JPH0711832B2 - High-efficiency image coding device - Google Patents

High-efficiency image coding device

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JPH0711832B2
JPH0711832B2 JP60293019A JP29301985A JPH0711832B2 JP H0711832 B2 JPH0711832 B2 JP H0711832B2 JP 60293019 A JP60293019 A JP 60293019A JP 29301985 A JP29301985 A JP 29301985A JP H0711832 B2 JPH0711832 B2 JP H0711832B2
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vector
bit allocation
signal
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block
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洋一 加藤
直樹 武川
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    • GPHYSICS
    • G06COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06TIMAGE DATA PROCESSING OR GENERATION, IN GENERAL
    • G06T9/00Image coding
    • G06T9/005Statistical coding, e.g. Huffman, run length coding

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、画像信号を効率よく符号化する画像符号方式
に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an image coding method for efficiently coding an image signal.

(従来の技術) 画像信号の高能率符号化法として、画像を複数個のサン
プルから成る小ブロックに区切り、その各小ブロックに
対して離散的コサイン変換等の直交変換を施こし、その
変換係数を符号化伝送する変換符号化方式が知られてい
る。画像信号等のようにブロック内で強い相関性を有す
る信号では直交変換を施した場合、そのほとんどは低次
の変換係数に集中し、次数の高い変換係数になるほど信
号電力成分が大きく減衰する。従って、従来は低次の変
換係数にはきめ細い符号化処理を施こし、逆に高次の変
換係数を粗く符号化し、もしくは全く符号化しないこと
によって情報量圧縮効果の向上が図られている。しか
し、そのように高次の変換係数成分を削減することによ
り再生画像の高周波成分が脱し、解像度が低下するので
再生された画品質の劣化が目立つようになる。圧縮率を
一層高めようとすれば、符号化処理を行わない変換係数
が増えるので、その画品質は許容し難いほど劣化するこ
ととなる。
(Prior Art) As a high-efficiency coding method for image signals, an image is divided into small blocks made up of a plurality of samples, orthogonal transform such as discrete cosine transform is applied to each of the small blocks, and the transform coefficient thereof is applied. A transform coding method for coding and transmitting is known. When a signal having a strong correlation within a block, such as an image signal, is subjected to orthogonal transformation, most of it is concentrated in low-order transform coefficients, and the signal power components are largely attenuated as the order becomes higher. Therefore, conventionally, a low-order transform coefficient is subjected to a fine encoding process, and conversely, a high-order transform coefficient is roughly encoded or not encoded at all, thereby improving the information amount compression effect. . However, by reducing the high-order transform coefficient components in this way, the high-frequency components of the reproduced image are eliminated and the resolution is reduced, so that the deterioration of the reproduced image quality becomes conspicuous. If the compression rate is further increased, the number of transform coefficients that are not subjected to the encoding process increases, so that the image quality is unacceptably deteriorated.

一方、原理的にrate−distortion限界に近い符号化特性
を実現できる符号化法として知られているベクトル量子
化法を直交変換領域で適用する方式が発表されている。
この方式は、良好な符号化特性を得るために、変換係数
が標準的な確率分布で近似しうるという性質を利用して
いる。即ち、この方式では、二次元変換係数F(u,v)
をu+v=constとなる各バンドに分割し、各バンド内
の変換係数の分散値が等しいという仮定のもとでバンド
ごとにベクトル量子化を施こしている。しかし、この方
式は、圧縮率を高めるためにはu+vが大となるバンド
に対しては符号化処理の対象から除外する必要があると
ともにベクトル量子化処理をバンド単位で並列に行わね
ばならず、装置実現上の制約があるという欠点があっ
た。
On the other hand, a method of applying a vector quantization method, which is known as an encoding method that can realize an encoding characteristic close to the rate-distortion limit in principle, in an orthogonal transform domain has been announced.
This method utilizes the property that the transform coefficient can be approximated by a standard probability distribution in order to obtain good coding characteristics. That is, in this method, the two-dimensional conversion coefficient F (u, v)
Is divided into bands in which u + v = const, and vector quantization is performed for each band under the assumption that the variance values of transform coefficients in each band are equal. However, in this method, in order to increase the compression rate, it is necessary to exclude the band in which u + v is large from the target of the encoding process, and the vector quantization process must be performed in parallel in band units. There is a drawback that there are restrictions in realizing the device.

(発明が解決しようとする問題点) 本発明の目的は、このような従来の変換符号化における
高周波成分の脱落によって生ずる画品質の劣化を軽減さ
せるとともに、装置の実現の容易な高能率画像符号化方
式を提供することにある。
(Problems to be Solved by the Invention) An object of the present invention is to reduce deterioration of image quality caused by loss of high-frequency components in such conventional transform coding, and to realize a high-efficiency image code that is easy to realize in the apparatus. It is to provide the system.

