JPH046313B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は多値画像信号の予測符号化する装
置、特に複数の予測方式を用いる予測符号化装置
に関する。

テレビジヨン信号などに代表される多値画像信
号の予測において、(1)−予測方式を固定的に用い
る場合のほかに、(2)複数個の予測方式を固定的に
組合せて用いる場合、(3)複数個の予測を画面の性
質に応じて適応的に切り換えて用いる場合など各
種の工夫が考えられている。この(3)の適応的に予
測方式を切り換えて予測を行なう適応型予測方式
の中にも複数画素単位でブロツクを構成し、その
ブロツク単位で最適な予測方式を検出し、用いた
最適な予測方式を示す情報とその時の予測誤差と
を一緒に伝送する方法と、すでに符号化済みの画
素のみを用いて画像信号の局所的性質を調べてつ
ぎの画素に対する最適予測方式を推定する方法と
がある。後者の場合には受信側でも同様の推定が
可能なために使用した予測方式を示す情報を伝送
する必要がなく、それだけ通常回路構成が簡単で
ある。この発明はこの後者の場合に属する。

最適予測方式の推定において予測誤差振幅と判
定しきい値との比較を用いる方法が考えられてい
る。すなわちある予測方式による予測誤差信号値
（以下絶対値とする）が一定量、即ち判定しきい
値以上であれば現在用いている予測方式は最適で
はないと見なしつぎの画素時刻では予め定められ
た順序に従つて他の予測方式を選択し、また逆に
予測誤差信号が判定しきい値以下であれば現在用
いている予測方式は最適であると見なし、その予
測方式をさらに継続して使用するアルゴリズムで
ある。しかし、このアルゴリズムにおいては全て
あるいは現在用いている予測方式を含めていくつ
かの予測方式について予測誤差信号値が判定しき
い値以下であれば、例え現在の予測方式が最適で
なくてもその予測方式が継続して使用されるため
に必ずしも最大の符号化能率が実現されないとい
う欠点がある。

この欠点を克服するために、この発明では各画
素時刻で最適予測方式の推定及び予測符号化が終
了する毎に少なくとも真の最適予測方式を検出し
これを記憶しておき、後の最適予測方式の推定に
利用する。すなわちこの発明は符号化済みの画素
に対応する最適予測方式の空間的分布状態を考慮
に入れてつぎの画素時刻における最適予測方式を
推定することによりその推定の精度を上げ、ひい
ては予測符号化能率の向上を実現することを目的
とする。

この発明による多値画像信号の予測符号化装置
においては、各局部復号された多値画像信号から
予測手段で異なる予測方式により複数個の予測信
号が発生される。これら複数個の予測信号のうち
の一つが選択手段により選択される。その選択さ
れた予測信号を用いて入力された多値画像信号の
予測誤差信号が作られ、その予測誤差信号が量子
化されて出力される。この量子化された予測誤差
符号と前記選択された予測信号とから局部復号化
され、その局部復号された多値画像信号と前記複
数個の予測信号とがそれぞれ判定手段で比較さ
れ、その結果により複数個の予測信号を与えた各
予測方式についてその適性を示す順位付けが行な
われる。その順位の一部または全部は複数の画素
時刻にわたつて記憶回路に記憶される。その記憶
されている順位と前記予測誤差信号とを用いて前
記選択手段を制御して最適予測方式の予測信号が
選択される。このようにして多値画像信号に対し
て高い予測符号化能率が実現される。

つぎにこの発明による予測符号化装置の原理を
説明する。簡単のため用いる予測方式は２種類と
する。したがつてこの時にはより有利な方式は最
適予測方式となる。

画素時刻ｉ−２からｉ＋３までの間における各
画素時刻での予測方式（）を用いた場合の予測
誤差が第１図Ａに示すようにそれぞれ６，４，
５，４，３，２となり、予測方式（）を用いた
場合の予測誤差が第１図Ｂに示すようにそれぞれ
２，３，６，３，２，１となつたとする。画素時
刻ｉを現在として２画素時刻前からの最適予測方
式の推定について順を追つて説明する。

