JPH11112352A

JPH11112352A - 符号化装置および復号化装置

Info

Publication number: JPH11112352A
Application number: JP10213338A
Authority: JP
Inventors: Tatsuro Shigesato; 達郎重里
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1990-06-27
Filing date: 1998-07-28
Publication date: 1999-04-23
Also published as: JPH0457490A; JP2836636B2

Abstract

(57)【要約】【課題】入力される画像の情報量が大きい場合には、量
子化による歪が増加し、ブロック歪が発生する。【解決手段】入力手段２４からの入力信号の伝送帯域を
制限する前置フィルタ手段２５と、前置フィルタ手段２
５の出力を直交変換のうえ量子化して符号化する直交変
換符号化手段２６とを備え、前置フィルタ手段２５は、
過去の符号化に用いた量子化幅が大きい場合には上記入
力信号の帯域制限を強くし、過去の符号化に用いた量子
化幅が小さい場合には前記入力信号の帯域制限を弱くす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタルＶＴＲ
等の高能率符号化に用いる符号化装置およびその復号化
装置、ならびにこれらの方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】画像信号のディジタル化にともなって高
能率符号化技術が重要になってきている。高能率符号化
の有効な手段として直交変換符号化がある。直交変換と
は入力される時系列信号を直交する成分（例えば周波数
成分）に変換するもので、フーリエ変換、離散コサイン
変換（以下ＤＣＴと略す）、アダマール変換等が有名で
ある。特にＤＣＴは画像情報に適した直交変換として注
目されている。

【０００３】ここでＤＣＴを用いた高能率符号化方法に
ついて説明する。図１２は従来のＤＣＴを用いた高能率
符号化装置の１例である。図１２の１はこの装置の入力
手段、２はブロック化手段、３はＤＣＴ手段、４は適応
量子化手段、５は可変長符号化手段、６はデータバッフ
ァ手段、７は出力手段である。

【０００４】図１２の符号化器では、入力手段１から入
力されるディジタル画像信号をブロック化手段２でＤＣ
Ｔ単位のブロックに分割する。画像の高能率符号化では
水平８画素・垂直８画素の合計６４画素の２次元ＤＣＴ
がよく用いられる。ブロック化された画像信号はＤＣＴ
手段３で２次元ＤＣＴされてＤＣＴ成分に変換される。
変換されたＤＣＴ成分は適応量子化手段４で量子化さ
れ、可変長符号化手段５で可変長符号化され、バッファ
手段６で一定レートに変換されて出力される。

【０００５】可変長符号化とは、生起確立の大きい符号
語に小さな符号長を割り当て、生起確立が小さい符号語
に大きな符号長を割り当てる符号化方式である。（表
１）は３ビットのデータ「０」，「１」，・・・，
「７」に対する可変長符号化の対応表である。この例で
は、「０」，「１」に対して２ビット、「２」，「３」
に対して３ビット、「４」，「５」，「６」，「７」に
対して４ビットの符号長を割り当てている。

【０００６】

【表１】通常ＤＣＴ成分は０を中心とした指数分布と成るため、
「０」，「１」の生起確率が「４」，「５」，「６」，
「７」に比べてかなり大きく、符号化された後の平均ビ
ット数が３ビットより小さくなる。ただし可変長符号化
を用いると、画質によって符号化後のデータレートが変
化する。このため図１２の従来例では、バッファ手段６
がオーバーフローやアンダーフローを起こさないように
するために、バッファ手段６内のデータ量が増加してき
た場合には、適応量子化手段４において量子化時のまる
めを大きくし、データ量が減少してきた場合にはまるめ
を小さくすることによって制御している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】次に、上記のような従
来のＤＣＴを用いた高能率符号化の課題を以下に述べ
る。（１）可変長符号化を用いているため、伝送路によって
１ビットでも誤りが発生すると符号同期が外れてそれ以
後のデータを復号できなくなる。このような誤り伝搬に
よって大きな画質劣化が引き起こされる。特にＶＴＲ等
の誤り発生確率が高い装置には適応が困難である。（２）従来はデータ量を一定にするためにバッファ部を
用いたフィードバック制御を行なっている。しかしなが
ら実際の画像ではその情報に偏りがあり、フィードバッ
ク制御では最適な符号化が困難である。特に画像の前半
の情報量が小さく後半の情報量が大きい場合では、前半
部分に不必要にデータが割り当てられるため、後半部分
においてデータ量が不足し、大きな画質劣化を招くこと
になる。（３）直交変換を用いた高能率符号化では入力される画
像の情報量が大きい場合には、量子化による歪が増加
し、ブロック歪が発生してしまう。

