JPH0595543A - 動画像符号化復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、動画像符号化復号化装置において、
少ない情報量でかつ高画質の伝送画像を得ることができ
る動画像符号化復号化装置を提案しようとするものであ
る。 【構成】エツジの様に不連続な画像情報を含む画像は、
予測符号化に切り替えることにより、ＤＣＴ符号化と同
程度もしくは少ない情報量で、モスキートノイズ等の妨
害の少ない符号化ができ、ＤＣＴ符号化のみのシステム
に比べて、トータルで少ない情報量で、高い画質が得ら
れる。さらに、予測符号化を行なう場合、ブロツクの予
測値と量子化幅（またはブロツクのダイナミツクレン
ジ）を伝送して、適応量子化を行なうことにより、復号
画像のブロツク歪を軽減させることができる。また、量
子化後にＤＰＣＭをすることにより、さらに符号化効率
を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【目次】以下の順序で本発明を説明する。 産業上の利用分野 従来の技術 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１及び図２） 作用（図１５〜図１８） 実施例（図１〜図２２） （１）全体構成（図１及び図２） （２）符号化装置の構成（図１） （２−１）ＤＣＴ処理部５の構成（図３及び図４） （２−２）予測符号化処理部６の処理 （２−３−１）ブロツク内の画像信号の平均値を予測値
とする方法（図５〜図７） （２−３−２）適応型ダイナミツクレンジ符号化を用い
て予測値を求める方法（図８及び図９） （２−３−３−１）エツジマツチング量子化方法（１）
（図１０〜図１２） （２−３−３−２）エツジマツチング量子化方法（２）
（図１３） （２−４）ＤＰＣＭ回路２５の構成 （２−４−１）ＤＰＣＭ方式（１）（図１４） （２−４−２）ＤＰＣＭ方式（２）（図１４） （２−４−３）ＤＰＣＭ方式（３）（図１５〜図１８） （２−５）ＤＣＴ／予測符号化判定回路７の処理 （２−５−１）空間領域での判定 （２−５−２）ＤＣＴ変換出力領域での判定（図１９） （３）復号化装置の構成（図２） （３−１）逆ＤＰＣＭ回路２７の構成（図２０〜図２
２） （４）実施例の動作 （５）実施例の効果 （６）他の実施例 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、動画像を高能率符号化
して伝送する動画像符号化装置に適用して好適なもので
ある。

【０００３】

【従来の技術】従来、例えばテレビ会議システム、テレ
ビ電話システムのように動画像を遠隔地に伝送する映像
信号伝送システムにおいては、伝送路を効率よく利用す
るため、映像信号をフレーム間又はフレーム内符号化し
て有為情報の伝送効率を高めるようになされている。こ
のような符号化データを高能率符号化する符号化方式と
して代表的なものに２次元デイスクリートコサイン変換
ＤＣＴ（Discrete Cosine Transform ）方式がある。

【０００４】このデイスクリートコサイン変換方式は、
画像信号のもつ２次元相関性を利用してある特定の周波
数成分に信号電力を集中させ、この集中分布した係数の
みを符号化することにより情報量を圧縮するものであ
る。例えば絵柄が平坦で画像信号の自己相関性が高い部
分ではＤＣＴ係数の分布は低周波数成分へ集中し、この
場合には低域に集中分布した係数のみを符号化すること
で情報量を圧縮することができるようになされている。

【０００５】一方エツジが多い絵柄では、エツジの不連
続点において係数が低周波から高周波数成分まで広く分
散して発生する。この場合エツジの様に画像信号の不連
続点をＤＣＴ係数で精度良く表すためには、非常に多く
の係数を必要とするため、符号化効率が落ちることにな
る。このとき画像の高圧縮符号化のために係数の量子化
特性を粗くしたり、高周波数成分の係数を切り捨てたり
すると、画像信号の劣化が目立つようになる。例えば、
視覚的にリンギングが目立つようになる。

【０００６】これに対して動画像の符号化方式として予
測符号化方式があるが、この予測符号化方式は、相関が
ある絵柄については、比較的高能率で伝送画像を符号化
することができるが、相関が少ない場合には、情報量が
増加するため伝送効率が低下するという問題がある。そ
こで伝送画像の符号化方式をブロツク単位で切換えるこ
とにより、伝送効率を高めることが提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが伝送画像をブ
ロツク単位で予測符号化しようとすると、ブロツク歪が
目立つという問題があつた。ここでブロツク歪とは、画
像が符号化の結果、部分的にブロツク毎のモザイク状に
見える現象をいう。

【０００８】これは予測符号化が画像信号の振幅だけの
冗長性を圧縮するためであり、空間周波数領域まで圧縮
するデイスクリートコサイン変換方式に比べて、圧縮率
を高くするとブロツク歪が発生しやすいためである。こ
のようにブロツク単位でデイスクリートコサイン変換方
式と予測符号化方式とを切替えて符号化する場合には、
単純に符号化効率の良い方に切り換えて画像を符号化し
て伝送すると、符号化効率は上がるが、復号画像のブロ
ツク歪みによる画像の劣化が発生するという問題があつ
た。

【０００９】本発明は以上の点を考慮してなされたもの
で、少ない情報量でかつ高画質の伝送画像を得ることが
できる動画像符号化装置を提案しようとするものであ
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】かかる課題を解決するた
め第１の発明においては、画像を複数の画素に対応する
単位ブロツクに分割し、当該単位ブロツクごとに上記画
素の画素データを直交変換符号化又は予測符号化して伝
送する動画像符号化復号化して伝送する動画像符号化復
号化装置１において、予測符号化によつて画素データを
伝送するとき、単位ブロツク内の第１の画素を初期位置
から所定画素分離れた第２の位置に移動させ、当該第２
の位置周辺の第２の画素データと第１の画素の画素デー
タとの差分値を求めることにより、画像の画像情報を圧
縮して伝送するようにする。

