JPH0683444B2 - 画像符号化方式 - Google Patents
画像符号化方式Info
- Publication number
- JPH0683444B2 JPH0683444B2 JP60285833A JP28583385A JPH0683444B2 JP H0683444 B2 JPH0683444 B2 JP H0683444B2 JP 60285833 A JP60285833 A JP 60285833A JP 28583385 A JP28583385 A JP 28583385A JP H0683444 B2 JPH0683444 B2 JP H0683444B2
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- Japan
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- block
- coding method
- image coding
- signal
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- G06T9/008—Vector quantisation
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- Multimedia (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Image Processing (AREA)
- Compression, Expansion, Code Conversion, And Decoders (AREA)
- Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 (発明の属する技術分野) 本発明は、テレビジョン信号を効率よく符号化する画像
符号化方式に関するものである。
符号化方式に関するものである。
(従来の技術) 従来より、音声あるいは画像信号を高能率に符号化する
方法としてベクトル量子化器が知られている。
方法としてベクトル量子化器が知られている。
この方式では、複数個のサンプルによりブロックを構成
し、ブロック内サンプル値を要素とする入力ベクトル
と、予め定めてある代表ベクトルの中で最も距離が小さ
くなるベクトルを各入力ベクトル毎に選択し、その識別
符号を伝送することにより、受信側では送られてくる識
別符号から信号再生を行うものである。
し、ブロック内サンプル値を要素とする入力ベクトル
と、予め定めてある代表ベクトルの中で最も距離が小さ
くなるベクトルを各入力ベクトル毎に選択し、その識別
符号を伝送することにより、受信側では送られてくる識
別符号から信号再生を行うものである。
符号化情報量R(ビット/サンプル)は、ブロック内サ
ンプル数をM、代表ベクトル数をN(=2L)とすると
き、 で与えられ、例えば、(4×4)ブロックに対して256
(=28)個の代表ベクトルを用いるベクトル量子化器で
は R=8/(4×4)=0.5ビット/サンプルとなる。
ンプル数をM、代表ベクトル数をN(=2L)とすると
き、 で与えられ、例えば、(4×4)ブロックに対して256
(=28)個の代表ベクトルを用いるベクトル量子化器で
は R=8/(4×4)=0.5ビット/サンプルとなる。
他の高能率符号化の例としての予測符号化におけるサン
プル単位の予測誤差信号をスカラー量子化する場合に比
べて、また同じくブロック単位で符号化処理を行う変換
符号化においても、変換係数をスカラー量子化する場合
に比べてベクトル量子化器は高い符号化効率を達成し、
Rate-Distortion限界に最も近い符号化速度が得られる
ことが知られている。
プル単位の予測誤差信号をスカラー量子化する場合に比
べて、また同じくブロック単位で符号化処理を行う変換
符号化においても、変換係数をスカラー量子化する場合
に比べてベクトル量子化器は高い符号化効率を達成し、
Rate-Distortion限界に最も近い符号化速度が得られる
ことが知られている。
ベクトル量子化器の符号化効率は(1)式で示される符
号化情報量と量子化によって生じる符号化歪量で定ま
り、平均符号化歪が最小となる代表ベクトルの集合(コ
ードブック)の作成法がその良否を左右する。
号化情報量と量子化によって生じる符号化歪量で定ま
り、平均符号化歪が最小となる代表ベクトルの集合(コ
ードブック)の作成法がその良否を左右する。
トレーニングデータを用いてコードブックを作成するア
ルゴリズムが提案されているが、高い符号化率を得るこ
とを目的として、入力信号の統計的性質に基づいたコー
ドブックを作成するためには、コードブックに含まれる
ベクトル数の10倍以上のトレーニングデータを用いた計
算を必要とする。
ルゴリズムが提案されているが、高い符号化率を得るこ
とを目的として、入力信号の統計的性質に基づいたコー
ドブックを作成するためには、コードブックに含まれる
ベクトル数の10倍以上のトレーニングデータを用いた計
算を必要とする。