【０００８】本発明はこのような従来の直交変換符号化
装置の課題を解決した直交変換符号化装置を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の符号化装
置は、入力信号の伝送帯域を制限する前置フィルタ手段
と、前記前置フィルタ手段の出力を直交変換のうえ量子
化して符号化する直交変換符号化手段とを備え、前記前
置フィルタ手段は、過去の符号化に用いた量子化幅が大
きい場合には前記入力信号の帯域制限を強くし、過去の
符号化に用いた量子化幅が小さい場合には前記入力信号
の帯域制限を弱くするすることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載に復号化装置は、直交変換お
よび量子化して符号化されたデータを入力し、当該入力
信号を復号する直交変換復号化手段と、前記復号された
信号の伝送帯域を制限する後置フィルタ手段とを備え、
前記後置フィルタ手段は、過去または現在の符号化に用
いられた量子化幅が大きい場合には前記復号された信号
の帯域制限を強くし、過去または現在の符号化に用いら
れた量子化幅が小さい場合には前記復号された信号の帯
域制限を弱くするすることを特徴とする。

【００１１】請求項３記載の符号化方法は、入力信号の
伝送帯域を制限し、当該帯域制限された信号を直交変換
し、量子化して符号化する方法であって、過去の符号化
に用いた量子化幅が大きい場合には前記入力信号の帯域
制限を強くし、過去の符号化に用いた量子化幅が小さい
場合には前記入力信号の帯域制限を弱くするすることを
特徴とする。

【００１２】請求項４記載の復号化方法は、直交変換お
よび量子化して符号化されたデータを入力し、当該入力
信号を復号して、当該復号された信号の伝送帯域を制限
する復号化方法であって、過去または現在の符号化に用
いられた量子化幅が大きい場合には前記復号された信号
の帯域制限を強くし、過去または現在の符号化に用いら
れた量子化幅が小さい場合には前記復号された信号の帯
域制限を弱くするすることを特徴とする。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施の形態を図
面に基づき説明する。

【００１４】図１は、本発明の一実施形態に係る直交変
換符号化装置のブロック図である。図１の８は本発明の
人力手段、９は大ブロック化手段、１０は小ブロック化
手段、１１は直交変換手段、１２はデータバッファ手
段、１３はデータ量見積り手段、１４は量子化手段選択
手段、１５は量子化手段、１６は可変長符号化手段、１
７は伝送手段、１８は出力手段である。

【００１５】先ず入力手段８から入力された画像信号は
大ブロック化手段９で複数の標本値からなる大ブロック
に分割される。各大ブロックは更に小ブロック化手段１
０で画面上で長方形になる小ブロックに分割される。こ
こで以下の説明を簡単にするために画面上で水平方向に
８画素、垂直方向に８画素からなる６４画素で構成され
る小ブロックを用いて説明する。小ブロック化された標
本値は直交変換手段１１で水平方向、垂直方向共に直交
変換される。

【００１６】図２は直交変換手段１１の説明図で、この
図の１９は小ブロック化された標本値の入力手段、２０
は水平方向のＤＣＴ手段、２１は水平垂直並べ換え手
段、２２は垂直方向のＤＣＴ手段、２３は出力手段であ
る。図１の小ブロック化手段１０で小ブロック化された
標本値は図２の入力手段１９から入力され、ＤＣＴ手段
２０で水平方向にＤＣＴされる。水平方向にＤＣＴされ
た直交成分は、水平垂直並べ換え手段２１で垂直方向に
並べ換えられる。並べ換えられた直交成分はＤＣＴ手段
２２で垂直方向にＤＣＴされて出力される。このように
して水平、垂直にＤＣＴされた小ブロック毎の直交成分
は、図３に示すように水平方向、垂直方向共に低域を表
す直交成分から順番に図１のバッファ手段１２およびデ
ータ量見積り手段１３に入力される。

【００１７】データ量見積り手段１３では、そこで予め
準備されている複数個の量子化器に対する小ブロック単
位での符号化後のデータ量が計算され、その結果に基づ
いて量子化手段選択手段１４で小ブロック毎に量子化器
が選択される。同時にバッファ手段１２に入力された直
交成分は量子化器が決定されるまで遅延させられる。こ
こで量子化された直交成分と符号化後のデータ量の関係
について図４を用いて説明する。

【００１８】本発明の第１の伝送手段では、水平、垂直
の最も低い周波数成分（図４の水平０、垂直０の量子化
値で、以下原点と呼ぶ）を１つの頂点とし、全ての０で
ない量子化値を含む最小の長方形に囲まれる部分（図４
の実線で囲まれた部分）だけを伝送する。ただし原点は
常に伝送するものとする。従ってこのブロックの伝送領
域（図４の長方形）は、水平方向、垂直方向それぞれ最
も高い０でない周波数成分を表す量子化値の位置で決定
される。同時に伝送する量子化値の数はこの伝送領域の
面積で決定されるため、水平方向の最高周波数の位置と
垂直方向の最高周波数の位置の積によって簡単に計算で
きる。また本実施形態では伝送領域の情報は、図４のよ
うに水平方向の座標３ビットと垂直方向の座標３ビット
の合計６ビットで表現できる。従って各小ブロックの符
号化後のデータ量は伝送領域に含まれる可変長符号語
と、伝送領域の情報の和となる。