(問題点を解決するための手段) 本発明は、上記目的を達成するために、画像信号もしく
は画像信号に対する各種予測誤差信号にブロック単位の
直交変換を施し、ブロック内の変換係数の一部を用いて
ベクトル量子化を行なうとともに、さらにそのベクトル
量子化の量子化残差成分を求め、その量子化残差成分に
対して、統計的性質を考慮して作成されるビット割当て
表に基づいてスカラー量子化するものである。なお、ベ
クトル量子化するということは、ブロック要素数(この
場合はブロック内の画素数)の次元を持つ空間の中で、
そのブロックが存在する部分空間を決定することを意味
する。同じベクトルインデックスを持つブロックは、同
じ部分空間に存在するがゆえに、同じような性質すなわ
ち統計的性質を持つ。例えば、ベクトル量子化が行われ
る画像ブロックの各要素でのベクトル量子化残差成分
を、同じ部分空間に存在する十分多数の画像ブロックに
対して求め、その平均電力を計算すれば、その値は収束
する。そして、同じ部分空間に存在する多くの画像ブロ
ックのベクトル量子化残差成分の電力は、この平均電力
と近い値を持つ。さらに、各部分空間毎のベクトル量子
化残差成分の平均電力は、その部分空間のベクトルイン
デックスと大きな相関を有する。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above-mentioned object, the present invention performs orthogonal transformation in block units on an image signal or various prediction error signals for the image signal, and converts a part of transform coefficients in the block. In addition to performing vector quantization, the quantization residual component of the vector quantization is obtained, and a scalar is calculated based on the bit allocation table created by considering statistical properties for the quantization residual component. It is to quantize. Note that vector quantization means that in a space having the number of block elements (in this case, the number of pixels in a block),
It means to determine the subspace in which the block exists. Blocks with the same vector index have similar or statistical properties because they are in the same subspace. For example, if the vector quantized residual component in each element of the image block on which vector quantization is performed is calculated for a sufficiently large number of image blocks existing in the same subspace, and its average power is calculated, the value is Converge. The power of the vector quantization residual component of many image blocks existing in the same subspace has a value close to this average power. Further, the average power of the vector quantized residual component for each subspace has a large correlation with the vector index of that subspace.

即ち、本発明の高能率画像符号化方式は、画像信号もし
くは画像信号に対する各種予測誤差信号にブロック単位
の直交変換を施す直交変換手段(2)と、前記直交変換
により得られたブロック内の変換係数の一部を用いて、
そのブロックのベクトル量子化を行うベクトル量子化手
段(3,4)と、前記直交変換手段の出力信号とベクトル
量子化手段の出力信号との差を各成分ごとに演算してベ
クトル量子化残差信号を出力するベクトル量子化残差算
出手段(5)と、前記算出したベクトル量子化残差信号
に対して、ブロックごとに与えられるビット割当て表に
基づいてスカラー量子化するスカラー量子化手段(6,
7)とを有することを基本的な構成とするものである。
That is, the high-efficiency image coding system of the present invention comprises an orthogonal transform means (2) for subjecting an image signal or various prediction error signals to the image signal to orthogonal transform in block units, and transform within a block obtained by the orthogonal transform. Using some of the coefficients,
Vector quantization means (3, 4) for performing vector quantization of the block, and a vector quantization residual by calculating the difference between the output signal of the orthogonal transformation means and the output signal of the vector quantization means for each component. Vector quantization residual calculation means (5) for outputting a signal, and scalar quantization means (6) for performing scalar quantization on the calculated vector quantization residual signal based on a bit allocation table given for each block. ,
7) The basic structure is to have and.

(作用) 本発明は、ブロックごとに直交変換されて得られる変換
係数の一部、例えば信号電力のほとんどが集中する低次
成分のみを一括してベクトル量子化し、さらにベクトル
量子化後の残差信号に対しては高次成分も含めて、残差
成分の大きい係数には多くのビットを割当てることを基
本とし、統計的性質に合致するよう予め定められている
ビット割当て表に基づいてスカラー量子化する。このよ
うにベクトル量子化のほかに残差信号に対するスカラー
量子化をも併せて行なうので、信号電力の大きい高周波
成分があっても脱落することがなく画品質劣化を軽減す
ることができるとともに装置規模を縮小化することがで
きる。また、符号化効率を高めるためにはブロックサイ
ズを大きくすることが必要となるが、ブロックサイズを
大きくするとそのための演算回路やメモリが膨大化し、
ベクトル量子化法の適用が現実的に困難になるという従
来の問題を解決することができる。
(Operation) The present invention collectively vector-quantizes only a part of transform coefficients obtained by orthogonally transforming each block, for example, a low-order component on which most of signal power is concentrated, and further residuals after vector quantization. Basically, a large number of bits are assigned to the coefficient with a large residual component including the high-order component for the signal, and the scalar quantum is based on the bit assignment table that is predetermined to match the statistical properties. Turn into. In this way, in addition to vector quantization, scalar quantization for the residual signal is also performed, so even if there is a high-frequency component with a large signal power, it is possible to reduce the deterioration of image quality without dropping out and to reduce the device scale. Can be reduced. In addition, it is necessary to increase the block size in order to improve encoding efficiency, but if the block size is increased, the arithmetic circuit and memory for that increase in size,
It is possible to solve the conventional problem that the application of the vector quantization method is practically difficult.

