JP2000059791A - 画像符号化装置、画像符号化方法、画像伝送システムおよび画像伝送方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画質劣化を最小限に抑えながら、伝送される
符号化データのデータ量を少なくすることが可能な画像
符号化を実現する。 【解決手段】 原画像信号がブロック化部１１によって
ブロック化された後にメモリ１２と予測誤差信号値生成
部１４とに供給される。メモリ１２は、供給される信号
を所定時間遅延させ、予測誤差信号値生成部１４に供給
する。予測誤差信号値生成部１４は、メモリ１２から供
給される所定時間遅延させられた画素値を参照画素値
ｘ’として、ブロック化部１１から供給される画素値ｘ
に対応する予測誤差信号値ｙを計算する。ここで、ｙを
表現するためのビット数がｘを表現するためのビット数
以下となるような計算方法を用いる。計算されたｙが符
号化部１５に供給され、可変長符号化等の処理を施され
る。このようにして符号化された画素データがフレーム
化部１７に供給され、フレーム毎に統合されて最終的な
符号化データとされる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、画像信号を圧縮
符号化する画像符号化装置および画像符号化方法、並び
に、画像信号を圧縮符号化して符号化画像データとした
上で伝送し、伝送した符号化画像データから画像信号を
復号する画像伝送システムおよび画像伝送方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】画像信号について、画質劣化を最小限に
抑えて高圧縮率で符号化するために様々な面から圧縮符
号化方法が研究開発されている。そのような方法の一つ
として予測符号化がある。予測符号化は、ある画素の画
素値を他の画素の画素値で予測し（この時の他の画素の
画素値を参照画素値と称する）、そのような予測に係る
予測誤差値、より具体的には当該画素値と参照画素値と
の差分を求めて、その予測誤差値を符号化するものであ
る。

【０００３】例えば符号化対象が静止画像である場合に
は、符号化の対象とされる画素と同一のフレーム内の近
隣画素値等が参照画素値として用いられる。また、例え
ば符号化対象が動画像である場合には、符号化の対象と
される画素が属するフレームまたはフィールドに対して
前フレームまたは前フィールドに属する画素の画素値等
が参照画像の画素値とされる。特に、動画像に対して
は、動きベクトルを求めてその動きベクトルに基づいて
参照画像を決定することにより、予測誤差を小さくして
より効率よく圧縮を行うようにすることが多い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】予測誤差値がとり得る
範囲は、参照画素値として何れのものを使用する場合に
も元の画素がとり得る範囲の２倍に拡がる。従って、予
測誤差値を表現するためには大きなダイナミックレンジ
が必要とされる。このため、予測誤差値を符号化して符
号化データを生成し、生成した符号化データを伝送する
場合には、伝送されるデータ量が増えるという問題が生
じる。

【０００５】また、上述したような従来の予測符号化に
おいては、符号化データ中でデータビット長が長くなる
場合以外には、ハフマン符号化等の可変長符号化の特性
が考慮されていなかった。

【０００６】従って、この発明の目的は、画質劣化を最
小限に抑えながら、可変長符号化の特性等も考慮して伝
送される符号化データのデータ量を少なくすることが可
能な画像符号化装置、画像符号化方法、画像伝送システ
ムおよび画像伝送方法を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、画像
信号に予測符号化を含む圧縮符号化を施す画像符号化装
置において、符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’と
に基づいて、参照画素値ｘ’と、各画素データを表現す
るためのデータビット長に対応するダイナミックレンジ
の中央の値との大小関係に応じた演算処理を行うことに
より、符号化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値
ｙを算出する予測誤差信号値生成手段と、予測誤差信号
値ｙに可変長符号化を施す可変長符号化手段とを有する
ことを特徴とする画像符号化装置である。

【０００８】請求項１４の発明は、予測符号化を行って
画像信号を圧縮する画像符号化方法において、符号化対
象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、参照画素
値ｘ’と、各画素データを表現するためのデータビット
長に対応するダイナミックレンジの中央の値との大小関
係に応じた演算処理を行うことにより、符号化対象の画
素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを算出するステップ
と、予測誤差信号値ｙに可変長符号化を施すステップと
を有することを特徴とする画像符号化方法。

【０００９】請求項１５の発明は、画像信号に予測符号
化を含む圧縮符号化を施して符号化画像データを生成し
てこの符号化画像データを伝送し、伝送された符号化画
像データから画像信号を復号する画像信号伝送システム
において、符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに
基づいて、参照画素値ｘ’と各画素データを表現するた
めのデータビット長に対応するダイナミックレンジの中
央の値との大小関係に応じた演算処理を行うことによ
り、符号化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙ
を生成する手段と、予測誤差信号値ｙに可変長符号化を
施す手段とを有する画像符号化装置と、可変長符号化に
対応する復号化を行って予測誤差信号値ｙを復号する手
段と、画像符号化装置における演算処理に対応する処理
を行って予測誤差信号値ｙから符号化対象の画素値ｘを
復号する手段とを有する画像復号化装置とを有すること
を特徴とする画像信号伝送システムである。

