JPH0686257A

JPH0686257A - 画像符号化装置

Info

Publication number: JPH0686257A
Application number: JP23802992A
Authority: JP
Inventors: Yukitoshi Tsuboi; 幸利坪井; Masuo Oku; 万寿男奥; Susumu Takahashi; 将高橋; Kenji Ichige; 健志市毛
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-07
Filing date: 1992-09-07
Publication date: 1994-03-25

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明の目的は映像信号をデータ圧縮する高画
質な画像符号化装置を実現することにある。また、現行
ＴＶ信号と高精細ＴＶ信号を切り換えて処理可能な画像
符号化装置を実現することにある。【構成】複数フレームでの画像内容の変化をブロック単
位で検出（３）し、静止ブロックでは符号化するブロッ
ク数を削減する動き適応ブロック化処理（２）の後に、
画像符号化回路４でデータ圧縮することで、高画質な画
像符号化装置を実現できる。また、動き適応ブロック化
処理した高精細ＴＶ信号を複数チャンネルに分配し、そ
の１チャンネルと現行ＴＶ信号のどちらかを選択する信
号切換え回路を画像符号化回路の前に設けることで、第
二の目的が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を磁気テープ
にディジタル記録するディジタルＶＴＲ等に用いられる
画像符号化装置に係り、特に高精細な映像信号を高画質
を保ちつつデータ圧縮するに適した、データ圧縮率の高
い画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】映像信号をデータ圧縮して情報量を削減
する画像符号化装置としては、例えばアイ・イー・イー
・イートランザクションズオンコンシューマー
エレクトロニクスの第３５巻第３号（１９８９年８月
号）第４５０頁から第４５７頁（IEEE Transactions on
Consumer Electronics, Vol. 35, No. 3 (August 198
9), pp. 450-457）に記載のディジタルＶＴＲに用いら
れている画像符号化装置が知られている。

【０００３】このディジタルＶＴＲは、現行ＴＶ信号、
すなわちフレーム内全垂直ライン数が５２５本でフレー
ム周波数が２９．９７フレーム／秒の映像信号をデータ
圧縮して磁気テープに記録する、および記録されたデー
タを再生してデータ伸長を行ない映像信号を出力するも
のである。磁気テープに記録されるフレーム内有効画素
数は７２０×４８０画素であり、１秒間に処理すべき画
素数（以下、画素レートと呼ぶ）は約１０Ｍ画素／秒で
ある。

【０００４】このディジタルＶＴＲに用いられている画
像符号化装置の動作は次の通りである。映像信号の符号
化時には、入力映像信号をＡ／Ｄ変換によりアナログ信
号からディジタルの画像データに変換し、その画像デー
タをフレームごとに所定サイズの二次元ブロックに分割
して、ディスクリートコサイン変換（ＤＣＴ）、量子
化、および可変長符号化から成る画像符号化処理により
データ圧縮する。また、映像信号の復号時には、可変長
復号化、逆量子化、および逆ディスクリートコサイン変
換（ＩＤＣＴ）から成る画像復号化処理によりデータ伸
長を行なって画像データを生成した後に、そのディジタ
ルの画像データをＤ／Ａ変換によりアナログ信号の映像
信号に変換して出力する。

【０００５】このように画像符号化装置は、映像信号に
対して各フレームを独立に、すなわち他フレームの情報
を参照せずに、ＤＣＴを利用したイントラフレーム符号
化を行なう。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術による画像符号化装置は現行ＴＶ信号をデータ圧
縮するものであり、さらに高解像度の高精細ＴＶ信号
（以下、ＨＤＴＶ信号と呼ぶ）への対応は考慮されてい
なかった。

【０００７】ＨＤＴＶ信号は、例えばフレーム内全垂直
ライン数が１１２５本でフレーム周波数が３０フレーム
／秒である。現行ＴＶ信号に対して、フレーム周波数は
ほぼ同じであるがフレーム内全垂直ライン数は２倍以上
である。そして、代表的な例で、フレーム内有効画素数
は１１５２×１０４０画素であり、現行ＴＶ信号に対し
て、画素レートは約３５Ｍ画素／秒と約４倍になってい
る。

【０００８】また、ディジタルＶＴＲの場合には、ＨＤ
ＴＶ信号の記録データレートを現行ＴＶ信号の記録デー
タレートの２倍程度に抑えたいという要求があり、その
場合には画像符号化装置のデータ圧縮率を約２倍に高め
る必要がある。しかしながら、上記従来技術による画像
符号化装置では、このようにデータ圧縮率を高めると符
号化歪みが増加してしまい、実用化に耐えない。

【０００９】本発明の目的は、上記課題を解決し、高画
質を保ちつつ従来よりも高いデータ圧縮率を実現でき
る、ＨＤＴＶ信号のデータ圧縮に適した画像符号化装置
を実現することにある。また、本発明の他の目的は、Ｈ
ＤＴＶ信号と現行ＴＶ信号の両方のデータ圧縮に対応し
た高画質な画像符号化装置を実現することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、入力映像信号であるＨＤＴＶ信号に対し
て、所定の複数フレームにわたり画像内容の変化（動
き）があるかどうかを所定サイズの二次元ブロック単位
で検出し、画像内容の変化がない静止ブロックについて
は、複数フレームの間に１回だけそのブロックを符号化
するようにブロック数を削減する動き適応ブロック化手
段を、画像データのデータ圧縮を行なう画像符号化手段
の前に設けたものである。

【００１１】また、上記他の目的を達成するために本発
明は、入力されたＨＤＴＶ信号に対して上記の通り処理
を行なう動き適応ブロック化手段とその出力データをブ
ロック単位で複数のチャンネルに分配するブロック分配
手段、分配されたデータをデータ圧縮する複数個の画像
符号化手段を設け、その中の特定の１個の画像符号化手
段の前に、ＨＤＴＶ信号処理モードでは上記の動き適応
ブロック化手段とブロック分配手段により前処理された
ＨＤＴＶ信号を、現行ＴＶ信号処理モードでは入力され
た現行ＴＶ信号そのものを選択する信号切換え手段を設
けたものである。

