JPH02288695A

JPH02288695A - 画像符号化及び復号化装置

Info

Publication number: JPH02288695A
Application number: JP1109512A
Authority: JP
Inventors: Takashi Ishikawa; 尚石川
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-04-28
Filing date: 1989-04-28
Publication date: 1990-11-28
Also published as: US5095366A

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］本発明は画像情報を伝送する際に用いる符号化及び復号
化装置に関するものである。

［従来の技術］画像情報を伝送する際、伝送する情報量を削減するため
に各種の符号化方式が提案されている。

その１つの方式として標本値間の相関性を利用して情報
量の圧縮を図る予測符号化方式（以下ＤＰＣＭと称する
）がある。ＤＰＣＭでは、既に伝送されている標本値の
復号値により次に符号化する標本値に対する予測値を求
め、この予測値と標本値との差分値（予測誤差）を量子
化して伝送する。このＤＰＣＭとしては、予測値の生成
方法により、各種の方式が提案されている。

第７図は、最も簡単な前値予測符号化方式の符号化装置
の構成を示すブロック図である。この前値予測符号化方
式とは直前に伝送する標本値の復号値を予測値として用
い、現標本値とこの予測値（前値）との差分値を符号化
して伝送する方式である。

第７図において入力端子１０に入力される標本値Ｘｉは
減算器１２に印加され、後述する予測値（前値）が減算
される。量子化器１４は減算器１２の出力する差分値を
量子化し、符号化コードＹｉを出力端子１６より出力し
、伝送路へ伝送する。

一方符号化コードＹｉは逆量子化器１８にも印加される
。逆量子化器１８では印加された符号化コードを差分値
（量子化代表値）に変換し、この量子化代表値に加算器
２０にて予測値が加算され、入力標本値に対応する値が
復元される（以下この値を復元値と称する）。この復元
値は量子化誤差を含んでいるため、元の入力標本値の取
り得る値の範囲（以下単に符号化レンジと称する）を越
えてしまう可能性がある。

そこでリミッタ２２にて元の入力標本値の符号化レンジ
内にこの復元値を振幅制限し、局部復号値Ｘｉとして予
測器であるＤ型フリップフロップ２４に印加する。本例
では、予測値に前値復号値を用いているため、予測器は
Ｄ型フリップフロップとなる。Ｄ型フリップフロップで
は次のクロックサイクルにて、前記局部復号値Ｘｉを予
測値として減算器１２及び加算器２０に印加する。

この時、一般に予測値と入力標本値との差分値は絶対値
の小さな部分に確率分布が偏っており、差分値の絶対値
の小さな領域では量子化ステップを細かくし、差分値の
絶対値の大きな領域においては量子化ステップを粗くす
ることにより情報量の圧縮を行うことができる。

［発明が解決しようとしている問題点１しかしながら、
前記第７図の例では画像のエツジ部の様に予測誤差が大
きくなる部分で量子化ステップが太き（、量子化誤差は
非常に大きな値となる。特に、予測誤差が大きな領域に
おける量子化器の量子化境界値（隣接する量子化コード
間の閾値）近傍のレベルにおいては、ノイズ等の要因に
より、静止画部分であっても量子化代表値が時間的に変
化することになる。従って、この僅かな値の変化が、結
果的には大きな値の変化となって現われることになり、
大きな画質劣化となって現われてしまう。このような画
質劣化は予測誤差が大となる画像のエツジ部において特
に顕著で、エツジ近傍の画素の値が時間的に変動するた
めエツジビジネスと称されている。

このような問題は、前述の如＜ＤＰＣＭ方式に特有のも
のではな（、一般に量子化ステップが粗い量子化ステッ
プを有する符号化方式全般に発生する問題である。

斯かる背景化において、本発明は各符号のビット数を増
加させることなく、量子化ステップの粗さに伴う画質劣
化を効果的に低減できる全（新規な画像符号化装置及び
復号化装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］斯かる目的下において、本発明の画像符号化装置におい
ては量子化特性の異なる複数の量子化器を、画面毎に順
次用いて画像情報を符号化する構成としている。

また本発明の好適なる実施態様の画像符号化装置におい
ては、量子化特性の異なる複数の量子化器を、画面毎に
順次用いて画像情報を符号化するものにおいて、複数の
量子化器の量子化特性の境界値が量子化レンジ端を除き
互いに異なる様に設定した。

