JPS6187488A - 画像の符号化および復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は画１象信号の符号化技術に関する。

（従来技術とその問題点） 画像信号の中でもとくに代表的な動画１象信号であるテ
レビジョン信号の、待合などでは、ｍｔｆｆｉ間の相関
すなわちフレーム間相ｊｘ４＋が高く、これを利用して
冗長度を軽減することにより伝送時において大幅な情報
量の低減すなわちデータ圧縮が可能である。フレーム間
相関の利用の仕方でもっとも′：１君単なものはフレー
ム間予測符号化と呼ばれる方式で画面内に含まれる勅き
部分が少なければ少ないほど大巾な圧縮が実現される。

反面動きが大きく（面積、速りよ）なると大幅な圧ｆ、
Ｈ３は期待できなくなる。これに対して、励きが含まれ
てに）でも動き部分についてはその動きの速さと方向を
あられす動ベクトルを利用して５切きに対して常に最適
な予測を適応的に実現する動き補原フレーム間予測符号
化を用いると・′ｎ３きを含んでいても大幅な圧縮が可
能となる。この例としては、二宮らによる論文「動き補
正フレーム間符号化方式」（ｄ子曲信学会論文誌ＶＯＩ
　、　、Ｔ　６３−　Ｂ　Ａ　１１　＋昭和５５年１１
月ｐｐ、１１４０）が挙げられる。このようにして得ら
れる高能率の予測符号化の結果である予都］ト４差や動
ベクトル、さらには予相符号化においても用いられた符
号化パラメータ、水平や垂直の同期信号などをできるだ
け少ない符号量で表現する符号変換においては、ハフマ
ン符号などの不等長符号が用いられることが多い。

この符号化パラメータは１走査線ｉ４に変更されること
は必ずしも行なわれず、通′ざはＮ走査線（Ｎ２２）、
たとえばＮ＝８単位で７．２　Ｌｔｉされる。したがっ
て符号変換の区切りとしてはＮ　足ｚ　線毎が具合が良
い。簡単な符号変換の１賂例を第１：４のＢで示す部分
に示す。垂直あるいは水平開Ａ」が次に米ることを示す
同期符号（たとえば８ビツトの零）とその次にライン同
期、そして符号化モード信号、以下助ベクトル符号とこ
の符号化モード信号を用いて予測信号化した時の予測誤
差が符号変換されて、Ｎ走査線についての符号変換が終
了する。ここで、同期符号、ライン同期、符号化モード
信号を表現するのに各８ビツトの計２４ビット割当てる
ものとする。すなわち、走査線がＭ本の画像信号系を想
定するとき、１両面当り２４×Ｍ／Ｎ（ビット）必要で
ある。Ｍ＝５２５、Ｎ＝８とすると、１５７５ビツトと
なる。毎秒３０画面表示される系では、１５７５Ｘ３０
’−４７（ｋｂ／ｓ　）に達する。これは常時発生する
固定外である。すなわち、動ベクトルと予３！ＩＩ誤差
がいずれもすべて零で無視し得るほどに少ない場合にも
、この４７ｋｂ／ｓの情報量が発生することになる。仮
に、伝送に用いる通信路の伝送速度が１．５Ｍｂ／ｓと
するとこｎは４７／１５００＝１／３０で差程大きくは
ないが、もっと低い伝送速度を想定し、たとえば５００
　ｋｂ／ｓとした場合には４７１５００　　ヨ。

１／１０となり、かなりの割合を占めることになる。動
ベクトルと予測誤差が同じ符号化モードのもとで、Ｎ走
査＋τ、泉毎に繰り返し同じの場合、所要符号量の少な
い符号変換方法が必要となってくる。

（発明の目的） 本発明は、画像信号の低速託伝送にも適した符号変換方
式を実現することを目的とする。

（発明の構成） 本発明によれば、相関を含む画像からＮ（Ｎ２２なる確
・攻）走査下“覗単立で選択される符号化パラメータに
従って該両数に宮まれる冗長度を軽減する手段、該符号
化パラメータを表わす１’Ｒ報を附記Ｎ走ｆ線毎に符号
化する第１の符号化手段、前記冗長度を軽減する手段の
出力である冗長度が妊滅された画像信号を前記Ｎ走査線
単位で符号化する第２の符号化手段、前記第１と第２の
両符号化手段の出力を直前のＮ走査線に対する出力と同
一であるか否かの判定を行なう判定手段、該判定手段に
おける判定が同一を示している時、前記Ｎ走査線単位で
の連続する回数を符号化する第３の符号化手段、前記判
定手段における判定・告東を用いて前記第１と８１第２
の符号化手段、あるいは前記第１、第２、第３の符号化
手段の出力を多重化する手段、を具備することを特徴と
する画像の符号化装置が得られる。