【００１２】

【作用】動き適応ブロック化手段は、画像内容の変化が
ない静止ブロックでは、所定の複数フレームの間に１回
だけそのブロックを符号化するようにブロック数を削減
する。画像内容の変化がない静止した背景部分などに位
置するブロックは静止ブロックとして処理されるので、
所定の複数フレームに関して画像符号化手段でデータ圧
縮すべきブロック数が従来よりも削減される。したがっ
て、各ブロックに割り当てられる平均圧縮データ量が大
きくなるので、従来よりも高いデータ圧縮率を達成可能
な画像符号化装置を実現することができる。

【００１３】また、上記の通り動き適応ブロック化手段
で処理された信号をブロック分配手段により複数のチャ
ンネルに分配し、それぞれの信号を個別に画像符号化手
段でデータ圧縮することもできる。このとき、特定の一
つのチャンネルの画像符号化手段を現行ＴＶ信号に対応
したものとし、そのチャンネルに分配されるＨＤＴＶ信
号の画素レートを現行ＴＶ信号とほぼ同じ、あるいはそ
のチャンネルの画像符号化手段で処理可能な画素レート
とすることで、そのチャンネルの画像符号化手段の入力
として、信号切換え手段でＨＤＴＶ信号と現行ＴＶ信号
のどちらかを選択することが可能となる。これにより、
ＨＤＴＶ信号と現行ＴＶ信号の両方の画像符号化処理が
可能な高画質な画像符号化装置を実現することができ
る。

【００１４】

【実施例】まず、本発明の第一の実施例を図面を用いて
詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施例である
画像符号化装置のエンコード処理回路のブロック図であ
る。また、図２は、本発明の第一の実施例である画像符
号化装置のデコード処理回路のブロック図である。エン
コード処理回路は映像信号のデータ圧縮を、デコード処
理回路は逆のデータ伸長を行なうものである。

【００１５】図１に示す画像符号化装置のエンコード処
理回路において、１はＨＤＴＶ信号の画像データの入力
端子、２は動き適応ブロック化回路、３はブロックモー
ド判定回路、４は画像符号化回路、５は圧縮データの出
力端子である。また、画像符号化回路４において、６は
ＤＣＴ回路、７はブロックメモリ、８は量子化回路、９
は可変長符号化回路、１０はバッファメモリ、１１は量
子化パラメータ生成回路である。図２に示す画像符号化
装置のデコード処理回路において、１２は圧縮データの
入力端子、１３は画像復号化回路、１４は動き適応ブロ
ック補間回路、１５はＨＤＴＶ信号の画像データの出力
端子である。また、画像復号化回路１３において、１６
はバッファメモリ、１７は可変長復号化回路、１８は逆
量子化回路、１９はＩＤＣＴ回路である。

【００１６】図１に示す画像符号化装置のエンコード処
理回路は次の通り動作する。ＨＤＴＶ信号は４４．５５
ＭＨｚのサンプリング周波数で標本化され、Ａ／Ｄ変換
処理によりアナログの映像信号からディジタルの画像デ
ータに変換された後に、入力端子１から画像符号化装置
のエンコード処理回路へ入力される。１フレームの有効
画素数は１１５２×１０４０画素である。ブロックモー
ド判定回路３は、入力端子１から入力されたＨＤＴＶ信
号の画像データを２フレーム分保持し、その連続する２
フレーム間での画像内容の変化（動き）を１６×１６画
素のブロック単位で検出し、各ブロックのブロックモー
ドを判定する。ブロックモードは、フィールドモードと
フレームモード、スチルモードの３種類が存在する。動
きが大きいブロックはフィールドモード、動きが小さい
ブロックはフレームモード、動きがほとんどないブロッ
クはスチルモードとする。ブロックモード判定回路３で
は、２フレーム間の画像データの差分値を画素ごとに計
算し、その絶対値がスレショルド値を超える画素の数を
ブロック内で計数する。そして、ブロックで計数された
画素数が、第一のスレショルド個数を超える場合にはフ
ィールドモード、第二のスレショルド個数以下の場合に
はスチルモード、その中間の場合にはフレームモードを
ブロックモードとして出力する。第一のスレショルド個
数は３２個、第二のスレショルド個数は２個である。

【００１７】動き適応ブロック化回路２は、入力端子１
から入力されたＨＤＴＶ信号の画像データを２フレーム
分保持した後に、ブロックモード判定回路３で判定され
たブロックモードに応じて、各ブロックごとに画像デー
タを並び換えてブロック化する処理方法を切り換える。
図３は動き適応ブロック化回路２の動作の概念図であ
る。図３に示すように、フレーム内有効画素数が１１５
２×１０４０画素であるＨＤＴＶ信号の２フレームが、
１６×１６画素のブロックに分割される。１フレームは
７２×６５ブロックに分割される。画面上の同一位置の
２ブロックはペアとなり、そのブロックのペアから複数
個の８×８画素の符号化ブロックが生成される。ブロッ
クモードに応じてブロックペアからの符号化ブロック生
成方法が異なる。フィールドモードではフィールドを単
位として８個の符号化ブロックが生成され、フレームモ
ードではフレームを単位として８個の符号化ブロックが
生成される。また、スチルモードでは２フレームが混合
された画面を単位として４個の符号化ブロックが生成さ
れる。

【００１８】また、各ブロックモードにおける動き適応
ブロック化処理の詳細を図４と図５、図６に示す。図４
はフィールドモード、図５はフレームモード、図６はス
チルモードでの処理の様子を示している。入力されるＨ
ＤＴＶ信号の画像データは、図４と図５、図６の左にそ
れぞれ図示されるように、画素が格子状に配置されて１
フレームが構成されている。ただし、フレームに対して
垂直ライン数が半分のフィールド２枚が、垂直方向にオ
フセットがついて重なり合って、１フレームが構成され
ている。実線で示したのが奇数フィールドを構成するラ
インであり、その奇数フィールドの画素は丸印で示され
ている。また、破線で示したのが偶数フィールドを構成
するラインであり、偶数フィールドの画素は三角印で示
されている。隣合う偶数フィールドと奇数フィールドと
は１／６０秒だけずれた時刻での画像である。

