JPS631184A - 予測符号化方式 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、テレビ信号のような画像信号を能率良く符号
化するための予測符号化方式に関する。

テレビ画面は横書きの本を左から右へ、そして上から下
へ読んでいくように走査して組み立てられているため、
左右ならびに上下方向に隣り合った画素間では輝度の相
関性が強く、成る画素の値からその近傍における画素の
状態をある確率のもとで予測することができる。

このように、周辺の画素を用いて次に符号化する画素を
予測し、実際の画素値の代わりに予測誤差信号を符号化
するのが予測符号化であり、画像のもつ相関性から予測
誤差は零近傍に集中的に分布するという性質を利用して
いる。予測符号化では予測関数の選択が効率を左右する
符号化パラメータとなり、フレーム内の画素のみを参照
するフレーム内予測符号化とフレーム間（フィールド間
）の画素も参照画素とするフレーム間（フィールド間）
予測符号化に大別される。

本発明は、上述したような意味での画像信号の予測符号
化方式に関するものである。

〔従来の技術〕

テレビ信号を能率良く符号化する方式の一つとして、す
でに述べたように予測符号化方式が知られている。これ
は、前述したとおり、入力画素値に対して時間的にそれ
以前（過去）の符号化・復号化済みの画素値を用いて予
測値をつくり、入力画素値とこの予測値との差分（予測
誤差）を量子化・符号化するものである。この予測符号
化方式においては、発生する予測誤差は一般に０を中心
とする小レベルに集中するので、これら発生頻度の高い
量子化予測誤差に対しては短い符号を、−方、発生頻度
の低い量子化予測誤差に対しては長い符号を割り当てる
可変長符号割り当てにより、全体としての符号化ビット
数を低減させることができる。

しかし、従来の技術では最も短い符号でも１ビツトは必
要であり、それ以下の長さの符号、すなわちＯビットを
用いること（何も符号を送らないこと）は不可能であり
、このことは符号化ビット数の低減にとって制約となっ
ている。

〔発明が解決しようとする問題点〕 本発明は、かかる従来技術の問題点を解決し、画素あた
りの最も短い符号としてＯビット（すなわち符号を何も
送らない）をも可能とし、符号化能率を従来よりも向上
させることを解決すべき問題点としている。従って本発
明の目的は、かかることを可能にした予測符号化方式を
提供することにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明では、入力画像信号の画素値とその予測値との差
分を量子化・符号化すると共に、量子化予測誤差値と予
測値とを加え合せて復号化する予測符号化方式において
、符号化対象画素に関して画面上でその近傍の位置にあ
る復号化済みの複数の画素値の間の各差分を求めて、こ
れら差分値が定められた条件を満たすか否かを判定する
手段と、上記判定結果にもとづいて予測符号化処理を制
御する手段とを設ける。

〔作用〕

上記差分値が定められた条件を満たさない場合には予測
誤差の量子化・符号化を行ない、量子化予測誤差と予測
値とを加え合せて復号値を得る。

また、量子化予測誤差に対してそれを表わす符号を割り
当てて符号器側から復号器側へ送出する。

−方、上記差分値が定められた条件を満たす場合には、
予測誤差の量子化・符号化を行わず、予測値そのものを
復号値とする。また、符号器側から復号器側へは何も送
出しない。

〔フシ施例１〕 第２図は本発明の第１の実施例を説明するためのテレビ
画面上での画素配置を示す。この実施例では、入力画素
を２グループに分けて符号化処理を行う。２グループの
うちの第１グループの画素は○印（白丸印）で、第２グ
ループの画素は、バッチを施した黒丸印で示され、それ
ぞれ各ライン上で交互に配置され、またライン毎にその
位置が交互に一画素分づつずれている。

第１グループの画素（白丸印）については、第３図に一
例を示すように、同一フレーム内でその同じ第１グルー
プに属する符号化・復号化済みの画素り、ｉ、ｇを用い
て画素Ｘ、の予測値を作り、Ｘ、の入力画素値とその予
測値との差分を量子化・符号化する。この符号化処理の
方法は従来技術によるのと同じである。

なお、画素Ｘ、に対する予測値をＸ、と表わすと、ｘｌ
はこの場合、次の式によって作られる。

Ｘｉ　　＝　（ｇ　＋　ｈ＋　ｉ）　／３第２グループ
の画素（黒丸印）については、第４図に一例を示すよう
に、同一フレーム内で上下左右に位置する４つの第１グ
ループ（白丸印）の符号化・復号化済み画素を用いて予
測値を作る。