【００１０】請求項１６の発明は、画像信号に予測符号
化を含む圧縮符号化を施して符号化画像データを生成し
てこの符号化画像データを伝送し、伝送された符号化画
像データから画像信号を復号する画像信号伝送方法にお
いて、符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づ
いて、参照画素値ｘ’と各画素データを表現するための
データビット長に対応するダイナミックレンジの中央の
値との大小関係に応じた演算処理を行うことにより、符
号化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを生成
するステップと、予測誤差信号値ｙに可変長符号化を施
すステップとを有する画像符号化ステップと、可変長符
号化に対応する復号化を行って予測誤差信号値ｙを復号
するステップと、画像符号化装置における演算処理に対
応する処理を行って予測誤差信号値ｙから符号化対象の
画素値ｘを復号するステップとを有する画像復号化ステ
ップとを有することを特徴とする画像信号伝送方法であ
る。

【００１１】以上のような発明によれば、画素データを
表現するためのデータビット長を越えないビット長で表
現される予測誤差信号値ｙが生成される。

【００１２】また、予測誤差信号値ｙに、ハフマン符号
化等の可変長符号化を施すことにより、符号化データの
量を削減することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の一実施形態につ
いて説明する。まず、この発明を適用した画像符号化装
置について、図１を参照して説明する。ブロック化部１
１は画像信号を供給され、１フレームを単位として以下
のような処理を行う。すなわち、１フレーム分の画像を
例えば８×８等の所定のブロックに分割して、ブロック
毎に画素値ｘを検出し、検出した画素値ｘをメモリ１２
および予測誤差信号値生成部１４に出力する。メモリ１
２は、ブロック化部１１の出力であるブロック毎の画素
データを記憶し、所定時間遅延させて予測誤差信号値生
成部１４に供給するフレームメモリである。

【００１４】予測誤差信号値生成部１４は、メモリ１２
から供給される所定時間遅延させられた画素値を参照画
素値ｘ’として後述するような処理を行うことにより、
ブロック化部１１から供給される画素値ｘに対応する予
測誤差信号値ｙを計算する。そして、計算した予測誤差
信号値ｙを符号化部１５に供給する。符号化部１５は、
供給される予測誤差信号値ｙに基づいて、ハフマン符号
化等の可変長符号化、およびＡＤＲＣ(Adaptive Dynami
c Range Coding) 等の方法でブロックを単位とした符号
化を行う。

【００１５】ここで、可変長符号化は、出現確率を考慮
して符号長の割り当てを決めるものである。また、ＡＤ
ＲＣにおいては、ブロック毎の最大値と最小値とからブ
ロック内ダイナミックレンジを決定し、決定したダイナ
ミックレンジを予め割り当てられた例えば４ビット等の
ビット数で分割できるレベルに分割することにより、量
子化ステップ幅を求める。

【００１６】さらに、各画素からブロック内最小値を除
去し、さらに上述の量子化ステップ幅で量子化すること
により、例えば４ビット等のコードからなる符号化され
た画素データを得ることができる。なお、ＡＤＲＣにお
いては、符号化された画素データと共に、ブロック内の
画素値の最小値とダイナミックレンジとが付加情報とし
て伝送される。フレーム化部１７は、符号化部１５の出
力である符号化された画素データをフレーム毎に統合し
て最終的な符号化データとし、この符号化データを伝送
路に出力する。

【００１７】次に、予測誤差信号値生成部１４が行う、
予測誤差信号値ｙを生成するための演算処理について詳
細に説明する。以下の説明は、画素値ｘが８ビットで表
現される場合、すなわち０〜２５５の範囲の値をとり得
る場合を例として行う。但し、画素値ｘを他のビット長
で表現する場合にも、この発明を適用することは可能で
ある。

【００１８】予測誤差値（ｘ−ｘ’）の範囲は、参照画
素値ｘ’の範囲を用いて以下のように表現できる。

【００１９】 −ｘ’≦ｘ−ｘ’≦２５５−ｘ’ （１） 例えばｘ’＝２００の場合には５５≦ｘ−ｘ’≦−２０
０となる。また、例えばｘ’＝５０の場合には２０５≦
ｘ−ｘ’≦−５０となる。ｘ、ｘ’が共に０〜２２５の
範囲の値をとり得るので、（ｘ−ｘ’）が最大となるの
はｘ＝２５５，ｘ’＝０の時で、この時（ｘ−ｘ’）＝
２５５である。一方、（ｘ−ｘ’）が最小となるのはｘ
＝０，ｘ’＝２５５の時で、この時（ｘ−ｘ’）＝−２
５５である。従って、（ｘ−ｘ’）がとり得る全ての値
を表現できるためには、−２５５〜＋２５５のダイナミ
ックレンジが必要となる。このため、（ｘ−ｘ’）を表
現するためには９ビットが必要となる。

【００２０】このように、予測誤差値（ｘ−ｘ’）を表
現するためには、元の画素データの２倍のダイナミック
レンジが必要とされるので、予測誤差値（ｘ−ｘ’）自
体を符号化して伝送するためには元の画素データのビッ
ト長より１ビット長いビット長が必要とされることにな
る。このため、伝送されるデータ量が増大するという問
題がある。

【００２１】そこで、この発明の一実施形態では、予測
誤差値（ｘ−ｘ’）を以下のような方法で符号化して、
分布範囲がより小さく、従ってより小さなビット長で表
現できる予測誤差信号値ｙを生成する。具体的には、次
のような式に従って予測誤差信号値ｙを算出する。