【００１９】フィールドモードにおいて、動き適応ブロ
ック化回路２は、１フレームを奇数フィールドと偶数フ
ィールドの２枚の画面に分け、すなわち２フレームを４
枚の画面に分けた後、図４の右に図示されるように、各
フィールドを単位として所定サイズの符号化ブロックへ
の分割を行ない画像データを出力する。符号化ブロック
のサイズは図４では４×４画素として図示されている
が、実際には８×８画素である。また、フレームモード
において、動き適応ブロック化回路２は、奇数フィール
ドと偶数フィールドとから成るフレームを１枚の画面と
して、２フレームを２枚の画面とした後、図５の右に図
示されるように、各フレームを単位として所定サイズの
符号化ブロックへの分割を行ない画像データを出力す
る。符号化ブロックのサイズは図５では４×４画素とし
て図示されているが、実際には８×８画素である。動き
が大きい場合には、フィールド間の時刻のずれにより、
奇数フィールドと偶数フィールドの画像内容に変化が生
じ、フレームを単位としてブロック化を行ない画像符号
化処理を行なうのは効率が良くないので、フィールドを
単位としてブロック化を行なう。それに対して、動きが
小さい場合には、奇数フィールドと偶数フィールドとの
画像内容の変化が小さいので、垂直方向の画素密度が高
く画素間の相関が高くなるフレームを単位としてブロッ
ク化を行ない画像符号化処理を行なう方が効率が良くな
る。

【００２０】なお、スチルモードにおいては、２フレー
ムにわたりほとんど画像内容の変化がないので、奇数フ
レームと偶数フレームの画像はほぼ同じ内容である。そ
こで、図６の右に図示されるように、奇数フレームと偶
数フレームの画素を五の目状に交互に抜き出して混合し
た画面を生成し、その２フレームを混合した画面を単位
として所定サイズのブロックへの分割を行ない画像デー
タを出力する。符号化ブロックのサイズは図６では４×
４画素として図示されているが、実際には８×８画素で
ある。この結果、スチルモードではフィールドモードや
フレームモードと比べてブロック数が半分となる。

【００２１】以上の通り動き適応ブロック化回路２でブ
ロック化された画像データは画像符号化回路４に入力さ
れ、２６組のブロックのペアを単位として情報量を一定
に制御しながらデータ圧縮される。まず、ＤＣＴ回路６
は画像データに対して符号化ブロック単位で二次元のデ
ィスクリートコサイン変換（ＤＣＴ）を行なう。ＤＣＴ
はフーリエ変換と同様に周波数解析を行なうものであ
り、ＤＣＴ後の変換係数は、ブロック内の画素平均値に
対応するＤＣ係数と低周波から高周波までその空間周波
数が異なるＡＣ係数とに分けられる。ＤＣＴ後の変換係
数はブロックメモリ７に２６組のブロックのペアの分だ
け蓄えられる。図３に示したように、１組のブロックの
ペアからは、フィールドモードとフレームモードでは８
個の符号化ブロックが生成され、スチルモードでは４個
の符号化ブロックが生成される。したがって、情報量を
一定に制御するためにブロックメモリ７に蓄えられる符
号化ブロックの個数は、最小で１０４個、最大で２０８
個となり、符号化ブロック数は可変となる。

【００２２】量子化パラメータ生成回路１１は、入力さ
れた各符号化ブロックのアクティビティを計算し、さら
に総和を総アクティビティとする。ここで、符号化ブロ
ックのアクティビティとは、その符号化ブロックが持つ
情報量が多いか少ないかを示す指標であり、符号化ブロ
ックの変換係数値に対して所定の演算処理を行なうこと
で求められる。ある特定の量子化パラメータを設定した
場合、アクティビティの値とデータ圧縮した後の圧縮デ
ータ量は統計的に強い相関があり、またある特定のアク
ティビティの値に対して、量子化パラメータとデータ圧
縮した後の圧縮データ量は統計的に強い相関があるの
で、ある特定のアクティビティの値を持つ符号化ブロッ
クに関して、圧縮データ量を目標の値に制御するために
必要な量子化パラメータが推定できる。ここで、量子化
パラメータとは量子化の細かさを示すパラメータのこと
である。量子化パラメータ生成回路１１は、ブロックメ
モリ７に蓄えられた各符号化ブロックの圧縮データ量の
合計が目標データ量となるように、計算したアクティビ
ティの値に応じて各符号化ブロックの量子化パラメータ
を決定した後に量子化回路８へ出力する。

【００２３】一旦ブロックメモリ７に保持された１０４
個〜２０８個の符号化ブロックの変換係数データは、各
符号化ブロックに対する量子化パラメータが量子化パラ
メータ生成回路１１で生成された後に、順次ブロックメ
モリ７から出力される。そして、量子化回路８は、符号
化ブロック単位で設定された量子化パラメータに応じ
て、符号化ブロックの変換係数を同一の量子化パラメー
タで量子化する。ただし、高周波の情報に対しては低周
波の情報に対してよりもその検知感度が低いという人間
の視覚特性を考慮して、ある特定の量子化パラメータが
与えられた場合に、ＤＣＴ後の変換係数の低周波のＡＣ
係数は相対的に細かく、高周波のＡＣ係数は相対的に粗
く量子化を行なう。また、ＤＣ係数の量子化の細かさは
常に一定とする。

【００２４】可変長符号化回路９では、量子化回路８で
量子化されたＡＣ係数を低周波から高周波に向けてスキ
ャンして、０の値を持つ係数の連続個数（ラン長）と０
以外の値を持つ係数のその値（レベル）のペアを生成し
た後に、予め定められたハフマン符号化テーブルに従っ
てそのペアを可変長符号にハフマン符号化する。ラン長
が短くレベルが小さいほどそのペアの発生確率は高いの
でそれに対応した符号長は短く、またその反対の場合に
は符号長が長くなっている。ただし、ＤＣ係数はＡＣ係
数とは別に取り扱われ、固定長符号の割り当てが行なわ
れる。可変長符号化された圧縮データはバッファメモリ
１０に蓄えられた後に、出力端子５から圧縮データとし
て出力される。ただし、バッファメモリ１０には、ブロ
ック単位でブロックモードが、符号化ブロック単位で量
子化パラメータが入力され、圧縮データに多重される。