また本発明によれば、Ｎ走査心単位に還択される符号化
パラメータを用いて冗長度を１経減され符号変換された
ー１９信号であって、該符号化パラメータと該符号変換
された画像信号の両者からなる符号がＮ走ゴＥｆ＋’Ｊ
単位で同一である時にはその同一となるＩｌ禮り返し回
数を表わす（イ報により置］実された前記符号から画傭
信号を復号化するにあたり、前記符号化パラメータ、前
記符号変換された画像信号、および前記繰り返し回数を
表わす情報を含む時にはこれを、ぞれぞれ分離する手段
、該分離手段の出力である符号化パラメータを復号化す
る第１の復号化手段、該分離手段の出力である前記符号
変換された冗長度が軽減された画像言号を復号化する第
２の復号化手段、前記分離手段より前記繰り返し回数を
表わす情報が分離・出力された時、該情報が示す繰り返
し回数だけ前記第１：１６よび第２の復号化手段に対し
同一の出刃を繰り返し出力させる’＋ｔｉｌＪ　ｎ手段
、前記第１および第２の復号化手段の出力を用い前記第
１、第２の復号化手段の出力を用い、冗長度の暁減に用
いられた手法の逆の操作１こより冗−１度が回復された
画像信号を再生する手段、とを具備することを特徴とす
る画像信号の夕号化装ｆｔが待られろ。

（）；ｔ　ｊｊ弓のノビノコＩり 第１図をわ照して本発明のＷ、理について説明する。

第１図のＢに示す符号の組合せは前述のとうり従来から
も用いられている方式であるが、同期符号、ライン同期
、符号化モード信号をいつも固定的に符号変換し伝送す
ると燦駄となる場合がある。

ある符号化モード信号のもとに以後の動ベクトルと予測
誤差がズ定の模り返し、一般的にはＮ走査Ｑ毎の繰り返
しで表現できる場合には、各Ｎ走査線毎に改めて符号変
換を行なうのは冗長である。

この場合には最初に第１図のＢのように、符号変換を行
なった後は、その後の繰り返しの回（々を表わす符号を
発生させておけば、符号変換前の各信号の状態に夕号で
きる。とくに勅ベクトルと予Ｊ！１誤差がすべて雫の完
全静止を表わす場合には、符号化モード信号の一部、た
とえば１ビツトを完全状態か否かを指定するための符号
として用意して２ｒ＜、？（ｆｊ利である。第１図の人
はこの場合を示している。すなわち、同期符号、ライン
同期の後の符号化モード信号の１ビツトで完全静止の状
態を符号変換した旨を表わしておいて、符号化モード信
号の次にその状囮がｍ　Ｘ　Ｎ走査線継続すること会示
す１凍り返し回ｆ１ｍを符号変換して付加する。

こうすると復号に１祭してはこの時の符号化モード信号
が表わす符号化パラメータの下で該当するｍ×Ｎ走査線
におけろうベクトルと予測誤差が答であることが再現で
きる。この時の符号°脅は該当する走イ〒線当りでは、
ｍを表現するのに８ビツト必要として、（−８Ｘ４　）
／　（＋ｎＸＮ　）ビットとなる。

Ｎ＝８とすると４　／　ｍビット／走査線である。もし
、１画面全部にわたって完全鱒止の場合には、ｍとして
５２５７８’、６５を表わせば良いので依チ、＆として
８ビツトで済むので同じ＜　８Ｘ４　（ビット／画面）
で済む。従来の方法による１５７５ビット／画面き比較
すると３２／１５７５ζ１／４９となり、同じ１画面が
完全静止状態を表現するのに極めて少ない符号量で済む
ことになる。