(実施例) 第1図は本発明の基本実施例を示す図であって、1は信
号入力端子、2は直交変換回路、3はベクトル量子化回
路、4はコードブック記憶回路、5は減算回路、6はス
カラー量子化回路、7はビット割当て表記憶回路、8は
信号出力端子である。
(Embodiment) FIG. 1 is a diagram showing a basic embodiment of the present invention, in which 1 is a signal input terminal, 2 is an orthogonal transformation circuit, 3 is a vector quantization circuit, 4 is a codebook storage circuit, and 5 is subtraction. Reference numeral 6 is a scalar quantization circuit, 7 is a bit allocation table storage circuit, and 8 is a signal output terminal.

信号入力端子1から入力されたN×N画素で構成される
画像ブロックは、直交変換回路2で例えば2次元離散的
コサイン変換が施こされる。変換係数に対しては第2図
に示すように低次の変換係数のみを用いてベクトル量子
化回路3でコードブック記憶回路4を参照して代表ベク
トル(コードワード)に量子化される。コードブック記
憶回路4には第2図に示した低次の変換係数のみを成分
とするベクトルが記憶されており、その記憶されたベク
トルから入力ベクトルとの歪が最小となるベクトルがベ
クトル量子化回路3において選択され、代表ベクトルが
作成され減算回路5へ出力される。ベクトル量子化回路
3は代表ベクトルを示す符号即ち代表ベクトルを識別す
るインデックス信号をビット割当て表記憶回路7および
ベクトル量子化信号出力端子9へ出力する。ビット割当
て表示記憶回路7には、各代表ベクトルを識別するイン
デックス信号毎に、ビット割り当て表が予め作成され記
憶されている。
The image block composed of N × N pixels input from the signal input terminal 1 is subjected to, for example, two-dimensional discrete cosine transform by the orthogonal transform circuit 2. As for the transform coefficient, as shown in FIG. 2, only the low-order transform coefficient is used to quantize into a representative vector (codeword) in the vector quantization circuit 3 with reference to the codebook storage circuit 4. The codebook storage circuit 4 stores a vector having only the low-order transform coefficients shown in FIG. 2 as a component, and the vector having the minimum distortion from the stored vector is the vector quantization. Selected in the circuit 3, a representative vector is created and output to the subtraction circuit 5. The vector quantization circuit 3 outputs a code indicating the representative vector, that is, an index signal for identifying the representative vector, to the bit allocation table storage circuit 7 and the vector quantized signal output terminal 9. In the bit allocation display storage circuit 7, a bit allocation table is created and stored in advance for each index signal that identifies each representative vector.

ビット割り当て表の作成方法を説明する。同じ部分空間
に存在する多くの画像ブロックのベクトル量子化残差成
分の電力は、この平均電力と近い値を持つというベクト
ル量子化残差の統計的性質を利用して、ビット割り当て
表を作成する。すなわち、あるインデックス信号に対応
する画像ブロックを十分多数とる。各々の画像ブロック
での残差の電力を求め、十分多数の画像ブロックについ
ての平均残差電力がRであるとき、各々の画像ブロック
でのスカラー量子化後の誤差電力を求め、十分多数の画
像ブロックについての平均誤差電力がDであるとする
と、その要素での残差を量子化するためのビット割り当
て数(Bビット)を、例えば2B=log2(R/D)を計算し
て求める。各ベクトルインデックス毎に、対応する画像
ブロックの各要素についてこのような計算を行い、各ベ
クトルインデックス毎のビット割り当て表を作成する。
そして減算回路5ではベクトル量子化回路3の入出力ベ
クトル間の差分が求められる。この差分、即ち残差成分
がスカラー量子化回路6で量子化される。スカラー量子
化回路6での各残差成分へのビット割当ては、ビット割
当て表記憶回路7に記憶されているビット割当て表のな
かから、ベクトル量子化回路3の出力するベクトルイン
デックスにより選択されたビット割当て表にもとづいて
行われる。スカラー量子化回路6の出力は、スカラー量
子化信号出力端子8から出力される。
The method of creating the bit allocation table will be described. The bit allocation table is created by using the statistical property of the vector quantization residual that the power of the vector quantization residual component of many image blocks existing in the same subspace has a value close to this average power. . That is, a sufficient number of image blocks corresponding to a certain index signal are taken. The residual power in each image block is determined, and when the average residual power for a sufficient number of image blocks is R, the error power after scalar quantization in each image block is determined to obtain a sufficient number of images. Assuming that the average error power for a block is D, the bit allocation number (B bits) for quantizing the residual in that element is calculated by calculating, for example, 2B = log2 (R / D). Such calculation is performed for each element of the corresponding image block for each vector index, and a bit allocation table for each vector index is created.
Then, the subtraction circuit 5 obtains the difference between the input and output vectors of the vector quantization circuit 3. This difference, that is, the residual component is quantized by the scalar quantization circuit 6. The bit allocation to each residual component in the scalar quantization circuit 6 is performed by selecting the bit selected by the vector index output from the vector quantization circuit 3 from the bit allocation table stored in the bit allocation table storage circuit 7. It is based on the allocation table. The output of the scalar quantization circuit 6 is output from the scalar quantization signal output terminal 8.