【００２５】次に、図２に示す画像符号化装置のデコー
ド処理回路は次の通り動作する。磁気テープから読み出
された圧縮データは入力端子１２から画像復号化回路１
３に入力され、符号化ブロック単位でデータ伸長され
る。まず、圧縮データはバッファメモリ１６に一旦記憶
保持された後に、可変長復号化回路１７で０ラン長とレ
ベルのペアの可変長符号が復号され、元の量子化後変換
係数が再生される。次に、逆量子化回路１８は、圧縮デ
ータに符号化ブロック単位で多重されていた量子化パラ
メータに従って、逆量子化を行ない変換係数を再生し、
ＩＤＣＴ回路１９は、２次元の逆ディスクリートコサイ
ン変換により、符号化ブロック単位で元の画像データを
再生する。

【００２６】動き適応ブロック補間回路１４は、以上の
処理により再生された画像データを２フレーム分保持し
た後に、表示走査の順に従って出力端子１５からＨＤＴ
Ｖ信号の画像データとして出力する。ただし、動き適応
ブロック補間回路１４は図１における動き適応ブロック
化回路２の逆の処理を行なうものであり、圧縮データに
ブロック単位で多重されていたブロックモードに応じて
その処理方法を切り換える。フィールドモードやフレー
ムモードであるブロックに関しては、画像復号化回路１
３において符号化ブロック単位で再生された画像データ
を２フレーム分保持した後に表示走査順の出力を行なう
が、スチルモードであるブロックに関しては、画像復号
化回路１３において符号化ブロック単位で再生された画
像データを奇数フレームと偶数フレームの両方に共通な
画像データとして扱い、２フレームを構成する奇数フレ
ームと偶数フレームに同一の画像データを蓄えた後に表
示走査順の出力を行なう。スチルモードでは、以上のブ
ロック補間処理により半分に削減されていた符号化ブロ
ック数を元に戻す。

【００２７】次に、本発明の第二の実施例を説明する。
図７は、本発明の第二の実施例である画像符号化装置の
エンコード処理回路のブロック図である。また、図８
は、画像符号化装置のデコード処理回路のブロック図で
ある。図７に示す画像符号化装置のエンコード処理回路
において、２０〜２２は３個の画像符号化回路、２３〜
２５は３個の圧縮データの出力端子、２６はブロック分
配回路である。ＨＤＴＶ画像データの入力端子１、動き
適応ブロック化回路２、ブロックモード判定回路３は、
図１の第一の実施例の場合と同じである。また、図８に
示す画像符号化装置のデコード処理回路において、２７
〜２９は３個の圧縮データの入力端子、３〜３２は３個
の画像復号化回路、３３はブロック混合回路である。動
き適応ブロック補間回路１４とＨＤＴＶ画像データの出
力端子１５は、図２の第一の実施例の場合と同じであ
る。

【００２８】まず、図７に示す画像符号化装置のエンコ
ード処理回路の動作を説明する。ブロックモード判定回
路３は、入力端子１から入力されたＨＤＴＶ信号の画像
データから、２フレームにわたる画像内容の変化（動
き）を検出し、１６×１６画素のブロック単位でブロッ
クモードを判定する。動き適応ブロック化回路２は、判
定されたブロックモードに応じて処理方法を切り換えな
がら、ブロックを８個、または４個の符号化ブロックに
ブロック化して画像データを出力する。符号化ブロック
のサイズは８×８画素である。動き適応ブロック化回路
２とブロックモード判定回路３の動作は図１に示した第
一の実施例の場合と同じである。

【００２９】そして、ブロック分配回路２６は、８個ま
たは４個の符号化ブロックを成すブロックのペアを単位
として、ブロック化された画像データを３つのチャンネ
ルに振り分ける。１フレームは７２×６５個のブロック
に分割されるから、２フレームの画像データは４６８０
組のブロックのペアから成る。したがって、各チャンネ
ルには１５６０組のブロックのペアから生成された符号
化ブロックが振り分けられる。スチルモードでは符号化
ブロックが２フレームで１回だけ生成されるので、通常
各チャンネルで処理される符号化ブロックの個数は均等
にはならない。各チャンネルの画像データはそれぞれ、
画像符号化回路２０〜２２の中の一個でデータ圧縮さ
れ、圧縮データは出力端子２３〜２５から出力される。
画像符号化回路２０〜２２の動作は図１に示した第一の
実施例の場合と同じである。なお、ブロックモード判定
回路３で判定されたブロックモードはブロック単位で圧
縮データに多重される。

【００３０】次に図８に示す画像符号化装置のデコード
処理回路の動作を説明する。磁気テープから読み出され
た圧縮データは３個の入力端子２７〜２９から３個の画
像復号化回路３０〜３２にそれぞれ入力され、符号化ブ
ロック単位でデータ伸長されて画像データが再生され
る。これらの画像復号化回路３０〜３２の動作は図２に
示した第一の実施例の場合と同じである。再生された各
チャンネルの画像データはブロック混合回路３３におい
てブロック単位で混合される。このブロック混合回路３
３は図７に示したブロック分配回路２６の逆の処理を行
なうものである。動き適応ブロック補間回路１４は、圧
縮データに多重されているブロックモードに応じて処理
方法を切り換えながら元の画像データに戻し、表示走査
順に出力端子１５からＨＤＴＶ画像データとして出力す
る。この動き適応ブロック補間回路１５の動作は、図２
に示した第一の実施例の場合と同じである。

【００３１】本実施例は、画像データを３チャンネルに
分けて画像符号化の処理を行なっているため、画像符号
化回路２０〜２２、および画像復号化回路３０〜３２に
要求される動作スピードは第一の実施例と比べて約１／
３でよい。

