JPS6138672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は符号化された画像信号の復号化装置に
関する。

テレビジヨン信号等の画像信号は画面の水平方
向および時間軸方向に対して相関が強いので、画
像信号を直接伝送する代りに伝送しようとする画
素信号の近傍の画素信号から予測信号を作り、伝
送しようとする信号と予測信号との差信号、すな
わち、予測誤差信号を伝送することによつて伝送
情報量を節約することができる。このような符号
化方法は予測符号化と呼ばれ、予測信号を同一フ
レーム内の画素信号から得るフレーム内予測符号
化、１フイールド前の画素信号から得るフイール
ド間予測符号化、１フレーム前の画素信号から得
るフレーム間予測符号化あるいはこれらを組合せ
た複合予測符号化などが知られている。フレーム
内符号化は、平坦な画像やぼけた画像に対しては
予測的中率が高く、従つて、能率が良い。フレー
ム間符号化は動きの少ない画像に対して能率が良
く、フイールド間符号化や複合符号化はこれらの
中間的な性質となる。従来の予測符号化装置にお
いては、一般にこれらのうちの一つの予測方式を
用いているが、伝送しようとする画像信号が、例
えば、放送テレビジヨン信号のように動きが少な
い場合もあれば多い場合もあり平坦な画像も複雑
な画像もあるような場合には、予測方式を固定に
しておくと常に能率の良い符号化を行なうことが
できないという欠点がある。一方、フレーム内予
測とフレーム間予測の２種の予測信号を作り、複
数個の画素からなるブロツク単位にどちらが能率
が良いかをあらかじめ調べて能率の良い方を選択
するという予測切換え方式も提案されているが、
画面の変化速度が大きい時には上記２種の予測方
式の能率は両者ともに低下し、予測切換え方式は
その効果を充分に発揮できなくなつてくる。

本発明の目的は複数個の画素からなるブロツク
単位で複数個の予測信号の予測能率を比較し、良
い能率を示すものを複数の予測信号から少なくと
も２個ブロツク毎に選択し、その選択された予測
信号の中からさらに画素単位で能率の良い予測信
号を１つ選択して予測符号化を行なう予測符号化
装置によつて符号化された画像信号に対して、符
号化された画像信号に含まれる少なくとも２個選
択された予測信号が何であるかを示す情報に従つ
て、複数個の画素からなるブロツク単位に復合器
側で符号器側と同一のあらかじめ用意された複数
の予測信号中から少なくとも２個の予測信号を選
択し、その予測信号の中からさらに画素単位で能
率のよい予測信号を１つ選択し、この予測信号か
らもとの画像信号を再生することができる復号化
装置を提供することにある。

本発明によれば、信号の各々を符号逆変換する
手段、復号信号より複数の予測信号を得、これか
ら少なくとも２つの予測信号を前記符号逆変換さ
れた制御信号に従つて選択する第１の選択手段、
前記第１の選択手段出力の予測信号の１つを選択
する第２の選択手段と、前記第２の選択手段を画
素単位で制御する手段と、前記第２の選択手段出
力の予測信号と前記符号逆変換された予測誤差信
号より前記復号信号を得る手段から構成されるこ
とを特徴とする復号化装置が得られる。

本発明の復号化装置に対応する予測符号化装置
においては、第１の選択手段で選択された複数の
予測信号を指定する情報をブロツク単位で伝送す
るが、第２の選択手段における画素単位の選択を
たとえば伝送される予測誤差振巾の大小により行
なえばこの選択を指定する情報を伝送しなくて済
むので指定情報の１画素あたりの情報量は大巾に
節減され、また画面の内容（被写体の動き、模様
の大小、白黒かカラー、など）が変つた時にはそ
の画面を能率良く符号化する予測信号が第１の選
択手段において選択されるため、この段階ですで
にかなりの符号化能率の向上があり、さらにこれ
らの予測信号中から、たとえば予測誤差信号が最
も小さくなる予測信号を次に選択するように画素
単位で選択することにより能率の良い符号化が実
現できるため画像信号の伝送あるいは記録が速や
かにあるいは高密度で実現されるが、このように
能率よく予測符号化された画像信号から、もとの
画像信号を再生するのが本発明の復号化装置であ
る。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。
本発明の復号化装置においては、少なくとも、第
１の選択手段の制御信号、予測誤差信号があらか
じめ定められた規則に従つて構成された符号列よ
り元の画像信号を再生するが、説明を具体的にす
るためにこの符号列の発生方法の一例について画
像信号としてテレビジヨン信号を例にとつて説明
することにする。