【００１１】また第２の発明においては、画像を複数の
画素に対応する単位ブロツクに分割し、当該単位ブロツ
クごとに画素の画素データを直交変換符号化又は予測符
号化して伝送する動画像符号化復号化して伝送する動画
像符号化復号化装置１において、予測符号化によつて画
素データを伝送するとき、単位ブロツク内の画素を行単
位又は列単位で同一行内又は同一列内所定画素分移動さ
せ、当該移動後の第２の位置に隣接する行又は列の第２
の画素の画素データと画素の画素データとの差分値を求
めることにより、画像の画像情報を圧縮して伝送するよ
うにする。

【００１２】

【作用】１枚の画像を単位ブロツクに分割し、当該単位
ブロツクごとに符号化する場合、デイスクリートコサイ
ン変換符号化と予測符号化とを絵柄の性質に応じて切替
え、ブロツク単位の予測符号化により生ずるブロツク歪
み（ブロツク間の不連続性）を軽減させるために、符号
化装置では、予測符号化する単位ブロツクでは単位ブロ
ツクの予測値と量子化幅、又は単位ブロツクの予測値と
ダイナミツクレンジとを伝送して適応量子化し、復号化
装置では、切替え情報とブロツクの予測値と量子化幅、
又はブロツクの予測値とダイナミツクレンジとに基づい
て画像を復号することにより、高画質の画像を得ること
ができる。

【００１３】

【実施例】以下図面について、本発明の一実施例を詳述
する。

【００１４】（１）全体構成 図１及び図２において１は全体として画像データ伝送シ
ステムを示し、符号化装置２Ａは画像データをフレーム
（フイールド）内又はフレーム（フイールド）間符号化
し、符号化後の伝送画像を各ブロツク毎にデイスクリー
トコサイン変換符号化処理又は予測符号化処理を適宜切
り換えて伝送するようになされている。

【００１５】符号化装置２Ａは、符号化する領域毎にこ
の切り換え情報をデイスクリートコサイン変換符号化又
は予測符号化の切り替え情報フラグに付加するか、又は
符号化する領域の場合分けを示す情報フラグを拡張して
予測符号化のモードを設けるようになされている。また
復号化装置２Ｂは、符号化された画像データと共に伝送
されるこれらの情報フラグによつて伝送画像を復号する
ようになされている。

【００１６】（２）符号化装置の構成 符号化装置２Ａは、８×８画素の画像データを入力デイ
ジタルデータＳ１として入力すると、差データ生成回路
３及び又は切換回路４を介してデイスクリートコサイン
変換処理部５、予測符号化処理部６及びＤＣＴ／予測符
号化判定回路７にそれぞれ供給するようになされてい
る。差データ生成回路３は、入力デイジタルデータＳ１
と予測回路８から入力される予測データＳ２との差分を
差分データＳ３として切換回路４に出力する。

【００１７】切換回路４は、予測回路８から入力される
フレーム間／フレーム内符号化切換信号Ｓ４により、フ
レーム内符号化して伝送した方が少ないデータ量で伝送
できる場合には入力デイジタルデータＳ１をそのまま出
力し、またフレーム間符号化して伝送した方が少ないデ
ータ量で伝送できる場合には差分データＳ３を出力する
ようになされている。

【００１８】ここでＤＣＴ処理部５は、入力画像の２次
元相関を利用して、入力画像データＳ１又は差分データ
Ｓ３を微小ブロツク単位でデイスクリートコサイン変換
し、その結果得られる変換データを所定の量子化サイズ
で量子化すると切換回路９を介して可変長符号化回路１
０に出力するようになされている。

【００１９】また予測符号化処理部６は、ブロツク内の
画像信号を予測符号化すると、その予測値と現画像信号
との差分を求め、当該差分信号を所定の量子化サイズで
量子化して切換回路９を介して可変長符号化回路１０に
出力するようになされている。ＤＣＴ／予測符号化判定
回路７は、画像信号を符号化する場合に、ブロツク単位
でデイスクリートコサイン変換するか、ブロツク単位で
予測符号化するかを判別し、判別結果をＤＣＴ／予測符
号化切換信号Ｓ５として出力するようになされている。

【００２０】これにより切換回路９は、デイスクリート
コサイン変換データを出力すべき場合にはＤＣＴ処理部
５から出力される変換データＳ６を可変長符号化回路１
０に出力し、予測符号化データを出力すべき場合には予
測符号化処理部６から出力される変換データＳ７を可変
長符号化回路１０に出力するようになされている。

【００２１】ここで可変長符号化回路１０は、統計的性
質の異なるＤＣＴ変換データＳ６と予測符号化変換デー
タＳ７に対応し、ＤＣＴ／予測符号化切換信号Ｓ５によ
り切り換え制御される変換テーブルを有し、当該変換テ
ーブルによりさらに符号化効率を向上させ、伝送データ
Ｓ８として出力するようになされている。

【００２２】またバツフア回路１１は、伝送データＳ８
を一端メモリに格納した後、所定の順序で出力すると共
に、メモリに残留している残留データが適性な残量にな
るように量子化サイズを制御する量子化幅制御信号を出
力するようになされている。ここで符号化装置２Ａは、
逆量子化回路１２及び逆ＤＣＴ回路１３を順次介してＤ
ＣＴ処理部５から入力される量子化データＳ１０を代表
値に逆量子化すると共に、さらにデイスクリートコサイ
ン変換と逆の変換処理により局部復号画像データＳ１１
に変換して出力するようになされている。

【００２３】また符号化装置２Ａは、逆量子化回路１４
及び逆予測符号化回路１５を順次介して予測符号化処理
部６から入力される量子化データＳ１２を代表値に逆量
子化すると共に、さらに予測符号化処理と逆の変換処理
により復号画像データＳ１３に変換して出力するように
なされている。切換回路１６は、ＤＣＴ／予測符号化切
換信号Ｓ５に基づいて入力画像がＤＣＴ変換されて伝送
される場合には復号画像データＳ１１を出力し、また入
力画像が予測符号化処理されて伝送される場合には復号
画像データＳ１３に変換して加算回路１７に出力するよ
うになされている。

【００２４】ここで加算回路１７は、切換回路１８から
入力される画像データＳ１４と復号画像データＳ１１又
はＳ１３を加算して局部復号データＳ１５を予測回路８
に供給するようになされている。ここで予測回路８は、
局部復号データＳ１５に基づいて予測データＳ２を差分
データ生成回路３及び切換回路１８に供給すると共に、
局部復号データＳ１５に基づいて動きベクトル／予測モ
ード判別信号Ｓ１６を可変長符号化回路１０に出力する
ようになされている。