【００１９】ここで本発明の第１の可変長符号化の方法
について説明する。ここでは量子化値が０の時に符号長
が１ビットとなる可変長符号を用いる。つまりある量子
化値Ｒｉに対して符号長ＮｉはＲｉ＝０のときＮｉ＝１となる。このため１小ブロック分の全ての量子化値に対
して（Ｎｉ−１）の和を求めたものに、伝送する量子化
値の数と長方形の頂点の座標６ビットを加算することに
よって、伝送するデータ量が求められる。従ってデータ
量の計算において、符号長の和の計算と伝送領域の計算
を独立に実行できるため、回路の簡単化と高速化が可能
になる。また水平、垂直共に最も低い周波数を表す量子
化値に対しては、固定長の符号化を割り当てることも可
能である。

【００２０】このようにして求められた小ブロック単位
の各量子化値に対するデータ量は量子化手段選択手段１
４に入力される。そこで大ブロックで予め決められてい
る伝送データ量を越えないように量以下器を小ブロック
単位で決定する。そしてこれに基づき量子化器１５で量
子化され、可変長符号化手段１６で可変長符号化されて
伝送手段１７に出力される。同時に選択された量子化器
に対する各小ブロックの伝送領域（６ビット）も同時に
伝送される。

【００２１】以上のようにして本発明では、量子化の前
にデータ量を見積ることによって、常に最適な量子化器
を選択することが可能になる。また従来のフィードバッ
ク制御と違い、データ量の制御が正確に行えるため、小
さな範囲で一定長になるような可変長符号化が可能にな
る。これによってディジタルＶＴＲ等伝送路誤りが頻繁
に発生するような機器にも可変長符号化を用いることが
可能になる。さらに上記の実施形態では２次元ＤＣＴを
用いて説明しているが、その他さまざまな直交変換が適
応可能であり、時間軸方向まで含めた３次元直交変換も
利用できる。３次元直交変換の１番簡単な例では、空間
的に同じ位置にあるフィールド間の２つの２次元直交変
換された直交成分に対して、フィールド間で和と差を求
める方法がある。この場合には和の成分を小さな量子化
幅をもつ量子化器で量子化し、差の成分を大きな量子化
幅をもつ量子化器で量子化することによって、視覚上の
歪を抑えながらデータ量を圧縮することが可能になる。
また上記の伝送領域については、和の成分と差の成分を
独立に求めることによって差の成分に発生する０の量子
化値をより効率よく除去することが可能になる。

【００２２】次に第２の可変長符号化を用いた実施形態
について説明する。先ず可変長符号化の割り当てを（表
２）に示す。

【００２３】（表２）のＸは任意の１ビットの数が割り
当てられる、例えば符号長が５ビットの符号語の一例を
（表３）に示す。

【００２４】（表２）の可変長符号化では符号長Ｎｉは
量子化値の絶対値の桁数Ｋｉに対して、Ｎｉ＝２×Ｋｉ＋１で表される。従って符号長は、量子化値の桁数を求める
ことによって容易に計算できる。これにより伝送する小
ブロックの総データ量Ｄは、伝送する量子化値の数Ｍと
長方形の頂点の座標６ビットとを併せて、Ｄ＝２×ΣＫｉ＋Ｍ＋６で表されるため簡単に求めることができる。また（表
２）の可変長符号において±128-255の部分を11111111X
XXXXXXXに変更することも可能である。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【表３】次に第３の可変長符号化の実施形態を（表４）に示す。
この実施形態では（表２）の可変長符号化と同様に符号
語の前半部分だけでその符号長を判断することが可能で
ある。このような可変長符号を用いることによって、伝
送路の誤りが発生しても符号長を表す前半部分が誤らな
い限り語同期が外れないという特長である。

【００２７】また可変長復号時には簡単に符号長を検出
できるため、簡単な回路で高速に復号することが可能に
なる。

【００２８】

【表４】次に第４の可変長符号化の方法について説明する。直交
変換された成分はそのほとんどが０の量子化値になる。
このため０の量子化値が連続して発生する確率が高い。
そこで０の量子化値の連続する長さをランレングス符号
化することによってデータ量を圧縮することが可能にな
る。さらに連続する０の量子化値の長さと、それに続く
最初の非０の量子化値をまとめて１つの符号語に符号化
することによってより効率よく圧縮することが可能にな
る。これを２次元ランレングス符号化と呼ぶ。ここで２
次元ランレングス符号化をより効率良く行うための伝送
手段について説明する。