第１図は本発明の複号化装置によつて元の信号
に復元される符号化された信号を作る符号化装置
を説明するブロツク図である。端子１に印加され
た画像信号はアナログ／デジタル変換器（Ａ／Ｄ
変換器）１０によりデジタル信号１０１１に変換
される。このようにデジタル変換された画像信号
は予測能率比較回路１５での予測能率比較に要す
る時間Ｔだけ遅延させる遅延回路１１へ供給され
る。遅延回路１１の出力信号はスイツチ回路１６
の出力である予測信号１６１２だけ減算器１２に
より差をとられ、この差すなわち予測誤差信号は
量子化回路１３へ供給される。量子化回路１３で
は予測誤差信号のとり得るレベル数を制限するこ
とにより情報量の圧縮効果をより高める。この予
測誤差信号１３１４は予測信号１６１２と加算器
１７において和がとられ、局部復号信号１７１８
となり、予測器群１８へ供給される。予測器群１
８においては制御信号１５１４により指定された
予測信号を含めたとえば二つ選択され各々予測信
号１８０１，１８０２としてスイツチ回路１６へ
供給される。スイツチ回路１６においてはこの二
予測信号の中から選択が行なわれるがその制御は
制御信号２０１６に従つて行なわれる。制御信号
２０１６の作り方の一例をつぎに述べる。予測誤
差信号１３１４は比較回路１９においてあらかじ
め定められた閾値と比較され、この閾値より大か
否かの比較結果（たとえば大であれば符号１、否
であれば符号０など）が１画素の遅延を与える遅
延素子２０に供給される。そしてこの遅延素子２
０の出力がスイツチ回路１６の制御信号２０１６
となる。たとえば制御信号２０１６が１を示して
いればスイツチ回路１６では前のサンプル時刻に
おける予測信号ではない方を選択し、０を示して
いれば前のサンプル時刻における予測信号を再び
続けて選択する。

なお、符号化・復号化間で整合をとるために少
なくとも動作開始時に一度は同一の予測信号を強
制的に選択する必要がある。たとえば各水平走査
線内の同期信号部分などはフレーム間予測信号の
的中率が高い。したがつて、水平走査線の始まり
をたとえば強制的にフレーム間予測とすれば能率
も良く、符号化・復号化の整合がとれることにな
る。なお、以上の説明では説明を簡単にするため
予測器群１８の出力予測信号数を２としたが原理
的には何個あつても良い。

つぎに第２図により予測器群１８の具体的構成
例を説明する。

予測器群１８は大別するとフレーム内予測器と
フレーム間予測器からなる。たとえば参照数字１
８０で表わした予測器はフレーム内予測器であ
り、具体的な例としては、前値予測、すなわち１
サンプル遅延素子により構成される。

フレーム間予測器については多様な画面につい
て能率良く符号化するために、動き予測が可能な
予測器の構成をもたせることにする。動き予測の
一例をつぎに示す。１フレーム遅延素子を用いた
フレーム間予測は静止している画面に対しては良
く的中するが、例えば画面が左右に動くと的中し
なくなつてくる。たとえば前フレームの画面に対
して現フレームの画面が１画素右（水平走査と同
方向）に動いた場合には（１フレーム＋１）画素
遅延した信号を予測信号とすれば的中するように
なる。このような動き予測ができる予測器は１８
１の（１フレーム―Ｔ―３）画素遅延素子とＴ画
素遅延素子１８３とシフトレジスタ１８４により
構成される。すなわち１フレームの画素数をＦと
すればＴ画素遅延素子１８３の出力には（Ｆ―
３）画素遅延した予測信号Ｘ_F―₃が得られる。こ
の信号をさらにシフトレジスタ１８４で１画素づ
つ遅延させれば、その出力にはＸ_F―₂からＸ_F+3
の各信号が得られる。フレーム間における変化が
上記の例（３画素まで）を超える場合に対応する
ためには、一般的には１８１を（Ｆ―Ｔ―ｎ）画
素遅延素子とし、シフトレジスタ１８４の遅延画
素数を2nとすればよい。

このようにして得られた予測信号群Ｘ_F―₃から
Ｘ_F+3はスイツチ回路１８５に与えられ、スイツ
チ回路１８５では制御信号１５１４により適切な
動き予測信号が選択される。（Ｆ―Ｔ―３）画素
遅延素子１８１の出力は同時に１８４と同一の構
成のシフトレジスタ１８２へも与えられ（Ｆ―Ｔ
−３）から（Ｆ―Ｔ＋３）画素まで遅延した計７
個の信号１８１５が得られ、これは予測能率比較
回路１５において予測能率の比較に用いられる。
予測能率の比較に関しては、画面内の被写体の移
動速度を検出してその速度にもつとも適合する予
測信号を決定するとか７個の各信号について予測
誤差電力を計算し、その中で最小誤差電力を与え
る予測信号を決定するなど種々の方法が考えられ
るが本発明の復号化装置に関する限り、いずれの
方法が使用されても復号化の実行は何ら影響され
ない。