【００３２】次に、本発明の第三の実施例を説明する。
図９は、本発明の第三の実施例である画像符号化装置の
エンコード処理回路のブロック図である。ただし、逆の
データ伸長を行なうデコード処理回路の説明は省略す
る。図９に示す画像符号化装置のエンコード処理回路に
おいて、３４は現行ＴＶ信号の画像データの入力端子、
３５はＨＤＴＶ信号処理モードか現行ＴＶ信号処理モー
ドかを示す動作モード信号の入力端子、３６はブロック
化回路、３７はデータ切換え回路である。なお、ＨＤＴ
Ｖ信号の画像データの入力端子１、動き適応ブロック化
回路２、ブロックモード判定回路３、ブロック分配回路
２６、画像符号化回路２０〜２２、圧縮データの出力端
子２３〜２５の動作は、図７の第二の実施例の場合と全
く同じである。

【００３３】ブロックモード判定回路３は、入力端子１
から入力されたＨＤＴＶ信号の画像データから、２フレ
ームにわたる画像内容の変化（動き）を検出し、ブロッ
クモードを判定する。動き適応ブロック化回路２は、判
定されたブロックモードに応じて処理方法を切り換えな
がら、画像データをブロック化して出力する。そして、
ブロック分配回路２６は、ブロック化された画像データ
を、ブロック単位で３つのチャンネルに振り分ける。動
き適応ブロック化回路２、ブロックモード判定回路３、
ブロック分配回路２６の動作は図７に示した第二の実施
例の場合と同じである。各チャンネルの画像データはそ
れぞれ、画像符号化回路２０〜２２の中の一個でデータ
圧縮される。画像符号化２０〜２２の動作は図１に示し
た第一の実施例の場合と同じである。

【００３４】ここで、特定の１個の画像符号化回路２０
の入力側にはデータ切換え回路３７が設けられていて、
ブロック分配回路２６から出力される１チャンネルのＨ
ＤＴＶ信号の画像データと、入力端子３４から入力され
ブロック化回路３６でブロック化された現行ＴＶ信号の
画像データとが、入力端子３５から与えられる動作モー
ド信号に応じて切り換えられる。ブロック化回路３６は
現行ＴＶ信号の画像データを１フレーム分だけ保持し
て、その１フレームを１画面として８×８画素のブロッ
クに分割し画像データを出力する。ＨＤＴＶ信号の画素
レートは現行ＴＶ信号の約４倍であるので、以上のよう
にブロック分配回路３６でＨＤＴＶ信号の画像データを
３チャンネルに分けておけば、その１チャンネルの画像
データは現行ＴＶ信号の画像データと比べて１倍強の画
素レートとなる。したがって、ＨＤＴＶ信号の処理の際
に現行ＴＶ信号では用いていない水平や垂直の帰線期間
をも利用するようにすれば、同一の画像符号化回路２０
を共用可能である。

【００３５】次に本発明の第四の実施例を説明する。図
１０は、本発明の第四の実施例である画像符号化装置の
エンコード処理回路のブロック図である。ただし、デコ
ード処理回路に関する説明は省略する。図１０に示す画
像符号化装置のエンコード処理回路において、１はＨＤ
ＴＶ信号の画像データの入力端子、３はブロックモード
判定回路、３８は動き適応ＤＣＴ回路、３９は係数符号
化回路、５は圧縮データの出力端子である。ここで、動
き適応ＤＣＴ回路３８において、４０は動き適応ブロッ
ク化回路、６はＤＣＴ回路、４１は動き適応ブロック間
引き回路である。係数符号化回路３９において、７はブ
ロックメモリ、８は量子化回路、９は可変長符号化回
路、１０はバッファメモリ、１１は量子化パラメータ生
成回路である。

【００３６】ブロックモード判定回路３は、入力端子１
から入力されたＨＤＴＶ画像データを２フレーム分だけ
保持して、２フレームにわたる画像内容の変化（動き）
を検出してブロック単位でブロックモードを判定する。
このブロックモード判定回路３の動作は図１に示した第
一の実施例の場合と同じである。次に、判定されたブロ
ックモードに応じて、動き適応ＤＣＴ回路３８でＨＤＴ
Ｖ画像データは１６×１６画素のブロック単位で動き適
応のＤＣＴ処理が行なわれる。すなわち、まず動き適応
ブロック化回路４０で、ブロックモードに応じて画像デ
ータがブロック化され、複数個の８×８画素の符号化ブ
ロックが生成される。そのブロック化の様子を図１１に
示す。フィールドモードの場合には、(a).に示されるよ
うに奇数フィールドと偶数フィールドとが別の画面とし
て扱われて、フィールドを１画面として符号化ブロック
へのブロック化が行なわれるのに対して、フレームモー
ドとスチルモードの場合には、(b).に示されるように奇
数フィールドと偶数フレームとから成るフレームが１画
面として扱われ、符号化ブロックへのブロック化が行な
われる。いずれにしても、２フレームから抜き出された
１組のブロックのペアからは、８個の符号化ブロックが
生成される。図１の第一の実施例における動き適応ブロ
ック化回路２とは異なり、スチルモードにおける符号化
ブロック数の削減は行なわれない。

【００３７】次に、動き適応ブロック化回路４０でブロ
ック化された画像データはＤＣＴ回路６で、８×８画素
のブロック単位で２次元のディスクリートコサイン変換
により変換係数データに変換される。ＤＣＴ回路６の動
作は図１の第一の実施例の場合と全く同じである。動き
適応ブロック間引き回路４１は、ブロックモードがスチ
ルモードの場合にのみ、図１２に示す通りブロック単位
で変換係数データの間引きを行なう。図１２に図示され
るように画像内容がほぼ等しい奇数フレームと偶数フレ
ームのブロックのペアに対して、偶数フレームのブロッ
クを間引いて奇数フレームのブロックのみを残し４個の
符号化ブロックに分割して出力する。ただし、フィール
ドモードとフレームモードの場合には何の処理も加えず
に全てのブロックを出力する。これにより、スチルモー
ドの場合には、データ圧縮処理すべきブロック数は半分
に削減される。