【００２２】 ｙ＝２×｜ｘ−ｘ’｜−１ （ｘ＜ｘ’） （２） ｙ＝２×｜ｘ−ｘ’｜ （ｘ≧ｘ’） （３） このようにすれば、ｘがｘ’を中心としてある程度の範
囲にある場合においては、予測誤差値（ｘ−ｘ’）の内
の負の部分を偶数に対応させ、また、正の部分を奇数に
対応させることができるので、予測誤差値（ｘ−ｘ’）
自体を符号化して伝送する場合に比較して符号化画像デ
ータのビット長を小さくすることができる。従って、伝
送されるデータ量を少なくすることができる。

【００２３】但し、ｘとｘ’の関係によっては、式
（２）または式（３）に従って生成される予測誤差信号
値ｙが８ビットによって表現されるダイナミックレンジ
（０〜２５５）に収まらない場合がある。例えば、上述
の例においてｘ’＝２００の場合には５５≦ｘ−ｘ’≦
−２００となるが、この範囲内においても、（ｘ−
ｘ’）が例えば−１５０となる場合には、ｙ＝２×｜ｘ
−ｘ’｜−１＝２×｜−１５０｜−１＝２９９＞２５５
となり、８ビットによって表現されるダイナミックレン
ジに収まらない。

【００２４】そこで、式（２）または式（３）に従って
生成される予測誤差信号値ｙが８ビットによって表現さ
れるダイナミックレンジに収まらないおそれがある場合
を何らかの方法で認識し、そのような場合には式
（２）、式（３）とは別の演算処理を行うようにする必
要がある。

【００２５】この発明の一実施形態では、そのような場
合をダイナミックレンジの上限値（ここでは２５５）お
よび中央値（ここでは１２８）と、ｘとｘ’の大きさに
よって判定される以下の条件（ａ）または条件（ｂ）が
成立する場合とする。

【００２６】（ａ）ｘ’≧１２８であり、且つ、次の式
（４）が成立する場合： ｜ｘ−ｘ’｜＞（２５５−ｘ’） （４） この場合には、必ずｘ＜ｘ’である。

【００２７】（ｂ）ｘ’＜１２８であり、且つ、次の式
（５）が成立する場合： ｜ｘ−ｘ’｜＞ｘ’ （５） この場合には、必ずｘ＞ｘ’である。

【００２８】条件（ａ）および条件（ｂ）に該当する場
合に、それぞれ次の式（６）および式（７）によって予
測誤差信号値ｙが計算される。

【００２９】 条件（ａ）が成立する時：ｙ＝２５５−ｘ （６） 条件（ｂ）が成立する時：ｙ＝ｘ （７） 一方、条件（ａ）または条件（ｂ）の内の何れかが成立
する場合以外においては、上述したように、式（２）ま
たは式（３）に従って予測誤差信号値ｙを計算すれば良
い。このような場合が以下に示す条件（ｃ）、条件
（ｄ）である。

【００３０】（ｃ）ｘ’≧１２８である時：次の式
（８）が成立する場合、 ｜ｘ−ｘ’｜≦２５５−ｘ’ （８） ｘ−ｘ’≦０ならば、式（２）に従って予測誤差信号
値ｙを得る。

【００３１】ｘ−ｘ’＞０ならば、式（３）に従って
予測誤差信号値ｙを得る。

【００３２】（ｄ）ｘ’＜１２８である時：次の式
（９）が成立する場合、 ｜ｘ−ｘ’｜≦２５５−ｘ’ （９） ｘ−ｘ’≦０ならば、式（２）に従って予測誤差信号
値ｙを得る。

【００３３】ｘ−ｘ’＞０ならば、式（３）に従って
予測誤差信号値ｙを得る。

【００３４】ここで、式（８）、式（９）は、それぞ
れ、上述の式（４）、式（５）と相補的なものである。

【００３５】以上のような処理を行うための具体的な手
順の一例を図２のフローチャートに示す。ステップＳ１
として、参照画素の画素値ｘ’≧１２８であるか否かを
判定する。ｘ’≧１２８であると判定される場合は、上
述の条件（ａ）または条件（ｃ）の何れかが成立する場
合であり、この場合にはステップＳ２に移行する。一
方、ｘ’＜１２８と判定される場合は、上述の条件
（ｂ）および条件（ｄ）の何れかが成立する場合であ
り、この時にはステップＳ３に移行する。

【００３６】ステップＳ２は、符号化対象画素の画素値
ｘ＞ｘ’であるか否かを判定する。ｘ＞ｘ’と判定され
る場合は上述の条件（ｃ）のが成立する場合であり、
この時はステップＳ４に移行する。一方、ｘ≦ｘ’であ
ると判定される場合は上述の条件（ａ）または条件
（ｃ）のの何れかが成立する場合であり、この場合は
ステップＳ５に移行する。

【００３７】ステップＳ４では、上述の式（２）に従っ
て予測誤差信号値ｙを生成する。但し、ここではｘ＞
ｘ’なので、式（２）中の｜ｘ−ｘ’｜＝（ｘ−ｘ’）
となる。このため、ステップＳ４では、実際には次の式
に従う計算をすれば良い。

【００３８】 ｙ＝ ２×ｘ−２×ｘ’ （２）’ また、ステップＳ５では、上述の式（４）に従って条件
（ａ）、（ｃ）の何れが成立するかを判定する。但し、
ここではｘ＞ｘ’なので、式（４）中で｜ｘ−ｘ’｜＝
（ｘ−ｘ’）となる。このため、ステップＳ５では、実
際には次の式（４）’が成立するか否かを判定すれば良
い。