予測能率の比較結果は制御信号１５１４として
出力され、予測器群１８のスイツチ回路１８５の
制御に用いられる。

予測誤差信号と予測器群１８′の制御信号はい
ずれも受信側へ伝送されるが、伝送に当つては符
号変換器１４において能率の良い伝送用符号に変
換される。この例としては各信号の分布より得ら
れるハフマン符号などの不等長符号が適用でき
る。符号変換器１４は、さらに符号変換された制
御信号と予測誤差信号とを定められた順序で並
べ、伝送路との速度整合を行つた後、出力端子７
へ符号を出力する。あるいは、伝送路へ出力する
代りにデジタル信号の記録媒体に記録する。

以上が本発明の復号化装置に対応する符号化装
置の例である。

これより本発明の復号化装置について詳しく説
明する。

第３図に本発明の復号化装置のブロツク図を示
す。

第３図において、伝送路を介して与えられた、
あるいはデジタル信号の記録媒体から読み出され
た、これまでに説明した予測符号化装置により符
号化されているテレビジヨン信号は入力端子７′
を通つて符号逆変換器１４′に与えられる。符号
逆変換器１４′ではこの符号化されたテレビジヨ
ン信号を符号逆変換し、第１の選択手段を制御す
る制御信号１４１８′、予測誤差信号１４４０′に
各々分離する。予測誤差信号１４４０′はスイツ
チ回路１６′において選択された予測信号１６４
０と、加算器４０′において加算されて復号信号
４０３０′となる。この復号信号４０３０′は、デ
ジタル／アナログ（Ｄ／Ａ）変換器３０′により
アナログ信号に変換され出力端子1′を通つてテレ
ビジヨン受像器等で再生れると同時に予測器群１
８′に与えられる。

第４図に予測器群１８′の一構成例を示す。

符号器においてテレビジヨン信号の符号化を行
なつた時と同一の複数の予測信号が１個のフレー
ム内予測信号と（１フレーム−３）画素遅延から
（１フレーム＋３）画素遅延までの７個のフレー
ム間に属する予測信号（図中Ｘ_F-3，Ｘ_F-2，…Ｘ
_F+3と略記）の計８個で、かつフレーム内予測信
号は常に選択されているものとする。復号信号４
０３０′は（１フレーム−３）画素遅延素子１８
６′に与えられ（１フレーム−３）画素遅延した
フレーム間の予測信号Ｘ_F-3を作るのに使用され
ると同時にフレーム内予測器１８０′にも与えら
れる。フレーム内予測器１８０′は符号化装置に
対応して１画素遅延素子からなる前値予測型の予
測器とする。このフレーム内予測器１８０′の出
力は予測信号１８０１′として常に予測器群１
８′の出力の１つとされる。予測信号Ｘ_F-3はスイ
ツチ回路１８５′へ与えられると同時にシフトレ
ジスタ１８４′にも与えられる。遅延を受けた予
測信号Ｘ_F-2からＸ_F+3までがシフトレジスタ１８
４′の出力信号で、これらはスイツチ回路１８
５′に与えられ前記のＸ_F-3を含めた７種のフレー
ム間予測信号に属する予測信号Ｘ_F-3からＸ_F+3は
符号逆変換器１４′により与えられる制御信号１
４１８′に従つて選択され予測信号１８０２′とな
る。このようにして得られた予測信号１８０
１′、１８０２′はスイツチ回路１６′に与えられ
る。

つぎにスイツチ回路１６′の制御信号２０１
６′の作り方を説明する。

予測誤差信号１４４０′は比較回路１９′にまず
与えられあらかじめ定められた閾値と大小比較さ
れる。大小比較の結果（たとえばこの閾値よりも
予測誤差信号１４４０′が大きい時は符号１を否
の時は符号０を発生）は１画素遅延素子２０′に
与えられる。この１画素遅延素子２０′の出力が
制御信号２０１６′でスイツチ回路１６′の制御に
使用される。スイツチ回路１６′においては入力
の２予測信号１８０１′，１８０２′はつぎのよう
にして選択される。あるサンプル時刻において予
測信号１８０１′が選択され、また、この時刻に
おける予測誤差信号１４４０′に対する比較回路
１９′での大小比較結果が符号１であつたとす
る。この条件の場合、つぎのサンプル時刻におい
ては制御信号２０１６′は符号１となり、スイツ
チ回路１６′は予測信号の選択を前サンプル時間
の場合と逆にする。すなわち予測信号１８０２′
が選択される。逆に制御信号２０１６′が符号０
であれば前サンプル時間の選択はそのまま続行さ
れる。すなわち予測信号１８０１′が連続して選
択される。

また符号器・復号器の整合をとるために動作開
始後に少なくとも一度あるいは適当な時刻、たと
えば水平走査線毎に符号器・復号器間で同一の予
測信号を強制的に選択すれば良く前述したとおり
である。