【００３８】動き適応ＤＣＴ回路３８の出力であるＤＣ
Ｔ後の変換係数データは係数符号化回路３９で符号化ブ
ロック単位でデータ圧縮され、生成された圧縮データは
出力端子５から出力される。まず、変換係数データはブ
ロックメモリ７に所定個数分の符号化ブロックが蓄えら
れる。２６組のブロックのペアから生成された１０４個
〜２０８個の符号化ブロックが保持される。量子化パラ
メータ生成回路１１は符号化ブロックごとのアクティビ
ティとその総和を計算し、それらの値から各符号化ブロ
ックの量子化パラメータを決定する。そして、一旦ブロ
ックメモリ７に保持された所定個数の符号化ブロックの
変換係数データは、決定された量子化パラメータに応じ
て、量子化回路８で量子化される。可変長符号化回路９
では、量子化後の変換係数を可変長符号化し、バッファ
メモリ１０に出力する。なお、ブロックモードと量子化
パラメータも可変長符号化された圧縮データに多重され
バッファメモリ１０に蓄えられる。バッファメモリ１に
蓄えられた圧縮データは出力端子５から順次出力され
る。以上の、ブロックメモリ７、量子化回路８、可変長
符号化回路９、バッファメモリ１０、量子化パラメータ
生成回路１１の動作は図１の第一の実施例の場合と同じ
である。

【００３９】次に、本発明の第五の実施例を説明する。
図１３は、本発明の第五の実施例である画像符号化装置
のエンコード処理回路のブロック図である。ただし、デ
コード処理回路に関する説明は省略する。図１３に示す
画像符号化装置のエンコード処理回路において、４２〜
４４は３個の画像符号化回路、４５〜４７は３個の圧縮
データの出力端子、４８はブロック分配回路である。Ｈ
ＤＴＶ画像データの入力端子１、ブロックモード判定回
路３、動き適応ＤＣＴ回路３８は、図１０の第四の実施
例の場合と同じである。

【００４０】まず、ブロックモード判定回路３は、入力
端子１から入力されたＨＤＴＶ信号の画像データから、
２フレームにわたる画像内容の変化（動き）を検出し、
ブロックモードを判定する。動き適応ＤＣＴ回路３８
は、判定されたブロックモードに応じて処理方法を切り
換えながら、画像データをＤＣＴ処理およびブロック化
処理して出力する。ブロックモード判定回路３と動き適
応ＤＣＴ回路３８の動作は図１０に示した第四の実施例
の場合と同じである。そして、ブロック分配回路４８
は、変換係数データをブロック単位で３つのチャンネル
に振り分ける。ブロック分配回路４８の動作は、分配す
るデータが画像データではなく変換係数データである点
を除いて、図７の第二の実施例におけるブロック分配回
路２６と同じである。各チャンネルの変換係数データは
それぞれ、係数符号化回路４２〜４４の中の一個でデー
タ圧縮される。係数符号化回路４２〜４４の動作は図１
０に示した第四の実施例の場合と同じである。圧縮デー
タは出力端子４５〜４７から出力される。なお、ブロッ
クモード判定回路３で判定されたブロックモードはブロ
ック単位で圧縮データに多重される。

【００４１】本実施例は、画像データを３チャンネルに
分けて画像符号化の処理を行なっているのと同等である
ため、係数符号化回路４２〜４４の動作スピードは第四
の実施例と比べて約１／３でよい。

【００４２】次に、本発明の第六の実施例を説明する。
図１４は、本発明の第六の実施例である画像符号化装置
のエンコード処理回路のブロック図である。ただし、逆
のデータ伸長を行なうデコード処理回路の説明は省略す
る。図１４に示す画像符号化装置のエンコード処理回路
において、３４は現行ＴＶ信号の画像データの入力端
子、３５はＨＤＴＶ信号処理モードか現行ＴＶ信号処理
モードかを示す動作モード信号の入力端子、３６はブロ
ック化回路、４９はＤＣＴ回路、５０はデータ切換え回
路である。なお、ＨＤＴＶ信号の画像データの入力端子
１、ブロックモード判定回路３、動き適応ＤＣＴ回路３
８、ブロック分配回路４８、係数符号化回路４２〜４
４、圧縮データの出力端子４５〜４７の動作は、図１３
の第五の実施例の場合と全く同じである。

【００４３】ブロックモード判定回路３は、入力端子１
から入力されたＨＤＴＶ信号の画像データから、２フレ
ームにわたる画像内容の変化（動き）を検出し、ブロッ
クモードを判定する。動き適応ＤＣＴ回路３８は、判定
されたブロックモードに応じて処理方法を切り換えなが
ら、画像データをＤＣＴ処理およびブロック化処理して
出力する。そして、ブロック分配回路４８は、変換係数
データをブロック単位で３つのチャンネルに振り分け
る。動き適応ＤＣＴ回路３８、ブロックモード判定回路
３、ブロック分配回路４８の動作は図１３に示した第五
の実施例の場合と同じである。各チャンネルの変換係数
データはそれぞれ、係数符号化回路４２〜４４の中の一
個でデータ圧縮される。係数符号化回路４２〜４４の動
作は図１０に示した第四の実施例の場合と同じである。

【００４４】ここで、特定の１個の係数符号化回路４２
の入力側にはデータ切換え回路５０が設けられていて、
ブロック分配回路４８から出力される１チャンネルのＨ
ＤＴＶ信号の変換係数データと、入力端子３４から入力
された後にブロック化回路３６でブロック化されＤＣＴ
回路４９でＤＣＴ処理された現行ＴＶ信号の変換係数デ
ータとが、入力端子３５から与えられる動作モード信号
に応じて切換えられる。ブロック化回路３６は現行ＴＶ
信号の画像データを１フレーム分だけ保持して、その１
フレームを１画面として８×８画素の符号化ブロックに
分割し画像データを出力する。また、ＤＣＴ回路４９は
その符号化ブロック単位で２次元ディスクリートコサイ
ン変換を行なう。ＨＤＴＶ信号の画素レートは現行ＴＶ
信号の約４倍であるので、以上のようにブロック分配回
路４８でＨＤＴＶ信号の変換係数データを３チャンネル
に分けておけば、その１チャンネルの変換係数データは
現行ＴＶ信号と比べて１倍強のデータ量となる。したが
って、ＨＤＴＶ信号の処理の際に現行ＴＶ信号では用い
ていない水平や垂直の帰線期間をも利用するようにすれ
ば、同一の係数符号化回路４２を共用可能である。