第3図は上述のベクトル量子化回路と残差成分のスカラ
ー量子化回路の動作原理を説明するための図である。ま
ず入力ブロックの変換係数の一部(第3図(a)に示さ
れた左上の三角部)である低次成分の変換係数のみがベ
クトル量子化の対象となり、ベクトル量子化される。そ
の量子化においてコードブックに、ベクトル量子化の対
象とならなかった成分を“0"として付加して代表ベクト
ルを構成する(第3図(b))。次に、入力ブロックの
変換係数ベクトルから成分ごとの減算を行い、ベクトル
量子化残差ベクトルを求める(第3図(c))。この残
差ベクトルごとにその残差成分の統計的性質に合致する
よう定めらるビット割当て表(第3図(d))にもとづ
いて量子化される。
FIG. 3 is a diagram for explaining the operation principle of the above vector quantization circuit and the scalar quantization circuit of the residual component. First, only the transform coefficient of the low-order component, which is a part of the transform coefficient of the input block (the upper left triangular portion shown in FIG. 3A), is the target of vector quantization and vector quantization is performed. In the quantization, a component that is not the target of vector quantization is added as “0” to the codebook to form a representative vector (FIG. 3 (b)). Next, each component is subtracted from the transform coefficient vector of the input block to obtain the vector quantized residual vector (FIG. 3 (c)). Quantization is performed for each residual vector based on the bit allocation table (FIG. 3 (d)) that is determined so as to match the statistical properties of the residual component.

第4図は本発明をテレビジョン信号の動き補償フレーム
間符号化に適用した場合の実施例を示す図であって、10
1は信号入力端子、102は走査変換回路、103は動きベク
トル検出回路、104は可変遅延回路、105はフレームメモ
リ、106は遅延回路、107は減算回路、108は有意ブロッ
ク検出回路、109は直交変換回路、110はベクトル量子化
回路、111は減算回路、112はベクトル量子化残差累算回
路、113は符号割当て制御回路、114はスカラー量子化回
路、115,116は加算回路、117は直交逆変換回路、118は
遅延回路、119は多重化回路、120はバッファメモリ、12
1はコードブック記憶回路、122は信号出力端子である。
FIG. 4 is a diagram showing an embodiment in which the present invention is applied to motion compensation interframe coding of a television signal.
1 is a signal input terminal, 102 is a scan conversion circuit, 103 is a motion vector detection circuit, 104 is a variable delay circuit, 105 is a frame memory, 106 is a delay circuit, 107 is a subtraction circuit, 108 is a significant block detection circuit, and 109 is orthogonal. Transform circuit, 110 is a vector quantization circuit, 111 is a subtraction circuit, 112 is a vector quantization residual accumulation circuit, 113 is a code assignment control circuit, 114 is a scalar quantization circuit, 115 and 116 are addition circuits, and 117 is an inverse orthogonal transform. Circuit, 118 delay circuit, 119 multiplexing circuit, 120 buffer memory, 12
Reference numeral 1 is a codebook storage circuit, and 122 is a signal output terminal.