【００２５】（２−１）ＤＣＴ処理部５の構成 ＤＣＴ処理部５は、ＤＣＴ回路２０、量子化回路２１及
び遅延回路２２を有しており、ＤＣＴ回路２０は入力画
像の２次元相関を利用して、入力デイジタルデータＳ１
又は差分データＳ３をデイスクリートコサイン係数デー
タＳ２１に変換し、量子化回路２１に出力するようにな
されている（電子情報通信学会論文誌1987年/1Vol.J70-
B No.1 p96-104「ＨＤＴＶ信号のフレーム内／フレーム
間適応外挿内挿予測符号化」及び特願平２−４１０２４
７号）。

【００２６】また量子化回路２１は、デイスクリートコ
サイン係数データＳ２１を発生情報量に応じて量子化
し、量子化データＳ１０を遅延回路２２及び逆量子化回
路１２に出力するようになされている。遅延回路２２
は、予測符号化処理部６の処理時間に対応する遅延時間
分、量子化データＳ１０を遅延させて可変長符号化回路
１０に出力するようになされている。

【００２７】因みにＤＣＴ方式は一般的に、輝度変化の
滑らかな信号にＤＣＴを行うことにより、ある係数の周
辺に大きな値が集中する性質があることが知られてい
る。例えば図３（Ａ）に示すように、８×８画素でなる
１ブロツクとして左上から右下方向へエツジを含む絵柄
であつてその各画素が３０から１００の輝度レベルを有
する原画像が入力された場合、ＤＣＴ回路４０によりデ
イスクリートコサイン変換すると、ブロツク内の係数は
殆どが０となる（図３（Ｂ））。また値を有する係数
は、左上から右下の対角線上に存在する。

【００２８】次にこの係数を量子化回路２１により例え
ば輝度レベルが１０の値で量子化すると、係数のほとん
どが０となり、大きな係数のみが残る。そこでその係数
を、図示した係数の呼び出し順路（数字は呼び出し順を
示す）に従つて順次呼び出し、可変長符号化回路（ＶＬ
Ｃ）１０によりハフマン符号等の可変長符号方式で符号
可することにより、高能率符号化することができる。

【００２９】この際、画素は２次元方向に相関があるこ
とを考慮して、係数の呼び出し開始点から徐々に遠い係
数を呼び出すようにすること等が提案されている。また
水平方向に係数の相関が強い絵柄では、図４に示すよう
な読み出し順序でブロツクの上段（０〜７）の係数を順
次呼び出し、続いて（８〜６３）のように呼び出すこと
ができる。

【００３０】（２−２）予測符号化処理部６の処理 予測符号化処理部６は、予測符号化回路２３、量子化回
路２４及びＤＰＣＭ（Differntial PCM ）回路２５を有
している。予測符号化処理部６は、ブロツク内の画像信
号を予測符号化すると、ブロツク内の画像信号情報から
そのブロツクの差分信号を発生して量子化し、ＤＰＣＭ
回路２５により差分信号に残された自己相関性を減らし
てそのデータを可変長符号化回路１０により符号化する
ことにより、高能率符号化するようになされている（特
開平１−１３５２８１号公報、特開平２−１３４９１０
号公報）。

【００３１】この際バツフア回路１１は出力データを監
視し、情報量に応じて予測符号化回路２３の量子化幅Ｑ
を決定するようになされている。適応量子化の方法とし
て、具体的には以下の３つのものが使用可能であり、本
発明では、これらの方法の１若しくは複数をブロツク毎
に選択的に使用するようになされている。

【００３２】（２−３−１）ブロツク内の画像信号の平
均値を予測値とする方法 すなわち図５に示すように、ブロツク内の全画素の振幅
の平均値を求め、その平均値とそれぞれの画素の信号レ
ベルの差を量子化する方法である。ここで量子化幅Ｑは
バツフア回路１１から出力される値である。このときブ
ロツク内の平均値をＭ、ブロツク内画素の信号レベルを
Ｌとすれば量子化コードＬｑは、次式

【数１】 で表される。ここで／／は小数第一位の４捨５入を示
す。

【００３３】また復元値をＬ’とすると、

【数２】 と表すことができる（図６）。ただしこの方式では量子
化幅Ｑが大きい場合には、復元値歪みが大きくなり、図
７に示すようにブロツク間が不連続となりやすい。

【００３４】（２−３−２）適応型ダイナミツクレンジ
符号化ＡＤＲＣ（Adaptive Dynamic Range Coding ）を
用いて予測値を求める方法 本方法は、「適応型ダイナミツク・レンジ符号化の量子
化方式の検討」近藤他、１９８９年、第４回画像符号化
シンポジウム（ＰＣＳＪ）資料（４−３）に開示されて
いる。

【００３５】適応型ダイナミツク・レンジ符号化ＡＤＲ
Ｃを適用した場合の量子化特性を図８に、適応型ダイナ
ミツク・レンジ符号化ＡＤＲＣによつて生じるブロツク
歪みの例を図９に示す。適応型ダイナミツク・レンジ符
号化ＡＤＲＣにおいて、ブロツク内の最小値を予測値と
して用いる理由は、最小値はそのブロツクの周辺部にあ
ることが多いからである。

【００３６】すなわち通常ブロツクは８×８画素程度の
小さな領域であるため、輝度レベルが凹型となる場合は
極めて低いからである。このためあるブロツクの最小値
は、周囲のブロツクのいずれかのブロツクの最小値に近
い値を取ることが多い。従つて最小値がブロツクの周辺
部にある場合には、少なくとも一つの周辺ブロツクとの
間の連続性が保たれ、ブロツク歪みが最小に押さえられ
る。

【００３７】さらに適応型ダイナミツク・レンジ符号化
ＡＤＲＣでは、図８のように最上位、および最下位の階
調レベルに含まれる信号値の平均値で、新たに最大値、
最小値を定義し直すことにより、ノイズや孤立点の影響
を受けにくくなる（特開平２−１３４９１０号公報）。

