JPS63274276A - 画像の圧縮記録システム - 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］ この発明は、動画像信号の予測符号化に、逆転再生を考
慮した工夫を施した画像の圧縮記録システムに関する。

［従来の技術］ カラー動画に画像圧縮を施し符号化して得られる画像デ
ータを、音声信号とともにＣＤ−ＲＯＭに書き込み、教
育用或は娯楽用の対話方式映像源を提供する試みがなさ
れている。例えば記録容量に限界があってしかも大容量
化が困難であるＣＤ−ＲＯＭ等に１時間分のカラー画像
を記憶させる場合、通ｆ１フレームの画像中位で平均５
にバイトまでの圧縮が必要であり、その場合の圧縮率は
１／１２０に達する。このため、通常のカラー画像は、
■フレーム当たり６００にバイト、約１８Ｍバイト／秒
の転送速度が要求され、記憶容量が５４０Ｍバイト程度
のＣＤ−、ＲＯＭに、単純にディジタル画像データを格
納した場合は、再生時間が僅か３０秒程度と、はとんど
実用に耐えないものとなってしまう。

しかし、以下に示す予測符号化による予測誤差記録と不
等長符号記録等を骨子とする高能率符号化方式を導入す
ることで、再生装置の回転数を上げることなく、通常の
音声データ記録用のＣＤ同様、約１時間の表示時間をも
つカラー画像用ＣＤ−Ｒ，ＯＭが提案されるに至った。

高能率符号化方式は、元来１１画像の１画素当たりの平
均ビット数を五減する目的で開発されたものであり、と
りわけフレーム間ＤＰＣＭ（差分パルス符号変調）を用
いた予測符号化（ｐｒｅｄｉｃｔｉｖｅ　ｃｏｄｉｎｇ
）方式は、７レ一ム間の相関が高く、フレーム差分信号
の小さいテレビジョン信号の処理に好適であるとされて
いる。この予測符号化方式は、Ｘ−Ｙ２次元画像重、面
内の画素に関する画像データＶ（ｉ）を、座標Ｘ、Ｙと
時間Ｔｉの関数ｆ（Ｘ、Ｙ、Ｔｉ）として捉え、同画素
の１フレーム前のデータＶ　（ｉ−１）を用いて予測し
た予測値Ｖ　（ｉ）との予測誤差データｒ’：（ｉ）を
符号化する方法をとるものである。予測誤差デ・−夕Ｅ
（ｉ）は Ｅ　（ｉ）＝　Ｖ　（ｉ）　−Ｖ　（ｉ）で表され、こ
の予測誤差データを量子化したのち符号変換し、ＣＤ−
ＲＯＭに記録することで、画像を圧縮記録することがで
きるわけである。

ところで、上記予測誤差データＥ（ｉ）がほぼラプラス
分布で近似されることから、第３図に示す従来の圧縮画
像データ記録・再生システムＩでは、記録系に用いる符
号器２内の量子化回路３として、対数圧縮による非線形
量子化回路を用いている。

符号器２は、入力画像データＶ　（ｉ）をその予測値Ｖ
　（ｉ）との差分をとる減算器４を介して量子化回路３
に供給する５、量子化回路３にてレベル値からレベル番
号に変換された予測誤差データＥ　（ｉ）は、一つは符
号変換回路５にて不等長符号に変換され、ＣＩ）−ＲＯ
Ｍ６に記録される一方、局部復号器７を介して減算器４
に帰還される。この局部復号器７は、量子化の逆処理す
なわちレベル番号からレベル値への変換を行う逆量子化
回路８の出力を予測回路ｌＯを介して加算器９に正帰還
し、加算器９から得られる局部復号信号を減算器４に供
給する構成をとる。予測回路１０としては、１フレ一ム
周期の遅延時間をもつものが用いられ、フレーム間予測
により得られた予測誤差データが、ＣＤ−ＲＯＭ６に記
録される。従って、その場合の予測値Ｖ　（ｉ）は、１
７レーム前の画像データＶ　（ｉ−１）に一致する。

一方、、ＣＤ−ＲＯＭ６から読み出されるデータは、記
録過程で符号化された予測誤差データＥ　（ｉ）であり
、再生系の復号器１１にて復号される。復号器１１は、
不等長符号化により符号変換された予測誤差データを逆
変換し、等長符号に戻す符号逆変換回路１２と、符号逆
変換回路１２の出力を逆量子化する逆量子化回路１３と
、逆量子化回路Ｉ３の出力予測誤差データから画像デー
タＶ　（ｉ）を形成する加算器１４及び予測回路１５か
らなる。