【００３９】２×ｘ’−２５５≦ｘ＜ｘ’ （４）’ 式（４）’が成立すると判定される時は条件（ｃ）の
に該当し、この場合にはステップＳ６に移行する。一
方、式（４）’が成立しないと判定される場合には条件
（ａ）に該当し、この場合にはステップＳ７に移行す
る。

【００４０】ステップＳ６では、上述の式（３）に従っ
て予測誤差信号値ｙを生成する。但し、ここではｘ＜
ｘ’なので、式（３）中で｜ｘ−ｘ’｜＝（ｘ’−ｘ）
となる。このため、ステップＳ６では、実際には次の式
に従う計算をすれば良い。

【００４１】 ｙ＝ ２×ｘ’−２×ｘ−１ （３）’ また、ステップＳ７では、式（６）に従って予測誤差信
号値ｙを生成する。

【００４２】一方、ステップＳ３では、次の式が成立す
るか否かを判定する。

【００４３】０≦ｘ＜ｘ’ （９） 式（９）が成立する場合、すなわちｘがｘ’より小さい
と判定される場合は上述の条件（ｄ）のが成立する場
合であり、この時はステップＳ１０に移行する。一方、
式（９）が不成立の場合、すなわち、ｘ≧ｘ’であると
判定される場合は上述の条件（ｂ）または条件（ｄ）の
の何れかが成立する場合であり、この時はステップＳ
１１に移行する。

【００４４】ステップＳ１０では、上述の式（２）に従
って予測誤差信号値ｙを生成する。但し、ここではｘ＜
ｘ’なので、式（２）中の｜ｘ−ｘ’｜＝（ｘ’−ｘ）
となる。このため、ステップＳ１０では、実際には次の
式に従う計算をすれば良い。

【００４５】 ｙ＝２×ｘ’−２×ｘ （２）’’ 一方、ステップＳ１１では、上述の式（５）に従って条
件（ｂ）、条件（ｄ）のの何れが成立するかを判定す
る。但し、ここではｘ≧ｘ’なので、式（５）中の｜ｘ
−ｘ’｜＝（ｘ−ｘ’）となることがわかる。このた
め、ステップＳ１１では、実際には次の式が成立するか
否かを判定すれば良い。

【００４６】ｘ’≦ｘ＜２×ｘ’ （５）’ 式（５）’が成立すると判定される場合は条件（ｄ）の
に該当し、この場合にはステップＳ１２に移行する。
一方、式（５）’が成立しないと判定される場合は条件
（ｂ）に該当し、この場合にはステップＳ１３に移行す
る。

【００４７】ステップＳ１２では、上述の式（３）に従
って予測誤差信号値ｙを生成する。但し、ここではｘ≧
ｘ’なので、式（３）中の｜ｘ−ｘ’｜＝（ｘ−ｘ’）
となる。このため、ステップＳ１２では、実際には次の
式に従う計算をすれば良い。

【００４８】 ｙ＝２×ｘ−２×ｘ’−１ （３）’’ また、ステップＳ１３では、式（７）に従って予測誤差
信号値ｙを生成する。

【００４９】ｘ’≧１２８であると判定される場合は、
上述の条件（ａ）および（ｃ）の何れかが成立する場合
であり、この時にはステップＳ２に移行する。一方、
ｘ’＜１２８であると判定される場合は、上述の条件
（ｂ）および（ｄ）の何れかが成立する場合であり、こ
の時にはステップＳ３に移行する。以上のような手順が
画素値ｘおよび参照画素値ｘ’が供給される毎に行わ
れ、予測誤差信号値ｙが順次算出される。

【００５０】以下、ｘおよびｘ’の数値例を用いて、予
測誤差信号値ｙの生成について具体的に説明する。

【００５１】（ｐ) ｘ＝１６０，ｘ’＝１４０の場合に
は、ｘ’≧１２８で、且つ、ｘ’＜ｘなのでステップＳ
４に移行し、式（２）’に従ってｙ＝２×ｘ−２×ｘ’
＝２×１６０−２×１４０＝４０と計算される（条件
（ｃ）に該当）。

【００５２】（ｑ）(b) ｘ＝１６０，ｘ’＝１８０の場
合には、ｘ’≧１２８で、且つ、ｘ’≧ｘなのでステッ
プＳ５に移行する。ここで、２×ｘ’−２５５＝２×１
８０−２５５＝１０５であるから、ステップＳ５におけ
る式（４）’が成立する。従って、ステップＳ６に移行
し、式（３）’に従ってｙ＝２×ｘ’−２×ｘ−１＝２
×１８０−２×１６０−１＝３９と計算される（条件
（ｃ）に該当）。

【００５３】（ｒ）ｘ＝１６０，ｘ’＝２４０の場合に
は、ｘ’≧１２８で、且つ、ｘ’≧ｘなのでステップＳ
５に移行する。ここで、２×ｘ’−２５５＝２×２４０
−２５５＝２２５であるから、ステップＳ５における式
（４）’が成立しない。従って、ステップＳ７に移行
し、式（６）に従ってｙ＝２５５−ｘ＝２５５−２４０
＝１０と計算される（条件（ａ）に該当）。

【００５４】（ｓ）ｘ＝６０，ｘ’＝１００の場合に
は、ｘ’＜１２８であり、且つ、ｘ＜ｘ’なのでステッ
プＳ１０に移行する。そして、式（２）’’に従ってｙ
＝２×ｘ’−２×ｘ＝２×１００−２×６０＝８０と計
算される（条件（ｄ）に該当）。

