伝送速度
が上がるにつれて大きくは影響しなくなる。従って、動
き補償予測の場合と同様に、探索パターン数を減らすこ
とができる。

［実施例〕 第５図は本発明の一実施例を示したものであって、５は
本発明の予測器または量子化器を示し、動き補償予測を
行う予測器またはベクトル量子化を行う量子化器であっ
て、伝送速度を表す信号を入力することによって、伝送
速度に応じて動き補償予測を行う場合の探索ブロック数
、またはベクトル量子化を行う場合の探索パターン数を
決定する機能を有するものである。なお伝送速度に代え
て、１画素当たりの平均符号化ビット数を表す信号を用
いてもよい。

従ってこのような予測器または量子化器５を備えた、本
発明の動画像信号の高能率符号化装置においては、伝送
速度または１画素当たりの平均符号化ビット数に応じて
、処理量を適応的に切り替えて動画像信号の符号化を行
うことができるので、符号化特性を低下させることなく
、回路規模を縮小することができる。また使用する伝送
路の伝送速度が遅いときでも、ハードウェアの有する処
理能力が無駄になることがない。

第６図（ａ）、　（ｂ）ないし第８図は、第５図に示さ
れた本発明の予測器における動き補償を、ソフトウェア
で実行する場合を説明したものである。

第６図（ａ）、（ハ）は、動き補償を概念的に説明する
ための図であって、（ａ）は現画面を示し、０）は予測
画面である。

動き補償は第６図（ａ）に示されるような現画面上のブ
ロックｉについて、第６図（ｂ）に示す予測画面（例え
ばフレーム間予測のときは前画面）上のブロックｊ　ｌ
＋　ｊ　Ｚ＋’−’＋Ｌとマツチング演算を行い、評価
法で決まる誤差が最も小さいブロックを検出する処理で
ある。

ここで、評価法の一例として、差分絶対値和を求める方
法が挙げられる。差分絶対値和法は、ブロックｉ内のデ
ータ（画素値）をｄ、（ｋ＝１〜ｍｍはブロック内の画
素数）とし、ブロックｊ、内のデータをｄ、’（ｋ＝　
１％ｍ）としたときのブロックｊ、の評価値Ｓ、を次式
によって求めたとき 評価値Ｓ、が最少となるｊ　Ｌが最適予測ブロックとな
る。

ブロックｊ、を表すのに、ブロックｉからの位置のずれ
を示すベクトル■、を用い、複数の検出対象ベクトルを
リストとして記憶しておく。

第７図はベクトルリストの一例を示したものである。

第８図は最適予測ブロックを示すベクトルを求める処理
のフローチャートである。本例においては、ブロックｉ
の処理に先立って、伝送速度または１画素当たりの平均
符号化ビット数等から、いくつのベクトルを処理対象と
して検出処理を行うかを決定するアルゴリズムが行われ
る。

第８図においては、伝送レートがｒｌより大きいときは
、処理対象ベクトル数Ｌ＝１とし、伝送レートがｒ２よ
り大きいときは、処理対象ベクトル数Ｌ＝５とし、伝送
レートがｒｎより大きいときは、処理対象ベクトル数Ｌ
＝１０とし、伝送レートがｒｎより大きくないときは、
処理対象ベクトル数Ｌ−／！　＜１は第７図のベクトル
リストにある全ベクトル数）とする。ここでｒｌ、ｒ２
．・ｒｎは伝送レートを区分（領域分け）する際におけ
るしきい値（境界値）である。またこの場合におけるＬ
の値（１，５，１０）は−例を示している。

次にｊ＝１．Ｓ＝最大値としてベクトルＶｊの評価値Ｓ
ｊを計算する。そして求められた評価値Ｓｊがこれまで
の最小値Ｓより小さいときは、最小値をＳｊに更新し、
同時に対応するベクトル（またはインデックス）ｖｊを
記憶する。このような演算を最初に決めたベクトル数り
だけ行ったとき処理を終了して、■に最適予測ブロック
を示すベクトルを得る。

