JPH05153575A

JPH05153575A - 符号化装置

Info

Publication number: JPH05153575A
Application number: JP31784691A
Authority: JP
Inventors: Shoichi Nishino; 正一西野; Chojuro Yamamitsu; 長壽郎山光; Toyohiko Matsuda; 豊彦松田
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-12-02
Filing date: 1991-12-02
Publication date: 1993-06-18

Abstract

(57)【要約】【目的】各種画像信号のように画素数の異なる画像信
号に対応し、画素数の多い画像信号に対して極端に符号
化データ量を大きくせず、かつ各々の画像信号に対して
回路を共用して回路規模の点でも有利な装置を提供す
る。【構成】画像Ａと画像Ａ以上の画素数をもつ画像Ｂを
それぞれ第１、第２の入力端子１０、１１から入力し、
画像Ａは各フレーム毎の符号化データ量が同一になるよ
うに、画像Ｂは２フレーム毎の符号化データ量が同一に
なるように、フレーム内符号化回路２０にて、２次元直
交変換を用いて画像をフレーム単位で符号化する。その
際、画像Ｂを２フレーム内符号化するのに、２フレーム
中の一方のフレームＸは画像Ａと同じくフレーム内符号
化し、もう一方のフレームＹは前記一方のフレームＸを
復号化したフレームＸ’とのフレーム間差分をフレーム
内符号化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画素数の異なる２種類
以上の画像を符号化して録画再生する映像信号の録画再
生装置に用いられる符号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、画像信号は情報量が非常に大き
いために記録あるいは伝送を行なうにあたって、高能率
符号化によって画質劣化が視覚的に目だたないように情
報量を削減する方法が用いられる。例えば、図３は直交
変換を用いた符号化装置の構成を示したブロック図であ
る。まず、入力端子１から入力された入力信号をブロッ
ク化器２によって所定の大きさのブロックにブロック化
する。次に、各ブロックに対し直交変換器３で直交変換
を行なった後、符号化器４によって符号化する。ここ
で、符号後のデータ量は予め定められているため、符号
化器５では符号化後のデータ量が予め定められた量以下
となるような制御を行なう。例えば、所望する符号化後
データ量より前記入力画像信号の所定のブロック数当り
の符号化データ量を目標として設定し、この目標符号化
データ量以下になるように前記所定のブロック数の各直
交変換係数の量子化ステップを変化させる。

【０００３】また、直交変換器３における直交変換は、
一般のテレビジョン信号が１フレーム期間（２フィール
ド期間）で１画面を構成するようにインターレース化さ
れており、さらに誤り伝搬や編集単位等の点で符号化の
完結単位が小さいほど有効であるので、フレーム内にお
ける２次元直交変換が最も適切とされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の構成では、入力される信号として単一の形態の
信号だけでなく、画素数の異なった信号つまり縦横比
３：４の標準画像信号、また縦横比９：１６の画像信
号、さらに広帯域の高品位画像信号のように互いに標本
化周波数が異なった画像信号が入力された場合に、以下
のような課題を有していた。

【０００５】入力画素数の異なった画像信号の各々の符
号化における圧縮率を同等にすれば、各々の入力画素数
に対応した符号化データ量となる。つまり、前記標準画
像信号に対して前記高品位画像信号は少なくとも３倍以
上の入力画素数を必要とするので、高品位画像信号の符
号化データ量は標準画像信号の少なくとも３倍以上にな
る。よって、標準画像信号と高品位画像信号を共通に扱
えば、高品位画像信号に対する伝送容量が膨大となる課
題を有していた。記録再生装置におけば、記録媒体上に
記録できる記録時間が非常に短くなる、もしくは、記録
媒体上の記録密度を非常に大きくしなければならなくな
り、非常に非実用的であった。

【０００６】一方、高品位画像信号の符号化データ量を
少なくするために、前記符号化における圧縮率を大きく
すれば、それだけ高品位画像信号の画質劣化を大きくし
てしまうという課題がある。よって、画素数の多い高品
位画像信号などには標準画像信号とは異なった符号化装
置を設けねばならず、回路規模の点で大きな課題となっ
ていた。