【００５５】（ｔ）ｘ＝１６０，ｘ’＝１００の場合に
は、ｘ’＜１２８であり、且つ、ｘ＜ｘ’なのでステッ
プＳ１１に移行する。ここで、２×ｘ’＝２×１００＝
２００なので、ステップＳ１１における式（５）’が成
立する。従って、ステップＳ１２に移行して、式
（３）’’に従ってｙ＝２×ｘ−２×ｘ’−１＝２×１
６０−２×１００−１＝１１９と計算される（条件
（ｄ）に該当）。

【００５６】（ｕ）ｘ＝１６０，ｘ’＝７０の場合に
は、ｘ’＜１２８であり、且つ、ｘ’≦ｘなのでステッ
プＳ１１に移行する。ここで、２×ｘ’＝２×７０＝１
４０なので、ステップＳ１１における式（５）’が成立
しない。従って、ステップＳ１３に移行して、式（７）
に従ってｙ＝ｘ＝１６０と計算される（条件（ｂ）に該
当）。

【００５７】次に、復号側について説明する。図３は、
この発明を適用した画像復号化装置の一例を示すブロッ
ク図である。上述したように、符号化画像データは１フ
レーム毎に伝送される。フレーム分解部２１は、このよ
うな１フレーム毎の符号化画像データを所定のブロック
毎のデータに分解して復号化部２３に供給する。復号化
部２３は、供給されるデータに施されていた可変長符号
化に対応する復号化を行って予測誤差信号値ｙを生成す
る。そして、このｙを演算部２４に供給する。

【００５８】演算部２４は、供給される予測誤差信号値
ｙと、後述するようにしてメモリ２７から供給される参
照画素値ｘ’とに基づいて画素値ｘを復元する。そし
て、このｘをフレーム化部２８とメモリ２７とに供給す
る。メモリ２７は、演算部２４から供給される画素値ｘ
を所定時間遅延させて演算部２４に供給する。このよう
にして、所定時間遅延させられた画素値ｘが参照画像の
画素値ｘ’として演算部２４に供給される。

【００５９】フレーム化部２８は、演算部２４による演
算結果、すなわちブロック毎の画素値を統合してフレー
ムを単位とする信号を生成する。この信号が画像復号化
装置の最終的な出力である再生された画像信号として、
例えばテレビジョン受像機等の画像表示装置に供給され
る。

【００６０】演算部２４は、以下のような処理を行う。
すなわち、予測誤差信号値ｙの算出に係る上述した式の
各々にそれぞれ対応する次の式（１０）〜式（１５）の
何れかに従って、予測誤差信号値ｙと、メモリ２７から
供給される既に復元された画素値ｘ（上述したように参
照画像の画素値ｘ’として扱われる）とに基づいて画素
値ｘが順次復元される。

【００６１】ｘ＝（２×ｘ’＋ｙ）／２ （１０） ｘ＝（２×ｘ’−ｙ＋１）／２ （１１） ｘ＝２５５−ｙ （１２） ｘ＝（２×ｘ’−ｙ）／２ （１３） ｘ＝（２×ｘ’＋ｙ＋１）／２ （１４） ｘ＝ｙ （１５） ここで、式（１０）、式（１１）、式（１２）、式（１
３）、式（１４）および式（１５）は、それぞれ式
（２）’式（３）’式（６）、式（２）’’、式
（３）’’および式（７）に対応するものである。

【００６２】予測誤差信号値ｙの計算についての説明で
用いた上述の例（ｐ）に則して、画素値ｘの復元につい
て具体的に説明する。この場合には、上述したように予
測誤差信号値ｙ＝４０と計算され、この値が符号化画像
データとして伝送されて演算部２５に供給される。この
ｙ＝４０に対応する画素値ｘを復元する処理において参
照される参照画素値ｘ’＝１４０は、ｙ＝４０に先行し
て伝送される予測誤差信号値に基づいて既に復元された
画素値ｘとしてメモリ２７から演算部２５に供給され
る。

【００６３】この場合、ｙ＝４０が偶数なので式（１
１）および式（１４）を用いると画素値ｘが整数値とな
らず、不適当であることは明らかである。次に、図２中
のステップＳ１の内容から、式（１０）または式（１
２）を用いるべき場合にはｘ’≧１２８であり、また、
式（１３）または式（１５）を用いるべき場合にはｘが
１２８より小さくなければならない。ここでは、ｘ’＝
１４０であり、ｘ’≧１２８なので式（１０）または式
（１２）の何れかを用いるべきであることがわかる。そ
こで、式（１０）、式（１２）を用いて画素値ｘを計算
するとそれぞれ次のようになる。

【００６４】式（１０）を用いる時：ｘ＝（２×１４０
＋４０）／２＝１６０ 式（１２）を用いる時：ｘ＝２５５−４０＝２１５ 図２中のステップＳ２の内容から、式（１０）を用いる
べき場合にはｘがｘ’より大きく、また、式（１２）を
用いるべき場合にはｘ≦ｘ’でなければならない。かか
る観点から不合理を生じないのは、式（１０）を用いる
場合のみである。以上のようにして、ｙ＝４０，ｘ’＝
１４０の場合には、画素値ｘ＝１６０という復元結果を
一意的に得ることができる。