まずラスタ走査順序に従って信号入力端子101より入力
されるディジタル化された画像信号は走査変換回路102
によって、例えば4×4,8×8,16×16等の予め定められ
たブロックサイズに従ってブロック走査順序に並べ替え
られる。ブロック化された画像信号は動きベクトル検出
回路103に入力され、フレームメモリ105に記憶されてい
る前フレームの再生画像を参照にしてブロック単位にフ
レーム間の被写体の変位を示す動きベクトルが検出され
る。可変遅延回路104では検出された動きベクトルにも
とづきフレーム間予測に用いるフレームメモリ105から
の参照画像ブロックを遅延させて減算回路107に出力す
る。一方走査変換回路102からの画像ブロックは遅延回
路106において動きベクトル検出に要する演算遅延時間
と可変遅延回路104の遅延時間の和に相当する時間だけ
遅延されて、対応する前フレーム中の参照画像ブロック
と遅延調整された状態で減算回路107に入力される。減
算回路107ではブロック内の画素単位に減算が行なわ
れ、その減算結果を用いて有意ブロック検出回路108で
符号化・伝送すべき画像ブロックが選択される。例えば
減算結果のブロック内絶対値累積和が小さく無効ブロッ
クと識別された画像ブロックに対しては無効ブロックを
示す識別符号のみが伝送され、以後の符号化処理は適用
されない。有意ブロックに対しては直交変換回路109に
おいて直交変換が行われる。ベクトル量子化回路110で
は有意ブロックに対してコードブック記憶回路121に記
憶されている代表ベクトル(コードワード)との間でブ
ロックマッチング処理を行い、両者間の距離が最小とな
る代表ベクトルを示す符号(ベクトルインデックス)を
多重化回路119に送出するとともに選択された代表ベク
トルを減算回路111へ送出する。また、代表ベクトルを
示す符号は符号割当て制御回路113へも送出する。減算
回路111ではベクトル量子化回路110の入出力ベクトル間
で係数成分単位の減算が行われ、減算結果のベクトル量
子化残差信号が次段のスカラー量子化回路114へ送られ
る。同時に、ベクトル量子化残差信号は残差累積回路11
2に送られ、例えば成分毎の残差信号の電力を累算して
累算値を求める。そして適当な周期で累算値を累算回路
で割ることにより、成分毎に平均残差電力を適当な周期
毎に求め直して修正する。このベクトル量子化インデッ
クス毎および成分毎に求められた平均残差電力は多重化
回路119を通じて受信側に送られるのと同時に、再計算
されるまでは値を保持する。バッファメモリ120から、
バッファメモリ中のデータ量を取得され、その値が多い
場合は平均誤差電力Dを大きく修正し、小さい場合は平
均誤差電力Dを小さく修正する。
First, the digitized image signal input from the signal input terminal 101 in accordance with the raster scanning order is the scan conversion circuit 102.
According to the predetermined block size such as 4 × 4, 8 × 8, 16 × 16, etc., the blocks are rearranged in the block scanning order. The blocked image signal is input to the motion vector detection circuit 103, and the motion vector indicating the displacement of the subject between frames is detected in block units with reference to the reproduced image of the previous frame stored in the frame memory 105. . The variable delay circuit 104 delays the reference image block from the frame memory 105 used for inter-frame prediction based on the detected motion vector and outputs it to the subtraction circuit 107. On the other hand, the image block from the scan conversion circuit 102 is delayed by the delay circuit 106 for a time corresponding to the sum of the calculation delay time required for motion vector detection and the delay time of the variable delay circuit 104, and the corresponding reference image block in the previous frame. And is input to the subtraction circuit 107 in a state where the delay is adjusted. The subtraction circuit 107 performs the subtraction for each pixel in the block, and the significant block detection circuit 108 uses the subtraction result to select the image block to be encoded / transmitted. For example, for an image block that has a small cumulative sum of absolute values in the block as a result of subtraction and is identified as an invalid block, only the identification code indicating the invalid block is transmitted, and the subsequent encoding process is not applied. The orthogonal transformation circuit 109 performs orthogonal transformation on the significant blocks. The vector quantization circuit 110 performs a block matching process on the significant block with the representative vector (codeword) stored in the codebook storage circuit 121, and a code indicating the representative vector with which the distance between them is minimized. The (vector index) is sent to the multiplexing circuit 119, and the selected representative vector is sent to the subtraction circuit 111. The code indicating the representative vector is also sent to the code assignment control circuit 113. The subtraction circuit 111 performs subtraction in coefficient component units between the input and output vectors of the vector quantization circuit 110, and the vector quantization residual signal of the subtraction result is sent to the scalar quantization circuit 114 at the next stage. At the same time, the vector quantized residual signal is transferred to the residual accumulation circuit 11
2, the residual signal power of each component is accumulated to obtain an accumulated value. Then, by dividing the accumulated value by an accumulator circuit at an appropriate cycle, the average residual power for each component is recalculated and corrected at an appropriate cycle. The average residual power obtained for each vector quantization index and each component is sent to the receiving side through the multiplexing circuit 119 and, at the same time, holds the value until it is recalculated. From the buffer memory 120,
When the amount of data in the buffer memory is acquired and the value is large, the average error power D is corrected largely, and when it is small, the average error power D is corrected small.