Rate-Distortion理論からブロック内サンプル数が多
い、従ってベクトル次元数が高い程、符号化効率を高め
られることが知られているが、それに応じてコードブッ
クの大きさ(2′)と同時にトレーニングデータの数を
増加させる必要がある。
い、従ってベクトル次元数が高い程、符号化効率を高め
られることが知られているが、それに応じてコードブッ
クの大きさ(2′)と同時にトレーニングデータの数を
増加させる必要がある。
しかしながら、現状の計算機の計算能力及び演算精度の
点からブロックサイズを大きくとることには限界があ
り、(4×4)ブロックに対して512〜1024(=29〜210
程度のサイズのコードブックを作成するのが現実的であ
る。
点からブロックサイズを大きくとることには限界があ
り、(4×4)ブロックに対して512〜1024(=29〜210
程度のサイズのコードブックを作成するのが現実的であ
る。
ブロックサイズ及びコードブック数を増大することによ
って符号化効率を高めると共に、平均符号化歪を小さく
する量子化法として、第1段の量子化として代表ベクト
ルを求め、次いで分散ベクトル辞書等を用い、各代表ベ
クトルを中心にベクトル成分毎、独立に第2の量子化を
行う発明がある(特願昭57-204849号)。
って符号化効率を高めると共に、平均符号化歪を小さく
する量子化法として、第1段の量子化として代表ベクト
ルを求め、次いで分散ベクトル辞書等を用い、各代表ベ
クトルを中心にベクトル成分毎、独立に第2の量子化を
行う発明がある(特願昭57-204849号)。
しかし、上記発明では第1段の量子化に割当てられるビ
ット数と第2段の量子化ビット数の和が一定となるよう
に構成されており、テレビジョン信号のフレーム間符号
化の例に見られるように、被写体の動きの大小に依存し
て情報量が変化する場合、ブロック当りの情報発生量を
制御することにより、大きな画品質劣化を避ける符号化
方式の構成には、そのまま適用できないという欠点があ
った。
ット数と第2段の量子化ビット数の和が一定となるよう
に構成されており、テレビジョン信号のフレーム間符号
化の例に見られるように、被写体の動きの大小に依存し
て情報量が変化する場合、ブロック当りの情報発生量を
制御することにより、大きな画品質劣化を避ける符号化
方式の構成には、そのまま適用できないという欠点があ
った。
(発明の目的) 本発明の目的は、ブロック単位の符号割当てを制御する
ことにより、平均符号化歪を軽減することを特徴とする
ベクトル・スカラー量子化法を用いた画像符号化方式を
提供することにある。
ことにより、平均符号化歪を軽減することを特徴とする
ベクトル・スカラー量子化法を用いた画像符号化方式を
提供することにある。
(発明の構成) (発明の特徴と従来の技術との差異) 本発明は、画像信号をブロック化しブロック毎にベクト
ル量子化を行った後にベクトル量子化誤差を符号化する
場合において、誤差信号符号化に割当てられるビット数
を過去の符号発生量及び現ブロックの誤差信号の大きさ
に基づいて制御し、時間的平均値としての情報発生量を
一定値に保つと共に、画像の精細度、動き等が変化して
も再生画像の大幅な画品質劣化を引き起こすことなく、
平均符号化歪を最小化することを最も主要な特徴とす
る。
ル量子化を行った後にベクトル量子化誤差を符号化する
場合において、誤差信号符号化に割当てられるビット数
を過去の符号発生量及び現ブロックの誤差信号の大きさ
に基づいて制御し、時間的平均値としての情報発生量を
一定値に保つと共に、画像の精細度、動き等が変化して
も再生画像の大幅な画品質劣化を引き起こすことなく、
平均符号化歪を最小化することを最も主要な特徴とす
る。
従来の技術とは、ベクトル量子化誤差信号の符号化に割
当てられるビット数を可変とすること及びその制御法が
異なる。
当てられるビット数を可変とすること及びその制御法が
異なる。
(実施例) 第1図は本発明をテレビジョン信号の動き補償フレーム
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す図
であって、1は信号入力端子、2は走査変換回路、3は
動きベクトル検出回路、4は可変遅延回路、5はフレー
ムメモリ、6は遅延回路、7は減算器、8は有意ブロッ
ク検出回路、9はベクトル量子化器、10は減算回路、11
はベクトル量子化誤差算出回路、12は符号割当て制御回
路、13はスカラー量子化器、14,15は加算回路、16は遅
延回路、17は多重化回路、18はバッファメモリ、19はコ
ードブック記憶回路、20は信号出力端子である。
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す図
であって、1は信号入力端子、2は走査変換回路、3は
動きベクトル検出回路、4は可変遅延回路、5はフレー
ムメモリ、6は遅延回路、7は減算器、8は有意ブロッ
ク検出回路、9はベクトル量子化器、10は減算回路、11
はベクトル量子化誤差算出回路、12は符号割当て制御回
路、13はスカラー量子化器、14,15は加算回路、16は遅