【００２９】図５は本発明の第２の伝送手段の実施形態
を示している。本実施形態では直交変換された成分を小
ブロック内の水平、垂直共に１番低い周波数成分を表す
量子化値から順に図５の番号の順番にしたがって符号化
して伝送し、非０の最も高い周波数を表す量子化値から
後の符号語は、終了信号を表す符号語で置き換える。こ
れによって０の生起確率が高い高域部分を後半に集中す
ることができるため連続する０の長さをより長くするこ
とができる。また上記の終了記号を使わない方法もあ
る。

【００３０】次に図６は本発明の第３の伝送手段の実施
形態を示している。図６は大ブロックが３つの小ブロッ
クから構成されている場合の実施形態である。それぞれ
の小ブロックは図５に示したように左上が低域を表す直
交成分、右下が高域を表す直交成分を表している。図６
の数字はその位置の直交成分の伝送順番を示しており、
大ブロック単位で低域成分から順番に伝送する。このよ
うな伝送順番によって、大ブロック単位で高域成分を後
半に集中できる。従ってより０の連続を長くすることが
可能になる。図７は第１および第３の伝送手段の具体例
である。上記のような伝送手段では、符号化後のデータ
量が大きすぎて全ての符号語を伝送できなくなった場合
には、伝送順番が後ろである高域成分が伝送できなくな
る。しかしながら一般に高域成分の歪は視覚上劣化がわ
かりにくいため、画質劣化を最小限にとどめることが可
能になる。また伝送路で誤りが発生し語同期が外れて後
半の符号語が復号できない場合でも、その影響が高域に
集中するため視覚上の劣化を小さくすることができる。
またこれらの伝送順番は、上記の第１の伝送手段にも適
応可能である。図４は第１の伝送手段に第３の伝送順番
を適用した一例である。図４では大ブロック単位で低域
成分から順番に伝送し、しかも第１の伝送手段で説明し
たように伝送領域を表す四角形に囲まれた部分のみを伝
送している。更に実際の伝送順番は、図５、図６以外の
さまざまな順番が可能である。

【００３１】次に本発明の大ブロック化手段９について
説明する。まず第１の大ブロック化手段は、大ブロック
をフィールド内のデータだけで構成するものである。こ
れによって、フィールド内の小さなメモリだけで大ブロ
ックを構成することが可能になる。

【００３２】第２の大ブロック化手段は、第１とは逆に
大ブロックを連続する複数のフィールド間の信号で構成
する。これによって、画像のフィールド間の冗長を利用
した圧縮が可能になるため、より高い圧縮率が実現可能
になる。

【００３３】第３の大ブロック化手段は大ブロックを画
面上で隣接する信号から構成する。これにより小ブロッ
ク間の冗長を利用した圧縮が可能になる。特に上記の第
３の伝送手段のように大ブロック単位で符号化伝送する
場合に効率をあげることができる。

【００３４】第４の大ブロック化手段は大ブロックを画
面上のさまざまな位置の信号を小ブロック単位でシャッ
フリングするようにして集めて構成する。これによって
画面上の情報量が分散されるため、各大ブロックに含ま
れる情報量はだいたい等しくなる。従って画面上で場所
によって情報量に偏りがある場合にも効率よく圧縮する
ことができる。また圧縮後のデータレートも平均化され
るため、大ブロック単位で同じデータ量に制御すること
が容易にできる。

【００３５】第５の大ブロック化手段は、入力信号が輝
度信号と色信号、例えば色差信号で構成されている場合
に、全ての大ブロックが輝度信号と色差信号をほぼ同一
の割合で混在した形で構成する。一般に輝度信号と色差
信号の情報量には偏りがある。そこでこのように各大ブ
ロックが輝度信号と色差信号を同じ割合で含むことによ
って第４の大ブロック化手段と同様に情報量を平均化す
ることが可能になる。また入力信号がＲ，Ｇ，Ｂ信号で
ある場合にも、全ての大ブロックがＲ，Ｇ，Ｂ信号をほ
ぼ同一の割合で混在した形で構成することによって、情
報量を平均化することが可能になる。

【００３６】次に本発明の小ブロック化手段１０につい
て説明する。第１の小ブロック化手段は、小ブロックを
フィールド内の信号だけで構成するものである。この方
法によって小ブロックおよび大ブロックをフィールド内
の小さなメモリだけで構成できるため、回路規模を小さ
くできる。また動きの激しい動画ではフィールド内処理
によって、歪を抑えることが可能になる。