【００６５】予測誤差信号値ｙおよび参照画素値ｘ’が
他の値をとる時にも、ｙ、ｘ’，および復元される画素
値ｘの間で不合理が生じないことに留意すれば、画素値
ｘを一意的に復元することができる。以上のような演算
を行うことが可能であるように演算部２４を構成するこ
とにより、伝送される予測誤差信号値ｙから画素値ｘを
正しく復元することが可能となる。

【００６６】従って、図１等を用いて上述した符号化側
の構成と、図３等を用いて上述した復号化側の構成とに
よって、この発明に係る画像信号伝送システムを構成で
きることがわかる。

【００６７】この発明の一実施形態の効果について、具
体的な数値例を用いて説明する。図４Ａは元の画素値で
ある。図４Ｂは、各画素と前の画素値との差、すなわち
予測誤差値を示すものである。この例では、予測誤差値
を求める計算は、水平方向のラインを単位として行われ
る。すなわち、例えば１列目のラインについては、先頭
の画素値２００はそのままとされ、この先頭の画素値２
００が２番目の画素値ｘ＝２２０に対応する予測誤差信
号値ｙを計算するための参照画素値ｘ’とされる。

【００６８】また、２番目の画素値２２０を参照画素値
として、３番目の画素値１９８に対応する予測誤差値が
１９８−２２０＝−２２と計算される。同様に、３番目
の画素値１９８を参照画素値として、４番目の画素値１
７０に対応する予測誤差値が１７０−１９８＝−２８と
計算される。２列以降のラインについても同様にして計
算した予測誤差値を示した。

【００６９】一方、図４Ｃは、この発明に係る符号化に
よって計算される予測誤差信号値ｙを示す。例えば１列
目のラインについては、まず、先頭の画素値２００はそ
のままとされ、この先頭の画素値２００が２番目の画素
値ｘ＝２２０に対応する予測誤差信号値ｙを計算するた
めの参照画素値ｘ’とされる。ｙの計算について図２の
フローチャートに則して具体的に説明する。すなわち、
ｘ’＝２００≧１２８なので、ステップＳ１の結果とし
てステップＳ２に移行する。そして、ｘ＝２２０＞ｘ’
＝２００なので、ステップＳ４に移行してｙ＝２×２２
０−２×２００＝４０と計算される。

【００７０】また、２番目の画素値２２０を参照画素値
として、３番目の画素値１９８に対応する予測誤差信号
値ｙが＝４３と計算される。同様に、３番目の画素値１
９８を参照画素値として、４番目の画素値１７０に対応
する予測誤差信号値ｙがｙ＝５５と計算される。２列以
降のラインについても同様にして計算した予測誤差信号
値を示した。

【００７１】図４Ｂに示した予測誤差信号値の中には負
の値が含まれるのに対し、図４Ｃに示した予測誤差信号
値ｙは全て正の値であるから、伝送に必要なダイナミッ
クレンジを小さくすることができる。

【００７２】この発明の一実施形態におけるより具体的
な一例として、この発明をＭＰＥＧ(Moving Picture co
ding Expert Group による動画符号化方式）に沿った画
像圧縮符号化を行う画像符号化装置に適用した場合につ
いて図５を参照して説明する。例えば８×８のマクロブ
ロックを単位とする画像データが予測誤差信号値生成部
５２に供給される。予測誤差信号値生成部５２は、動き
補償予測部６０から供給されるマクロブロック画像デー
タを参照画素データとして、供給されるマクロブロック
単位の画像データに基づいて、上述したような処理を行
うことにより、予測誤差信号値ｙを生成する。

【００７３】そして、予測誤差信号値ｙが符号化部５３
に供給される。符号化部５３は、予測誤差信号値ｙに、
マクロブロックを単位としてＤＣＴ（離散コサイン変
換）を施して空間周波数領域に変換する。このようにし
て得られた８×８ＤＣＴ係数が量子化部５４に供給され
る。量子化部５４は、供給されるデータをターゲットビ
ットや視覚特性に応じて量子化する。量子化された画像
データは、低周波成分から順にスキャンニングされて１
次元情報に変換されて伝送データとして出力されると共
に、逆量子化部５５に供給される。

【００７４】逆量子化部５５は、供給されるデータに量
子化部５４による量子化に対応する逆量子化を施し、逆
量子化によって得られるデータを復号化部５６に供給す
る。復号化部５６は、供給されるデータに符号化部５３
によるＤＣＴに対応する逆ＤＣＴ処理を施すことによっ
て予測誤差信号値ｙを復元し、復元した予測誤差信号値
ｙを加算器５７に供給する。加算器５７は、この予測誤
差信号値ｙと、動き補償予測部６０から供給されるマク
ロブロック画像データとを加算して元の画素データを復
元し、復元した元の画素データを動き補償予測部６０に
供給する。

【００７５】動き補償予測部６０は、加算器５７から供
給される復元された元の画素データを参照データとして
動き予測を行い、マクロブロック画像データを生成す
る。マクロブロック画像データは、予測符号化生成部５
２と、加算器５７とに供給され、各々の構成要素の動作
において参照画素データとして使用される。以上のよう
な構成により、この発明をＭＰＥＧ符号化装置に対して
適用することが可能である。

【００７６】なお、この発明は、ＭＰＥＧ符号化／復号
化装置のみならず、他の圧縮符号化方式を行う画像圧縮
符号化／復号化装置に適用することができる。

【００７７】また、上述したこの発明の一実施形態で
は、予測誤差信号値ｙが全て正の値をとるようになされ
る。これに対し、予測誤差信号値ｙが全て負の値をとる
ようにしても良い。このような予測誤差信号値ｙの生成
は、予測誤差信号値ｙの算出において、上述の各式（式
（２）’、式（３）’、式（６）、式（２）’’、式
（３）’’および式（７））の右辺を全て（−１）倍し
て得られる各式に従って予測誤差信号生成部１４による
演算処理を行う等の方法によって実現することができ
る。