また、本発明の画像復号化装置においては、量子化特性
の異なる複数の量子化器を順次用いて符号化された画像
情報を復号する際、時間的に隣接する複数の画面の同一
画素に対応する複数の符号について、その対応値の領域
が重複した時、該複数の符号中少なくとも１つの符号の
量子化代表値が前記重複した領域の値となる様制御する
構成とした。

［イ乍用］上述の如き本発明の画像符号化装置においては、画面毎
に異なる量子化特性にて量子化されることになるので、
時間軸に連続する複数の画面についての同一の画素に対
する量子化レベル数は疑似的に増大する。特に、本発明
の好適なる実施態様として示した様に、複数の量子化器
の量子化特性の境界値が量子化レンジ端を除き互いに異
なる様にすれば、量子化レベル数は疑似的に複数倍とな
る。

この様に量子化レベル数を疑似的に増大させることによ
り、復号側のみの符号操作により量子化誤差を小さく抑
えることができ、画質の劣化は最小限に抑えられる。

例えば、本発明の復号化装置の様に量子化特性の異なる
複数の量子化器を順次用いて符号化された画像情報を復
号する際、時間的に隣接する複数の画面の同一画素に対
応する複数の符号について、その対応値の領域が重複し
た時、該複数の符号中少なくとも１つの符号の量子化代
表値が前記重複した領域の値となる様制御することによ
り、複数の量子化器の共働により、少なくとも静止画部
分では量子化ステップの幅の小さい新たな量子化レベル
が設定されたのと等しい精度にて画像の復号化が可能と
なり、極めて良好な画像情報を得ることが可能となった
。

［実施例］以下、本発明の実施例について説明する。

第１図は、本発明の一実施例としての符号化装置の構成
を示すブロック図である。図中、３０は入力端子、３２
は減算器、３４．３６は量子化器、３８．４６は信号切
換スイッチ、４０は符号化コードの出力端子、４２．４
４は逆量子化器、４８は加算器、５０はフレームＩＤ信
号の入力端子、５２はリミッタ、５４は予測器である。

入力端子３０より入力された入力標本値は減算器３２に
て予測値が減算され、差分値（予測誤差）ｅｉとなり、
量子化器３４及び３６にて符号化コードに変換される。

量子化器３４により変換された符号化コードはスイッチ
３８の端子ａ及び逆量子下記４２に印加され、逆量子化
器４２にて量子化代表値に変換され、スイッチ４６の端
子ａに印加される。一方、量子化器３６により変換され
た符号化コードはスイッチ３８の端子す及び逆量子下記
４４に印加され、逆量子化器４４にて量子化代表値に変
換され、スイッチ４６の端子すに印加される。

スイッチ３８及び４６では入力端子５０より印加される
フレームＩＤ信号に従い、例えば偶数フレームでは端子
ａを、奇数フレームでは端子すを共通端子である端子Ｃ
に接続する。スイッチ３８で選択された符号化コードは
出力端子４０より伝送路へ出力される。尚、フレームＩ
Ｄ信号も送信側（符号化部）と受信側（復号化部）とで
一致する様、伝送路に出力される。

スイッチ４６で選択された量子化代表値には、加算器４
８にて予測値が加算され、入力標本値の復元値が得られ
る。この復元値はリミッタ５２にて入力標本値の符号化
レンジ内に振幅制限され、局部復号値として予測器５４
に印加される。予測器５４では局部復号値より次に入力
標本値に対する予測値を生成し、次のクロックサイクル
で予測値を減算器３２に印加する。

第２図は本発明の一実施例としての復号化装置の構成を
示すブロック図であり、該復号化装置は第１図の符号化
装置に対応している。

図中、６０は符号化コードの入力端子、６２はフレーム
メモリ、６４は符号化コード変換回路、６６．７４．７
６は逆量子化器、６８．８０は加算器、７０．８２はリ
ミッタ、７２は復号値の出力端子、７１．７８は信号切
換スイッチ、８４は予測器、８６はフレームＩＤ信号の
入力端子である。

入力端子６０より入力された符号化コードは、逆量子化
器４７．７６に印加され、量子化代表値に変換され、夫
々スイッチ７８の端子ａ及び端子すに印加される。スイ
ッチ７８では入力端子８６より入力されるフレームＩＤ
信号に従い、例えば偶数フレームでは端子ａを、奇数フ
レームでは端子すを共通端子Ｃに接続する。スイッチ７
８にて選択された量子化代表値は加算器８０にて予測器
８４より印加される予測値が加算され、リミッタ８２に
て所定の符号化レンジ内に振幅制限されて復号値となり
、予測器８４及びスイッチ７１の端子ｅに印加される。