【００３７】第２の小ブロック化手段は、小ブロックを
連続する複数フィールド間の信号で構成する。小ブロッ
クを複数フィールドに含まれる信号で構成することによ
って、フィールド間の冗長を除去する圧縮が可能にな
る。特に動きの小さい動画で効果が大きい。

【００３８】第３の小ブロック化手段は、小ブロックを
１フィールドまたは１フレーム内の信号だけで構成する
か、連続する複数フィールド間の信号で構成するかを小
ブロック毎に適応的に切り替える。これによって動きの
激しい小ブロックはフィールド内で、動きの小さい小ブ
ロックは２フィールド以上で構成することによって、動
画でも静止画でも歪の小さい圧縮が可能になる。

【００３９】次に本発明の量子化手段１５について説明
する。第１の量子化手段は複数の量子化器がそれぞれ異
なる量子化幅を持つ。これによって各量子化器に対する
符号化後のデータ量を変えることが可能になる。従って
量子化器を制御することによって符号化後のデータ量を
制御することが可能になる。

【００４０】第２の量子化手段は、高域を表す直交成分
に対して大きな量子化幅を割り当て、低域を表す量子化
成分ほど小さな量子化幅を割り当てる。これによって量
子化の歪を高域部分に集中することが可能になるため、
視覚上の画質劣化や直交変換によるブロック歪を改善で
きる。また第１の量子化手段において、量子化幅の大き
い量子化器ほど高域の量子化幅と低域の量子化幅の差を
大きくすることによって、より効率のよい圧縮が可能に
なる。

【００４１】第３の量子化手段では、量子化時に、０以
外の値に量子化された量子化値の量子化誤差の小ブロッ
ク毎の平均値を計算し、量子化値といっしょに伝送す
る。

【００４２】直交変換の量子化誤差は小ブロック単位で
偏りがあることが多い。このため量子化誤差を小ブロッ
ク毎に計算し、復号時に補正することによって量子化歪
を改善することが可能になる。

【００４３】またこの時に伝送される量子化誤差信号
は、１小ブロックに対して数ビットで表せるため、デー
タ量の増加はきわめて小さい。

【００４４】第４の量子化手段では、フレームまたはフ
ィールド方向に同一位置にある小ブロックをフレームま
たはフィールド毎に異なる量子化特性の量子化器で量子
化する。

【００４５】これによって同じ直交成分に対してフレー
ムまたはフィールド毎に伝送される量子化値が異なるこ
とを利用して、最適な量子化代表値を設定することがで
きる。

【００４６】従って動きの小さい動画では量子化誤差を
低減することが可能になる。

【００４７】次に本発明の量子化手段選択手段１４につ
いて説明する。

【００４８】第１の量子化手段選択手段１４は、上記の
ようなデータ量見積り手段１３に基づいて小ブロック毎
に全ての量子化器に対する符号化後のデータ量を求め
る。

【００４９】そして、大ブロック単位で伝送できるデー
タ量になるように、小ブロック単位で量子化器を選択す
る。こうすることによって、符号化後オーバーフロー
や、伝送すべきデータが足りなくなることが防がれる。

【００５０】第２の量子化手段選択手段１４は、量子化
手段の候補が、ｍ個存在する場合には、まずｍ個の量子
化器のうち、符号化後のデータ量が、約ｍ／２番目にな
るところの量子化器のデータ見積りを行う。

【００５１】そして、その値が伝送できるデータ量より
大きい場合には、量子化手段の候補を前記データ量見積
りを行なった量子化器より小さいデータ量になる量子化
器だけにする。

【００５２】逆に伝送できるデータ量より小さい場合に
は、量子化手段の候補の前記量子化器より大きいデータ
量になる量子化器だけにする。

【００５３】このようにして１回のデータ量見積り毎に
量子化候補を約１／２に減らしながらデータ量見積りを
繰り返し、最適な量子化器を選択する。

【００５４】この方法によれば量子化手段の候補が７で
ある場合には３回のデータ量見積りで最適な量子化器が
選択できる。

【００５５】このように第２の量子化手段選択手段１４
ではデータ量見積りに必要な計算量を大幅に減少させる
ことが可能になる。

【００５６】第３の量子化手段選択手段１４は、大ブロ
ックに含まれる小ブロックを前からｊ番目までの前半部
分とそれ以降の後半部分の２つに分割し、それら２つの
部分に対して符号化後のデータ量が一番近い２つの量子
化手段を選択し、伝送時には前半または後半部分に用い
た量子化手段とｊの値の情報とを符号化して伝送する。
第１の量子化手段選択手段１４では、各小ブロック毎に
量子化器を自由に選択できる。このため大ブロック単位
では量子化器の組合せが非常に多く、全ての組合せにつ
いてデータ量を計算するには、大きな計算量が必要にな
る。