【００３８】 （２−３−３−１）エツジマツチング量子化方法（１） まず１次元の場合について説明する。図１０、図１１に
示すようなブロツク長の信号について、ブロツクの両端
の信号値をＸ１、Ｘ２とし、簡単のためにＸ１≦Ｘ２と
すると共に、信号値Ｘ１とＸ２の復元値が定められた誤
差以下に出力されるように、バツフア１１から出力され
る量子化幅Ｑを以下のアルゴリズムにより変更する。

【００３９】ブロツク内画素の信号レベルをＬ、信号値
Ｘ１、Ｘ２の復元値許容誤差をＥｘとすれば、ダイナミ
ツクレンジＤＲは、

【数３】 であり、量子化幅Ｑ及び信号値Ｘ１を、

【数４】 かつ、

【数５】 とすると、量子化幅Ｑを予測符号化回路２３から量子化
回路２４へ出力される量子化幅制御信号Ｓ２２により指
示される量子化幅ｑと同じ値とし、信号値Ｘ１はそのま
まとする。

【００４０】また

【数６】 かつ

【数７】 とすると、量子化幅Ｑ及び信号値Ｘ１はそのままとす
る。ここでＡＢＳは絶対値を表す。

【００４１】ここで

【数８】 ならば、量子化幅Ｑはそのままとし、信号値Ｘ１及びＸ
２の平均値をＸｍ＝（Ｘ１＋Ｘ２）／／２とすると、信
号値Ｘ１はＸｍとする。ただし予測符号化回路２３によ
つて指定される量子化幅ｑはすべての量子化幅Ｑとダイ
ナミツクレンジＤＲの組について、

【数９】 を満たすＱより大きい値を求めて、ＲＯＭにテーブルを
書き込むようになされている。

【００４２】このとき量子化コードＬｑは、

【数１０】 により、また復元値Ｌ’は、

【数１１】 により与えられる。この方式では、ブロツクの両端の復
元信号の誤差がＥｘで抑えられるので、更にブロツク間
の連続性を保つことができる。

【００４３】次に２次元の場合について説明する。１次
元の方法を２次元ブロツクに拡張する場合にはＸ１、Ｘ
２決定のためのサブルーチンが更に必要となる。この決
定のためのアルゴリズムは以下の手順となる。まず８×
８画素の２次元ブロツク信号について図１２の様にブロ
ツク端の領域１ａ、１ｂ、２ａ、２ｂ、３ａ、３ｂ、４
ａ、４ｂを考える。

【００４４】続いて各々の領域について領域中の画素値
の平均値を求める。ここでこれらの平均値をそれぞれｍ
１ａ、ｍ１ｂ、ｍ２ａ、ｍ２ｂ、ｍ３ａ、ｍ３ｂ、ｍ４
ａ、ｍ４ｂとする。かかる後、ＡＢＳ（ｍ１ａ−ｍ１
ｂ）、ＡＢＳ（ｍ２ａ−ｍ２ｂ）、ＡＢＳ（ｍ３ａ−ｍ
３ｂ）、ＡＢＳ（ｍ４ａ−ｍ４ｂ）のうち、最大のもの
を求める。

【００４５】以上の手順により、ブロツクの両端で画素
値が大きく異なる方向、すなわちエツジを横切る方向が
求められる。よつて、選択された２つの領域での画素の
代表値のうち小さい方をＸ１とし、もう一方をＸ２と
し、１次元の時と同様にして、ブロツク信号を量子化、
逆量子化する。

【００４６】 （２−３−３−２）エツジマツチング量子化方法（２） まず１次元の場合について説明する。図１３のようなブ
ロツク長の信号について、ブロツクの両端の信号値をＸ
１、Ｘ２とする。簡単のために、Ｘ１≦Ｘ２とする。本
方法では、信号値Ｘ１とＸ２がそのまま復元値として出
力されるように、復号器側で復元値の変更を行なうとこ
ろに特徴がある。ブロツク内画素の信号レベルをＬとす
る時、バツフア１１から出力される量子化幅をＱとする
と、量子化コードＬｑは、

【数１２】 となる。

【００４７】ここで符号化装置２Ａでは量子化コードＬ
ｑの他に、信号値Ｘ１、Ｘ２、量子化幅Ｑを量子化パラ
メータとして伝送するようになされている。また復号装
置２Ｂでは、信号値Ｘ１、Ｘ２、量子化幅Ｑを量子化パ
ラメータとして受けとり、まず信号値Ｘ２の量子化値Ｘ
２ｑを計算するようになされている。

【数１３】

【００４８】この後、量子化コードＬｑが量子化値Ｘ２
ｑに等しければ、

【数１４】 とし、等しくない場合には、

【数１５】 として、復元値Ｌ’へ復元される。この方法は前述した
エツジマツチング量子化方法（１）に比べアルゴリズム
が単純であり、量子化幅Ｑの変更のためのＲＯＭテーブ
ルも必要としない。

【００４９】次に２次元の場合について説明する。エツ
ジマツチング量子化方法（２）を２次元ブロツク信号に
拡張する場合には、前述のエツジマツチング量子化方法
（１）で述べた方法でＸ１、Ｘ２を決定する。その後の
量子化、復号化方法は１次元の時と同様にして行なう。

【００５０】（２−４）ＤＰＣＭ（Differntial PCM ）
回路２５の処理 適応量子化後の係数には、まだ元の画像信号が持つてい
た信号の自己相関性がほとんどそのまま残つている。従
つてその後段でＤＰＣＭを行なうことにより更に情報量
を圧縮することができる。ここでＤＰＣＭ回路２５に
は、予測符号化回路２３よりスキヤン信号Ｓ２４によつ
て入力画素のスキヤン方向が指定されるようになされて
いる。

【００５１】ＤＰＣＭ回路２５では、差分器により入力
された量子化後の画像信号Ｙｉと１画素前の画素値との
差分をとることにより、

【数１６】 を得るようになされている。

【００５２】予測誤差信号Ｅｉは入力信号が８ビツトと
すると−２５５〜＋２５５までの値をとりうる。従つて
そのままの形で伝送しようとすると９ビツト必要とな
り、１画素当たり１ビツト余分に符号を必要とする。し
かし予測誤差信号は零を中心としてその前後にほとんど
が集中することが知られている。従つてすべての信号を
９ビツトで表現するのではなく、多数出現する信号値に
短いビツト長の符号を割り当てることにより、ブロツク
全体としては平均として９ビツトよりはもちろん、元の
８ビツトの入力信号よりもはるかに短いビツト長でブロ
ツク信号を表すことができる。