時刻ｉ−２において方式（）が選択されてお
り判定しきい値は点線で示すように3.5に設定さ
れているとする。また現画素時刻ｉの画素が存在
する主走査線（これを現ラインと呼ぶ）の１つ前
の主走査線、つまり前ラインの画素時刻ｉ−２か
らｉ＋３までは第２図に示すように方式（）が
最適であつたとする。時刻ｉ−２における方式
（）の予測誤差は６であり、判定しきい値3.5を
超えている。したがつてつぎの時刻ｉ−１におい
ては方式（）が選択される。また時刻ｉ−２に
おいて方式（）の予測誤差が２であり、方式
（）の予測誤差よりも小さいので最適予測方式
は方式（）となる。

各符号化済みの画素についての最適予測方式が
第２図に示すようになつたとすると、現ラインの
時刻ｉ−１の周囲の最適予測方式の空間分布状態
を見るとすべて方式（）であるから方式（）
を用いることが有利であることが推定される。そ
こで方式（）から方式（）への遷移が発生し
難くするために判定しきい値を若干大きくして例
えば第１図Ｂの時刻ｉ−１に点線で示すように
4.5とする。このように判定しきい値を、最適予
測方式の空間分布に応じて変化させることによ
り、より正確な予測符号化が可能になる。

なお、現ラインの画素時刻ｉにおけるつぎの時
刻での最適予測方式の推定に用いる周囲の最適予
測方式の空間的分布のうち、例えば前ラインの画
素時刻ｉ−１からｉ＋２まで、現ラインの画素時
刻ｉ−１，ｉの計６個を考慮することにする。他
の画素時刻についても同様の時間関係をもつ６個
の画素時刻の最適予測方式の情報を用いることに
する。

時刻ｉ−１では方式（）の予測誤差は３であ
り判定しきい値4.5を超えない。したがつて時刻
ｉでは最適予測方式として方式（）が連続して
用いられる。時刻ｉ−１での最適予測方式は
（）である。時刻ｉでは方式（）の予測誤差
は６であり、判定しきい値を超える。従つて時刻
ｉ＋１では方式（）が最適予測方式Ｘとして用
いられる。時刻ｉでの最適予測方式は方式（）
である。最適予測方式の分布を見ると時刻ｉ＋１
においては方式（）の方が実際には最適のよう
に思われる。従つて方式（）から方式（）へ
の遷移を容易にするために、すなわち方式（）
が選択され易くするために判定しきい値を第１図
Ａの時刻ｉ＋１に点線で示すように3.5に下げる
こととする。こうすると時刻ｉ＋１での方式
（）の予測誤差は４であるので判定しきい値3.5
を超えるのでつぎの時刻ｉ＋２では方式（）が
用いられることになる。時刻ｉ＋２では時刻ｉ−
１におけると同様に判定しきい値を4.5に上げる。

もし時刻ｉ＋１での判定しきい値を3.5に下げ
なかつたとすれば時刻ｉ＋２，ｉ＋３においては
第１図では方式（）の方が予測誤差が小さい
が、時刻ｉ＋１においてと同様にいずれも方式
（）が選択されることになり、最適ではない方
の予測方式が選択されることになる。

このように判定しきい値を周囲の最適予測方式
の空間的分布状態を利用して変化させることによ
り判定しきい値が固定の場合よりも予測誤差が小
さくなり、その結果として符号化能率が向上する
ことになる。

つぎにこの発明の実施例について詳細に説明す
る。第３図に最も簡単な場合として予測方式を２
種用いる場合の実施例を示す。この場合より有利
な方式が最適予測方式ということになり、他方は
第２位となる。デジタル化された多値画像信号は
入力端子１１を介して減算器１２に供給される。
減算器１２においては、予測器１３で作られた２
種の予測信号の中で選択器１４によつて選択され
た予測信号を受け、端子１１からの入力多値画像
信号との差がとられる。この差、即ち予測誤差は
通常は発生情報量を低減するために使用レベル数
を制限する量子化器１５により量子化された後に
符号変換器１６及び加算器１７へそれぞれ供給さ
れる。加算器１７においては選択器１４から供給
される予測信号と、量子化器１５より供給される
量子化された予測誤差信号との和をとることによ
り局部復号信号を発生する。この局部復号信号を
用いて予測器１３では複数個の予測信号を発生す
る。

もし、２種の予測方式として前値予測、１画素
時刻前の局部復号信号から予測信号を作る
DPCM方式と、フレーム間予測、即ち１フレー
ム前の局部復号信号から予測信号を予測方式とし
て用いる場合は、予測器１３は１画素時刻遅延素
子と１フレーム遅延素子とを並列に並べた回路に
て実現される。