【０００７】本発明はかかる従来の映像信号の記録、再
生装置の課題に鑑み、画面の縦横比３：４の標準画像信
号および縦横比９：１６のワイド画面信号、さらに高品
位画像信号のように画素数の異なる画像信号に対応し、
画素数の多い画像信号に対して極端に符号化データ量を
大きくせず、かつ各々の画像信号に対して回路を共用し
て回路規模の点でも有利な符号化装置を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の符号化装置は、
画像Ａと画像Ａ以上の画素数をもつ画像Ｂを入力する入
力端子と、画像Ａは各フレーム毎の符号化データ量が同
一になるようにフレーム内符号化し、画像Ｂは２フレー
ム毎の符号化データ量が同一になるように２フレーム内
符号化するフレーム内符号化手段とを備える符号化装置
であって、フレーム内符号化手段は、画像Ｂを２フレー
ム内符号化する場合、２フレーム中の一方のフレームＸ
は画像Ａと同じくフレーム内符号化し、もう一方のフレ
ームＹはフレームＸを復号化したフレームＸ’とのフレ
ーム間差分をフレーム内符号化する符号化装置である。

【０００９】

【作用】本発明では、画像Ａと画像Ａ以上の画素数をも
つ画像Ｂを入力とし、画像Ａは各フレーム毎の符号化デ
ータ量が同一になるようにフレーム内符号化し、画像Ｂ
は２フレーム毎の符号化データ量が同一になるように２
フレーム内符号化するものであって、前記画像Ｂを２フ
レーム内符号化するのに、２フレーム中の一方のフレー
ムＸは画像Ａと同じくフレーム内符号化し、もう一方の
フレームＹは前記一方のフレームＸを復号化したフレー
ムＸ’とのフレーム間差分をフレーム内符号化する。従
って、画素数の少ない画像信号に対してはフレーム内符
号化を行ない、画素数の多い画像信号に対しては２フレ
ーム内符号化を行なうので、画素数の多い画像信号に対
しても極端に符号化データ量は多くならず、かつ２フレ
ーム内符号化のフレーム内符号化部を画像Ａ及び画像Ｂ
で共通に用いることができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１１】図１は、本発明の第１の実施例における符
号化装置のブロック図である。図１において、第１の入
力端子１０は画面縦横比３：４の標準画像信号である画
像Ａを入力する端子、第２の入力端子１１は画面縦横比
９：１６のワイド画像信号である画像Ｂを入力する端子
である。フレーム内符号化回路２０は２次元直交変換を
用いて画像をフレーム単位で符号化する回路である。出
力端子３０はフレーム内符号化回路２０により符号化さ
れた信号を出力する端子である。フレーム内復号化回路
４０はフレーム内符号化回路２０により符号化された信
号を復号する回路、遅延回路５０はフレーム内復号化回
路５０の出力信号を１フレーム期間遅延する回路であ
る。減算回路６０は前記第２の入力端子より得る画像Ｂ
と前記遅延回路５０の出力信号を減算する回路、フレー
ム切り替え回路７０は前記第２の入力端子より得る画像
Ｂの奇数フレーム期間は画像Ｂをそのまま出力し、偶数
フレーム期間は前記減算回路６０より得る信号を選択し
て出力する回路である。画像切り替え回路８０は、前記
画像Ａを符号化するときには前記第１の入力端子１０よ
り得る画像Ａをそのまま出力し、前記画像Ｂを出力する
ときは前記フレーム切り替え回路７０の出力信号を選択
して出力して、前記フレーム内符号化回路２０に導く回
路である。

【００１２】以下、本実施例の動作を説明する。

【００１３】まず、画像Ａは画面の縦横比３：４の標準
画像信号のスタジオ記録機器の規格信号（４：２：２と
呼ばれる）であって、輝度信号の標本化周波数が１３．
５ＭＨｚ、２つの色差信号の標本化周波数がそれぞれ輝
度信号の２分の１の６．７５ＭＨｚのディジタル画像信
号である。また、画像Ｂは画面の縦横比が９：１６のワ
イド画像信号であって、画像Ａとは垂直方向のライン数
は同数であるが水平方向に３分の４倍の画素数をもって
おり、標本化周波数も輝度信号・色差信号ともに３分の
４倍の１８ＭＨｚと９ＭＨｚのディジタル画像信号であ
る。

【００１４】画像Ａを符号化するときは、画像切り替え
回路８０は第１の入力端子１０より得る画像Ａをそのま
まフレーム内符号化回路２０に送るので、画像Ａの各フ
レームは一様に２次元直交変換によってフレーム内符号
化される。よって、画像Ａの各フレームの符号化データ
量は常に同一データ量になる。