延回路、17は多重化回路、18はバッファメモリ、19はコ
ードブック記憶回路、20は信号出力端子である。
まず、ラスタ走査順序によって信号入力端子1より入力
されるディジタル化された画像信号は、走査変換回路2
によって、例えば4×4,8×8,16×16等のブロックサイ
ズに従ってブロック走査順序に並べ替えられる。
されるディジタル化された画像信号は、走査変換回路2
によって、例えば4×4,8×8,16×16等のブロックサイ
ズに従ってブロック走査順序に並べ替えられる。
ブロック化された画像信号は動きベクトル検出回路3に
入力され、フレームメモリ5に記憶されている前フレー
ムの再生画像を参照にして、ブロック単位にフレーム間
の被写体の変位を示す動きベクトルが検出される。
入力され、フレームメモリ5に記憶されている前フレー
ムの再生画像を参照にして、ブロック単位にフレーム間
の被写体の変位を示す動きベクトルが検出される。
可変遅延回路4では、検出された動きベクトルに基づき
フレーム間予測に用いるフレームメモリ5からの参照画
像ブロックを遅延させて減算器7に出力する。
フレーム間予測に用いるフレームメモリ5からの参照画
像ブロックを遅延させて減算器7に出力する。
一方、走査変換回路2からの画像ブロックは、遅延回路
6において動きベクトル検出に要する演算遅延時間と可
変遅延回路4の遅延時間の和に相当する時間だけ遅延さ
れて、対応する前フレーム中の参照画像ブロックと遅延
調整された状態で減算器7に入力される。
6において動きベクトル検出に要する演算遅延時間と可
変遅延回路4の遅延時間の和に相当する時間だけ遅延さ
れて、対応する前フレーム中の参照画像ブロックと遅延
調整された状態で減算器7に入力される。
減算器7ではブロック内の画素単位に減算が行われ、そ
の減算結果を用いて有意ブロック検出回路8で符号化伝
送すべき画像ブロックが選択される。
の減算結果を用いて有意ブロック検出回路8で符号化伝
送すべき画像ブロックが選択される。
例えば、減算結果のブロック内絶対値累積和が小さく、
無効ブロックと識別された画像ブロックに対しては無効
ブロックを示す識別符号のみが伝送され、以後の符号化
処理は適用されない。
無効ブロックと識別された画像ブロックに対しては無効
ブロックを示す識別符号のみが伝送され、以後の符号化
処理は適用されない。
ベクトル量子化器9では、有意ブロックに対してコード
ブック記憶回路19に記憶されている代表ベクトル(コー
ドワード)との間でブロックマッチング処理を行い、両
者間の距離が最小となる代表ベクトルを示す符号(イン
デックス)を多重化回路17に送出すると共に、選択され
た代表ベクトルを減算回路10へ送出する。
ブック記憶回路19に記憶されている代表ベクトル(コー
ドワード)との間でブロックマッチング処理を行い、両
者間の距離が最小となる代表ベクトルを示す符号(イン
デックス)を多重化回路17に送出すると共に、選択され
た代表ベクトルを減算回路10へ送出する。
減算回路10ではベクトル量子化器9の入出力ベクトル間
で画素単位の減算が行われ、減算結果のベクトル量子化
誤差信号が次段のスカラー量子化器13へ送られる。
で画素単位の減算が行われ、減算結果のベクトル量子化
誤差信号が次段のスカラー量子化器13へ送られる。
同時にベクトル量子化誤差信号はベクトル量子化誤差算
出回路11において、例えばブロック内誤差信号電力が計
算され、これとバッファメモリ18の情報記憶量の状態を
示す信号を用いて、符号割当て制御回路12において符号
化中のブロックに割当てるべき符号量の総数と、これを
ブロック内画素の各々の配分するビット配分表を決定す
る。
出回路11において、例えばブロック内誤差信号電力が計
算され、これとバッファメモリ18の情報記憶量の状態を
示す信号を用いて、符号割当て制御回路12において符号
化中のブロックに割当てるべき符号量の総数と、これを
ブロック内画素の各々の配分するビット配分表を決定す
る。
スカラー量子化器13ではベクトル量子化誤差信号をビッ
ト配分表に基づいて画素単位に量子化し、その量子化レ
ベルを表わす符号を多重化回路17へ送出する。
ト配分表に基づいて画素単位に量子化し、その量子化レ
ベルを表わす符号を多重化回路17へ送出する。
また、量子化出力信号には加算回路14においてベクトル
量子化器9で選択された代表ベクトルが加算されて、有
意ブロックに対する動き補償フレーム間差分信号が再生
される。
量子化器9で選択された代表ベクトルが加算されて、有
意ブロックに対する動き補償フレーム間差分信号が再生
される。
さらに、加算回路15では動き補償された前フレーム中の
参照ブロックがブロック当りの符号化処理時間に相当す
るだけの遅延時間を有する遅延回路16を経て加算され、
入力信号が再生される。再生画像ブロックはフレームメ
モリ5に記憶され、次フレーム画像の動き補償フレーム
間予測参照画像ブロックとして用いられる。
参照ブロックがブロック当りの符号化処理時間に相当す
るだけの遅延時間を有する遅延回路16を経て加算され、
入力信号が再生される。再生画像ブロックはフレームメ