【００５７】そこで第３の量子化手段選択手段１４で
は、上記のように１つの大ブロック内では２種類の量子
化器だけを用いる。この限定により大ブロック内の量子
化器の組合せが大幅に減るため、計算量を削減できる。
また２種類の量子化器も、大ブロック内の前半の小ブロ
ックと後半の小ブロックに分割して割り当てる。このた
め、どちらの量子化器を用いたかという情報は、大ブロ
ック内の前半と後半の分かれ目の位置（つまりｊ）を伝
送するだけでよいため、データ量の増加が小さい。

【００５８】第４の量子化手段選択手段１４は、符号化
後のデータ量が１番近い量子化幅の異なる２種類の量子
化器に対し、各小ブロック毎に直交成分の絶対値の最大
値を検出し、その最大値が大きい小ブロックに対しては
量子化幅の大きい量子化器を選択し、小さい小ブロック
には量子化幅の小さい量子化器を選択し、伝送時にはど
ちらか一方の量子化器を表す情報と各小ブロックがどち
らの量子化器を選択したかという情報とを符号化して同
時に伝送する。一般にダイナミックレンジの大きい画像
では視覚上劣化がわかりにくく、ダイナミックレンジが
小さい画像では劣化が検知され易い。このため上記のよ
うに量子化値の絶対値の最大値（ダイナミックレンジ）
の大きな小ブロックに、量子化幅の大きい量子化器を割
り当てることによって、視覚上の劣化を抑えながら大き
な圧縮が可能になる。

【００５９】ここで本発明の他の実施形態について説明
する。図８は本発明の符号化部分のブロック図で、この
図の２４は入力手段、２５は前置フィルタ、２６は第１
の実施形態で説明した本発明の直交変換符号化手段、２
７は出力手段である。図８の実施形態では、入力手段２
４から入力される信号をまず前置フィルタ２５を用いて
帯域制限する。帯域制限された信号は直交変換符号化手
段２６によって前述の実施形態と同様にして符号化さ
れ、出力手段２７へ出力される。このように直交変換符
号化の前に前置フィルタを用いて帯域を制限することに
よって、圧縮によるブロック歪などの画質劣化を改善す
ることが可能になる。

【００６０】図９は本発明の復号化部分のブロック図
で、この図の２８は入力手段、２９は前述の実施形態で
説明した本発明の直交変換符号化装置に対する復号化手
段、３０は後置フィルタ、３１は出力手段である。図９
の実施形態では、まず入力手段２８から入力された符号
語を直交変換復号手段２９で復号する。復号された信号
は後置フィルタ３０を介して出力手段３１へ出力され
る。このように復号化された信号に対して後置フィルタ
で帯域制限することによって、圧縮によるブロック歪な
どの画質劣化を改善することが可能になる。また符号化
時に前置フィルタを用いている場合には、その逆特性の
フィルタを後置フィルタとして用いることによって、符
号化時に制限された帯域を再現することが可能になる。

【００６１】次に前置フィルタ手段２５について説明す
る。第１の前置フィルタ手段は、入力信号の垂直または
水平または斜めの高域成分を圧縮する。上記した本発明
の伝送手段では、垂直または水平または斜めの高域成分
を表す量子化値が０になると大幅な圧縮が可能になる。
同時に高域成分の歪は視覚上検知されにくい。このため
このような前置フィルタを用いることによって、画質劣
化を抑えつつデータ量を削減することが可能になる。

【００６２】第２の前置フィルタ手段は、入力信号を水
平垂直共に低域、水平が高域で垂直が低域、水平が低域
で垂直が高域、水平垂直共に高域の４つの帯域に分割
し、それぞれの帯域を独立に線形圧縮してから全ての帯
域を加算する。この前置フィルタの実施形態を図１０を
用いて説明する。図１０の３２はこのフィルタの入力手
段、３３は垂直低域通過フィルタ（以後ＬＰＦとい
う）、３４，３５は水平ＬＰＦ，３６，３７，３８は減
算器、３９，４０，４１は線形圧縮手段、４２は加算
器、４３は出力手段である。

【００６３】入力手段３２から入力された信号は垂直Ｌ
ＰＦ３３で垂直方向の低域成分に変換される。垂直ＬＰ
Ｆ３３の出力は減算器３６で入力から減算される。これ
によって垂直ＬＰＦ３３の出力が入力信号の垂直方向に
低減成分を表し、減算器３６の出力信号の垂直方向の高
域成分を表すことになる。同様にこれら２つの出力に対
して水平ＬＰＦ３４，３５および減算器３７，３８を用
いて、更に水平方向に帯域を分割することができる。図
１１は２次元帯域分割の説明図である。図１０の水平Ｌ
ＰＦ３４の出力が図１１のＬＬで表される部分を示し、
図１０の減算器３７の出力が図１１のＬＨで表される部
分を示し、図１０の水平ＬＰＦ３５の出力が図１１のＨ
Ｌで表される部分を示し、図１０の減算器３８の出力が
図１１のＨＨで表される部分を示している。