そしてブロック毎にベクトル量子化インデックスが決定
される。それに対応する成分毎の修正された平均残差電
力値Rと修正された平均誤差電力Dの値から、例えば2B
=log2(R/D)を計算することにより、その成分の残差
をスカラー量子化するためのビット数Bを修正する。ス
カラー量子化回路114ではベクトル量子化残差信号をビ
ット割当て表にもとづいて係数単位に量子化し、その量
子化レベルを表す符号を多重化回路119へ送出する。ま
た量子化出力信号には加算回路115においてベクトル量
子化回路110で選択された代表ベクトルが加算された
後、直交逆変換回路117において変換領域から画像領域
に変換することにより、有意ブロックに対する動き補償
フレーム間差分信号が再生される。さらに加算回路116
では動き補償された前フレーム中の参照ブロックがブロ
ックあたりの符号化処理時間に相当するだけの遅延時間
を有する遅延回路118を経て加算され、入力信号が再生
される。再生画像ブロックはフレームメモリ105に記憶
され、次フレーム画像の動き補償フレーム間予測参照画
像ブロックとして用いられる。
Then, the vector quantization index is determined for each block. From the values of the corrected average residual power value R and the corrected average error power D for each corresponding component, for example, 2B
= Log2 (R / D) to modify the number of bits B for scalar quantizing the residual of that component. The scalar quantization circuit 114 quantizes the vector quantized residual signal in coefficient units based on the bit allocation table, and sends a code indicating the quantization level to the multiplexing circuit 119. Also, after adding the representative vector selected by the vector quantization circuit 110 in the addition circuit 115 to the quantized output signal, the orthogonal inverse transform circuit 117 transforms the transformed region into the image region, thereby performing motion compensation for the significant block. The inter-frame difference signal is reproduced. Further addition circuit 116
Then, the motion-compensated reference block in the previous frame is added through the delay circuit 118 having a delay time corresponding to the encoding processing time per block, and the input signal is reproduced. The reproduced image block is stored in the frame memory 105 and used as a motion-compensated inter-frame prediction reference image block of the next frame image.

多重化回路119では、動きベクトル、有意/無意ブロッ
ク識別、ベクトルインデックス、ビット割当て制御符
号、および変換係数ごとの量子化レベルを示す符号化が
時分割多重化されたバッファメモリ120へ送出される。
バッファメモリ120はブロック単位を不均一に発生する
符号を記憶するとともに信号出力端子122を介して伝送
路へ一定速度で送出する。また、バッファメモリ内の記
憶情報量を監視し、その状態を示す制御信号を符号割当
て制御回路113へ送出する。
In the multiplexing circuit 119, the motion vector, the significant / insignificant block identification, the vector index, the bit allocation control code, and the coding indicating the quantization level for each transform coefficient are sent to the time-division multiplexed buffer memory 120.
The buffer memory 120 stores a code generated non-uniformly in block units, and sends the code to the transmission path through the signal output terminal 122 at a constant speed. It also monitors the amount of information stored in the buffer memory and sends a control signal indicating that state to the code allocation control circuit 113.

なお、本発明におけるベクトル量子化回路を適用するベ
クトルの構成法は任意であり、必らずしも第2図に示し
た例に限定されない。例えば、直流成分F(0,0)は最
も信号電力が高く、符号化画品質を高めるには直流成分
を分離し、これをきめ細かく符号化することが行われる
が、この場合にもF(0,0)をベクトル量子化に用いる
変換係数から除外し、第2段のスカラー量子化回路での
ビット割当て数を多くとることにより同等以上の符号化
効率の得られることは容易に類推できる。
The vector construction method to which the vector quantization circuit according to the present invention is applied is arbitrary and is not necessarily limited to the example shown in FIG. For example, the DC component F (0,0) has the highest signal power, and in order to improve the encoded image quality, the DC component is separated and finely encoded, but in this case also, F (0 , 0) is excluded from the transform coefficients used for vector quantization, and the number of bit allocations in the scalar quantization circuit of the second stage is increased, it can be easily analogized that the same or higher coding efficiency can be obtained.