したがって、本発明による符号変換を行なった時、完全
静止の部分は第１図の人、完全静止でない部分は第１図
のＢで表わされ、通常は両者が入り混じった形で画数信
号が符号変換されることになる。

ここで例として述べた完全静止状態は符号化時の情報の
発生が過大となった時に通常用いられる代表的な手法で
あるフィールド繰り返しや符号化停止の場合に実際に出
現する状態であり、伝送速度が低い時や激しい動きを含
む画像ではとくにその発生する頻度は大きくなる。全画
面が完全静止状態すなわち１画面について符号化停止の
時には、第１図の人のライン同期の代りに画面の始まり
を表わすフレーム同期を挿入し、前述の６５を表わすｍ
を繰り返し回数として符号変換する。

（実〃１１例） 以下、第２．３．４図を参照しつつ本発明の実判例につ
いて詳細に説明する。

入力された画像信号はＦＪｎ　１０００を介してベクト
ル検出回路１０と予１１ｉｊｌ　Ｑ最北回路２０へ供給
される。ベクトル検出中＋ｅｉｏでは画１；ｄ内１こあ
る動きの速さと方向すなわち硼ベクトルを検出しこれを
＠２０００を介して予測符号化回路２０と不等長符号化
回路３０へ供給する。予測符号化、１烙２０では劫ベク
トルが示す動きに応じてフレーム間の遅！１時間を適応
的に変化し予測誤差信号を発生し、これを用いて予測符
号化を行ない、予測誤差信号は催２０３０を介して不等
長符号化回路３０へ供給される。この予、＋４＋１４＠
差信号は通常は量子化と呼ばれる取り得る出力レベル数
を制限する処理を受けており、さらに本発明の場合には
この量子化の特性は複故模用意されておりｒＰ％　４０
００を介して供給される符号化制御信号に従っていずれ
か一糧が選択され使用される。またこの符号化τ問御信
号は画素や走等、観の間引き、フレームあるいはフィー
ルドの＋漬り返しなどの１川１朗１も（香水するｉＷ報
を言んで忘り、Ｎ走査線単位で変化する。この符号化制
御信号は不等長符号化回路３０において内蔵するバッフ
ァメモリ（第３図の３０４）の充足状態をモニタするこ
とにより符号化制御回路４０が発生する。線４０００を
介して供給される符号化°、°ζ制御信号も不等長符号
化回路３０において符号変換される。予測符号北回＠２
０は必ずしも・助ベクトルに対応した予測信号を発生す
る懺能を備えている必要はなく、たとえば固定的に１フ
レーム前の画素を用いて予測するいわゆるフレーム間予
測でも構わない。また、予測符号化に限らすアダマール
変換、コサイン変換などの直交変換を用いた変換符号化
回路に置換しても一向に支障なく、また予測符号化で得
られた予測誤差信号に対して直交変換を適用しても良い
。この時には、得られた装置係数に対して量子化を行な
い、！！１２０３０を介して不等長符号化回路３０へ供
給する。

不等長符号化回路３０では、入力される符号比重１　ｓ
＝ｖ信号、予測誤差信号（あるいは変換係数）、および
勤ベクトルの符号変換を行ない、伝送路３０００へ転送
するに当って情報の発生速度と伝送速度との間の速度整
合を行なう。速量整合用のバッファメモ＋）　（第３図
３０４　）の充足状態は線３０４０を介して符号化制御
回路４０へ供給される。以上は符号化装置の説明でなる
が、つぎに復号化装置の説明をする。

伝送路３０００を介して供給される符号変換された符号
はまず不等長復号化回路５０において符号便変換され、
符号化制御信号、予測誤差信号（または変換係数）およ
び動ベクトルに分離され、それぞれ（ホ）５０６１，５
０６２．５０６３を介して出力される。これらの３信号
を用いて予イｔｌｌ　復号化回路６０は予測符号化回路
２０の逆操により画像信号を復号・再生し、ｉ％　６０
００を介して出力する。