つぎに選択器１４に対する制御信号の発生方法
について説明する。予測器１３により作られた２
種の予測信号は選択器１４へ供給されると同時に
最適予測方式の決定回路１８にも供給される。こ
の決定回路１８においては２種の予測信号の中で
いずれが、加算器１７から供給される多値画像信
号の局部復号値に近いか、すなわち差が小さいか
を比較判定し、その結果をこの本例の場合は１ビ
ツト信号として記憶回路１９へ転送する。記憶回
路１９は例えば１〜２ライン（テレビジヨン信号
の場合では１〜２水平走査線）程度の記憶素子か
ら構成されており、画素時刻ｉにおけるその出力
は第２図の例を用いると前ラインの時刻ｉ−１か
らｉ＋２まで、現ラインの時刻ｉ−１，ｉの合計
６個の最適予測方式を示す信号である。すなわち
この例の場合６ビツトの出力信号が選択信号発生
回路２１へ供給される。

選択信号発生回路２１においては、この最適予
測方式を示す６ビツトの信号と、量子化回路１５
から供給される量子化された予測誤差信号とを用
いて選択器１４の制御信号を発生し、選択器１４
における選択を制御する。

第４図を用いて選択信号発生回路２１の具体例
を説明する。まず選択信号発生回路２１に含まれ
るしきい値発生回路２２におけるしきい値決定の
方法について説明する。記憶回路１９より供給さ
れる最適予測方式の空間的分布を示す６ビツトの
信号のうちで例えば多数決をとり圧倒的多数を占
める予測方式が現時刻での選択器１４の切換信号
が示している予測方式と一致している場合には判
定しきい値を現在より高くして現在の予測方式が
選択され易くする。これら両者が逆に一致してい
ない場合には現在のしきい値よりも低くする。も
しほゞ同数であればいずれが有利かは決定が困難
であるので判定しきい値はそのまゝにしておく。

この判定しきい値の決定には切換信号（この例
では１ビツト）と最適予測方式を示す信号（この
例では６ビツト）との両者を入力アドレスとし、
予め種々の画像に対して統計的な判定を行なつた
結果を書き込んだ読出し専用メモリ、いわゆる
ROMを用いると便利である。例えば第２図の場
合を例にとつて示す。前ラインの時刻ｉ−１から
ｉ＋２までと現ラインのｉ−１，ｉの計６ビツト
が前ラインの時刻ｉ−１の信号を最上位ビツトと
して以下順に並んでいるとし、また方式（）が
符号０で、方式（）が符号１とする場合、
ROMの入力アドレスには000001と現時刻ｉでの
切換信号である符号１との計７ビツトが供給され
る。ROMの0000011（最下位ビツトはセレクタ信
号）に対応する位置には判定しきい値として3.5
を予め書いておく。あとは記憶回路１９からの最
適予測信号のビツトパターンと選択器１４の切換
信号をROMの入力アドレスに供給すれば、つぎ
の画素時刻での判定しきい値が出力として与えら
れる。

しきい値発生回路２２のもう一つの機能につい
て説明する。選択器１４の切換信号と記憶回路か
らのビツトパターンの組合せにおける最適予測方
式を推定し、その結果を線2224を介してカウンタ
２４に供給する。すなわち、カウンタ２４に対し
推定された最適予測方式を示す数値をプリセツト
する。

量子化回路１５から供給される量子化された予
測誤差信号は比較回路２３において線2223を介し
て供給されるしきい値発生回路２２の判定しきい
値と比較され、予測誤差信号（厳密には絶対値）
が判定しきい値を超える場合には比較回路２３は
値１を発生し、そうでなければ値０を発生するも
のとする。

この比較回路２３の出力信号は値１が入力され
ると計数値が１増加し、値０では計数値は不変と
なるカウンタ２４に供給される。この実施例の場
合、用いる予測方式は２種であるのでカウンタ２
４は２進カウンタで良い。一般に用いる予測方式
がＮ種ある場合にはＮ進カウンタとし、計数結果
であるから０からＮ−１までのＮ個の数を各予測
方式の優先選択順位に対応させておくと値１が発
生すると計数値が１増加するのでこれに対応する
予測方式を示すことになる。