この例では画素ｘ２に対する予測値ｘ２は次式％式％ 次に、ｘ２の近傍の符号化・復号化済み画素として、ａ
、ｂ、ｃ、ｄのほかに、ｅ、ｆの６画素用いて、差分、
ａ−ｂ、　　ｃ−ｄ、　　ａ−ｅ、　　ｃ−ｅ。

ｂ−ｆ、ｃ−ｆをそれぞれ計算し、しきい値をＴとして
以下の条件が成立するか否かを調べる。

但し、画素ｅ、ｆは、画素Ｃの両隣りに位置する画素の
ことで第４図には図示されていないが後述の第５図には
図示されているので参照されたい。

１　ａ−ｂ　１　≦　Ｔ かつ１ｃｍｄｌ　　≦Ｔ かつ１ａ−ｅｌ　　≦Ｔ かつＩｃ−ｅｌ　　≦Ｔ かつ１ｂ−ｆｌ　≦Ｔ かつｌ　ｃ−ｆ　ｌ　　：ｉ；Ｔ　　　　　　　−−（
２）上記式（２）の条件が成立しない場合には、予測誤
差の量子化・符号化を行ない、量子化予測誤差を表わす
符号を符号器側から復号器側へ送出する。復号値は予測
値に量子化予測誤差値を加え合せることにより得られる
。

上記式（２）の条件が成立する場合には予測誤差の量子
化・符号化を行なわず、符号器側から復号器側へは符号
を送出しない。このときには予測値そのものを復号値と
する。

上記式（２）の条件の判定は、符号器側と復号器側でそ
れぞれ行うことができるので、判定情報を送る必要は無
い。

以上、簡単に説明した予測符号化方式は、高速で伝送さ
れるテレビ信号のための予測符号化方式として、本発明
者がすでに提案した方式であるが、本発明を適用するた
めの予測符号化方式の一例としてここに述べたにすぎな
いもので、本発明の通用はかかる予測符号化方式に限る
というものではない。

さて、上記式（１）の予測値ｘ２について考えると、こ
れは符号化対象画素ｘ２に対する内挿値となっており、
画像の平坦領域（振幅変化の少い領域）ではほぼｘ２に
等しい。−方、画像のエツジ領域（振幅変化の大きい画
像の境界領域）ではＸｔとｘ２との差は大きい。

従って、平坦領域とエツジ領域とを識別して、画素ｘ２
がエツジ領域にある場合には予測誤差を量子化・符号化
し、予測値と量子化予測誤差値とを加え合せて復号値と
し、−方、画素ｘ２が平坦領域にある場合には予測誤差
の量子化・符号化を行なわず、予測値そのものを復号値
としても良好な画質を得ることが出来る。

上記式（２）の条件は、平坦領域を検出するためのもの
であり、第５図に基づいてこれを説明する。

第５図には画素ｘ２に隣接する１２種類の基本的なエツ
ジ（境界）を示す。図かられかるように画素ｘ２の近傍
の６つの画素（ａ、ｂ、ｃ、ｄ。

ｅ、ｆ）の間の各差分を調べることによりエツジ。

の存在を判定することができる。

すなわち、エツジが存在すれば、しきい値Ｔを適当に選
ぶことにより以下の条件が成立する。

（１）の場合　：１ａ−ｂｌ＞’ｒ （２）の場合　：１Ｏ−ｄｌ　〉Ｔ （３）の場合　＝１ａ−ｂ１　〉Ｔ ｌｃ−ｄｌ＞Ｔ （４）の場合　：１ａ−ｂｌ＞Ｔ ｌｃ−ｄｌ＞７’ （５）の場合　：１ｃ−ｅｌ＞Ｔ ｌｃ−ｆｌ＞Ｔ （６）の場合　：１ａ−ｅｌ＞Ｔ ｌｂ−１１＞Ｔ （７）の場合　：１ｂ−ｆｌ＞Ｔ ｌｃ−ｆｌ＞Ｔ （８）の場合　：１ａ−ｅｌ＞Ｔ １　ｃ−ｅｌ＞Ｔ （９）の場合　：１ｂ−ｆｌ＞Ｔ ｌｃ−ｅｌ＞Ｔ （１０）の場合　：１ａ−ｅｌ＞Ｔ ｌｃ−ｒｌ＞　　Ｔ （１１）の場合　：１ａ−ｅｌ＞Ｔ ｌｃ−ｆｌ＞Ｔ （１２）の場合　：１ｂ−ｆｌ＞Ｔ ｌｃ−ｅｌ＞’ｌ’ なお、上記（９）　、（１０）、（１１）、（１２）の
場合には、図からは差分がＯとなるように見えるが、実
際の信号は、帯域制限を受けているため（無限大の帯域
をもつものではないため）、エツジからの距離の違いに
よって画素値も異り、上記の式が成立する。