【００５３】ここではブロツク内でのＤＰＣＭに適した
方法として、次の３つ方法が使用できる。本発明では、
次の方法の１つをブロツク毎に選択的に使用するように
なされている。

【００５４】（２−４−１）ＤＰＣＭ方式（１） 図４のような呼び出し経路で適応量子化後のブロツク信
号のＤＰＣＭを行なう。呼び出し経路が１通りしかない
ため回路構成が単純で済む。しかし、図１４（Ａ）のモ
ード１の様な輪郭を含むブロツク以外（図１４（Ｂ）の
モード２、図１４（Ｃ）のモード３-1、図１４（Ｄ）の
モード３-2）では大幅な情報量の圧縮は期待できない。

【００５５】（２−４−２）ＤＰＣＭ方式（２） そこでモード１〜モード３-2それぞれに、最適な情報量
の圧縮を行なえる様にデータ呼び出し方法を切替えるこ
とを考える。図１４（Ａ）〜（Ｄ）にモード１〜モード
３-2のそれぞれに適した呼び出し方法を示す。次に、こ
れらＤＰＣＭのモード切替の判定方法について説明す
る。この判定はエツジマツチング量子化方法（１）で述
べたブロツク信号中の輪郭の方向性の調査で得られた情
報をＤＰＣＭ回路２５に与えることにより行なわれる。

【００５６】すなわち、ｉ＝１の時にはモード１を、ｉ
＝２の時にはモード２を、ｉ＝３の時にはモード３-1
を、またｉ＝４の時にはモード３-2にそれぞれ対応する
ことになる。

【００５７】（２−４−３）ＤＰＣＭ方式（３） 本方式は、ＤＰＣＭの対象の大部分がエツジを含んだブ
ロツクであるという特徴を利用する方式である。あるブ
ロツクにエツジがあるということは、そのブロツク内に
縦、横、斜めのいずれかの方向に不連続点が並んでいる
ことを意味する。もちろんその並び方は、直線上に並ん
でいるとは限らず、例えば図１５（Ａ）に示すように並
んでいる。

【００５８】このようなブロツクを、ＤＰＣＭ方式
（１）またはＤＰＣＭ方式（２）で符号化しても、エツ
ジの特徴が、スキヤン方向と一致しないため、差分値が
大きくなり符号化効率は低い。この問題を解消するため
に、次のアルゴリズムで差分を取る。具体的に説明する
ために、ブロツクの大きさを８×８画素とし、縦方向に
ＤＰＣＭする。（実際にはブロツクの大きさはいくつで
もよいし、ＤＰＣＭの方向は横でもよい。）

【００５９】すなわち第１行目については、１画素ごと
に、横方向にＤＰＣＭを行ない、差分を取る。続く２行
目以降については、横８画素、すなわち１行ごとにまと
めてＤＰＣＭを縦方向に行なう。

【００６０】このとき図１５（Ｂ）に示すように、その
まま縦方向に差分を取ると、３画素目と６画素目で差分
値が大きくなる。これを避けるために図１５（Ｃ）に示
すように第１行目を右へ１画素シフトしてから差分を取
ると、大きな差分は発生しない。

【００６１】このとき問題になるのは、ブロツクの両端
の画素であるが、図１５（Ｄ）に示すように、左へ２画
素シフトする場合、１、２画素目は予測には使わない。
そのかわり８画素目を用いて、次の行の６、７、８画素
との差分を取る。これは、いわゆる算術シフトである。

【００６２】上のように１行ごとにシフト量を可変とす
るので、この方式を可変シフトＤＰＣＭと呼ぶことにす
る。この可変シフトＤＰＣＭを用いれば、図１５（Ａ）
よりも複雑なエツジを含んだブロツクでも、高い効率で
符号化できる。さらに、この可変シフトＤＰＣＭのシフ
ト量は、画素単位の整数のシフト量ばかりでなく、小数
点以下のシフト量も考えられる。小数点以下のシフトと
は、補間フィルタを用いて画素間の値を補間することに
相当する。たとえば、 0.5画素のシフトとは、画素間の
中間の点における値を求めることである。

【００６３】ここでＤＰＣＭ回路４５は、可変シフトＤ
ＰＣＭを用いて符号化する場合、差分値のほかに各行
（列）のシフト量も伝送する必要がある。例えば、１行
（列）当たりのシフト量を、±３画素とすると、ほとん
どのエツジに対応できるので、シフト量を、−３〜＋３
画素の７種類の範囲とすると、３ｂｉｔ必要である。そ
の場合、８×８画素のブロツクでは、次式

【数１７】 に示すように、２１ｂｉｔの付加情報が必要である。

【００６４】さらに実際の画像で用いられるシフト量の
発生確率を求めると、可変長符号化によつて、付加情報
量を削減できる。例えば±２画素以上のシフト量の発生
確率が小さい場合には、図１６の符号を用いることによ
り、平均するとおよそ

【数１８】 と、１４ｂｉｔ近くまで付加情報量を削減することがで
きる。

【００６５】また第１行目から７行目までのシフト量に
は、お互いに相関がある。例えば、エツジが縦、横、斜
めなどの直線の場合には、１行目から７行目までのシフ
ト量は同じ値になる。このため、１行目から７行目まで
のシフト量を並べて、まとめて符号化する方法がある。

【００６６】この場合、特にシフト量０の発生確率が大
きい場合には、シフト量０の行が続いた場合には、０ラ
ンとして捉え、０ランを含めた図１７のような符号を用
いることで、付加情報量を削減することも可能である。
このような差分情報とシフト量は、図１８（Ｂ）に示す
ように多重化して伝送することができる。