【００６４】このように２次元上で４つの帯域に分割さ
れた帯域はＬＬ成分を除いて図１０の圧縮手段３９，４
０，４１で線形圧縮される。各周波数毎に圧縮された成
分は、加算器４２で加算されて１つの信号に戻されて出
力手段４３から出力される。このように帯域を２次元上
で帯域分割してから圧縮することによって、人間の視覚
特性に合わせた帯域制限が可能になる。特に視覚上劣化
が検知されにくいＨＨ成分を大きく圧縮することによっ
てデータ量を効率よく削減することが可能になる。また
この前置フィルタでは線形圧縮を用いているため、復号
化時に後置フィルタによって比較的簡単に帯域を復元す
ることが可能である。

【００６５】第３の前置フィルタ手段は、上記第２の前
置フィルタ手段において、各帯域の圧縮に非線形圧縮を
用いるものである。人間の視覚は高域成分の大きな振幅
の歪に対して鈍感である。このため非線形圧縮によっ
て、大きな振幅を持つ成分ほど大きな圧縮をする。これ
によって歪を高域成分の大きな振幅を持つ成分に集中さ
せることができる。

【００６６】第４の前置フィルタ手段は、上記第２また
は第３の前置フィルタ手段において、帯域分割後に各帯
域ごとに閾値をもうけ、その閾値より小さい値を０に丸
める。人間の視覚では高域成分の小さな振幅が雑音とし
て認識されるため、その成分が除去されても影響が小さ
い。そこで閾値より小さな成分を除去することによっ
て、不要な情報量を減少させることができる。第５の前
置フィルタ手段は、上記の前置フィルタ手段の周波数特
性を、既に直交変換符号化したデータの量子化情報によ
って制御するものである。直交変換符号化で量子化幅の
大きな量子化器が選択されている場合には、入力の情報
量が大きく、圧縮による歪が大きいことを表している。
逆に量子化幅の小さな量子化器が選択されている場合に
は、入力の情報が小さく、圧縮による歪が小さいことを
表している。そこで過去に選択されている量子化幅が大
きい場合には、前置フィルタによる帯域制限を強めて入
力情報量を削減する。逆に過去に選択されている量子化
幅が小さい場合には、前置フィルタによる帯域制限を少
なく前置フィルタによる歪を減らすことができる。これ
によって入力情報量の小さい画像ではより忠実に符号化
し、入力情報量の大きい画像では前置フィルタによって
視覚上の劣化を抑えることが可能になる。

【００６７】次に後置フィルタ手段３０について説明す
る。第１の後置フィルタ手段は、入力信号の垂直または
水平または斜めの高域成分を圧縮または伸張する。直交
変換符号化では量子化歪の影響が小ブロック間にブロッ
ク歪として現れる。そこで後置フィルタによってブロッ
ク境界の高域成分を圧縮することによってブロック歪を
改善することが可能になる。また符号化時に前置フィル
タで帯域制限している場合には、逆に高域成分を伸張す
ることによって制限された帯域を再現することも可能に
なる。

【００６８】第２の後置フィルタ手段は、フィールド間
またはフレーム間にわたる信号を用いてフィルタリング
する。これによってフィールド間やフレーム間の差分信
号を抑圧するフィルタを構成できる。これによって動き
の小さい動画では圧縮による歪を大幅に削減することが
可能になる。

【００６９】第３の後置フィルタ手段は、入力信号を水
平垂直共に低減、水平が高域で垂直が低域、水平が低域
で垂直が高域、水平垂直共に高域の４つの帯域に分割
し、それぞれの帯域を独立に線形圧縮または伸張してか
ら全ての帯域を加算する。この後置フィルタの構成は図
１０の前置フィルタと同じ回路で実現できる。このよう
に帯域を分割してから圧縮することによってより視覚特
性に合わせた圧縮歪の除去が可能になる。また上記第２
の前置フィルタ手段を用いている場合には、その逆特性
で各帯域を伸張することによって制限された帯域を再現
することも可能になる。

【００７０】第４の後置フィルタ手段は、上記第３の後
置フィルタ手段において、各帯域の伸張に非線形伸張を
用いるものである。第３の後置フィルタのように高域成
分を線形伸張すると、ブロック歪も増幅する場合があ
る。そこで小さい高域成分に対しては伸張せずに、大き
い高域成分だけを伸張する非線形伸張を行なう。