予測器８４は前述の符号化装置の場合と同様に復号値よ
り次の画素の予測値を生成し、次のクロックサイクルで
予測値を加算器８０に印加する。

一方、符号化コードはフレームメモリ６２及び符号化コ
ード変換器６４にも印加される。フレームメモリ６２で
は符号化コードを１フレ一ム分の期間遅延させ、符号化
コード変換器６４に印加する。符号化コード変換器６４
ではｌフレーム前の符号化コード、現在のフレームの符
号化コード、更には前述のフレームＩＤ信号を用い、入
力差分値の範囲を推定する。

即ち、前フレームの符号化コードが示す前フレームの入
力差分値ε″柵の存在範囲が（ε１≦εｎ−１≦８２）
で示され、現在のフレームの符号化コードが示す入力差
分値εｎの存在範囲が（ε３≦８１≦８４）で示される
ものとする。この時、これら２つの入力差分値の存在範
囲に重複する領域があれば、この重複領域に入力差分値
の値があると推定することができる。

即ち、（ε１≦ε３≦Ｃ２≦ε４）である時は、入力差
分値の値の推定値εの範囲を（Ｅ、≦ε≦ε２）とし、
（ε、≦ε、≦ε４≦ε、）である時は、入力差分値の
値の推定値εの範囲を（ε、≦ε≦８２）とする。この
符号化コード変換器６４はこの入力差分値の値の推定値
εの範囲を示すコードを逆量子化器６６に印加する。逆
量子化器６６では符号化コード変換器６４より印加され
るコードに従って、前述の重複領域内に設定された差分
値（量子化代表値）を出力する。逆量子化器６６にて得
られた差分値には加算器６８にて予測器８４より得られ
る予測値が加算され、リミッタ７０にて所定の符号化レ
ンジ内に制限されて復号値を得る。このリミッタ７０か
らの復号値はスイッチ７１の端子ｄに印加される。

一方、重複領域が存在しない場合、この部分の画像が動
画であると判断し、通常の復号化による復号値をそのま
ま出力させる。

即ち、スイッチ１７では、符号化コード変換器６４より
印加される制御信号に従い、現フレームと直前のフレー
ムの符号化コードとの間で入力差分値の存在範囲に重複
領域がある場合には端子ｄに印加されている復号値を、
ない場合には端子ｅに印加されている復号値を選択し、
出力端子７２より復号値として出力する。

次に、本実施例の復号化装置の更に詳細な動作について
説明する。第４図は第２図の逆量子化器７４．７６に対
応する量子化特性Ｑ、、Ｑ２．及び逆量子化器６６に対
応する合成量子化特性Ｑの一例を示す図である。

図中横線は符号化コードの境界値を示し、黒丸は量子化
代表値を示している。図示の如く量子化特性Ｑ、、Ｑ、
の境界値は量子化特性Ｑの境界値を交互に配置した構造
となっている。今、前フレームの量子化特性Ｑ１による
符号化コードが「５」、現フレームの量子化特性Ｑ２に
よる符号化コードが「５」であった場合、符号化コード
変換器６４は２つの符号化コードが示す量子化直前の入
力差分値の存在範囲の重複領域、即ち、量子化特性Ｑの
コード「ｌＯ」で示される範囲を入力差分値の存在範囲
と推定し、逆量子化器６６へこのコードｒｌＯＪを印加
する。逆量子化器６６では、前記コードが示す範囲内の
値を量子化代表値として出力することになる。一方、前
フレームの量子化特性Ｑ、による符号化コードが「２」
、現フレームの量子化特性Ｑ２による符号化コードが「
５」であった場合、入力差分値の存在する範囲に重複す
る領域がないので、現フレームの符号化コード「５」に
よる復号化（即ち、量子化特性Ｑ１またはＱ、による復
号化）を行う。

ここで、変更前の量子化代表値の数をＭとすると、前記
操作により変更後の量子化代表値の数は最大（２Ｍ−１
）となり、フレーム相関の高い静止部分においては量子
化ビット数が１ビツト増加したのとほぼ等価となる。尚
、フレーム相関の低い動画部分においては何ら操作を行
わないので、劣化を生じることはない。また、予測値の
生成に用いられる復号値は符号化装置における復号値と
一致させているので符号化側と復号化側との間のミスマ
ツチは生じない。更に、入力差分値が前フレームでは第
４図（Ｃ）の量子化特性Ｑによりコード「９」で示され
る範囲にあり、現フレームで同図（ｃ）の量子化特性Ｑ
によりコード「１１」で示される範囲にある場合、前フ
レームが同図（ａ）の量子化特性Ｑ１で、現フレームが
同図（ｂ）の量子化特性Ｑ２で夫々符号化された場合の
符号化コードは共に「５」となり、出力される量子化代
表値は同図（ｃ）のコード「１０」の値に変更されてし
まうが、同図（Ｃ）のコード「１０」の範囲は、同図（
ｂ）の量子化特性Ｑ２のコード「５」の範囲内であるか
ら、同図（ｂ）の量子化特性Ｑ２による量子化誤差範囲
内となり、画質に対する悪影響は殆どない。また、この
ような誤りが生じる部分は動画部であり、視覚特性を考
慮すれば悪影響は全くないといって良い。