【００１５】一方、画像Ｂを符号化するときは、まず奇
数フレームのデータ（以下フレームＸBと呼ぶ）は前記
フレーム切り替え回路７０によりそのままフレーム内符
号化回路２０により２次元直交変換によってフレーム内
符号化される。フレームＸBの符号化データ（以下符号
化フレームｘBと呼ぶ）は、前記出力端子３０より出力
されるとともに前記フレーム内復号化回路４０に送られ
る。フレーム内復号化された奇数フレームＸBのデータ
（以下復号化フレームＸB’と呼ぶ）は、前記遅延回路
５０により１フレーム期間遅延されて前記減算回路６０
に送られる。前記減算回路６０では、一方の入力信号で
ある前記遅延回路５０より得る復号化信号（復号化フレ
ームＸB’）が１フレーム期間遅延されているので、他
方の入力信号である第２の入力端子１１より得る画像Ｂ
は前記フレームＸBの直後の偶数フレームのデータ（以
下フレームＹBと呼ぶ）となる。よって、前記フレーム
切り替え回路７０によって偶数フレームのタイミングに
より選択されるデータは入力の偶数フレームデータ（フ
レームＹB）とその直前の奇数フレームの復号化データ
（復号化フレームＸB’）との差分データ（以下差分フ
レームＤBと呼ぶ）となる。フレーム内符号化回路２０
は、画像Ｂの偶数フレームの期間はフレーム間差分（差
分フレームＤB）を２次元直交変換を用いてフレーム内
符号化したデータ（以下符号化フレームｄBと呼ぶ）出
力端子３０に送ることになる。

【００１６】ここで、前記フレーム内符号化回路２０に
は、画像ＡのフレームＡおよび画像ＢのフレームＸBと
いう入力画像そのままのフレームデータと、画像Ｂの差
分フレームＤBというフレーム間差分のフレームデータ
が入力される。本実施例のフレーム内符号化回路２０
は、フレームＡとフレームＸBに対しては１画素当りの
符号化データ量が同一になるようにデータ量制御され、
差分フレームＤBに対する１画素当りのデータ量は前記
フレームＡまたはフレームＸBの２分の１になるように
制御される。これは、差分フレームＤBが復号化フレー
ムＸB’を予測値としてフレームＹBとの予測誤差であっ
て、その情報量はフレームＹBに比べ極端に少ないので
１画素当りのデータ量を少なくしても大きな画質劣化に
はならない。また、具体的なフレーム内符号化回路２０
における異なったデータ量の制御を行なうには、目標と
する符号化後のデータ量をフレームＡ及びフレームＸB
と差分フレームＤBとで切り換えるだけで非常に容易な
ものである。

【００１７】以下、本実施例の上記フレーム内符号化回
路２０におけるデータ量制御による各画像信号の符号化
データ量の説明を、データ量を表わす演算子Ｑ（）を用
いて説明する。また、画像Ａの各フレームをフレームＡ
と呼び、フレームＡの符号化データを符号化フレームａ
と呼ぶ。

【００１８】画像Ｂの標本化周波数が画像Ａの３分の４
倍で、各フレームのデータ量も３分の４倍になるので、
各々の画像のフレームデータ量は次のように表わせる。

【００１９】

【数１】

【００２０】次に、フレームＸBとフレームＡは１画素
当りの符号化データ量が同一になるように制御されるの
で、符号化フレームのデータ量の関係は次のようにな
る。

【００２１】

【数２】

【００２２】一方差分フレームＤBの１画素当りの符号
化データ量は、フレームＸBおよびフレームＡの２分の
１になるように制御されるので次のような関係になる。

【００２３】

【数３】

【００２４】よって、画像ＢのフレームＸBとフレーム
ＹBの２フレーム単位の符号化データ量は、前記数２お
よび数３より以下のようになる。

【００２５】

【数４】

【００２６】（数４）より、画像Ｂにおける２フレーム
単位の符号化データ量が画像Ａの２フレーム分の符号化
データ量と全く同一にできる。

【００２７】以上説明したように本実施例によれば、画
像Ａについては編集およびビデオテープレコーダ（ＶＴ
Ｒ）の記録再生機器における高速サーチに適するフレー
ム内符号化のみで符号化し、かつ画素数が画像Ａより多
い画像Ｂに対して全く同一のフレーム内符号化回路を共
通に使用して回路規模の点での有効性をもち、さらに符
号化データ量も同一にできるので伝送路（記録媒体）の
仕様の互換性も高く非常に実用的である。

