JPS62260492A - 画像信号帯域圧縮方式 - 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】 〔概要〕 入力ディジタル画像信号を低周波成分と高周波成分とに
分けて、それぞれフレーム間符号化を行うものであり、
動画の入力ディジタル画像信号に対しても、再生画質を
劣化させることなく、高い圧縮率で帯域圧縮を行うこと
ができる。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、入力ディジタル画像信号を、比較的簡単な構
成により、高い圧縮率で帯域圧縮を行うことができる画
像信号帯域圧縮方式に関するものである。

画像信号の帯域は、音声信号の帯域に比較して極めて広
いものである。従って、伝送コスト低減を図る為に、そ
の帯域を圧縮して伝送することが採用されている。その
場合、画像信号は、同一フレーム内の隣接する画素間、
或いは前後のフレームに於ける画素間の相関が大きいも
のであるから、このような統計的性質を利用し、画像信
号の帯域を圧縮することができる。又画像信号の高周波
成分や色成分に対する人間の視感度が低く、階調変化の
大きい部分の歪を認識し難い等の性質を利用し、再生画
像に歪が生じても、視覚的な妨害とならないような情報
を削減することにより、帯域圧縮を行う方式も考えられ
る。

このような帯域圧縮の方式として、予測符号化（Ｐ　ｒ
ｅｄｉｃｔｉｖｅ　ｃｏｄｉｎｇ）と直交変換符号化（
Ｏｒ−ｔｈｏｇｏｎａｌ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｃｏｄ
ｉｎｇ）とに大別できる。前者の予測符号化方式は、入
力画像信号の現時点の画素値と、過去の画素値から予測
した値（予測値）との差分（予測誤差）を量子化、符号
化するもので、差分符号化とも称される。又後者の直交
変換符号化方式は、画面を複数の画素からなる一定の大
きさのブロックに分割し、各ブロックに対して直交変換
を施し、その変換出力の各成分を量子化、符号化するも
のである。

又予測符号化及び直交変換符号化方式に於いて、それぞ
れ同一フレーム内の画素を用いて処理するフレーム内符
号化方式と、隣接フレーム間の画素を用いて処理するフ
レーム間符号化方式とに分けることができる。又フレー
ム内符号化方式とフレーム間符号化方式とを組合せた複
合差分符号化方式も知られている。

一般的には、予測符号化方式が多く用いられている。こ
の予測符号化方式に於いて、予測誤差は元の画素値に比
較して極めて小さい値となり、予測誤差振幅分布は零付
近の小振幅レベルに集中する。このような予測誤差の統
計的性質を利用して、小振幅レベルに対しては細かく、
大振幅レベルに対しては粗く設定して量子化を行う非線
形量子化手段は、量子化レベル数を低減することができ
る。これに対して、一定の量子化レベルステップで量子
化を行う線形量子化手段は、非線形量子化手段に比較し
て、構成が簡単となる。

又入力アナログ画像信号は、ディジタル信号に変換され
て帯域圧縮処理が行われるものであり、動画を伝送する
場合でも、簡単な構成で高い圧縮率が得られることが要
望されている。

〔従来の技術〕

画像信号の帯域圧縮方式としては、前述のように既に各
種の方式が提案されている。静止画成いはそれに近い動
きの少ない画像については、フレーム間の相関が大きい
ので、フレーム間符号化により大幅な帯域圧縮が可能で
ある。又動画の場合は、フレーム間の相関が小さくなる
から、フレーム間符号化よりもフレーム内符号化の方が
圧縮率が高くなるので、フレーム内符号化を用いること
になる。このように、フレーム間の相関値により動きの
ある画面か否かを判断して、フレーム間符号化とフレー
ム内符号化とを切替える方式も知られている。

又動画の場合に、背景等は静止画と同様であるから、動
きのある部分のみの画像信号を伝送する方式も知られて
いる。即ち、１画面分の画像信号を送出した後、動きの
ある領域のみのフレーム間差分値を量子化、符号化し、
その領域の位置を示すアドレス符号を付加して送出する
。受信側では、１画面分の記憶容量の画面メモリに１画
面分の受信画像信号を書込み、その画面メモリの内容を
再生表示させ、又アドレス符号が付加された動領域の画
像信号を受信した時に、そのアドレス符号によって示さ
れる画面メモリの領域の内容を、受信画像信号で書替え
て、動画を再生表示するもので、動きのない領域は、繰
り返し再生表示されることになる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

静止画成いは多少動きのある領域を含む画像について帯
域圧縮を行う場合に、フレーム内符号化を行うよりも、
フレーム間符号化を行うことにより、高い圧縮率を得る
ことができる。しかし、動画等のように動きのある領域
を含む画像について帯域圧縮を行う場合は、フレーム間
符号化によりもむしろフレーム内符号化の方が帯域圧縮
が可能となるが、静止画の場合のようなフレーム間符号
化により帯域圧縮を行う場合に比較して、圧縮率は低い
ものとなる。

又動きのある領域のみの画像信号を伝送する方式に於い
ては、動きのある比較的狭い領域について帯域圧縮して
伝送するものであるから、伝送ビットレートを低くする
ことが可能となる。しかし、動きのある領域と静止領域
との識別機能が複雑となり、且つその領域を指定して伝
送する処理が複雑となる欠点がある。