【００７８】さらに、所定量の画素データを単位として
予測誤差の分布の偏りを検出し、検出結果に応じて、予
測誤差信号値ｙがより少ないビット数で表現できるよう
に、予測誤差信号値ｙの正／負を、所定量の画素データ
に対する処理毎に切替えるようにしても良い。このよう
にすれば、かかる所定量の画素データにくらべて大きな
データ量からなる画像データを全体として伝送する際
に、伝送されるデータの量をより少なくすることができ
る。

【００７９】また、上述したこの発明の一実施形態は、
元の画素データのビット数が一定の場合に伝送されるデ
ータの量を削減するものである。これに対し、伝送され
るデータの量を変えずに、この発明の適用によって削減
されるデータ量に相当する分だけ例えば元の画素データ
のビット数を増やす等、データフォーマット等に変更を
加えて画質の向上に寄与することも可能である。実際上
は、伝送されるデータの量、復号される画像に要求され
る画質、および符号化／復号化に係る構成に加わる負荷
等を考慮して、適切な符号化方法および画素データ等に
係るデータフォーマット等を用いるようにすれば良い。

【００８０】

【発明の効果】上述したように、この発明は、予測符号
化を含む圧縮符号化を行う画像符号化装置において、符
号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、
ｘ’と各画素データを表現するためのデータビット長に
対応するダイナミックレンジの中央の値との大小関係に
応じた演算処理を行うことにより、符号化対象の画素値
ｘに対応して予測誤差信号値ｙを生成し、生成した予測
誤差信号値ｙに可変長符号化を施すことによって符号化
データを生成するようにしたものである。

【００８１】また、この発明は、上述したような画像符
号化装置によって生成した符号化データを伝送し、伝送
した符号化データから、画像符号化装置においてなされ
る可変長符号化および演算処理に対応する処理を行うこ
とによって画像信号を復号する画像信号伝送システムで
ある。

【００８２】画像符号化装置においてなされる上述した
ような演算処理によって生成される予測誤差信号値ｙ
は、画素データを表現するためのビット長以下のビット
長で表現することができる。従って、例えば符号化対象
の画素値ｘと参照画素値ｘ’との差を符号化することに
よって予測誤差信号値を生成する等の従来の符号化に比
較して、符号化画像データのデータ量を小さくすること
ができる。

【００８３】また、予測誤差信号値ｙにハフマン符号化
等の可変長符号化を施して符号化データを生成するよう
にしたので、伝送される符号化データのデータ量をさら
に削減することができる。

【００８４】一方、伝送される符号化データのデータ量
を変えずに、または、この発明の適用によるデータ量の
削減幅をある程度小さくして、その分だけ例えば元の画
素データのビット数を増やす等、データフォーマット等
に変更を加えて画質の向上に寄与することも可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態の全体的な構成について
説明するためのブロック図である。

【図２】この発明の一実施形態における予測誤差信号値
の生成について説明するための略線図である。

【図３】この発明の一実施形態中の復号側の構成につい
て説明するためのブロック図である。

【図４】この発明の一実施形態における処理の一例にお
ける数値例である。

【図５】この発明をＭＰＥＧ符号化器に適用する場合の
構成の一例を示すブロック図である。

【符号の説明】

１４・・・予測誤差信号値生成部、１５・・・符号化
部、２３・・・復号化部、２４・・・演算部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 KK01 MA00 MA02 MA03 MA04 MA05 MA23 MA28 MC11 MC38 ME02 SS02 TA21 TC02 TC03 TD05 TD10 TD11 TD12 UA02 UA05 UA33 5C078 BA33 BA35 BA57 DA01 DA02 DA21 DB13 5J064 AA00 BA09 BA15 BB03 BC01 BC24 BD02