この実施例では１ビツトのカウンタ２４の出力
は１画素遅延回路２５に供給され、１画素遅延し
た後につぎの画素時刻には選択器１４の切換信号
として出力される。

第３図において符号変換器１６へ供給された予
測誤差信号は不等長符号を用いて情報低減のため
の符号変換を施され、出力端子２６より伝送に送
出され、あるいは記録媒体に記録されるように出
力される。その際に、後における復号化する場合
に必要な制御信号を付加して伝送速度あるいは記
録速度との速度整合をとつて出力される。

つぎに以上のようにして予測符号化された符号
を復号する復号化装置について詳細に説明する。
伝送されてきた、または記録媒体から読み出され
た符号化された多値画像信号は入力端子２７を通
じてまず符号逆変換器２８に供給される。符号逆
変換器２８においては符号化された多値画像信号
より予測誤差信号をとり出し、不等長符号の等長
符号への逆変換を行ない以下の復号化に備える。

符号逆変換器２８で等長符号に逆変換された予
測誤差信号は加算器２９及び選択信号発生回路３
１へそれぞれ供給される。加算器２９において
は、予測器３３で作られた２種の予測信号のうち
選択器３４によつて選択された予測信号を受け、
この予測信号と符号逆変換器２８からの予測誤差
信号との加算が行なわれ、再生された多値画像信
号が得られる。この再生された多値画像信号は外
部への画像出力端子３４、予測器３３及び最適予
測方式の決定回路３８へ同時に供給される。

この供給された再生信号を用いて予測器３３は
異なる予測方式により複数個の予測信号を発生す
る。最適予測方式の決定回路３８ではこの復号画
像信号と予測器３３からの複数個の予測信号（こ
の例では２種）とを用いて、符号化装置の最適予
測方式の決定回路１８におけると同一の規則に従
つて最適予測方式を判定し、その結果を記憶回路
３９へ転送する。記憶回路３９は、符号化装置に
おいて記憶回路１９がその出力を選択信号発生回
路２１へ供給したと同様に６画素時刻にわたる最
適予測方式を示す６ビツトの情報を、選択信号発
生回路３１へ供給する。選択信号発生回路３１に
おいては、符号化装置の選択信号発生回路２１と
同一の規則に従つて切換信号を発生し、選択器３
４へ供給して復号に用いる予測方式を選択する。

なお復号化装置における予測器３３、選択器３
４、最適予測方式の決定回路３８、記憶回路３
９、選択信号発生回路３１の各々の構成、動作規
則は、それぞれ符号化装置における予測器１３、
選択器１４、最適予測方式の決定回路１８、記憶
回路１９、選択信号発生回路２１と同一であり、
またこれら相互の接続関係も同様である。

以上に述べた実施例においては判定しきい値の
決定に６画素時刻にわたる最適予測方式を用いた
が、これを任意の数に増減できることは勿論であ
る。用いる予測信号数が２種を超える場合には、
各画素時刻における最適予測方式の検出において
最適な方式から順位をつけて上位の数種程度の予
測方式の空間的分布を調べ、判定しきい値を決定
すればよい。この時の予測方式の切り換えは量子
化された予測誤差が判定しきい値よりも小さい時
は勿論その予測誤差を与えた予測方式を継続して
用いるが、もし大きい時には予め定められた順序
でつぎの予測方式へと遷移する。

すなわち一般にＮ種の予測方式を用いる場合に
は先に述べたように第４図に示した選択信号発生
回路２１内の２進カウンタ２４をＮ進カウンタと
すれば良い。復号化装置の選択信号発生回路３１
についても同様である。この時Ｎ進カウンタは推
定された最適予測方式を表す数値がプリセツトさ
れており、値０が入力されるとこのプリセツト値
がそのまま出力とし、値１が入力されると１だけ
計数値が増すものとしＮ進カウンタの出力計数値
にはＮ種の予測方式が各々対応づけられているも
のとする。