つまり、第５図（９）について云えば、画素ｆはエツジ
に近接しており、画素すはエツジから離れた位置にある
ので、両者の画素値は同じにはならず、違ってくるわけ
である。画素Ｃとｅについても全く同様である。

従って、これと逆の条件である上記式（２）が成立する
場合には平坦領域とみなしてよいことがわかる。

以上説明したように画素ｘ２の近傍の復号化済み画素の
間の各差分値に対する条件である前記式（２）が成立す
る場合には、ｘ２は平坦領域の画素とみなすことができ
、これに対しては予測値を復号値としても良好な画質を
得ることができる。上記（２）式の条件判定は、符号器
側、復号器側で夫々個別に行なうことが可能であるから
、上記（２）弐の条件が成立する場合には、符号器側か
ら復号器側へ何も符号を送らなくても復号値を得ること
ができる。

以上で本発明の第１の実施例の動作原理が理解されたで
あろうから、次に具体的実施例を説明する。なお、第１
の実施例は、後述の第２の実施例に対して云えば、フレ
ーム内予測符号化方式に対する実施例であると云える。

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図であり
、１０１は入力信号端子、１０２はグループ分は回路、
１０３，１０７は減算回路、“１０４．１０８は量子化
回路、１０６，１１０は予測回路、１０５，１０９は加
算回路、１１２は遅延回路、１１１は判定回路、１１３
は符号化・多重化回路、１１４は出力端子を表わす。

このように、本実施例では、予測符号化回路は２つの予
測符号器１０．２０からなる。”　ｌ　＋　　ｘ２は各
予測符号器への入力画素値、”Ｉ＋Ｘ！は予測値、６１
＋６ｇは予測誤差値、ｅＩＺ　　ｅ２′は量子化予測誤
差値、ｘｌ’＋Ｘ２′は復号値、Ｓは判定値を表わす。

入力端子１０１からの入力画像信号は、グループ分は回
路１０２において第２図に示したようにグループ１　（
白丸印）とグループ２（黒丸印）の２つの画素グループ
に分けられる。

グループ１の入力画素ｘ、は第１の予測符号器１０に送
られ、減算回路１０３において予測値ｘ。

との間で減算が行なわれる。ここで、予測値ｘ１は予測
回路１０６においてグループ１の復号化画素ｘ、′を用
いて作られたものである。減算回路１０３の出力である
予測誤差９　、−Ｘ　、　−Ｘ　、は、量子化回路１０
４にて量子化されてｅＩ′となり、符号化・多重化回路
１１３へ送られる。

同時に、ｅＩ′は加算回路１０５へも送られて、ここで
予測値Ｘ、と加算されて復号値ｘ１′がつくられる。こ
の復号値ｘ　、　／は予測回路１０６に送られ、ここで
グループ１の他の画素に対する予測値をつくるのに用い
られる。

なお、ｘ１′は第２の予測符号器２０の予測回路１１０
へも送られて予測値をつくるのに用いられる。さらに、
ｘ１′は第２の予測符号器２０における判定回路１１１
にも送られ、そこで画素間の各差分値に対する上述の条
件式（２）の判定に用いられる。

グループ２の入力画像信号は、まず、遅延回路１１２に
て一定時間だけ遅延させられる。これは符号化対象画素
の周辺に位置するグループ１の画素（第４図におけるａ
、ｂ、ｃ、ｄ）の符号化が完了した後にグループ２の画
素の符号化を行なうためである。

遅延回路１１２の出力ｘ２は第２の予測符号器２０の減
算回路１０７に入力され、そこで予測値ｘ２との間で減
算が行なわれる。ここで、予測値ｘｉは、予測回路１１
０においてグループ１の復号化画素を用いて前記式（１
）によりつくったものである。この減算回路１０７の出
力である予測誤差ｅ、＝ｘ２−Ｘｚは次の量子化回路１
０８に送られる。