【００４５】以上、本発明の実施例について詳しく説明
した。複数フレームを保持して所定サイズのブロック単
位で動き検出を行ない、判定されたブロックモードに応
じて各ブロックから複数個の符号化ブロックを生成する
方法を切り換える、動き適応ブロック化処理の方式とし
ては、実施例で説明したもの以外にも様々な方式が考え
られる。たとえば、２フレームよりも多くのフレームに
対して処理してもよいし、ブロックのサイズは１６×１
６画素でなくてもよい。また、画像符号化処理に応じ
て、ブロックサイズが８×８画素以外であってもよい。
ブロックモードは実施例で説明した３種類に制限されな
い。動き検出によるブロックモード判定処理の方式とし
ても、様々な方式が適用可能である。

【００４６】複数チャンネルにブロックが分配されて、
それぞれ個別に画像符号化回路でデータ圧縮される場合
に、説明した実施例のようにチャンネル数が３チャンネ
ルでなくてもよい。また、各チャンネルへブロックが不
均衡に分配される構成であってもよいし、各チャンネル
への情報量割り当てを不均衡とすることもでき、さらに
その割り当て状態を信号の性質に応じて適応的に変更し
てもよい。なお、それぞれの出力の圧縮データが多重さ
れるデータ多重回路が存在してもよく、そのデータ多重
回路の後に、圧縮データを複数チャンネルに再分配する
データ再分配回路が存在してもよい。

【００４７】画像符号化の処理方式としては、ＤＣＴを
利用したものでなくても、本発明は同様に適用できる。
映像信号としては、輝度信号と２種類の色差信号とから
なるカラー信号など様々な場合に本発明は適用できるこ
とは言うまでもない。その場合に、色差信号が輝度信号
に対してサブサンプルされていてもよい。輝度信号と２
種類の色差信号が所定データ単位でインターリーブされ
た後に、本発明を適用することができる。本発明による
画像符号化装置は、ディジタルＶＴＲにおける磁気テー
プへの記録再生だけでなく、光ディスクへの記録再生や
データ通信回線による伝送などにも適用可能である。

【００４８】

【発明の効果】本発明によれば、入力映像信号であるＨ
ＤＴＶ信号に対して、所定の複数フレームにわたり画像
内容の変化（動き）があるかどうかを所定サイズの二次
元ブロック単位で検出し、画像内容の変化がない静止ブ
ロックについては、複数フレームの間に１回だけそのブ
ロックを符号化するようにブロック数を削減する動き適
応ブロック化手段を、画像データのデータ圧縮を行なう
画像符号化手段の前に設けることにより、各ブロックに
割り当て可能な情報量が従来よりも大きくなるので、高
画質を保ちつつ従来の方式よりもデータ圧縮率が高い画
像符号化装置を実現することができる。

【００４９】また、入力されたＨＤＴＶ信号に対して上
記の通り処理を行なう動き適応ブロック化手段と、その
出力データをブロック単位で複数のチャンネルに分配す
るブロック分配手段、分配されたデータをデータ圧縮す
る複数個の画像符号化手段を設け、その中の特定の１個
の画像符号化手段の前に、ＨＤＴＶ信号処理モードでは
上記の動き適応ブロック化手段とブロック分配手段によ
り前処理されたＨＤＴＶ信号を、現行ＴＶ信号処理モー
ドでは入力された現行ＴＶ信号そのものを選択する信号
切換え手段を設けることにより、ＨＤＴＶ信号と現行Ｔ
Ｖ信号の両方に対応した高画質な画像符号化装置を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例である画像符号化装置の
エンコード処理回路のブロック図である。