最適予測ブロックを示すベクトルを求める処理は、ソフ
トウェアでなくハードウェアによっても行うことができ
る。

第９図は、最適予測ブロックを示すベクトルを求めるハ
ードウェア構成を示す図である。

２１はリードオンリメモリ（ＲＯＭ）であって、第７図
に示されたようなベクトルリストを記憶している。２２
は評価値計算回路であって、ＲＯＭ２１から読み出され
るベクトルに対応して、現画面上のブロックｉに対する
予測画面のブロックＪＬ　の評価値ＳＬを（１）式によ
って演算する。２３はカウンタであって、ＲＯＭ２１か
ら読み出されるベクトルを指示する。２４は比較器であ
って、カウンタ２３の指示値と演算すべきベクトル数の
最大値とを比較する。

予測画面の各ブロックの処理開始時に、カウンタ２３を
クリアして、ＲＯＭ２１から最初のベクトルを出力する
。評価値計算回路２２における１ベクトルの演算終了ご
とに、インクリメント信号を発生して、カウンタ２３を
インクリメント（＋１）Ｌながら処理を繰り返す。カウ
ンタ２３からのベクトル数が伝送速度または１画素当り
の平均符号化ビット数等から決められた最大値（対象ブ
ロック数）に達したことを比較器２４で検出し、最大値
に達したとき終了信号を出力して処理を終了する。

この間に求められた、評価値計算回路２２における演算
結果の評価値Ｓ、が最小となる最適予測プロ・ツクに対
応して、最適ベクトルが求められる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明の処理量適応型画像信号符
号化方式によれば、伝送速度または１画素当たりの平均
符号化ビット数に応じて、処理量を適応的に切り替えて
動画像信号の符号化を行うようにしたので、符号化特性
を低下させることなく、回路規模を縮小することができ
るようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理的構成を示す図、第２図は伝送速
度と画質との関係を示す図、第３図は伝送速度と伝送画
面数との関係を示す図、第４図は量子化を２段階に行う
ベクトル量子化方法を示す図、第５図は本発明の一実施
例を示す図、第６図（ａ）、　（ｂ）は、動き補償を概
念的に説明するための図、第７図はベクトルリストの一
例を示す図、第８図は最適予測ブロックを示すベクトル
を求める処理のフローチャート、第９図は最適予測ブロ
ックを示すベクトルを求めるハードウェア構成を示す図
、第１０図は従来の動画像信号の高能率符号化装置の構
成を示す図である。 ２は量子化器、４は予測器、５は処理量切り替え手段で
ある。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力信号から予測信号を減算して得た予測誤差信
   号を量子化器（２）においてベクトル量子化して量子化
   された予測誤差信号を得る画像信号の高能率符号化方式
   において、伝送速度または１画素当りの平均符号化ビッ
   ト数に応じて前記量子化器（２）における探索パターン
   数を適応的に変化させる処理量切り替え手段（５）を設
   けたことを特徴とする処理量適応型画像符号化方式。
2. （２）入力信号から予測器（４）の動き補償予測信号を
   減算して得た予測誤差信号を量子化器（２）において量
   子化する画像信号の高能率符号化方式において、伝送速
   度または１画素当りの平均符号化ビット数に応じて前記
   予測器（４）における探索ブロック数を適応的に変化さ
   せる処理量切り替え手段（５）を設けたことを特徴とす
   る処理量適応型画像符号化方式。
3. （３）入力信号から予測信号を減算して得た予測誤差信
   号を量子化器（２）においてベクトル量子化して量子化
   された予測誤差の信号を得るとともに、前記予測信号と
   量子化された予測誤差信号とを加算して得た復号信号か
   ら予測器（４）において動き補償予測して前記予測信号
   を得る画像信号の高能率符号化方式において、 伝送速度または１画素当りの平均符号化ビット数に応じ
   て前記量子化器（２）における探索パターン数および前
   記予測器（４）における探索ブロック数を適応的に変化
   させる処理量切り替え手段（５）を設けたことを特徴と
   する処理量適応型画像符号化方式。