【００６７】 （２−５）ＤＣＴ／予測符号化判定回路７の処理 図１のＤＣＴ／予測符号化判定回路７は、画像信号を符
号化する場合に、ブロツク単位でＤＣＴを行うか、予測
符号化を行うかの判定を行なう。まず、ブロツクの情報
によりどの処理方法を選択するかを判定しなければなら
ない。その場合、空間領域又はＤＣＴ変換出力領域で判
定する。以下各判定方式について詳細に説明する。

【００６８】（２−５−１）空間領域での判定 急激に輝度が変化する絵柄、具体的にはエツジやディテ
ール部分を含む画像では、ブロツク内の画像信号のダイ
ナミツクレンジ（最大値−最小値）が大きな値をとる。
このような絵柄については、ＤＣＴが情報の圧縮率にお
いて不利であり、予測符号化を選択すべきである。よつ
てブロツク毎に、そのブロツク内のダイナミツクレンジ
（ＤＲ）を求め、その値が圧縮率と絵柄の劣化から選択
した適当な閾値（Ａ）を越えるブロツクについては、予
測符号化を行なうと判定する。

【００６９】 （２−５−２）ＤＣＴ変換出力領域での判定 画像信号を２次元ＤＣＴした場合のＤＣＴ係数には、次
の性質があることが知られている。例えば（８×８）画
素をブロツク（マクロブロツク）とする２次元ＤＣＴで
は、ブロツクの左上隅に相当する０行０列目の係数Ｆ
（０、０）は、画像ブロツク内の平均輝度を表す直流成
分に相当する。そしてＦ（０、０）から右横方向にいく
に従つて、係数は画像ブロツク内の縦の高周波数成分を
表し、下方向にいくに従つて、横の高周波数成分を表
す。

【００７０】すなわちエツジの様に急激に輝度が変化す
る絵柄のブロツクをデイスクリートコサイン変換する
と、その変換出力は図１４に示すように大きく以下の３
つに分類できる。図１９は、８×８画素のマクロブロツ
クにおいて、デイスクリートコサイン変換後の出力領域
を示す。ここで○は輝度の高い（又は低い）画素の位置
を示し、×はブロツク内で大きなＤＣＴ係数が発生しや
すい位置を示す。

【００７１】図１９（Ａ）は、縦方向に輪郭が存在する
場合であつて、ＤＣＴ係数は低次から横方向に大きなエ
ネルギーをもつて集中する。これを以下「ケース１」と
呼ぶこととする。また図１９（Ｂ）は、横方向に輪郭が
存在する場合であつて、ＤＣＴ係数は低次から縦方向に
大きなエネルギーをもつて集中する。これを以下「ケー
ス２」と呼ぶこととする。

【００７２】図１９（Ｃ）は、斜め方向に輪郭が存在す
る場合であつて、ＤＣＴ係数は低次から斜め方向に大き
なエネルギーをもつて集中する。これを以下「ケース
３」と呼ぶこととする。直流成分を除いたすべてのＤＣ
Ｔ係数の絶対値和Ｆａ、およびケース１、ケース２、ケ
ース３でそれぞれＤＣＴ出力領域で×で示した領域のＤ
ＣＴ係数の絶対値和Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３を、ブロツク毎に
求める。

【００７３】そして絶対値和Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３の内、最
大のものをＦｍａｘとした時、Ｆａに対するＦｍａｘの
比率が圧縮率と絵柄の劣化から選択した適当な閾値を越
えるブロツクについては予測符号化方式により符号化す
るようになされている。

【００７４】（３）復号化装置の構成 一方、復号化装置２Ｂは、図２に示すように、符号化装
置２Ａから出力された符号化ビツトストリーム入力Ｓ３
１をバツフア３１に入力し、一時蓄積するようになされ
ている。逆可変長符号化回路３２は、符号化ビツトスト
リーム入力Ｓ３１から伝送データがＤＣＴ変換データで
あるか予測符号化変換データであるかを切換信号から解
読し、その情報に従つてＤＣＴか予測符号化かを選択す
る。

【００７５】ここで逆可変長符号化回路３２は、符号化
ビツトストリーム入力Ｓ３１を逆可変長符号化処理して
逆ＤＣＴ処理部３３及び逆予測符号化処理部３４に供給
するようになされている。逆ＤＣＴ処理部３３は、遅延
回路３５、逆量子化回路３６、逆ＤＣＴ回路３７を有
し、ＤＣＴ処理部５と逆の処理手順により符号化ビツト
ストリーム入力Ｓ３１から伝送画像を復号するようにな
されている。

【００７６】また逆予測符号化処理部３４は、逆ＤＰＣ
Ｍ回路３８、逆量子化回路３９、逆予測符号化回路４０
を有し、予測符号化処理部６と逆の処理手順によつて符
号化ビツトストリーム入力Ｓ３１から伝送画像を復号す
るようになされている。ここで逆量子化回路３６及び３
９は、逆可変長符号化回路３２より量子化幅制御信号Ｓ
３２及びＳ３３を入力するようになされている。

【００７７】また逆ＤＰＣＭ回路３８は、逆可変長符号
化回路３２よりスキヤン方向指定信号Ｓ３４を入力する
ようになされており、逆予測符号化回路４０は、予測値
信号Ｓ３５を入力するようになされている。復号化装置
２Ｂは、かかる処理手順により逆ＤＣＴ処理部３３及び
逆予測符号化処理部３４で復号された復号データＳ３６
及びＳ３７を切換回路４１、加算回路４２を順次介して
伝送画像を復号するようになされている。

【００７８】またこのとき予測回路４３は、逆可変長符
号化回路３２により切り換え制御され、これらブロツク
毎に処理された逆ＤＣＴ、又は逆予測符号化の出力よ
り、原動画像を再現するためのものである。ここで予測
回路４３の出力は、切換回路４４を介して加算回路４２
に入力されるようになされており、この切換回路４１、
４２はそれぞれ逆可変長符号化回路３２から入力される
ＤＣＴ／予測符号化切換信号Ｓ３９によつて切り換えら
れる。

【００７９】（３−１）逆ＤＰＣＭ回路２７の構成 ＤＰＣＭ方式（３）で符号化された伝送される符号化デ
ータは、図２０に示す可変シフトＤＰＣＭデコーダ回路
５０によつて復号されるようになされている。すなわち
可変シフトＤＰＣＭデコーダ回路５０は、８ｂｉｔ×１
１段のシフトレジスタ５１とカウンタを構成する３組の
フリツプフロツプ５２、５３、５４によつて構成されて
いる。