以上において説明を簡単にするために予測器群
１８′の出力予測信号を２個に限定したが符号化
規則に対応させて、スイツチ回路１６′における
選択の順序をあらかじめ定めておけば２個以上に
増すことは容易である。

また予測器群１８′のフレーム間予測に属する
Ｘ_F-3からＸ_F+3までの７種の信号はその数を増す
ことも容易である。すなわち、もし符号器におい
てＸ_F-oからＸ_F+oまでが使用されたとすると、第
５図において（１フレーム−３）画素遅延素子１
８６′を（１フレーム−ｎ）画素遅延素子に、シ
フトレジスタ１８４′を2n段に増しスイツチ回路
１８５′が（2n＋１）個の予測信号から選択でき
るようにすれば良い。

また、フレーム内予測信号１８０１′をスイツ
チ回路１８５′に与え、その出力として２予測信
号を得ることができることは符号化装置の場合と
同じく勿論である。

第５図に本発明に係る他の実施例を示す。符号
化装置において第２の選択手段であるスイツチ回
路１６の制御信号２０１６の作り方が先に説明し
た実施例と異なる場合について説明する。すなわ
ち第１の選択手段の出力に相当する二つの予測信
号１８０１，１８０２を用いて制御信号２０１６
を作る場合である。

二つの予測信号１８０１（X₁），１８０２
（X₂）は各々減算器３１，３２により局部復号信
号１７１８（X₀）との差X₁−X₀，X₂−X₀がとら
れ、絶対値回路３３，３４に与えられる。絶対値
をとられたこの差信号は比較器３５により大小比
較される。もし｜X₁−X₀｜＞｜X₂−X₀｜の場合
に比較結果が符号０で、それ以外の場合には符号
１で表わされるとするとき、１画素遅延素子２０
により遅延を受けたこの符号列が制御信号２０１
６となる。この時スイツチ回路１６は符号０の時
予測信号１８０２を、符号１の時同１８０１を選
択するものとする。すなわち符号化装置について
は、第１図の比較回路１９の代りに第５図を挿入
すれば良い。

復号化装置については第５図に示されたブロツ
クと同一の機能を有する回路を第３図の１９′の
代りに挿入し、スイツチ回路１６′における切換
えの規則を符号化装置と同じく定めてやれば符号
化・復号化装置間の整合がとられる。

この方法は画素毎に誤差振巾を小とするように
スイツチ回路１６，１６′を制御するため、先の
実施例よりもさらにきめ細い予測信号の切換えが
行なわれ、その結果予測誤差信号をさらに小さく
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の復号化装置に対応する符号化
装置を説明する図で、第２図は第１図中１８の予
測器群を詳しく説明するための図である。第３図
は本発明の復号化装置を説明する図である。第４
図は第３図の１８′の予測器群を詳しく説明する
図である。第５図は本発明の他の実施例を説明す
る図である。 図において、１０…アナログ／デジタル（Ａ／
Ｄ）変換器、１１…遅延回路、１２…減算器、１
３…量子化回路、１４…符号変換器、１４′…符
号逆変換器、１５…予測能率比較回路、１６，１
６′…スイツチ回路、１７…加算器、１８，１
８′…予測器群、１９，１９′…比較回路、２０，
２０′…１画素遅延素子、３０′…デジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換器、１８０，１８０′…フレ
ーム内予測器、１８１…（１フレーム―Ｔ−３）
画素遅延素子、１８２，１８４，１８４′…シフ
トレジスタ、１８３…Ｔ画素遅延素子、１８５，
１８５′…スイツチ回路、１８６′…（１フレーム
−３）画素遅延素子、３１，３２…減算器、３
３，３４…絶対値回路、３５…比較器、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 複数個の画素からなるブロツク毎に得られ、
   かつ該ブロツク毎に複数個の予測信号のうち少な
   くとも２つ以上の予測信号を選択するのに用いら
   れる制御信号と、該２つ以上の予測信号から画素
   毎に選択される１個の予測信号を用いて得られる
   予測誤差信号とを少なくとも含み符号変換された
   画像信号を用いて予測復号化するにあたり、符号
   変換された少なくとも制御信号と予測誤差信号の
   各々を符号逆変換する手段、復号信号より複数の
   予測信号を得、これから少なくとも２つの予測信
   号を前記符号逆変換された制御信号に従つて選択
   する第１の選択手段、前記第１の選択手段出力の
   予測信号の１つを選択する第２の選択手段と、前
   記第２の選択手段を画素単位で制御する手段と、
   前記第２の選択手段出力の予測信号と前記符号逆
   変換された予測誤差信号より前記復号信号を得る
   手段から構成されることを特徴とする画像信号の
   復号化装置。