直交変過が用いられているときにはもちろん、予τｉ４
１］復号化回路６０は直交逆変換する機能と遁・奥され
る。

つぎに４３図囚、（Ｂ）を用いて不等長符号化回路３０
および不等長復号化回路５０について評；則に説明する
。

第３箇囚に不等長符号化回路３０を示す。

線４０００を介して符号化制御信号がＭ符号化回路３０
０およびｅ　ｔｅ号化回路３０２へ供給される。■符号
北回＠３００の動作は後で陣しく説明するが、この符号
変換出力を線３０３４を介してマルチプレクサ（Ｍ　Ｐ
　Ｘ　）　３０３へ供給すると同時に、この符号変換が
終了したことを硼３０３１を介して■符号化回路３０１
に示す。ついでＶ　＝＋号化回路３０】においては線２
０００を介して供給される動ベクトルの符号Ｋｍが行な
われ、綴３１３３を介してマルチプレクサ３０３へ供給
されると同時に、この符号ｆｍが終了したことを゛様３
１３２を介してｅ符号化回路３０２へ示す。ここでＮ走
査線内にある動ベクトルはまとめて符号変換出力され第
１図のＢに示すように符号化モードの後に並べられるも
のとする。ｅ符号化回路３０２では、線２０３０を介し
て供給される予測誤差信号（あるいは変換係数）は符号
化モード信号に従って符号変換され、線３２３３を介し
てマルチプレクサ３０３に供給されると同時に、この符
号変換が終了したこさを（１３２３０を介してＭ　４％
号化回路３００に示す。マルチプレクサ３ｎ３１Ｔｔ、
第、１図Ａに示すラインｌ？′？Ｉ四、符号化モード信
号およびラン長の３信号、あるいはｉＮ　ｉ　！”＜Ｉ
　Ｂに示すライン同期、符号化モード信号、勤ベクトル
符号および予測ｉ呉差イ１号の４信号、のように８重化
する。

多重化された信号はバッファメモリ３０４へ供給され、
速度整合がなされた後、伝送”６３　ｎ　００へ出力さ
れる。バッファメモリ３０４の充足ｔ、’＋＝４（、ｎ
モｌ　答−：ｔの１を用さ゛れている割合を示す）は４
３０４０を介して符号化制御回路４０へ供給される。

″、刊３ｉｍ（Ｂ）に不等長復号化回路５０を示す。伝
送路３０００を介して供給される変換された符号は−た
んバッファメモＩＪ　５０３で速度整合が行なわれた後
にＭ復号化回路５００、Ｖ復号化回路５０１、およびｅ
復号化回路５０２に供給される。Ｍ復号化回路５００で
はライン同期、符号化モードの復号およびＮ走査４却１
位で同じ符号変換が何回７″−■り返されたかを表すす
符号がもしあればこれのイイ号を行なう。繰り返し回数
を含む９合には、（與］図Ａ　８照）　復号された符号
化モード信号を線５０６１を介して出力すると同時に、
［５０５０を介してＶ復号化回路５０１およびｅ復号化
回路５０２へ〈シ号された繰り返しの回数だけ同一のへ
量化結果を神り返して出力することを指示する。この−
１９１］としては、符号化を停止させる、いわゆるスト
ップがある。この時には、動ベクトルおよび予側偵光信
号のいてれも零で表わされているこ七が多く、この符号
化停５Ｅ肋間には４零を出力すればよい。確定された回
数の探り返しが絡了し、つぎのライン同期と符号化モー
ドの復号が終了すると（第１図のＢ参照）、Ｍ復号化回
路５００は線５０５１を介してＶ僕最化回＠５０１に効
ベクトルの９号開始を指示する。ｖ復号化回路５０１は
＋１０Ｊベクトルの復号を行ない＠５０６３を介して出
力する。この出力が終了すると線５１５２を介してｅ備
考化回路５０２に対して予測誤差信号の復号開始を指示
する。復号された予測誤差信号は線５０６２を介して出
力される。Ｖ復号化回路５０１とｅ復号化回路５０２の
いずれもＭ復号化回路５００の制御に従って同一出力を
１繰り返すことが可能なように構成する必キがあるが、
前述のように通常はゼロが出力できるように構成される
。ｅ−’ｆ’Ｗ号化回路５０２に１５いて予測誤差信号
の復号化が；ｐ了すると、；礫５２５０を介して終了を
伝える。