【００８０】ここで可変シフトＤＰＣＭデコーダ回路５
０は、ブロツク単位でラスタスキヤンされた画素データ
Ｓ５１（図２１（Ｂ））をＤ−フリツプフロツプを介し
て（図２１（Ｆ））加算器５６に入力する。

【００８１】加算器５６は、８バイト−１バイトセレク
タ５８から出力された出力Ｓ５６（図２１（Ｇ））を加
算すると、加算結果をアンド回路５７を介して８ｂｉｔ
×１１段のシフトレジスタ５１に供給すると共に、Ｄ−
フリツプフロツプ回路５９を介してラスタスキヤン画素
データ出力として出力するようになされている。

【００８２】ここでＤ−フリツプフロツプ回路５９から
出力されるラスタスキヤン画素データ出力は、１画素に
つき１発のクロツク信号Ｓ５０（図２１（Ａ））に対し
て２クロツク分入力信号に対して遅れて出力される。ま
たシフトレジスタ５２、５３及び５４には、図２２に示
すように、７通りのシフト量を指定する３ビツトのシフ
ト量指定入力Ｓ００、Ｓ０１及びＳ０２（図２１
（Ｅ））が論理演算回路６０、６１及び６２を介してそ
れぞれ入力されるようになされている。

【００８３】ここで各シフトレジスタ５２、５３及び５
４は、クロツク信号Ｓ５０により動作され、入力端ＬＤ
には各行の先頭を示すフラグＳ５３（図２１（Ｄ））が
入力されるようになされている。またシフトレジスタ５
２及び５３のクリア入力端ＣＬＲには、各ブロツクの先
頭を示すフラグＳ５２（図２１（Ｃ））が入力されるよ
うになされている。

【００８４】このとき各シフトレジスタ５２、５３及び
５４は、それぞれ図２１（Ｈ）、図２１（Ｋ）及び図２
１（Ｌ）に示すように動作し、シフトレジスタ５３及び
５４のＲＣＯ出力端からの出力（図２１（Ｉ）及び
（Ｊ））の論理積がカウンタ５２のＥＮＰ入力端に入力
される。これによりシフトレジスタ５２の出力ＱＡ、Ｑ
Ｂ、ＱＣからセレクタ５８に３ビツトの切換信号Ｓ５７
（図２１（Ｈ））が供給される。

【００８５】（４）実施例の動作 以上の構成において、符号化装置２Ａは切換回路４を予
測回路８から入力されるフレーム間／フレーム内切換信
号Ｓ４により切り換えることにより、伝送画像に応じて
フレーム間符号化又はフレーム内符号化された画像デー
タをＤＣＴ処理部５及び予測符号化処理部６に出力す
る。

【００８６】このときＤＣＴ処理部５は、８×８画素の
画像データを２次元相関を利用してデイスクリートコサ
イン変換し、変換後の画像データをさらにバツフア回路
１１から入力される量子化幅制御信号Ｓ９に基づいて量
子化する。これに対して予測符号化処理部６は、予測符
号化回路２３及び量子化回路２４を順次介して予測符号
化された画像データを所定の量子化幅で量子化した量子
化データＳ１０をＤＰＣＭ回路２５に供給する。

【００８７】ここでＤＰＣＭ回路２５は、ＤＰＣＭ方式
（１）、ＤＰＣＭ方式（２）、ＤＰＣＭ方式（３）のそ
れぞれにより各ブロツクについて符号化し、いずれの変
換方式で符号化したかを示すフラグと共に、そのときの
シフト量及び又は差分データを後段の可変長符号化回路
１０に出力する。ここで伝送画像として８×８画素で与
えられ、ダイナミツクレンジが50/255以上のブロツクに
ついて各符号化方式について符号化結果を比較する。

【００８８】まず対象ブロツクに対して縦方向及び横方
向にＤＰＣＭ符号化し、符号化後の残量の絶対値和の小
さい方を１方向ＤＰＣＭ符号化の符号化対象量とする。
続いて同一ブロツクに対して同様に、ＤＰＣＭ方式
（３）による可変シフトＤＰＣＭ符号化し、そのときの
符号化対象量を求める。

【００８９】このとき可変シフトＤＰＣＭ符号化による
符号化対象量が１方向ＤＰＣＭ符号化による符号化対象
量に比して60％未満になるブロツクをカウントすると、
種々の伝送画像に対して可変シフトＤＰＣＭ符号化によ
る符号化が有利になるブロツクは全体の６〜35％を占め
ることになる。特に伝送画像に斜め方向のエツジが多く
含まれる場合には、可変シフトＤＰＣＭ符号化方式によ
つて符号化することにより、１方向ＤＰＣＭ符号化方式
によつて符号化する場合に比して40％以上のデータ量を
削減することができる。

【００９０】これによりＤＰＣＭ回路２３は、同一ブロ
ツク内に斜め方向のエツジが含まれるブロツクに対して
は、ＤＰＣＭ方式（３）による可変シフトＤＰＣＭ符号
化方式で符号化された画像データを可変長符号化回路１
０に出力する。

【００９１】（５）実施例の効果 以上の構成によれば、エツジの様な信号の不連続点では
予測符号化に切り替えることにより、ＤＣＴ符号化と同
程度もしくは少ない情報量で、モスキートノイズ等の妨
害の少ない符号化ができ、ＤＣＴ符号化のみのシステム
に比べて、全体として少ない情報量で、高い画質を伝送
することができる。また伝送画像を予測符号化して伝送
する場合、ブロツクの予測値と量子化幅（またはブロツ
クのダイナミツクレンジ）を伝送して、適応量子化を行
なうことにより、復号画像のブロツク歪を軽減させるこ
とができる。

【００９２】さらに量子化後にＤＰＣＭをすることによ
り、符号化効率を一段と高めることができる。ＤＰＣＭ
方式（３）による符号化方式は、ブロツク単位で処理が
完結しているため、従来の予測符号化方式に比して小さ
いハードウエア規模で実現することができる。