【００７１】一般にブロック歪の振幅成分は小さいた
め、この方法によってブロック歪を増幅させずに帯域を
復元することが可能になる。

【００７２】第５の後置フィルタ手段は、上記第２、第
３または第４の後置きフィルタ手段において、帯域分割
後に各帯域ごとに閾値をもうけ、その閾値より小さい値
を０に丸める。人間の視覚では高域成分の小さな振幅が
雑音として認識されるため、その成分が除去されても影
響が小さい。そこで閾値より小さな成分を除去すること
によって、不要な情報を減少させることができる。また
同時にブロック歪の除去も可能になる。

【００７３】第６の後置フィルタ手段は、上記の後置フ
ィルタ手段の周波数特性を、伝送されたデータの量子化
情報によって制御するものである。直交変換符号化で量
子化幅の大きな量子化器が選択されている場合には、量
子化歪が大きいことになる。このため後置フィルタによ
る帯域制限などを高めることによって、量子化歪の影響
を削減することが可能になる。逆に量子化幅の小さな量
子化器が選択されている場合には圧縮による歪が小さい
ことを表している。そこで帯域制限を小さくして後置フ
ィルタによる歪を減らすことができる。また符号化時に
上記第５の前置フィルタを用いている場合には、選択さ
れた量子化器によってどのような前置フィルタを用いた
かを推定できる。そこで後置フィルタによって前置フィ
ルタと逆特性のフィルタを用いることによって、制限さ
れた帯域を復元することが可能になる。

【００７４】

【発明の効果】上記のようにして本発明では、量子化の
前にデータ量を見積ることによって、常に最適な量子化
器を選択することが可能になる。また従来のフィードバ
ック制御と違い、データ量の制御が正確に行えるため、
小さな範囲で一定長になるような可変長符号化が可能に
なる。これによってディジタルＶＴＲ等伝送路誤りが頻
繁に発生するような機器にも可変長符号化を用いること
が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の直交変換符号化装置の一実施形態のブ
ロック図

【図２】同実施形態における２次元直交変換手段のブロ
ック図

【図３】同実施形態における２次元直交変換された直交
成分の説明用構成図

【図４】同実施形態に係る第１の伝送手段の説明用構成
図

【図５】他の実施形態に係る第２の伝送手段の説明用構
成図

【図６】他の実施形態に係る第３の伝送手段の説明用構
成図

【図７】同実施形態に係る第１、第３の伝送手段の具体
例を示す構成図

【図８】他の実施形態に係る前置フィルタのブロック図

【図９】他の実施形態に係る後置フィルタのブロック図

【図１０】他の実施形態に係る前置フィルタの回路図

【図１１】同実施形態に係る前置フィルタの帯域分割の
説明用構成図

【図１２】従来の直交変換符号化装置のブロック図

【符号の説明】

８入力手段９大ブロック化手段１０小ブロック化手段１１直交変換手段１２バッファ手段１３データ見積り手段１４量子化手段選択手段１５量子化手段１６可変長符号化手段１７伝送手段１８出力手段

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力信号の伝送帯域を制限する前置フィル
タ手段と、前記前置フィルタ手段の出力を直交変換のう
え量子化して符号化する直交変換符号化手段とを備え、前記前置フィルタ手段は、過去の符号化に用いた量子化
幅が大きい場合には前記入力信号の帯域制限を強くし、
過去の符号化に用いた量子化幅が小さい場合には前記入
力信号の帯域制限を弱くするすることを特徴とする符号
化装置。
【請求項２】直交変換および量子化して符号化されたデ
ータを入力し、当該入力信号を復号する直交変換復号化
手段と、前記復号された信号の伝送帯域を制限する後置
フィルタ手段とを備え、前記後置フィルタ手段は、過去または現在の符号化に用
いられた量子化幅が大きい場合には前記復号された信号
の帯域制限を強くし、過去または現在の符号化に用いら
れた量子化幅が小さい場合には前記復号された信号の帯
域制限を弱くするすることを特徴とする復号化装置。
【請求項３】入力信号の伝送帯域を制限し、当該帯域制
限された信号を直交変換し、量子化して符号化する方法
であって、過去の符号化に用いた量子化幅が大きい場合には前記入
力信号の帯域制限を強くし、過去の符号化に用いた量子
化幅が小さい場合には前記入力信号の帯域制限を弱くす
るすることを特徴とする符号化方法。
【請求項４】直交変換および量子化して符号化されたデ
ータを入力し、当該入力信号を復号して、当該復号され
た信号の伝送帯域を制限する復号化方法であって、過去または現在の符号化に用いられた量子化幅が大きい
場合には前記復号された信号の帯域制限を強くし、過去
または現在の符号化に用いられた量子化幅が小さい場合
には前記復号された信号の帯域制限を弱くするすること
を特徴とする復号化方法。