【図２】本発明の第一の実施例である画像符号化装置の
デコード処理回路のブロック図である。

【図３】図１の画像符号化装置における動き適応ブロッ
ク化回路の動作を示す概念図である。

【図４】動き適応ブロック化回路のフィールドモードに
おけるブロック化処理の動作を説明する概念図である。

【図５】動き適応ブロック化回路のフレームモードにお
けるブロック化処理の動作を説明する概念図である。

【図６】動き適応ブロック化回路のスチルモードにおけ
るブロック化処理の動作を説明する概念図である。

【図７】本発明の第二の実施例である画像符号化装置の
エンコード処理回路のブロック図である。

【図８】本発明の第二の実施例である画像符号化装置の
デコード処理回路のブロック図である。

【図９】本発明の第三の実施例である画像符号化装置の
ブロック図である。

【図１０】本発明の第四の実施例である画像符号化装置
のブロック図である。

【図１１】図１０の画像符号化装置における動き適応ブ
ロック化回路の動作を説明する概念図である。

【図１２】図１０の画像符号化装置における動き適応ブ
ロック間引き回路の動作を説明する概念図である。

【図１３】本発明の第五の実施例である画像符号化装置
のブロック図である。

【図１４】本発明の第六の実施例である画像符号化装置
のブロック図である。

【符号の説明】

３…ブロックモード判定回路、２・４０…動き適応ブロ
ック化回路、３８…動き適応ＤＣＴ回路、４１…動き適
応ブロック間引き回路、１４…動き適応ブロック補間回
路、４・２０〜２２…画像符号化回路、１３・３０〜３
２…画像復号化回路、３９・４２〜４４…係数符号化回
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市毛健志神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所映像メディア研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】映像信号のデータ圧縮を行なう画像符号化
装置で、映像信号に対して、Ｎフレーム（Ｎは２以上の
整数）にわたる画像内容の変化を所定サイズのブロック
単位で検出するブロックモード判定手段と、該ブロック
モード判定手段からの出力信号に応じて、画像内容の変
化がほとんどない静止ブロックにおいては、Ｎフレーム
につき１回だけ該ブロックから画素を集めて１個以上の
符号化ブロックを構成し、それ以外のブロックにおいて
は、１フレームごとに該ブロックから画素を集めて１個
以上の符号化ブロックを構成する動き適応ブロック化手
段、該動き適応ブロック化手段の出力信号をデータ圧縮
する画像符号化手段を備えることを特徴とする画像符号
化装置。
【請求項２】請求項１に記載の画像符号化装置におい
て、動き適応ブロック化手段が、画像内容の変化がほと
んどない静止ブロックにおいては、Ｎフレームすべてか
ら１／Ｎずつの割合で画素を集めて１個以上の符号化ブ
ロックを構成するものであることを特徴とする画像符号
化装置。
【請求項３】請求項１に記載の画像符号化装置におい
て、動き適応ブロック化手段が、画像内容の変化がほと
んどない静止ブロックにおいては、Ｎフレームの内のい
ずれかの１フレームにおける該ブロックから画素を抜き
出して１個以上の符号化ブロックを構成するものである
ことを特徴とする画像符号化装置。
【請求項４】請求項１に記載の画像符号化装置におい
て、ブロックモード判定手段が２フレームにわたる画像
内容の変化を所定サイズのブロック単位で検出し、動き
適応ブロック化手段が該ブロックモード判定手段からの
出力信号に応じて、２フレームにつき１回だけ、あるい
は１フレームごとに該ブロックから画素を集めて１個以
上の符号化ブロックを構成するものであることを特徴と
する画像符号化装置。
【請求項５】解像度が異なる複数種類の映像信号のデー
タ圧縮を行なう画像符号化装置で、解像度が高い第１の
映像信号に対して、Ｎフレーム（Ｎは２以上の整数）に
わたる画像内容の変化を所定サイズのブロック単位で検
出するブロックモード判定手段と、該ブロックモード判
定手段からの出力信号に応じて、画像内容の変化がほと
んどない静止ブロックにおいては、Ｎフレームにつき１
回だけ該ブロックから画素を集めて１個以上の符号化ブ
ロックを構成し、それ以外のブロックにおいては、１フ
レームごとに該ブロックから画素を集めて１個以上の符
号化ブロックを構成する動き適応ブロック化手段と、該
動き適応ブロック化手段の出力信号を複数のチャンネル
に分配するデータ分配手段と、該データ分配手段の各チ
ャンネルへの出力信号をデータ圧縮する複数個の画像符
号化手段を備え、さらに特定の１個の画像符号化手段の
前に、解像度が高い第１の映像信号に対する該データ分
配手段の出力信号の１チャンネルと、解像度が低い第２
の映像信号から符号化ブロックを構成した後の信号とを
切り換える信号切換え手段を設けたことを特徴とする画
像符号化装置。
【請求項６】請求項５に記載の画像符号化装置におい
て、データ分配手段が第１の映像信号に対する動き適応
ブロック化手段の出力信号を３チャンネルに分配するも
のであることを特徴とする画像符号化装置。
【請求項７】映像信号のデータ圧縮を行なう画像符号化
装置で、映像信号に対して、Ｎフレーム（Ｎは２以上の
整数）にわたる画像内容の変化を所定サイズのブロック
単位で検出するブロックモード判定手段と、該ブロック
モード判定手段からの出力信号に応じて、画像内容の変
化がほとんどない静止ブロックにおいては、Ｎフレーム
につき１回だけ該ブロックから画素を集めて１個以上の
符号化ブロックを構成すると共に、各符号化ブロックに
対して直交変換を施して変換係数データを生成し、それ
以外のブロックにおいては、１フレームごとに該ブロッ
クから画素を集めて１個以上の符号化ブロックを構成す
ると共に、各符号化ブロックに対して直交変換を施して
変換係数データを生成する動き適応直交変換手段、該動
き適応直交変換手段の出力信号をデータ圧縮する係数符
号化手段を備えることを特徴とする画像符号化装置。
【請求項８】請求項７に記載の画像符号化装置におい
て、動き適応直交変換手段が、画像内容の変化がほとん
どない静止ブロックにおいては、Ｎフレームすべてから
１／Ｎずつの割合で画素を集めて１個以上の符号化ブロ
ックを構成すると共に、各符号化ブロックに対して直交
変換を施して変換係数データを生成するものであること
を特徴とする画像符号化装置。
【請求項９】請求項７に記載の画像符号化装置におい
て、動き適応直交変換手段が、画像内容の変化がほとん
どない静止ブロックにおいては、Ｎフレームの内のいず
れかの１フレームにおける該ブロックから画素を抜き出
して１個以上の符号化ブロックを構成すると共に、各符
号化ブロックに対して直交変換を施して変換係数データ
を生成するものであることを特徴とする画像符号化装
置。
【請求項１０】請求項７に記載の画像符号化装置におい
て、ブロックモード判定手段が２フレームにわたる画像
内容の変化を所定サイズのブロック単位で検出し、動き
適応直交変換手段が該ブロックモード判定手段からの出
力信号に応じて、２フレームにつき１回だけ、あるいは
１フレームごとに該ブロックから画素を集めて１個以上
の符号化ブロックを構成すると共に、各符号化ブロック
に対して直交変換を施して変換係数データを生成するも
のであることを特徴とする画像符号化装置。
【請求項１１】解像度が異なる複数種類の映像信号のデ
ータ圧縮を行なう画像符号化装置で、解像度が高い第１
の映像信号に対して、Ｎフレーム（Ｎは２以上の整数）
にわたる画像内容の変化を所定サイズのブロック単位で
検出するブロックモード判定手段と、該ブロックモード
判定手段からの出力信号に応じて、画像内容の変化がほ
とんどない静止ブロックにおいては、Ｎフレームにつき
１回だけ該ブロックから画素を集めて１個以上の符号化
ブロックを構成し、それ以外のブロックにおいては、１
フレームごとに該ブロックから画素を集めて１個以上の
符号化ブロックを構成すると共に、各符号化ブロックに
対して直交変換を施して変換係数データを生成する動き
適応直交変換手段と、該動き適応直交変換手段の出力信
号を複数のチャンネルに分配するデータ分配手段と、該
データ分配手段の各チャンネルへの出力信号をデータ圧
縮する複数個の係数符号化手段を備え、さらに特定の１
個の係数符号化手段の前に、解像度が高い第１の映像信
号に対する該データ分配手段の出力信号の１チャンネル
と、解像度が低い第２の映像信号から符号化ブロックを
構成し各符号化ブロックに対して直交変換を施した後の
信号とを切り換える信号切換え手段を設けたことを特徴
とする画像符号化装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の画像符号化装置にお
いて、データ分配手段が第１の映像信号に対する動き適
応直交変換手段の出力信号を３チャンネルに分配するも
のであることを特徴とする画像符号化装置。