【００９３】（６）他の実施例 なお上述の実施例においては、ＤＰＣＭ方式（３）で差
分データを求める際、各行のデータを左右にシフトさ
せ、そのときのシフト量及び差分データを伝送する場合
について述べたが、本発明はこれに限らず、各列につい
てデータのシフト量及び差分データを求め、これを伝送
するようにしても良い。

【００９４】また上述の実施例においては、本発明を図
１及び図２に示す符号化装置２Ａ及び２Ｂに適用する場
合について述べたが、本発明はこれに限らず、画像デー
タを予測符号化して伝送する符号化復号化装置に広く適
用し得る。

【００９５】

【発明の効果】上述のように本発明によれば、単位ブロ
ツクごとに符号化方式をデイスクリートコサイン変換符
号化又は予測符号化に切り換えて伝送画像を符号化し、
予測符号化して画像を伝送する場合には、予測符号化さ
れた伝送データを単位ブロツクの１行を単位として隣接
する行との差分をとる際に、差分値が最も小さくなるよ
うに行をシフトして差分をとり、その際の差分値と共に
シフト量を伝送することにより、符号化効率を従来に比
して一段と向上させることができると共に画質を一段と
向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による符号化装置の一実施例を示すブロ
ツク図である。

【図２】本発明による復号化装置の一実施例を示すブロ
ツク図である。

【図３】デイスクリートコサイン変換によるＤＣＴ係数
の変化の説明に供する図である。

【図４】係数の呼び出し順序の説明に供する図である。

【図５】平均値予測の説明に供する特性曲線図である。

【図６】平均値予測による量子化／復号化特性の説明に
供する特性曲線図である。

【図７】平均値予測を使用した場合のブロツク歪の説明
に供する特性曲線図である。

【図８】適応型ダイナミツクレンジ符号化による量子化
特性を示す特性曲線図である。

【図９】適応型ダイナミツクレンジ符号化を使用した場
合のブロツク歪の説明に供する特性曲線図である。

【図１０】エツジマツチング量子化方法（１）の説明に
供する特性曲線図である。

【図１１】エツジマツチング量子化方法（１）による量
子化特性の説明に供する特性曲線図である。

【図１２】エツジマツチング量子化方法（１）を２次元
符号化に適用する場合の領域を示す図である。

【図１３】エツジマツチング量子化方法（２）の説明に
供する特性曲線図である。

【図１４】ＤＰＣＭによる係数呼び出し経路の説明に供
する図である。

【図１５】可変シフトＤＰＣＭ処理の説明に供する図で
ある。

【図１６】可変長符号化の説明に供する図表である。

【図１７】可変長符号化の説明に供する図表である。

【図１８】ＤＰＣＭ符号の説明に供する図表である。

【図１９】エツジとＤＣＴ係数との関係を示す図であ
る。

【図２０】可変シフトＤＰＣＭデコーダの構成を示す接
続図である。

【図２１】その動作の説明に供するタイミングチヤート
である。

【図２２】シフト量の説明に供する図表である。

【符号の説明】

１……画像データ伝送システム、２Ａ……符号化装置、
２Ｂ……復号化装置、５……ＤＣＴ処理部、６……予測
符号化処理部、７……ＤＣＴ／予測符号化判定回路、８
……予測回路、１０……ＶＬＣ回路、１１、３１……バ
ツフア回路、１２、１４、３６、３９……逆量子化回
路、１５……逆予測符号化回路、２０……ＤＣＴ回路、
２１、２４……量子化回路、２２、３５……遅延回路、
２３……予測符号化回路、２５……ＤＰＣＭ回路、３７
……逆ＤＣＴ回路、３８……逆ＤＰＣＭ回路、４０……
逆予測符号化回路、５０……可変シフトＤＰＣＭデコー
ダ回路、５１……シフトレジスタ、５２、５３、５４…
…フリツプフロツプ、５５、５９……Ｄ−フリツプフロ
ツプ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年９月４日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の名称

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の名称】 動画像符号化復号化装置

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、予測符号化
方式は、画像信号の振幅の冗長性だけを圧縮するので、
空間周波数領域まで圧縮するデイスクリートコサイン変
換方式に比べて、圧縮率が低く、デイスクリートコサイ
ン変換方式と予測符号化方式とを単に切り換えるだけで
は、高い符号化効率は得られないという問題があった。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００８

【補正方法】削除

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【作用】１枚の画像をブロツクに分割し、ブロツク単位
で符号化する場合に、デイスクリートコサイン変換符号
化と予測符号化とを絵柄の性質に応じて切り換えるとと
もに、予測符号化を行う場合、画素データを初期位置か
ら所定画素分離れた位置に移動させ、その位置周辺の画
素データとの差分値を符号化することにより、符号化効
率を向上することができ、全体としての画質も向上する
ことができる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】画像を複数の画素に対応する単位ブロツク
   に分割し、当該単位ブロツクごとに上記画素の画素デー
   タを直交変換符号化又は予測符号化して伝送する動画像
   符号化復号化して伝送する動画像符号化復号化装置にお
   いて、 上記予測符号化によつて上記画素データを伝送すると
   き、上記単位ブロツク内の第１の画素を初期位置から所
   定画素分離れた第２の位置に移動させ、当該第２の位置
   周辺の第２の画素データと上記第１の画素の画素データ
   との差分値を求めることにより、上記画像の画像情報を
   圧縮して伝送することを特徴とする動画像符号化復号化
   装置。
2. 【請求項２】画像を複数の画素に対応する単位ブロツク
   に分割し、当該単位ブロツクごとに上記画素の画素デー
   タを直交変換符号化又は予測符号化して伝送する動画像
   符号化復号化して伝送する動画像符号化復号化装置にお
   いて、 上記予測符号化によつて上記画素データを伝送すると
   き、上記単位ブロツク内の上記画素を行単位又は列単位
   で同一行内又は同一列内所定画素分移動させ、当該移動
   後の第２の位置に隣接する行又は列の第２の画素の画素
   データと上記画素の画素データとの差分値を求めること
   により、上記画像の画像情報を圧縮して伝送することを
   特徴とする動画像符号化復号化装置。