(発明の効果) 以上説明したように、本発明は画像信号の有する相関性
を利用することにより直交変換領域で有効なベクトル・
スカラー量子化法を構成し、画像信号の局所的統計量に
追随した符号化が可能となり、高周波成分の欠落等によ
る画品質劣化を軽減できる。また、圧縮率を高めるため
に符号化処理単位となるブロックサイズを拡大する必要
がある場合にも容易に適用可能であるから、テレビ会議
画像等を対象とした高圧縮フレーム間符号化方式に適用
できるという利点がある。
(Effects of the Invention) As described above, the present invention utilizes the correlations of image signals to obtain effective vector vectors in the orthogonal transform domain.
The scalar quantization method is configured to enable coding that follows the local statistics of the image signal, and reduce image quality deterioration due to missing high frequency components. Further, since it can be easily applied when it is necessary to increase the block size which is the encoding processing unit in order to increase the compression rate, it is applied to the high compression interframe encoding method for video conference images and the like. There is an advantage that you can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の基本的な実施例を示す図である。第2
図は直交変換係数のうちベクトル量子化の対象とする低
次成分の例を示す図である。第3図はベクトル量子化残
差信号に対するスカラー量子化法を説明するための図
で、同図(a)は入力ブロックの変換係数、同図(b)
は代表ベクトル、同図(c)は変換係数の残差、同図
(d)はビット割当てを示す図である。第4図は本発明
を動き補償フレーム間符号化方式に適用した場合の実施
例を示す図である。 1……信号入力端子、2……直交変換回路、3……ベク
トル量子化回路、4……コードブック記憶回路、5……
減算回路、6……スカラー量子化回路、7……ビット割
当て表記憶回路、8……信号出力端子、9……ベクトル
量子化信号出力端子、101……信号入力端子、102……走
査変換回路、103……動きベクトル検出回路、104……可
変遅延回路、105……フレームメモリ、106……遅延回
路、107……減算回路、108……有意ブロック識別回路、
109……直交変換回路、110……ベクトル量子化回路、11
1……減算回路、112……ベクトル量子化残差累算回路、
113……符号割当て制御回路、114……スカラー量子化回
路、115……加算回路、116……加算回路、117……直交
逆変換回路、118……遅延回路、119……多重化回路、12
0……バッファメモリ、121……コードブック記憶回路、
122……信号出力端子。
FIG. 1 is a diagram showing a basic embodiment of the present invention. Second
The figure is a diagram showing an example of a low-order component which is a target of vector quantization in the orthogonal transform coefficient. FIG. 3 is a diagram for explaining a scalar quantization method for vector quantized residual signals. FIG. 3A is a transform coefficient of an input block, and FIG.
Is a representative vector, FIG. 7C is a residual of transform coefficients, and FIG. 7D is a diagram showing bit allocation. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment when the present invention is applied to a motion compensation interframe coding system. 1 ... Signal input terminal, 2 ... Orthogonal transformation circuit, 3 ... Vector quantization circuit, 4 ... Codebook storage circuit, 5 ...
Subtraction circuit, 6 ... Scalar quantization circuit, 7 ... Bit allocation table storage circuit, 8 ... Signal output terminal, 9 ... Vector quantized signal output terminal, 101 ... Signal input terminal, 102 ... Scan conversion circuit , 103 ... motion vector detection circuit, 104 ... variable delay circuit, 105 ... frame memory, 106 ... delay circuit, 107 ... subtraction circuit, 108 ... significant block identification circuit,
109 ... Orthogonal transformation circuit, 110 ... Vector quantization circuit, 11
1 ... Subtraction circuit, 112 ... Vector quantization residual accumulation circuit,
113 ... Code assignment control circuit, 114 ... Scalar quantization circuit, 115 ... Addition circuit, 116 ... Addition circuit, 117 ... Orthogonal inverse transformation circuit, 118 ... Delay circuit, 119 ... Multiplexing circuit, 12
0 …… buffer memory, 121 …… codebook storage circuit,
122 …… Signal output terminal.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H04N 7/137 Z Continuation of front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display area H04N 7/137 Z