モリ5に記憶され、次フレーム画像の動き補償フレーム
間予測参照画像ブロックとして用いられる。
多重化回路17では、動きベクトル、有意/無為ブロック
識別ベクトルインデックス、ビット割当て制御符号、及
び画素単位の量子化レベルを示す符号化が時分割多重化
されてバッファメモリ18へ送出される。
識別ベクトルインデックス、ビット割当て制御符号、及
び画素単位の量子化レベルを示す符号化が時分割多重化
されてバッファメモリ18へ送出される。
バッファメモリ18はブロック単位に不均一に発生する符
号を記憶すると共に、信号出力端子20を介して伝送路へ
一定速度で送出する。
号を記憶すると共に、信号出力端子20を介して伝送路へ
一定速度で送出する。
また、バッファメモリ内の記憶情報量を監視し、その状
態を示す制御信号を符号割当て制御回路12へ送出する。
態を示す制御信号を符号割当て制御回路12へ送出する。
符号割当て制御回路12ではバッファメモリ18の情報記憶
量の状態を示す変数B0とベクトル量子化誤差算出回路11
で得られる誤差電力εVQを変数とする式(1)に示す関
数(B0,εVQ)からビット配分のスケーリング係数η
を求める。
量の状態を示す変数B0とベクトル量子化誤差算出回路11
で得られる誤差電力εVQを変数とする式(1)に示す関
数(B0,εVQ)からビット配分のスケーリング係数η
を求める。
η=(B0,εVQ) (1) 第2図はビット配分を定めるスケーリング係数とベクト
ル量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量との関
係を示す図である。
ル量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量との関
係を示す図である。
式(1)は定性的に第2図で示され、εVQが大きい程、
またB0が小さい程、スケーリング係数ηは大きくなる。
またB0が小さい程、スケーリング係数ηは大きくなる。
第3図はスケーリングによるスカラー量子化ビット配分
の制御法を示す図であり、サンプルデータを求めて、予
め定めてある代表ベクトルのビット割当て表の各要素毎
に、スケーリング係数ηを乗じて、改めてビット割当て
表をブロック毎に作成する。
の制御法を示す図であり、サンプルデータを求めて、予
め定めてある代表ベクトルのビット割当て表の各要素毎
に、スケーリング係数ηを乗じて、改めてビット割当て
表をブロック毎に作成する。
以上述べた実施例において、ベクトル量子化器のブロッ
クマッチングに用いる歪測度関数として任意の形式が可
能である。
クマッチングに用いる歪測度関数として任意の形式が可
能である。
また、受信部へ伝送するビット割当て制御符号としての
スケーリング係数は、必ずしも式(1)に限定されるこ
となく、例えば、バッファメモリの状態のみで決定する
ことも可能であるし、その制御周期をブロック単位の代
りにフレーム単位等にできることは容易に類推できる。
スケーリング係数は、必ずしも式(1)に限定されるこ
となく、例えば、バッファメモリの状態のみで決定する
ことも可能であるし、その制御周期をブロック単位の代
りにフレーム単位等にできることは容易に類推できる。
(発明の効果) 以上説明したように、本発明では、ベクトル量子化とス
カラー量子化の2段の量子化過程を設け、第2段のスカ
ラー量子化に割当てるビット数を適応的に制御できるこ
とから、激しい被写体の動きを含むテレビジョン信号の
フレーム間符号化方式に適用した場合でも、大きい画品
質劣化を伴うことなく、入力信号に追随した符号化処理
が可能な高能率・高品質符号化方式を実現できるという
利点がある。
カラー量子化の2段の量子化過程を設け、第2段のスカ
ラー量子化に割当てるビット数を適応的に制御できるこ
とから、激しい被写体の動きを含むテレビジョン信号の
フレーム間符号化方式に適用した場合でも、大きい画品
質劣化を伴うことなく、入力信号に追随した符号化処理
が可能な高能率・高品質符号化方式を実現できるという
利点がある。
第1図は本発明をテレビジョン信号の動き補償フレーム
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す
図、第2図はビット配分を定めるスケーリング係数とベ
クトル量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量と
の関係を示す図、第3図はスケーリングによるスカラー
量子化ビット配分の制御法を示す図である。 1……信号入力端子、2……走査変換回路、 3……動きベクトル検出回路、 4……可変遅延回路、5……フレームメモリ、 6……遅延回路、7……減算器、 8……有意ブロック検出回路、 9……ベクトル量子化器、10……減算回路、 11……ベクトル量子化誤差算出回路、 12……符号割当て制御回路、 13……スカラー量子化器、14,15……加算回路、 16……遅延回路、17……多重化回路、 18……バッファメモリ、 19……コードブック記憶回路、 20……信号出力端子。