つぎに第４１”１（Ａ）　、　（Ｂ）を用いてＭ符号化
回１？！３０およびＭ　僅号化回路５０について詳〆Ｉ
Ｊに説明する。

第４図（４）にＭ符号化回路３０を示す。線４０００を
介して供給される符号化モード信号はモード符号化回路
３１０，７．ｆｆｌす器３１２および遅延回路３１１へ
同時に供給される。モード守号化回路：３１０は入力さ
れたイ汗号化モード信号をライン同期を付加して符号変
換し多重化回′Ｍｒ３１７へ供給する。戴算器３　］、
　２においてはＭ延回路３１１においてＮ走査線時間遅
延した符号化モード信号との差をとり、零検出回路３１
３において零検出を行なう、すなわち、一致を調べる。

零検出回路３１３は零を検出すると隔１３１４を介して
はラン計数［Ｐ１路３１４に８ける計数値を１だけ増加
するよう指示し、碌１３１６を介しては零が存在してい
るか否かを制＋１４１　ｕｏ路３１６へ伝える。ラン計
数回路３１４は線１６１４を介して供給される計数の開
始／終了命令に従って縁り返すべき四次ズの計数を実行
し、終了命令を受けると計数結果をラン符号化回路３１
５へ供給する。ラン符号化回路３１５は、入力された計
数隋果を符号変換し、多重化回路３１７へ供給する。？
ｊｌｌ　＋卸回路３１６はこのランの計数と多重化を制
御する。線１３１６を介して零あるいは非零なる信号を
受は取るが、非零から苓へと遷移した時に％ｌｌ］６１
４を介してラン計数回路３１４に計数開始を指示し、苓
から非零へ遷移した時に計数終了を指示する。また線１
６１７を介してランの計数中はモード符号化回路３１０
の出力は多重化せず、またラン計数の終了後にのみラン
符号化回路３１５の出力を多重化するように多重化回路
３１７を制御する。また、ランの計数が行なわれた場合
にはつぎのモード符号の出力の後に、ランの計数が行な
われない場合にはモード符号の出力の度にｄ３０３１を
介して動ベクトルの符号化の開始をＶ符号化回路３０１
に指示する。ラン計数中はＶ守−最北回路３０１の出力
は無く、これは零なる出力に対応している。ｅ符号化回
路３０２についてもランの計数中はＶ符号化回路３０１
より動ベクトルの符号変換の終了が示されないため、出
力は無く、これもまた零なる出力に対応する。

制御回路３１６の動作の再開はｅ符号化回路３０２より
線３２３０を介して供給される予測誤差信号の符号変換
の終了を示す信号による。このようにして多重化された
ライン同期と符号化モード信号あるいはライン同期、符
号化モード信号および繰り返し回数を表わす符号は線３
０３４を介してマルチプレクサ３０３へ供給される。

第４図＋、１３）にＭ復号化回路５０を示す。線５０３
０を介して供給されたバッファメモリ５０３の出力は、
モード復号化回路５１０とラン復号化回路５１１に供給
される。モード復号化回路５１０はライン同期、符号化
モード信号を復号し、復号結果を線１０１３を介して保
持回路５１３へ供給する。

符号化モード信号の後に繰り返し回数を示”ス守号があ
る時には、ラン復号化回路５１１はラン長を復号化後そ
のラン長を示す情報を＋ＩＨｘｘ２を介して制御回路５
１２へ供給すると同時に、線５１１０を介して保持回路
５１３へは復号化したばかりの符号化モード信号を保持
することを指示し、さらにゲート回路５１４に対しては
・被り返し回数を指示する信号を発生させる。制御回路
５１２は供給された繰り返し回数に相当する時間を計数
し、この時間が経過した時に線５１２０を介して保持回
路５１３のは保持の終了を、ゲート回路５１４へは繰り
返しを指示する信号を停止するよう指示を発する。また
、この時繰り返しが終了したことを線１２１０を介して
モード復号化回路５１０に伝え、符号化モード信号の復
号化を実行するように指示する。