加算器１４は、逆量子化回路１３の出力に自身の出力に
もとづく予測回路亘５の出力を加算するものであり、予
測誤差データに対する予測回路１５の出力の巡回加算に
よって、画像データＶ　（ｉ）が再生される。予測回路
Ｉ５には、記録系同様、フレーム間予測が用いられる。

従って、復号された画像データＶ（ｉ）は、予測値Ｖ　
（ｉ）すなわちｌフレーム前に復号した画像データＶ　
（ｉ−１）に、予測誤差データＥ　（ｉ）を加算して得
られるＶ　（ｉ−１）＋　Ｅ　（ｉ）となる。

［発明が解決しようとする問題点］ 上記従来の圧縮画像データ記録・再生システムＩは、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭ６を、記録順序に従って再生する、いわゆる
正転再生だけを想定して構成されていたため、例えば予
測誤差データの記録順序に逆行するかたちで再生する、
いわゆる逆転再生時には、復号器１１内の予測回路Ｉ５
が初期値として必要とする過去のデータが皆無であるた
めに、実際には原画像からおよそ掛は離れた無意味な画
像が再生されてしまい、フレーム間の差分だけ減算を繰
り返すだけでは、画像信号を正規に再生することができ
ない等の問題点があった。

〔問題点を解決するための手段］ この発明は、上記問題点を解決したものであり、動画像
信号を予測符号化により圧縮し、予測誤差データとして
圧縮画像データ記録媒体に記録する画像の圧縮記録シス
テムであって、前記圧縮画像データ記録媒体に記録せん
とする複数の画像単位からなる動画像信号のうち、先頭
画像信号と末尾画像信号の間の画像信号は、画像単位間
での相関を利用した予測符号化を行い、先頭画像信号と
末尾側像信号は、■画像単位内の相関を利用した予測符
号化を行う符号器を設けて構成したことを特徴とするも
のである。

［作用］ この発明は、動画像信号を予測符号化により圧縮し、予
測誤差データとして圧縮画像データ記録媒体に記録する
さい、記録せんとする複数の画像単位からなる動画像信
号のうち、先頭画像信号と末尾画像信号の間の画像信号
は、画像単位間での相関を利用した予測符号化を行い、
先頭画像信号と末尾画像信号は、１画像型位内の相関を
利用した予測符号化を行うことにより、正転再生だけで
なく逆転再生も可能とする。

［実施例］ 以下、この発明の実施例について、第１．２図を参照し
て説明する。第１図は、この発明の画像の圧縮記録シス
テムを適用した圧縮画像データ記録・再生システムの一
実施例を示すシステム構成図、第２図は、第１図に示し
た符号器の動作を説明するためのフローチャートである
。

第１図中、圧縮画像データ記録・再生システム２０は、
符号器２Ｎを含む画像の圧縮記録システムの構成が従来
とは異なるものである。この符号器２１は、ＣＤ−ＲＯ
Ｍ６の逆転再生を予想し、正転再生だけを考慮して記録
していた従来の記録方式に改良が加えである。すなわち
、局部復号器７内の予測回路ＩＯに、符号化制御回路２
２が接続してあり、記録せんとするｎフレームからなる
動画像信号のうち先頭画像信号と末尾画像信号の間の画
像信号に関しては、フレーム間相関を利用した予測を行
い、先頭画像信号と末尾画像信号に関しては、フレーム
内相関を利用した予測を行うよう、予測回路■０の予測
モードを切り替え制御する構成としたものである。

ここで、符号器２！を用いてＣｐ　−ＲＯＭ　６に圧縮
画像データを記録する場合であるが、この場合、第２図
のステップ（１０１）、（１０２）に示したように、ま
ず最初に記録すべき画像データＶ　（１）すなわち先頭
画像データに関しては、予測回路ＩＯに対しフレーム内
予測モードが設定される。その結果、第１フレームに関
する予測誤差データＥ　（１）’は、 Ｅ　（１）’　＝　Ｆ　［Ｖ　（１）］として生成され
、これがＣＤ−ＲＯＭ６に記録される。なお、ダッシュ
符号は、フレーム内予測によるものであることを示して
おり、Ｆはフレーム内予測符号化のための作用素を示す
符号化関数である。