本発明は、比較的簡単な構成により高い圧縮率が得られ
る画像信号帯域圧縮方式を提供することを目的とするも
のである。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の画像信号帯域圧縮方式は、入力ディジタル画像
信号の低周波成分と高周波成分とについてフレーム間符
号化を行うものであり、第１図を参照して説明する。入
力ディジタル画像信号をサブサンプルするサブサンプル
回路１と、このサブサンプル回路１で１画素分おき等に
よりサブサンプルされた出力信号を、入力ディジタル画
像信号と同じサンプル数となるように線形補間する補間
回路２と、第１及び第２のフレーム間符号化回路３．４
と、減算器５とを備えて、サブサンプル回路１の出力信
号を第１のフレーム間符号化回路３により符号化するこ
とにより、入力ディジタル画像信号の低周波成分のフレ
ーム間符号化信号を出力し、入力ディジタル画像信号と
補間回路２の出力信号とを減算器５に加えて、その差の
出力信号を第２のフレーム間符号化回路４により符号化
することにより、入力ディジタル画像信号の高周波成分
のフレーム間符号化信号を出力し、入力ディジタル画像
信号の前記低周波成分と高周波成分とのフレーム間符号
化信号を受信側へ送出するものである。

〔作用〕

サブサンプル回路ｌによって入力ディジタル画像信号を
サブサンプルすると、入力ディジクル画像信号の低周波
成分が得られる。この低周波成分を第１のフレーム間符
号化回路３により符号化する。従って、サンプル数の少
ない信号をフレーム間符号化することにより、高い圧縮
率を得ることができる。

又サブサンプル回路１の出力信号を補間回路２により線
形補間して、入力ディジタル画像信号と同一のサンプル
数とし、減算器５により入力ディジタル画像信号から補
間出力信号を減算すると、入力ディジタル画像信号の高
周波成分が得られる。この高周波成分を第２のフレーム
間符号化回路４により符号化する。従って、入力ディジ
タル画像信号の低周波成分と高周波成分とについてのフ
レーム間符号化信号が得られ、動画の場合に於いても、
フレーム間符号化による高い圧縮率が得られる。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明
する。

第２図は本発明の実施例の送信側の要部ブロック図であ
り、１１はアナログ画像信号ａを、例えば、８ビツトの
ディジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換器、１２はサ
ブサンプル回″路、１３は補間回路、１４〜１６は減算
器、１７．１８は加算器、１９．２１は量子化器、２０
．２２はフレームバッファである。サブサンプル回路１
２が第１図に於けるサブサンプル回路１に相当し、補間
回路１３が第１図に於ける補間回路２に相当し、減算器
１４．加算器１７．を子化器１９及びフレームバッファ
２０が第１図に於ける第１のフレーム間符号化回路３に
相当し、又減算器１６．加算器１８、量子化器２１及び
フレームバッファ２２が第１図に於ける第２のフレーム
間符号化回路４に相当する。

テレビカメラ等から得られたアナログ画像信号ａは、Ａ
／Ｄ変換器１１により、例えば、２５６階調表示として
、８ビツト構成のディジタル画像信号すに変換され、サ
ブサンプル回路１２と減算器１５とに加えられる。

サブサンプル回路１２に於いては、ディジタル画像信号
すのサンプル値列から、例えば、１サンプルおきに抜き
取りを行うものであり、その出力信号Ｃはディジタル画
像信号すの低周波成分を示すものとなる。その出力信号
Ｃは補間回路１３と減算器１４とに加えられる。

補間回路１３は線形補間処理を行い、その出力信号を減
算器１５に加える。従って、減算器１５によりディジタ
ル画像信号すから補間出力信号が減算され、その出力信
号ｄは、ディジタル画像信号の急峻な変化分のみの高周
波成分となる。

文筆１のフレーム間符号化回路の減算器１４に於いて、
サブサンプル回路１２の出力信号Ｃからフレームバッフ
ァ２０の読出信号ｅ（予測値）が減算され、その出力信
号ｆ　（予測誤差）は量子化器１９に加えられる。量子
化器１９は予測誤差の統計的性質を利用したラプラス量
子化器であり、予測誤差の量子化が行われ、その出力信
号ｇは、ディジタル画像信号すの低周波成分のフレーム
間符号化信号となる。又量子化器１９の出力信号ｇは、
加算器１７によりフレームバッファ２０の続出信号ｅと
加算され、次のフレームに於ける予測値として、フレー
ムバッファ２０に書込まれる。