符号化モード信号の後にラン長を示す情報が無い時には
ラン復号化回路５１１からは保持回路５１３ゲ一ト回路
５１４へはとくに信号は出さず、制御回路５１２へは線
１１１２を介して符号化モード信号の復号化終了を伝え
る。そして、この時にはＶ復号化回路５０１に対して動
ベクトルの復号の開始をｉ５゛０５１を介して指示する
。制御回路５１２の動作はｅ符号化回路５０２より５５
２５０を介して供給される予測誤差信号の復号化終了を
示す信号により開始され、線５０５１を介してのｖ復号
化回路５０１に対する動ベクトルの復号化開始の指示に
て−たん終了する。ゲート回路５１４からは線５０５０
を介して繰り返し信号が出力されるが、繰り返しを示す
情報が無い時には不活性な信号とされ、Ｖ復号化回路５
０１、ｅ復号化回路５０２に対して何ら影響を与えない
。繰り返しを示す情報がある時にはこの信号は活性とな
り、前述の例によれば、Ｖ復号化回路５０１とｅ復号化
回路５０２の出力はいずれも零とするようせｈ示する。

（発明の効果） 本発明を用いると、同一の符号化出力が４象り返し現わ
れるとき、遂−符号化を繰り返す代りに、その練り返し
の回数を符号化するため、所要の符号量は少なくて済み
、非常に低い伝送速度にて画像信号を符号化・伝送する
時に本来の画像部分の符号化にその分だけ余分に伝送速
度の割当てが可能となり結果として１面質の向上につな
がる。したがって、本発明を実用（こ供すると伝送速度
が低くなればなるほど、その効果が大きくなってくる。

また本発明は例もでとった予測符号化方式ｊこ１１１３
．らず、直交変換に対しても同様に６ｉ用できるため、
その適用可能な範囲は広く、本発明を実用に供するとそ
の効果はきわ１′うて大きい。

【図面の簡単な説明】

箒１図は本発明の詳細な説明する図、 第２．３．４１’、＜１は本発明の実施グ」を説明する
ブロック図で、 図中、 １ｏ；ｉベクトル検出回路、２０は予？目１１符号化回
路、３０は不等長符号化回路、４０は符号化制−回路、
５０は不等長復号化回路、６０は予測符号化方式、３０
０はＭ符号化回路、３０１は■イ・Ｔ活化回路、３０２
はｅ符号化回路、３０３はマルチプレクサ（ＭＰＸ）、
３０４はバッファメモリ、５０３はバッファメモリ、５
００はＭ１号化１１」洛、５０１はＶ復号化回路、５０
２はｅ復号化回路、である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像信号の符号化にあたり、 相関を含む画像からＮ（Ｎ≧１なる整数）走査線単位で
   選択される符号化パラメータに従って該画像に含まれる
   冗長度を軽減する手段、該符号化パラメータを表わす情
   報を前記Ｎ走査線毎に符号化する第１の符号化手段、前
   記冗長度を軽減する手段の出力である冗長度が軽減され
   た画像信号を前記Ｎ走査線毎に符号化する第２の符号化
   手段、前記第１と第２の両符号化手段の出力を直前のＮ
   走査線に対する出力と同一であるか否かの判定を行なう
   判定手段、該判定手段における判定が同一を示している
   時、前記Ｎ走査線単位での連続する回数を符号化する第
   ３の符号化手段、前記判定手段における判定結果を用い
   て前記第１と第２の符号化手段、あるいは前記第１、第
   ２、第３の符号化手段の出力を多重化する手段、を具備
   することを特徴とする画像の符号化装置。 ２、Ｎ走査線単位に選択される符号化パラメータを用い
   て冗長度を軽減され符号変換された画像信号であって、
   該符号化パラメータと該符号変換された画像信号の両者
   からなる符号群でありこれがＮ走査線単位で繰り返し同
   一である時にはその繰り返し回数を表わす情報により置
   換された前記符号群から画像信号を復号化するにあたり
   、前記符号化パラメータ、前記符号変換された画像信号
   、および前記操り返し回数を表わす情報を含む時にはこ
   れを、それぞれ分離する手段、該分離手段の出力である
   符号化パラメータを復号化する第１の復号化手段、該第
   １の復号化手段の出力を用いて該分離手段の出力である
   前記符号変換された画像信号を復号化する第２の復号化
   手段、前記分離手段より前記操り返し回数を表わす情報
   が分離・出力された時、該情報が示す繰り返し回数だけ
   前記第２の復号化手段出力を操り返し出力させる制御手
   段、とを具備することを特徴とする画像信号の復号化装
   置。