さて、判定回路１１１では、符号化対象画素の近傍に位
置するグループ１の復号化画素ａ、ｂ。

ｃ、ｄおよびグループ２の復号化画素ｅ、ｆにより前記
条件式（２）の判定を行なう。判定回路１１１の出力で
ある判定値Ｓは量子化回路１０８および符合化・多重化
回路１１３へ送られる。量子化回路１０８では、判定回
路１１１での判定結果が前記条件（２）を満たさない場
合には予測誤差ｅ２に対して通常どうりの量子化を行な
い、その出力ｅ２′を得る。

一方、条件（２）を満たす場合にはｅ２に対する量子化
を停止し、その出力を強制的にＯｌすなわちｅ、ｌ　＝
　０とする。符合化・多重化回路１１３では２つの予測
符合化回路１０．２０からの出力”ＩＺ”Ｚ′をそれぞ
れ符号変換し、時分割多重化して次の出力端子１１３を
介して送出する。

このとき、符号化・多重化回路１１３では、判定値Ｓに
より判定結果が条件（２）を満足するか否かを検出し、
満足する場合にはｅ２′に対して符号割当を行なわず、
従って何も送出しない。

〔実施例２〕 本発明の第２の実施例においても第一の実施例の場合と
同じく第２図の如く入力画素を２グループに分けて符号
化処理を行なう。第一の実施例との違いは予測方法と画
素値間の差分値に対する判定条件にある。

第１グループの画素については、第６図に一例を示すよ
うに、そのグループに属する符号化・復号化済みの１フ
レーム前の画素を用いて予測値を作り、入力画素値とそ
の予測値との差分を量子化・符号化する。この符号化処
理の方法は従来技術によるものと同じである。

第２グループの画素についても、第７図に一例を示すよ
うに、そのグループに属する符号化・復号化済みの１フ
レーム前の画素ｘＦ′を用いて予測値を作る。この例で
は画素Ｘ！に対する予測値ｘｔは次式で表される。

８□ヨｘ、　１　　　　　　　　　　　０１．。、（３
）次に、第７図に示すように画素ｘ２の近傍の符号化・
復号化済み画素として、ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびそれらよ
り１フレーム前の画素ａＦ＋　　ｂＦ＋ＣＦ＋ｄＦの８
画素用いて、差分、ａ−ａｒ、ｂ−す１．ｃ−ＣＦ、ｄ
−ｄＦを計算し、しきい値をＴとして以下の条件が成立
するが否かを調べる。

Ｉａａｙｌ　　≦Ｔ かつ　１ｂ−ｂｒ＋　　≦Ｔ かつ　１ｃ−ｃｙｌ　　≦Ｔ かつ　１ｄ−ｄＦ　ｌ　　≦Ｔ　　　　　・・・・・・
　（４）上記式（４）の条件が成立しない場合には予測
誤差の量子化・符号化を行ない、量子化予測誤差を表わ
す符号を符号器側から復号器側へ送出する。

復号値は予測値に量子化予測誤差値を加え合せることに
より得られる。

上記式（４）の条件が成立する場合には予測誤差の量子
化・符号化を行なわず、符号器側から復号器側へは符号
を送出し−ない。このときには予測値そのものを復号値
とする。

上記式（４）の条件の判定は、符号器側と復号器側でそ
れぞれ行うことができるので、判定情報を送る必要は無
い。

さて、上記式（３）の予測値ｘ２について考えると、こ
れは符号化対象画素ｘ２に対するフレーム間予測値とな
っており、画像の静止領域（動き変化の少い領域）では
ほぼｘ２に等しい。−方、画像の動領域（動き変化の大
きい領域）ではｘ２とＸ！との差は大きい、従って、静
止領域と動領域とを識別して、画素ｘ２が動領域にある
場合には予測誤差を量子化・符号化し、予測値と量子化
予測誤差値とを加え合せて復号値とし、−方、画素Ｘｔ
が静止領域にある場合には予測誤差の量子化・符号化を
行なわず、予測値そのものを復号値としても良好な画質
を得ることが出来る。

上記式（４）の条件は静止領域を検出するためのもので
あり、符号化対象画素ｘ２の周辺の４画素のフレーム間
差分がいずれもしきい値Ｔ以下であるならばＸは静止領
域にあるとみなすことを示しており妥当な判定基準と考
えられる。