尚、上述の第２図の構成において、第４図にて説明した
量子化特性と適用すると、逆量子化器６６が逆量子化器
７４．７６の量子化代表値を全て出力できることになる
。この場合にはスイッチ７１等を省略し、この逆量子化
器６６によって何れの場合にも量子化代表値を出力する
構成とすることも可能である。

第４図の例では、同図（Ｃ）に示す量子化特性Ｑの境界
値Ｂ。−Ｂ１３を量子化特性Ｑ、、Ｑ、に交互に割り当
てたものである。量子化代表値は各境界短間内の値であ
れば何れの値でもよいが、第４図の例では動画部分にお
いても差分値零の発生頻度が高いことを考慮し、Ｑ、、
Ｑ、共に量子化代表値としてＯを持つ特性となっている
。

第５図及び第６図は夫々複数の量子化特性の他の設定例
を示す図であり、各図（ａ）には第２図の逆量子化器７
４に対応する量子化特性Ｑ、を示し、各図（ｂ）には第
２図の逆量子化器７６に対応する量子化特性Ｑ２、各図
（ｂ）には第２図の逆量子化器６６に対応する合成量子
化特性Ｑを示す。

第５図の例は、境界値割当の順序を途中で反転させ、量
子化特性Ｑ、、Ｑ、の量子化代表値を夫々正負対称にし
たものである。この様に量子化特性を設定すれば、逆量
子化器７４．７６のＲＯＭの容量を減少させると同時に
、正負対称の量子化特性であるため、符号化・復号化に
伴う位相特性が向上する。

第６図は量子化特性Ｑ、、Ｑ２が差分値絶対値の大きな
部分については異なる境界値をもち、且つ、これらが交
互に配置される様にになし、差分値の絶対値が小さい部
分については量子化特性を共通とした例を示す。この場
合、合成量子化特性Ｑの量子化代表値の数、即ち、静止
画部分における量子化代表値の数が減少してしまうが、
発生頻度の高い差分値零近傍の特性が各量子化特性Ｑ、
、Ｑ、、Ｑで共通となるため、静止画部と動画部間の画
質の差が小さくなり処理の差による画像の不自然さが少
なくなる。

第３図は本発明の復号化装置の他の実施例を示すブロッ
ク図である。図中、第２図と同様の機能を果たす構成要
素には同一の符号を付し、以下、第２図の実施例と異な
る点についてのみ説明する。

第４図中８８は補正値発生回路、９０は加算器である。

補正値発生回路８８はフレームメモリ６２より印加され
る前フレームの符号化コードが示す入力差分値の存在範
囲と、現フレームの符号化コードが示す入力差分値の存
在範囲とに重複する領域がある場合には、量子化代表値
がこの重複範囲内の値となる様に補正値を加算器９０に
印加する。加算器９０からは量子化代表値を上記重複範
囲内の値とした時の復号値が出力される。

例えば、第３図の逆量子化器７４．７６が第４図に示す
量子化特性Ｑ、、Ｑ、に対応する特性を持つものし、前
フレームの符号化コードが量子化特性Ｑ１において「６
」であり、現フレームの符号化コードが量子化特性Ｑ２
において「５」であるとすると、重複領域は量子化特性
Ｑにおけるコードｒｌ　ＩＪで示される範囲となる。こ
の場合には、量子化特性Ｑにおけるコード「１１」の量
子化代表値と、量子化特性Ｑ２におけるコード「５」と
の差分値ΔＱ２が補正値発生回路８８より出力される。

また、この次のフレームの符号化コードが量子化特性Ｑ
におけるコードｒｌ　ＩＪで示される範囲となり、該次
のフレームを現フレームとした場合、前フレームの符号
化コードが量子化特性Ｑ２において「５」となり、現フ
レームの符号化コードが量子化特性Ｑ、において「６」
となるが、この場合には、現フレームの量子化代表値で
ある量子化特性Ｑ、におけるコード「６」と、量子化特
性Ｑにおけるコード「１１」の量子化代表値との差分値
ΔＱ２が補正値発生回路８８より出力される。