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 画像信号に予測符号化を含む圧縮符号化
   を施す画像符号化装置において、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、
   上記参照画素値ｘ’と、各画素データを表現するための
   データビット長に対応するダイナミックレンジの中央の
   値との大小関係に応じた演算処理を行うことにより、符
   号化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを算出
   する予測誤差信号値生成手段と、 上記予測誤差信号値ｙに可変長符号化を施す可変長符号
   化手段とを有することを特徴とする画像符号化装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、 上記可変長符号化手段は、 ハフマン符号化を行うことを特徴とする画像符号化装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記参照画素値ｘ’が上記ダイナミックレンジの中央の
   値以上である場合に、上記符号化対象の画素値ｘと上記
   参照画素値ｘ’との差の絶対値｜ｘ−ｘ’｜と、上記ダ
   イナミックレンジの上限値と上記参照画素値ｘ’との差
   との大小関係に応じた演算処理を行うことを特徴とする
   画像符号化装置。
4. 【請求項４】 請求項３において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値ｘ’との差
   の絶対値｜ｘ−ｘ’｜が上記ダイナミックレンジの上限
   値と上記参照画素値ｘ’との差以下である場合に、上記
   符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値ｘ’との大小関
   係に応じた演算処理を行うことを特徴とする画像符号化
   装置。
5. 【請求項５】 請求項４において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘが上記参照画素値ｘ’より小
   さい場合に、予測誤差信号値ｙをｙ＝｜ｘ−ｘ’｜×２
   −１と算出し、 上記符号化対象の画素値ｘが上記参照画素値ｘ’以上で
   ある場合に、予測誤差信号値ｙをｙ＝｜ｘ−ｘ’｜×２
   と算出することを特徴とする画像符号化装置。
6. 【請求項６】 請求項３において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値ｘ’との差
   の絶対値｜ｘ−ｘ’｜が上記ダイナミックレンジの上限
   値と上記参照画素値ｘ’との差より小さい場合に、予測
   誤差信号値ｙをｙ＝２５５−ｘと算出することを特徴と
   する画像符号化装置。
7. 【請求項７】 請求項１において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記参照画素値ｘ’が上記ダイナミックレンジの中央の
   値より小さい場合に、上記符号化対象の画素値ｘと上記
   参照画素値ｘ’との差の絶対値｜ｘ−ｘ’｜と、上記参
   照画素値ｘ’との大小関係に応じた演算処理を行うこと
   を特徴とする画像符号化装置。
8. 【請求項８】 請求項７において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値ｘ’との差
   の絶対値｜ｘ−ｘ’｜が上記参照画素値ｘ’以下である
   場合に、上記符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値
   ｘ’との大小関係に応じた演算処理を行うことを特徴と
   する画像符号化装置。
9. 【請求項９】 請求項８において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘが上記参照画素値ｘ’より小
   さい場合に、予測誤差信号値ｙをｙ＝｜ｘ−ｘ’｜×２
   −１と算出し、 上記符号化対象の画素値ｘが上記参照画素値ｘ’以上で
   ある場合に、予測誤差信号値ｙをｙ＝｜ｘ−ｘ’｜×２
   と算出することを特徴とする画像符号化装置。
10. 【請求項１０】 請求項７において、 上記予測誤差信号値生成手段は、 上記符号化対象の画素値ｘと上記参照画素値ｘ’との差
    の絶対値｜ｘ−ｘ’｜が上記参照画素値ｘ’の差より大
    きい場合に、予測誤差信号値ｙをｙ＝ｘと算出すること
    を特徴とする画像符号化装置。
11. 【請求項１１】 請求項１において、 所定の条件を考慮して、予測誤差信号値ｙの符号を反転
    させる処理をさらに行うことを特徴とする画像符号化装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、 上記予測誤差信号値ｙの符号を反転させる処理は、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’の関係としての
    予測誤差の分布の偏りに応じて、装置の最終的な出力で
    ある符号化画像データのデータ量を少なくするように、
    予測誤差信号値ｙの符号を反転させるか否かを決めるも
    のであることを特徴とする画像符号化装置。
13. 【請求項１３】 請求項１１において、 上記予測誤差信号値ｙの符号を反転させる処理は、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’の差が０となっ
    た時に、後続する予測誤差信号値ｙについて、符号を反
    転させるか否かを決めるものであることを特徴とする画
    像符号化装置。
14. 【請求項１４】 予測符号化を行って画像信号を圧縮す
    る画像符号化方法において、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、
    上記参照画素値ｘ’と、各画素データを表現するための
    データビット長に対応するダイナミックレンジの中央の
    値との大小関係に応じた演算処理を行うことにより、符
    号化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを算出
    するステップと、 上記予測誤差信号値ｙに可変長符号化を施すステップと
    を有することを特徴とする画像符号化方法。
15. 【請求項１５】 画像信号に予測符号化を含む圧縮符号
    化を施して符号化画像データを生成してこの符号化画像
    データを伝送し、伝送された符号化画像データから画像
    信号を復号する画像信号伝送システムにおいて、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、
    上記参照画素値ｘ’と各画素データを表現するためのデ
    ータビット長に対応するダイナミックレンジの中央の値
    との大小関係に応じた演算処理を行うことにより、符号
    化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを生成す
    る手段と、上記予測誤差信号値ｙに可変長符号化を施す
    手段とを有する画像符号化装置と、 上記可変長符号化に対応する復号化を行って上記予測誤
    差信号値ｙを復号する手段と、上記画像符号化装置にお
    ける上記演算処理に対応する処理を行って上記予測誤差
    信号値ｙから符号化対象の画素値ｘを復号する手段とを
    有する画像復号化装置とを有することを特徴とする画像
    信号伝送システム。
16. 【請求項１６】 画像信号に予測符号化を含む圧縮符号
    化を施して符号化画像データを生成してこの符号化画像
    データを伝送し、伝送された符号化画像データから画像
    信号を復号する画像信号伝送方法において、 符号化対象の画素値ｘと参照画素値ｘ’とに基づいて、
    上記参照画素値ｘ’と各画素データを表現するためのデ
    ータビット長に対応するダイナミックレンジの中央の値
    との大小関係に応じた演算処理を行うことにより、符号
    化対象の画素値ｘに対応して予測誤差信号値ｙを生成す
    るステップと、上記予測誤差信号値ｙに可変長符号化を
    施すステップとを有する画像符号化ステップと、 上記可変長符号化に対応する復号化を行って上記予測誤
    差信号値ｙを復号するステップと、上記画像符号化装置
    における上記演算処理に対応する処理を行って上記予測
    誤差信号値ｙから符号化対象の画素値ｘを復号するステ
    ップとを有する画像復号化ステップとを有することを特
    徴とする画像信号伝送方法。