選択信号発生回路（符号化装置の２１、復号化
装置の３１）の他の構成例を説明する。符号化済
みの画素に対応する適性の順位付けがされた予測
方式を示す情報と、予測誤差信号とを用いて必ず
しも予め定められた順序にとらわれることなく、
つぎの画素時刻において用いられる予測方式を決
定することもできる。第６図にこの場合の選択信
号発生回路２１の一例を示す。量子化回路１５か
らの予測誤差信号及び記憶回路１９からの予測方
式の順位はいずれも選択信号発生回路２１内の予
測決定回路４１に供給される。この予測決定回路
４１においては予測誤差信号の大きさと予測方式
の順位を用いてつぎの画素時刻で用いる予測方式
が決定され、この決定は１画素遅延素子２５で１
画素遅延を受けた後、選択器１４へ切換信号とし
て供給される。予測決定回路４１は例えば予測誤
差信号の大きさと予測方式の順位とを入力アドレ
スとするROMで構成し、入力アドレスに対応す
るメモリ内の位置に種々の画像についての統計的
測定結果にもとづき、つぎの画素時刻の予測方式
として適当な方式を予め書き込んでおく。以上は
復号化装置の選択信号発生回路３１についても同
様である。用いる予測方式の数はこの例の場合に
は何ら制限はない。

この発明の変形例として現ラインの画素時刻ｉ
における最適予測方式をつぎの画素時刻ｉ＋１で
の予測方式決定時に考慮対象から除外する場合が
考えられる。すなわちこの場合には記憶回路１９
の出力信号（６ビツト）のうち時刻ｉに対応する
ビツトを無視すればよい。復号化装置の記憶回路
３９においても同様である。この結果符号化能率
を高く保つたまま許容される演算時間が大幅に増
加するため市販のトランジスタ・トランジスタ・
ロジツク（TTL）ICでこの発明の装置を実現で
きるため、とくに高速のICを必要とせず構成が
容易となる。

更に他の実施例として色信号副搬送波をもつカ
ラーテレビジヨン信号を符号化・復号化する場合
の予測信号の作り方の一例について説明する。例
えば水平走査線（ライン）525本のNTSCカラー
テレビジヨン信号の場合には色信号副搬送波の位
相が各ライン毎に反転しており、１フレームは
525本のラインから成るためフレーム毎にも反転
している。そこでこの位相が一致する２ライン
前、１フイールド（262本）前、（１フレーム±１
ライン）前、２フレーム前などを予測信号として
用意し、選択器（符号化装置では１４、復号化装
置では３４）に常時供給すればNTSCカラーテレ
ビジヨン信号にも適用できる。すなわち色信号搬
送波をもつカラーテレビジヨン信号の符号化・復
号化においても色信号副搬送波位相が一致する予
測信号を用いればこの発明はそのまま適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は異なる予測方式による予測誤差の例を
示す図、第２図は各符号化された画素についての
最適予測方式の空間分布の例を示す図、第３図は
この発明による予測符号化装置の実施例を示すブ
ロツク図、第４図は第３図中の選択信号発生回路
２１の一例を示すブロツク図、第５図は復号化装
置の一例を示すブロツク図、第６図は選択信号発
生回路２１の他の例を示すブロツク図である。 １１，２７：入力端子、１２，１７，２９：加
算器、１３，３３：予測器、１４，３４：選択
器、１５：量子化回路、１６：符号変換器、１
８，３８：最適予測方式の決定回路、１９，３
９：記憶回路、２１，３１：選択信号発生回路、
２２：しきい値発生回路、２３：比較回路、２
８：符号逆変換器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多値画像信号の予測符号化において、局部復
   号された１つの多値画像信号について異なる予測
   方式ににより複数個の予測信号を発生する手段
   と、これら複数個の予測信号のうちの一つを選択
   する選択手段と、その選択手段で選択された予測
   信号と入力された多値画像信号から予測誤差信号
   を得る手段と、その予測誤差信号を量子化する手
   段とその量子化された予測誤差信号と前記選択さ
   れた予測信号とから前記局部復号された多値画像
   信号を得る局部復号手段と、前記複数個の予測信
   号と前記局部複号された多値画像信号とを比較し
   て前記複数個の予測信号を与えた予測方式につい
   て予測の適性を順位付けて実行する判定手段と、
   その順位の一部または全部を複数の画素時刻にわ
   たつて記憶する記憶手段と、その記憶手段に記憶
   されている順位と前記量子化された予測誤差信号
   とを用いて前記選択手段を制御する切換信号を発
   生する手段と、前記量子化された予測誤差信号を
   符号変換する手段とを少なくとも具備する画像信
   号の予測符号化装置。