【００２８】次に、本発明の第２の実施例における符号
化装置について説明する。本実施例のブロック図は前記
第１の実施例の図１の符号化装置のブロック図を用い
る。本実施例は、前記第１の実施例の符号化装置に対し
て、画像Ｂが高品位画像信号としている。この高品位画
像信号は、前記画像Ａとした標準画像信号４：２：２に
対して画面の縦横比が９：１６とワイドになっているだ
けでなく、垂直方向のライン数も２倍または２倍以上の
高画質な画像信号である。よって、本実施例では、この
高品位画像信号の標本化周波数を前記画像Ａの標準画像
信号の３倍である４０．５ＭＨｚ（輝度信号）、２０．
２５ＭＨｚ（色差信号）とする。よって、各々の画像の
フレームデータ量の関係は、前記第１の実施例における
（数１）に対応させて次のように表わせる。

【００２９】

【数５】

【００３０】さて、本実施例の構成要素の内でその動作
が前記第１の実施例と異なるのはフレーム内符号化回路
２０におけるフレーム間差分に対する符号化データ量の
制御である。本実施例のフレーム内符号化回路２０は、
フレームＡとフレームＸBに対しては１画素当りの符号
化データ量が同一になるようにデータ量制御されるが、
差分フレームＤBに対する１画素当りのデータ量は前記
フレームＡまたはフレームＸBの３分の１になるように
制御される。よって、フレームＡ、フレームＸBおよび
差分フレームＤBの符号化データ量の関係は前記数２及
び数３に対応させれば以下のようになる。

【００３１】

【数６】

【００３２】

【数７】

【００３３】以上の（数６）および（数７）より、高品
位画像信号である画像ＢのフレームＸBとフレームＹBの
２フレーム単位の符号化データ量は次のようになる。

【００３４】

【数８】

【００３５】（数８）より、画像Ｂにおける２フレーム
単位の符号化データ量が画像Ａの２フレーム分の符号化
データ量のちょうど２倍になる。

【００３６】以上説明したように本実施例によれば、画
像Ａについては編集およびビデオテープレコーダ（ＶＴ
Ｒ）の記録再生機器における高速サーチに適するフレー
ム内符号化のみで符号化し、かつ画素数が画像Ａより多
い画像Ｂに対して全く同一のフレーム内符号化回路を共
通に使用して回路規模の点での有効性をもち、さらに符
号化データ量もちょうど２倍という整数倍にできるので
伝送路（記録媒体）の仕様の互換性も高く非常に実用的
である。

【００３７】次に、前記第２の実施例における符号化装
置の構成について、前記図１の構成を２系統並列に構成
させたブロック図を図２に示す。

【００３８】本第２の実施例の図１の構成においては、
高品位画像信号である画像Ｂの入力データ量が画像Ａの
３倍であるので、各構成要素はそれぞれ画像Ａに対して
３倍の動作クロックで動作する必要がある。これは回路
の共用化として回路規模の点では有効であるが、画像Ｂ
に対して動作させるには非常に高速動作となり困難であ
る。よって、図２の構成は図１の構成を２系統並列に構
成させて低速動作をさせている。

【００３９】図２において、画面分割回路９０は第２の
入力端子１１より得る高品位画像である画像Ｂを２等分
して同じ画素数の画像Ｃと画像Ｄとする回路である。こ
れら画像Ｃと画像Ｄは前記高品位画像信号である画像Ｂ
を単に画面内を２等分したものであるので、各々のデー
タ量は前記標準画像信号である画像Ａの２分の３倍にあ
たる。波線部１００は前記図１の構成と全く同一構成で
あって、前記画像Ａをフレーム内符号化し、前記画像Ｂ
の一部である画像Ｃを２フレーム内符号化する第１の符
号化装置である。また、波線部２００も図１の同一構成
であるが、前記画像Ａを符号化する必要がないので、図
１における画像切り替え回路８０に相当する画像切り替
え回路がない第２の符号化装置である。第２の符号化装
置２００は画像Ｂの一部であって前記画像Ｃと全く同画
素数の画像Ｄを前記第１の符号化装置と同じ２フレーム
内符号化する。第２出力端子３００および３０１は第１
の符号化装置の出力信号を出力する第１出力端子と第２
の符号化装置の出力信号を出力する端子である。これら
第１及び第２の２つの出力端子より得る出力の符号化デ
ータは、図１の出力端子３０より得られる符号化データ
と全く同じである。