一方、重複領域が存在しない場合には補正値発生回路８
８は０に相当する値を出力する。これによって、通常の
復号値と同一の値が出力端子７２から出力されることに
なる。

上記第３図に示した実施例においては、第２図の実施例
におけるスイッチ７１が不要になり、ハード量が減少す
る。尚、補正値発生回路８８は２つの符号化コード及び
フレームＩＤ信号によって示されるアドレスに各補正値
を予め格納したＲＯＭによって構成することができる。

尚、以上の説明においては、互いに異なる量子化特性を
有する２つの量子化器をフレーム毎に交互に用いて符号
化を行う構成についてのみ説明したが、これに限らず、
一般に互いに異なる量子化特性を有するＮ個（Ｎは２以
上の整数）の量子化器をフレーム毎に順次用いて画像情
報の符号化を行う構成とすることによって同様の効果を
得ることができる。この場合、各量子化器の量子化特性
における量子化代表値の数をＭとすると、合成された量
子化特性における量子化代表値の数は最大（（Ｍ−１）
ＸＮ＋１）　となる。このＮ大き（とることにより、動
きの緩やがな場合の画質の向上も図ることができ、且つ
、適応処理の数が増加されるため動画と静止画間のつな
がりの不自然さも更に改善される。

［発明の効果］以上説明した様に、本発明の符号化装置及び復号化装置
によれば、各符号のビット数を増加させることなく、量
子化ステップの粗さに伴う画質劣化を効果的に低減でき
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての符号化装置の構成を
示すブロック図、第２図は本発明の一実施例としての復号化装置の構成を
示すブロック図。第３図は本発明の他の実施例としての復号化装置の構成
を示すブロック図、第４図は第１図〜第３図で示した実施例における各量子
化特性の一例を示す図、第５図及び第６図は第１図〜第３図で示した実施例にお
ける各量子化特性の他の例を示す図、第７図は従来の符
号化装置の構成を示す図である。図中、３４．３６は夫々量子化器、３８．４６，７１．７８は夫々スイッチ、４２．４４，６６．７４．７６は夫々逆量子化器、５０．８６はフレームエ６２はフレームメモリ、６４は符号化コード変換器、８８は補正値発生回路である。Ｄの入力端子、フレームＩＤ（幻（ｂ）（Ｃ）＜ａ）（ｂンＣｃ）

Claims

【特許請求の範囲】

（１）量子化特性の異なる複数の量子化器を、画面毎に
順次用いて画像情報を符号化することを特徴とする画像
符号化装置。
（２）前記複数の量子化器の量子化特性の境界値が量子
化レンジ端を除き互いに異なることを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項記載の画像符号化装置。
（３）前記複数の量子化器は差分値を量子化する非線形
量子化器であり、該複数の量子化器の夫々の量子化代表
値が正負対称であることを特徴とする特許請求の範囲第
（１）項記載の画像符号化装置。
（４）前記複数の量子化器は差分値を量子化する非線形
量子化器であり、該複数の量子化器の量子化特性の境界
値が、前記差分値の零近傍の領域については一致し、差
分値の絶対値の大きい領域については量子化レンジ端を
除き互いに異なることを特徴とする特許請求の範囲第（
１）項記載の画像符号化装置。
（５）量子化特性の異なる複数の量子化器を順次用いて
符号化された画像情報を復号する装置であって、時間的
に隣接する複数の画面の同一画素に対応する複数の符号
について、その対応値の領域が重複した時、該複数の符
号中少なくとも１つの符号の量子化代表値が前記重複し
た領域の値となる様制御することを特徴とする画像復号
化装置。
（６）前記複数の量子化器の量子化特性の全ての境界値
によって分割された領域毎に量子化代表値を出力可能な
逆量子化器と、符号化時の量子化特性に対応する逆量子
化器の出力値とを選択的に用いることによって、前記制
御を行うことを特徴とする特許請求の範囲第（５）項記
載の画像復号化装置。
（７）前記複数の量子化器の量子化特性の全ての境界値
によって分割された領域毎に定められた量子化代表値と
、符号化時の量子化特性に対応する量子化代表値との差
を、符号化時の量子化特性に対応する逆量子化器の出力
に加算することによって、前記制御を行うことを特徴と
する特許請求の範囲第（５）項記載の画像復号化装置。