以上で本発明の第２の実施例の動作原理が理解されたで
あろうから、次に具体的に実施例を説明する。なお、第
２の実施例は、前述の第１の実施例に対して云えば、フ
レーム間予測符号化方式に対する実施例であると云える
。

第８図は本発明の第２の実施例を示すブロック図であり
、図中の番号および記号は第１の実施例を示した第１図
の場合と全く同じである。

第１図との違いは、予測値のつくり方と各差分値に対す
る条件の判定方法だけである。すなわち、予測値ｘ２は
グループ２の１フレーム前の復号化画素値を用いて上記
式（３）によりつくられる。

また、判定回路１１１では、符号化対象画素の近傍に位
置するグループ１の復号化画素値ａ、ｂ。

ｃ、ｄおよびそれらより１フレームだけ前の復号化画素
値ａ４．ｂＦ、ＣＦ、ｄＦを用いて条件式（４）の判定
を行なう。

この場合も、量子化回路１０８では判定結果が条件（４
）を満たす場合には量子化を停止し、その出力を強制的
に０とする。また、符号化・多重化回路１１３では判定
結果が条件（４）を満たす場合には符号割当を行なわず
、従って何も送出しない。

以上の実施例においては、フレーム内予測およびフレー
ム間予測について説明したが、両者を組み合わせた適応
予測の場合についても本発明の方法を適用できる。また
、近傍画素の差分値に対する条件としては上記式（２）
、（４）以外のものを用いることもできる。

さらに、実施例においては画素を２クループに分けて符
号化処理する方法について説明したが本発明はこれに限
定されるものではなく画素をグループ分けせずに符号化
処理をする場合にも適用可能である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明の予測符号化方式において
は、符号化対象画素に関して画面上で近傍の位置にある
復号化済みの複数の画素値間の各差分値を用いて画像の
領域判定を行ない、入力画素値と予測値とがほぼ等しい
とみなせる領域の画素に対しては、量子化予測誤差値を
強制的にＯとすることにより予測値そのものを復号値と
している。

この検出および予測値の生成は符号器側および復号器側
でそれぞれ個別に行なうことができるのでこれらの画素
については符号器側から復号器側へは符号を全く送る必
要はなく、従って符号化ビット数を低減する上できわめ
て大きな効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例を示すブロック図、第２
図は本発明の詳細な説明するためのテレビ画面上での画
素配置図、第３図は本発明の第１の実施例における第１
グループ画素に対する予測方法の説明図、第４図は本発
明の第１の実施例における第２グループ画素に対する予
測方法の説明図、第５図は本発明の第１の実施例におけ
る第２グループ画素に対する領域判定の説明図、第６図
は本発明の第２の実施例における第１グループ画素に対
する予測方法の説明図、第７図は本発明の第２の実施例
における第２グループ画素に対する予測方法の説明図、
第８図は本発明の第２の実施例を示すブロック図、であ
る。 符号の説明 １０．２０・・・予測符号器、１０１・・・入力信号端
子、１０２・・・グループ分は回路、１０３，１０７・
・・減算回路、１０４，１０８・・・量子化回路、１０
５．１０９・・・加算回路、１０６，１１０・・・予測
回路、１１１・・・判定回路、１１２・・・遅延回路、
１１３・・・符号化・多重化回路、１１４・・・出力信
号端子。 代理人　弁理士　並　木　昭　夫 代理人　弁理士　松　ＩＪｉ　　　　情誼２　図 １Ｉ　３　図 ！　４　図 ＠５Ｑ （９）　　　　　　　　　　（１ｏ）　　　　　　　　
　　　　（１υ　　　　　　　　　　　（１２〕第６　
図 χ１ ｗ　７　図 ｃ ｄ−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）入力画像信号の画素値とその予測値との差分（予測
   誤差）を量子化・符号化すると共に、該予測誤差の量子
   化値（量子化予測誤差）と該予測値とを加え合せて復号
   値を得る予測符号化方式において、 画面上で符号化対象画素の近傍にある復号化済みの複数
   の画素値の間の各差分を求め、これら差分値に対してあ
   らかじめ定められた条件が成立する場合には、該符号化
   対象画素に対する予測誤差の量子化・符号化を停止して
   予測値そのものを復号値とすることを特徴とする予測符
   号化方式。