【００４０】以上のように本実施例を２つの符号化装置
１００、２００を並列構成すれば、図１の構成に対して
個々の構成要素の動作クロックを２分の１にできるので
非常に実現性の高い符号化装置になる。

【００４１】なお、第２の実施例においては、入力信号
を標準画像信号である画像Ａとその画像Ａの３倍の画素
数を持つ高品位画像信号の画像Ｂの２入力信号とした
が、前記画像Ｂのちょうど２分の１の画素数であって前
記画像Ａの２分の３倍の画素数を持つワイド画像信号を
も入力して符号化するのは容易である。特に、第２の実
施例の図２の構成においては、前記ワイド画像信号を画
像分割回路９０の一方の出力信号である画像Ｃとして入
力すれば、前記符号化装置１００のみを用いて前記ワイ
ド画像信号を２フレーム内符号化により符号化できて、
かつ画像Ａと同一符号化データ量にできるので非常に実
用的、機能的である。

【００４２】また、第２の実施例において、符号化装置
２００に画像Ａを符号化する必要はないとしたが、画像
Ａを入力して符号化できることは当然である。この時、
本実施例の符号化装置は、どちらも画像Ａと同画素数で
はあるが内容の異なる２つの標準画像信号を同時に符号
化できる。これは、ＶＴＲ等で２チャンネル分の番組を
同時に録画できるという録画機能としても実用的なもの
である。また、この機能は前記画像Ｃと画像Ｄにおいて
も同様の機能を発揮できるのは当然である。

【００４３】また、分割回路９０は画面を単に２等分す
るとしたが、画像Ｃを画像Ｂの低域成分とし、画像Ｄを
画像Ｂの高域成分という帯域分割による分割方法も可能
である。このときには、高品位画像信号を符号化したデ
ータを前記符号化装置１００の逆処理を行なう復号化装
置のみでも前記高品位画像信号である画像信号Ｂ中の低
域成分である画像Ｃを復号できるので、この復号化画像
Ｃ’をワイド画像信号として画面再生できるものであ
る。

【００４４】

【発明の効果】以上の説明より本発明によれば、画素数
の少ない画像信号に対してはフレーム内符号化を行な
い、画素数の多い画像信号に対しては２フレーム内符号
化を行なうので、画素数の多い画像信号に対しても画質
劣化を大きくせず、かつ極端に符号化データ量は多くな
らないので、その効果は大きい。

【００４５】また、２フレーム内符号化するのに、フレ
ーム内符号化部を画像Ａ及び画像Ｂで共通に用いること
ができるので、回路規模の点でも非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１及び第２の実施例における符号化
装置のブロック図である。

【図２】前記第２の実施例における符号化装置の他の構
成を示すブロック図である。

【図３】従来の符号化装置におけるブロック図である。

【符号の説明】

２０フレーム内符号化回路４０フレーム内復号化回路５０遅延回路６０減算回路７０フレーム切り替え回路８０画像切り替え回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】画像Ａと画像Ａ以上の画素数をもつ画像
Ｂを入力する入力端子と、前記画像Ａは各フレーム毎の
符号化データ量が同一になるようにフレーム内符号化
し、前記画像Ｂは２フレーム毎の符号化データ量が同一
になるように２フレーム内符号化するフレーム内符号化
手段とを備える符号化装置であって、前記フレーム内符
号化手段は、前記画像Ｂを２フレーム内符号化する場
合、２フレーム中の一方のフレームＸは前記画像Ａと同
じくフレーム内符号化し、もう一方のフレームＹは前記
フレームＸを復号化したフレームＸ’とのフレーム間差
分をフレーム内符号化することを特徴とする符号化装
置。
【請求項２】フレーム内符号化は２次元直交変換を用
いた符号化であることを特徴とする請求項１記載の符号
化装置。
【請求項３】画像Ｂの２フレーム毎の符号化データ量
は画像Ａの２フレーム分の符号化データ量のｎ倍（ｎは
正整数）であることを特徴とする請求項２記載の符号化
装置。
【請求項４】画像Ｂの画素数が画像Ａの画素数のｍ倍
（ｍは正数）であるときに、ｎはｍより小さいことを特
徴とする請求項３記載の符号化装置。