次に、ステップ（１０３）〜（１０６）に示したように
、第２フレームから第（ｎ−１）フレームまでに関して
は、予測回路１０に対しフレーム間予測モードが設定さ
れ、 Ｅ　（ｊ）−Ｖ　（ｉ）　　Ｖ　（ｉ）＝　Ｖ　（ｉ）
　−Ｖ　（ｉ−１） なる演算により得られた予測誤差データＥ（ｉ）が、Ｃ
Ｄ−ＲＯＭ６に記録される。

そして、最後に記録しようとする末尾画像データＶ（ｎ
）に関しては、予測回路１０に対しフレーム内予測モー
ドが設定され、フレーム内予測演算Ｆ［Ｖ（ｎ）］によ
り予予想誤差データＥｎ）’が得られる。しかし、ここ
で得られた予測誤差データＥ（ｎ）’は直ちに記録せず
、ステップ（１０８）以下に示したように、予測誤差デ
ータＥ（ｎ）’の局部復号出力Ｖ（ｎ）’から前フレー
ムの画像データＶ　（ｎ−１）を減じて得られるＶ（ｎ
）’−Ｖ（ｎｉ）を、予測誤差データＥ（ｎ）として記
録する。そして、予想誤差データＥ（ｎ）に続けてフレ
ーム内予測誤差データＥ（ｎ）”を記録し、これをもっ
て記録を完了する。

従って、最終的にＣＤ−ＲＯＭ６に記録される予測誤差
データは、Ｅ（＋）’、Ｅ（２）、、、Ｅ（ｎ−１）。

Ｅ（ｎ）、Ｅ（ｎ）’のごとくなり、ｎフレーム分の画
像データがｎ＋１個の予測誤差データに圧縮されて記録
される。

一方、復号器３１についても、ＣＤ−４０Ｍ６の逆転再
生に対処すべく、逆量子化回路！３と予測回路１５を復
号化制御回路３２により制御し、逆転再生時に記録順序
に逆行して最初に読み出された第ｎフレームの予測誤差
データＥ（ｎ）’に関しては、フレーム内相関を利用し
た予測値を生成し、その後読み出される予測誤差データ
Ｅ　（ｎ　）。

Ｅ（ｎ−１）、、、Ｅ（２）に関しては、フレーム間相
関を利用した予測値を生成するよう構成しである。

すなわち、予測回路Ｉ５は、逆転再生指令を受けた復号
化制御回路３２により、予測モードをフレーム内予測又
はフレーム間予測に切り替えることができるのである。

さらにまた、記録順序に逆行して再生する上で、ＣＤ−
ＲＯＭ６から供給される予測誤差データＥ（υの極性を
適宜反転する必要があり、このため復号化制御回路３２
は、逆転再生当初に読み出される第ｎフレームに関する
予測誤差データＥ（ｎ）″以外は、逆量子化回路１３の
出力に負号を付すよう働きかける。

なお、正転再生にさいしては、最初に読み出された第１
番目のフレームに関する予測誤差データＥ　（１）’に
関しては、予測誤差データＥ　（１）’をフレーム内復
号化Ｇ［Ｅ（１）’］することで、画像信号ｖ（１）を
再生するとともに、続いて読み出される１番目のフレー
ムに関する予測誤差データＥ（ｉ）からは、ｉフレーム
前の復号出力Ｖ　（ｉ−１）に、予測誤差データＥ　（
ｉ）を加算することでＶ　（＋）を再生し、最後はｎフ
レーム目の予測誤差データＥ（ｎ）の読み出しとその再
生をもって、正転再生を完了する。

ただし、Ｇは、フレーム内復号化関数である。

ここで、上記圧縮画像データ再生システム２０に対し、
ＣＤ　−ＲＯＭ　６に記録された圧縮画像データを記録
順序に逆行して読み出す、いわゆる逆転再生を命じたと
する。この場合、まず最初に読み出されたｎ番目のフレ
ームに関する予測誤差データＥ（ｎ）’に関しては、負
号を付さずにフレーム内復号化Ｇ［Ｅ（ｎ）’］が行わ
れるため、符号化の過程で得られた局部復号出力と同じ
画像データＶ（ｎ）”が再生される。

これに対し、予測誤差データＥ（ｎ）’に続いて送られ
てくる予測誤差データＥ（ｎ）からは、逆量子化回路１
３の出力に負号を付すとともに、フレーム間相関を利用
した復号を行うため、画像データとしては、Ｖ（ｎ）’
−Ｅ（ｎ）すなわちＶ　（ｎ　−１）が再生される。ま
た、第ｎ−１フレームの再生画像Ｖ　（ｎ−１）に続い
ては、Ｖ　（ｎ　−１）　−Ｅ　（ｎ−１）によりＶ　
（ｎ−２）が再生されるというように、記録時とはまっ
たく逆の経過をたどって画像再生が行われ、結局Ｖ（ｎ
）からＶ　（１）に至るすべての画像データが再生され
る。