この場合、入力ディジタル画像信号すの低周波成分であ
り、且つサンプル数が少なくなっているので、高い圧縮
率でフレーム間符号化されることになる。

文筆２のフレーム間符号化回路の減算器１６に於いて、
減算器１５の出力信号ｄからフレームバッファ２２の続
出信号ｈ（予測値）が減算され、その出力信号ｉ　（予
測誤差）は量子化器２１に加えられる。この量子化器２
１も量子化器１９と同様にラプラス量子化器であり、量
子化ステップは、ディジータル画像信号の高周波成分の
性質に適合するように設定される。この量子化器２１に
より予測誤差の量子化が行われ、その出力信号ｊは、デ
ィジタル画像信号すの高周波成分のフレーム間符号化信
号となる。そして、加算器１８により量子化器２１の出
力信号ｊとフレームバッファ２２の続出信号りとが加算
され、次のフレームに於ける予測値として、フレームバ
ッファ２２に書込マれる。この場合、ディジタル画像信
号すの高周波成分としての減算器１５の出力信号ｄは、
小振幅レベルとなるから、高い圧縮率でフレーム間符号
化されることになる。

量子化器１９．２１の出力信号ｇ、ｊは、フレーム間符
号化信号として、受信側へ時分割多重形式や直交変調形
式等により送出される。

第３図は本発明の実施例の受信側の要部ブロック図であ
り、３０は受信部、３１．３２．３３は加算器、３４．
３５はフレームバッファ、３６は補間回路である。

送信側からの信号ｋを受信部３０で受信し、送信側の低
周波成分及び高周波成分のフレーム間符号化信号ｇ、ｊ
に対応する符号化信号１．ｍに分離する。それらの符号
化信号１．ｍは加算器３１．３２にそれぞれ加えられる
。

受信分離された低周波成分符号化信号ｌと、フレームバ
ッファ３４から読出された信号（予測値）とが加算器３
１により加算され、次のフレームの予測値としてフレー
ムバッファ３４に書込マれると共に補間回路３６に加え
られる。この補間回路３６では、低周波成分符号化信号
ｌが前述のように、サブサンプルされてサンプル数が少
なくなっているので、線形補間処理を行うものであり、
送信側のディジタル画像信号すと同一のサンプル数の低
周波成分信号ｎとして加算器３３に加えられる。

又受信分離された高周波成分符号化信号ｍと、フレーム
バッファ３５から読出された信号（予測値）とが加算器
３２により加算され、高周波成分信号ｐとして加算器３
３に加えられると共に、次の予測信号としてフレームバ
ッファ３５に書込マれる。

低周波成分信号ｎと高周波成分信号ｐとが加算器３３に
より加算されて、ディジタル画像信号ｑが出力される。

このディジタル画像信号ｑは、送信側のディジタル画像
信号すに対応するものであり、図示を省略した表示装置
へ加えられることにより、アナログ画像信号に変換され
て表示部に再生表示される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、人力ディジタル画像信
号をサブサンプル回路１によりサブサンプルして低周波
成分を求め、この低周波成分にっいてフレーム間符号化
を行うもので、サンプル数を少なくできることから、高
い圧縮率で帯域圧縮を行うことができる。

更に、サブサンプルされた入力ディジタル画像゛　信号
を補間回路２で線形補間処理し、入力ディジタル画像信
号から減算して高周波成分を求め、この高周波成分につ
いてフレーム間符号化を行うものであり、低周波成分の
みでは動きのある部分の再生画質が劣化するが、この高
周波成分についてもフレーム間符号化により圧縮符号化
して伝送するものであるから、再生画質の劣化を防止す
ることができる。又入力ディジタル画像信号と線形補間
された信号との差を高周波成分の信号としているので、
その高周波成分の信号は小振幅レベルとなり、高い、圧
縮率でフレーム間符号化を行うことができる。従って、
再生画質の劣化が少なく、且つ４：１程度の高い圧縮率
を比較的簡単な構成で実現することができる利点がある
。

このように比較的簡単な構成で高い圧縮率が得られるの
で、テレビ電話やテレビ会議等の画像信号の帯域圧縮に
適用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の原理ブロック図、第２図は本発明の実
施例の送信側の要部ブロック図、第３図は本発明の実施
例の受信側の要部ブロック図である。 １はサブサンプル回路、２は補間回路、３．４は第１及
び第２のフレーム間符号化回路、５は減算器、１１はＡ
／Ｄ変換器、１２はサブサンプル回路、１３は補間回路
、１４，１５．１６は減算器、１７．１８は加算器、１
９．２１は量子化器、２０．２２はフレームバッファで
ある。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 入力ディジタル画像信号をサブサンプルするサブサンプ
   ル回路（１）と、 該サブサンプル回路（１）の出力信号を線形補間する補
   間回路（２）と、 第１及び第２のフレーム間符号化回路（３）、（４）と
   を備え、 前記サブサンプル回路（１）の出力信号を前記第１のフ
   レーム間符号化回路（３）に加え、該第１のフレーム間
   符号化回路（３）から前記入力ディジタル画像信号の低
   周波成分のフレーム間符号化信号を出力し、 前記入力ディジタル画像信号と前記補間回路（２）の出
   力信号との差の信号を前記第２のフレーム間符号化回路
   （４）に加え、該第２のフレーム間符号化回路（４）か
   ら前記入力ディジタル画像信号の高周波成分のフレーム
   間符号化信号を出力し、 前記入力ディジタル画像信号の低周波成分と高周波成分
   とのフレーム間符号化信号を受信側へ送出する ことを特徴とする画像信号帯域圧縮方式。