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】画像信号もしくは画像信号に対する各種予
測誤差信号を入力ブロックとして直交変換を施してブロ
ックの成分毎に変換係数を求める直交変換手段と、 該変換係数を用いて前記ブロックをベクトル量子化して
代表ベクトルを得るベクトル量子化手段と、 前記変換係数と該代表ベクトルとの差を前記ブロックの
各成分毎に演算してベクトル量子化残差信号を求めるベ
クトル量子化残差算出手段と、 該ベクトル量子化残差信号を、前記代表ベクトルに対応
するビット割り当て表に基づいて前記ブロックの各成分
毎にスカラー量子化するスカラー量子化手段と、 を有することを特徴とする高能率画像符号化装置。
1. An orthogonal transform means for performing an orthogonal transform using an image signal or various prediction error signals for the image signal as an input block to obtain a transform coefficient for each component of the block, and vector quantizing the block using the transform coefficient. Vector quantization means for obtaining a representative vector, and vector quantization residual calculation means for calculating a difference between the transform coefficient and the representative vector for each component of the block to obtain a vector quantization residual signal, A high-efficiency image encoding device, comprising: a scalar quantization unit configured to perform scalar quantization on the vector quantized residual signal for each component of the block based on a bit allocation table corresponding to the representative vector. .
【請求項2】前記ベクトル量子化手段が、 低次の変換係数のみを成分とするベクトルを内容とする
コードブックが記憶されたコードブック記憶手段と、 該コードブックから入力ブロックベクトルとの歪が最小
となるベクトルを選択し、該ベクトルにブロック内の前
記低次の変換係数以外の変換係数の成分を「0」として
付加して代表ベクトル信号として出力するともに、その
代表ベクトル信号を識別するベクトルインデックス信号
を出力する手段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載の高能率画像符号化装置。
2. The vector quantizing means stores codebook storing means for storing a codebook having a vector containing only low-order transform coefficients as components, and distortion between the codebook and an input block vector is generated. A vector that selects the smallest vector, adds components of the transform coefficient other than the low-order transform coefficient in the block as "0" and outputs it as a representative vector signal, and identifies the representative vector signal. A high-efficiency image coding apparatus according to claim 1, further comprising: a unit that outputs an index signal.
【請求項3】前記スカラー量子化手段が、 前記代表ベクトルごとの前記ベクトル量子化残差信号の
統計的性質に合致するように定められた、代表ベクトル
ごとのビット割当て表を記憶する手段と、 前記ベクトルインデックス信号に基づいてビット割当て
表を選択する手段と、 前記ブロックの各成分毎に該ビット割当て表に従ったビ
ット割当てにより前記ベクトル量子化残差信号をスカラ
ー量子化する手段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記
載の高能率画像符号化装置。
3. A means for storing the bit allocation table for each representative vector, the scalar quantization means storing a bit allocation table for each representative vector, the bit allocation table being determined so as to match the statistical property of the vector quantized residual signal for each representative vector. Means for selecting a bit allocation table based on the vector index signal, and means for scalar quantizing the vector quantization residual signal by bit allocation for each component of the block according to the bit allocation table. The high-efficiency image coding apparatus according to claim (2), characterized in that.
【請求項4】前記スカラー量子化手段が、 前記代表ベクトルごとの前記ベクトル量子化残差信号の
統計的性質に合致するように定められた、代表ベクトル
ごとのビット割当て表を記憶する手段と、 前記ベクトルインデックス信号に基づいてビット割当て
表を選択する手段と、 前記ベクトル量子化残差信号に基づいて前記ビット割当
て表を修正する手段と、 前記ブロックの各成分毎に該ビット割当て表に従ったビ
ット割当てにより前記ベクトル量子化残差信号をスカラ
ー量子化する手段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記
載の高能率画像符号化装置。 (5)前記スカラー量子化手段が、 スカラー量子化した信号をバッファメモリに記憶し、記
憶情報量の監視状態を示す制御信号を発生する手段と、 前記代表ベクトルごとの前記ベクトル量子化残差信号の
統計的性質に合致するように定められた、代表ベクトル
ごとのビット割当て表を記憶する手段と、 前記ベクトルインデックス信号に基づいてビット割当て
表を選択する手段と、 前記ベクトル量子化残差信号の電力を累算して累算値を
出力する手段と、 該制御信号と該累算値に基づいて該ビット割当て表を修
正する手段と、 前記ブロックの各成分毎に該ビット割当て表に従ったビ
ット割当てにより前記ベクトル量子化残差信号をスカラ
ー量子化する手段と、 を有することを特徴とする特許請求の範囲第(2)項記
載の高能率画像符号化装置。
4. A means for storing the bit allocation table for each representative vector, the scalar quantization means storing a bit allocation table for each representative vector, which is determined so as to match the statistical property of the vector quantized residual signal for each representative vector. Means for selecting a bit allocation table based on the vector index signal, means for modifying the bit allocation table based on the vector quantized residual signal, and according to the bit allocation table for each component of the block A means for scalar-quantizing the vector quantization residual signal by bit allocation, and the high-efficiency image encoding device according to claim (2). (5) The scalar quantization means stores the scalar-quantized signal in a buffer memory and generates a control signal indicating the monitoring state of the stored information amount; and the vector quantized residual signal for each representative vector. Is determined to match the statistical properties of, means for storing a bit allocation table for each representative vector, means for selecting a bit allocation table based on the vector index signal, of the vector quantization residual signal Means for accumulating power and outputting an accumulated value, means for modifying the bit allocation table based on the control signal and the accumulated value, and according to the bit allocation table for each component of the block A means for scalar-quantizing the vector quantization residual signal by bit allocation, and a high-efficiency image coding apparatus according to claim (2). Place
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