このように、上記圧縮画像データ記録・再生システム２
０は、動画像信号を予測符号化により圧縮し、予測誤差
データとしてＣＤ−ＲＯＭ６に記録するさい、記録せん
とする複数のフレームからなる動画像信号のうち、先頭
画像データｖ　（ｉ）と末尾画像データＶ（ｎ）の間の
画像データは、フレーム間予測による予測符号化を行い
、先頭画像データＶ　（１）と末尾画像データＶ（ｎ）
は、フレーム内予測による予測符号化により、予測誤差
データＥ（ｎ）’を形成する構成としたから、逆転再生
時に最初に読み出された予測誤差データＥ（ｎ）’に関
しては、同一フレーム内での相関を利用した予測値Ｖ（
ｎ）’をもって、復号に必要な初期値に充当することが
でき、この初期値から順次予測誤差データを減算しつつ
画像を再生することにより、画像単位間での相関を利用
した予測にもとづく予測誤差データの逆方向復号を、正
確に実行することができる。

以上の説明において、画像単位間の相関を利用した予測
符号化方式として、フレーム間差分符号化を例にとった
が、動き補償フレーム間予測などの他の方式を用いるこ
とも可能である。また、これらの符号化過程で生ずる予
測誤差データに対し、直交変換符号化やベクトル量子化
を行うことも可能である。例えば直交変換符号化を施す
場合は、符号器２Ｉ内の量子化回路３の前段に直交変換
回路が、また逆量子化回路８の後段に逆直交変換回路が
それぞれ必要であり、さらに復号器３１内の逆量子化回
路１３の後段に逆直交変換回路が必要である。この場合
、記録媒体に記録されるのは、変換係数成分に変換され
た予測誤差データとなるが、符号器２１や復号器３１の
本質に変わりはない。また、ベクトル量子化を施す場合
は、符号器２Ｉ内の量子化回路３の前段にベクトル量子
化のためのベクトル・インデックス回路が、また逆量子
化回路８の後段に逆ベクトル量子化のためのべクトル・
インデックス逆変換回路がそれぞれ必要であり、さらに
復号器３Ｉ内の逆量子化回路Ｉ３の後段に逆ベクトル量
子化のためのベクトル・インデックス逆変換回路が必要
である。この場合、記録媒体に記録されるのは、予測誤
差データから変換されたベクトルインデックスとなるが
、符号器２Ｉや復号器３１の本質に変わりはない。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明は、動画像信号を予測符
号化により圧縮し、予測誤差データとして圧縮画像デー
タ記録媒体に記録するさい、記録せんとする複数の画像
単位からなる動画像信号のうち、先頭画像信号と末尾画
像信号の間の画像信号は、画像単位間での相関を利用し
た予測符号化を行い、先頭画像信号と末尾画像信号は、
１画像型位内の相関を利用した予測符号化を行う構成と
したから、逆転再生時に最初に読み出された予測誤差デ
ータに関しては、１画像型位内での相関を利用した予測
値をもって、復号に必要な初期値に充当することができ
、この初期値から順次予測誤差データを減算しつつ画像
を再生することにより、画像単位間での相関を利用した
予測にもとづく予測誤差データの逆方向復号を、正確に
実行することができる等の優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の画像の圧縮記録システムを適用し
た圧縮画像データ記録・再生システムの一実施例を示す
システム構成図、第２図は、第１図に示した符号器の動
作を説明するためのフローチャート、第３図は、従来の
圧縮画像データ記録・再生システムの一例を示すシステ
ム構成図である。 ６、、、ＣＤ−ＲＯＭ、１０．、、予測回路。 ２０、、、圧縮画像データ記録・再生システム。 ２１、、、符号器、２２゜、。符号化制御回路。 第２図 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 動画像信号を予測符号化により圧縮し、予測誤差データ
   として圧縮画像データ記録媒体に記録する画像の圧縮記
   録システムであって、前記圧縮画像データ記録媒体に記
   録せんとする複数の画像単位からなる動画像信号のうち
   、先頭画像信号と末尾画像信号の間の画像信号は、画像
   単位間での相関を利用した予測符号化を行い、先頭画像
   信号と末尾画像信号は、１画像単位内の相関を利用した
   予測符号化を行う符号器を設けてなる画像の圧縮記録シ
   ステム。