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す
図、第2図はビット配分を定めるスケーリング係数とベ
クトル量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量と
の関係を示す図、第3図はスケーリングによるスカラー
量子化ビット配分の制御法を示す図である。 1……信号入力端子、2……走査変換回路、 3……動きベクトル検出回路、 4……可変遅延回路、5……フレームメモリ、 6……遅延回路、7……減算器、 8……有意ブロック検出回路、 9……ベクトル量子化器、10……減算回路、 11……ベクトル量子化誤差算出回路、 12……符号割当て制御回路、 13……スカラー量子化器、14,15……加算回路、 16……遅延回路、17……多重化回路、 18……バッファメモリ、 19……コードブック記憶回路、 20……信号出力端子。
Claims (4)
- 【請求項1】画像信号を複数サンプル単位にブロック化
し、そのブロック単位に符号化処理を実行する画像符号
化方式において、 ブロック内のサンプル値を成分として構成されるベクト
ルに対するベクトル量子化器と、 ベクトル量子化誤差をベクトル成分毎に量子化するスカ
ラー量子化器と、 発生符号量と伝送路への送出符号量を整合させるための
バッファメモリ及び符号割当て制御回路を具備し、 過去の符号化済みブロックの情報発生量に基づくバッフ
ァメモリの状態、及び現在符号化中のブロックのベクト
ル量子化誤差の大きさを用いて、符号割当て制御回路に
おいて前記ブロックのスカラー量子化に割当てるビット
数を制御することを特徴とする画像符号化方式。 - 【請求項2】前記画像信号がフレーム内予測を行って得
られる予測誤差信号であることを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載の画像符号化方式。 - 【請求項3】前記画像信号がフレーム間予測を行って得
られる予測誤差信号であることを特徴とする特許請求の
範囲第(1)項記載の画像符号化方式。 - 【請求項4】入力信号の属する集合内サンプルデータを
用いて、ベクトル量子化器の各代表ベクトル毎にベクト
ル成分の分散値を求め、 その分散値を用いてベクトル量子化誤差成分に対するビ
ット配分を予め定めておき、 バッファメモリの状態、及び、ベクトル量子化誤差によ
って定まるスケーリング係数を用いて前記ビット配分の
値を増減することにより、 スカラー量子化に割当てられるビット数をブロック毎に
制御することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項、
第(2)項または第(3)項記載の画像符号化方式。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285833A JPH0683444B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 画像符号化方式 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60285833A JPH0683444B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 画像符号化方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62145987A JPS62145987A (ja) | 1987-06-30 |
| JPH0683444B2 true JPH0683444B2 (ja) | 1994-10-19 |
Family
ID=17696667
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60285833A Expired - Fee Related JPH0683444B2 (ja) | 1985-12-20 | 1985-12-20 | 画像符号化方式 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0683444B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0832045B2 (ja) * | 1988-07-11 | 1996-03-27 | 松下電器産業株式会社 | 画像信号のフレーム間圧縮装置 |
| JPH0556275A (ja) * | 1990-08-30 | 1993-03-05 | Sharp Corp | 画像符号化装置及び画像復号装置 |
-
1985
- 1985-12-20 JP JP60285833A patent/JPH0683444B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62145987A (ja) | 1987-06-30 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |