JP2002209219A - 動画像情報の圧縮方法およびそのシステム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 画像情報の予測符号が可能なデータを高い圧
縮率で且つ高速で圧縮処理できると同時に、画質の向上
をも図ることのできる動画像情報の圧縮方法およびその
システムを提供する。 【解決手段】 本発明の第１の態様は、フレーム間圧縮
処理の前に、フレーム内の画像をブロック分割し、分割
された各ブロックを、該ブロック内の画素の３つの要素
によって定義される単一の平面として近似（置換）させ
るものである。第２の態様は、原画像と圧縮後に伸長し
た画像における画素同士を互いに比較して各ピクセル要
素の差分情報を出力させ、パラメータよりも大きい差分
が生じるピクセル要素が存在した場合に、より小さいブ
ロックサイズを適用するものである。第３の態様は、空
間的にブロック分割したそれぞれのＩブロックを各フレ
ーム間の時間軸方向に分散させる際、フレーム間の差分
が指定期間内に発生して更新されたフレーム内のブロッ
ク位置には、Ｉブロックを挿入しないものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報の予測符
号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理で
きると同時に、画質の向上をも図ることのできる動画像
情報の圧縮方法およびそのシステムに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来においては、画像信号を一旦別の信
号に変換し、次にその変換された信号の統計的な性質を
利用して、適当な符号を割り当てて符号化伝送を行なう
のが通例である。この場合、１フレーム内の冗長度、例
えば規則正しい模様の画像や平坦な画像では、隣接する
画素の間の相関が強いので既に符号化された画素の値か
ら次に符号化すべき画素の値をある程度予測でき、予測
できなかった成分だけを抽出して符号化することにより
大幅な情報圧縮を行なわせる、所謂予測符号化が行なわ
れている。

【０００３】また、例えばテレビ電話等の動画像では、
相続くフレームの画像が非常に似ており時間的な変化が
限られていることが多く、このような時間的な冗長度は
フレームにまたがる予測を用いたフレーム間予測符号化
により除去できるものとされている。このとき、一般的
には１個のシンボルに１個の符号語を割り当てるブロッ
ク符号を採用し、１フレームをそれより小さな画素ブロ
ックに分割し、それぞれのブロック内では輝度の差が小
さくなる性質を利用して情報圧縮に利用する、所謂ブロ
ック符号化処理を採用している。

【０００４】さらに、変換信号に効率の良い符号を割り
当ててデータ圧縮を実現させる、所謂エントロピー符号
化と、効率的な符号作成方法としてハフマン符号化法が
知られている。その代表的なものとして算術符号があ
り、これはシンボル系列の出現確率に応じて確率数直線
を区分分割し、分割された区間内の位置を示す２進小数
値をその系列に対する符号とするものであり、符号語を
算術演算により逐次的に構成していくものである。

【０００５】加えて、従来においては、画像信号を効率
的にコード化する３ステップのブロックコード化システ
ムは、サンプリング、変換および定量化よりなってい
る。このときの画像信号の平面的な解像度および高周波
成分を保持するためには、通常その周波数の最も高い周
波数成分の２倍の速度でサンプリングする必要がある。

【０００６】一方、ＭＰＥＧにおいては、情報量の多い
動画像を圧縮するために、できるだけ符号化効率を高く
することが好ましい。このため、従来においては、符号
化済みの時間的に過去の画像信号のみを予測信号として
用いる前方向予測（Ｐフレームによる処理）と、過去の
画像信号に加えて時間的に未来の画像信号をも予測信号
として用いる双方向予測（Ｂフレームによる処理）が存
在する。また、従来のフレーム間予測符号化は、入力画
像信号と予測画像信号との差分信号が伝送され、復元側
では伝送されてきた差分信号と、既に復元されている予
測画像信号とを加えることで原画像を復元する。このよ
うに復元側では、予測画像信号が用意されていなければ
フレーム間の復元が不可能となる。このため、過去と未
来の画像信号を予測信号として使用せずに、フレーム内
符号化で処理されるＩフレーム（フレームだけで画像が
完成する基準フレーム）をフレーム間の予測画像として
採用し、これを一定周期毎にフレーム列に挿入すること
で、画像の途中からの再生やデータエラーに対応させて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
画像信号情報圧縮方式では、煩雑なブロック符号化法を
使用しているため、画像情報、音声情報等の予測符号が
可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理を行な
うことが困難であった。また、動画像圧縮処理におい
て、通常差分情報を圧縮する場合、すなわち、Ａ１とＡ
２とが近い値と予想され且つＡ２の情報以前にＡ１の値
を知り得る場合において、Ａ２−Ａ１を０近傍の生起確
率が高いと見なして従来のハフマン符号や算術符号等を
使い圧縮する方法がとられているため、Ａ１、Ａ２の取
り得る値が０〜ｎとすると、差分Ａ２−Ａ１の取り得る
範囲は２ｎ＋１通りとなり、２ｎ＋１通りのハフマン符
号語を準備しなければならない。しかし、実際にＡ２の
取り得る値はｎ通りであり、ｎ通りの符号は局所的に見
ると使用されず、そのためそれだけ冗長な符号となる。
さらに、フレーム間の差分を大きくとると画質の劣化が
激しくなり、良質な画像が得られない等の問題点を有し
ていた。

【０００８】この他、ブロックサイズを大きくした場合
には、圧縮率は向上するが、原画のディテールが失わ
れ、画質が劣化する。特に、一定色の背景と、大きく輝
度が異なる細い線で構成されるような原画の場合、細い
線が全く失われてしまうような現象が発生していた。

【０００９】さらに、ＭＰＥＧにおいて、フレーム列に
定期的に挿入されるＩフレームは、フレーム内符号化で
処理されるため、フレーム間の差分をとって符号化され
るフレーム間符号化に比べて符号化効率が悪く、発生情
報量が多くなることから、例えば高速通信回線が使用で
きない場合には、Ｉフレームの挿入頻度に制限がある。
また、Ｉフレームのデータ量は他の差分フレームに比べ
て２〜１０倍と大きいため、通信において要求される一
定ビットレート性に反する方式である。すなわち、従来
においては、定期的にＩフレームをフレーム列に挿入し
ているため、処理時間がかなり長くなり、復元画像の表
示が大幅に遅延している。しかも、それ自身のデータ量
が大きいため、回復不可能なデータエラーがＩフレーム
に生じる確率が高くなる。また、そのエラーの結果「基
準」であるＩフレームの再生（デコード）が不可能にな
った場合に、特別の工夫を行なっていなければ次のＩフ
レームまで再生が中断してしまう。例えば、画像の再生
において、何らかの原因でデータエラーが発生した場
合、その小さな影響が拡大して多数のフレーム全体に影
響を及ぼし、最悪の場合は再生が中断してしまう。さら
に、Ｉフレームを一定間隔で挿入する従来の方式におい
ては、任意の時間的位置のフレームから再生を開始させ
る場合に、先ず直近のＩフレームを何らかの手段によっ
てサーチし、そこから画像を再生し、目的の時間的位置
のフレームに達してから再生画面を表示する必要があ
り、このＩフレームのサーチが非常に手間の掛かるもの
であった。一方、上述した種々の弊害に対応する特別の
工夫を行なえば、デコード処理系の負荷は当然増大す
る。加えて、再生処理においてもＩフレームの再生は負
荷が高く、Ｉフレームの処理能力を満たすための機能が
処理系に要求されてしまう。

【００１０】そこで本発明は、叙上のような従来存した
問題点に鑑み創出されたもので、画像情報、音声情報等
の予測符号が可能なデータを、高い圧縮率で且つ高速で
圧縮処理できると同時に、画質の向上をも図ることので
きる動画像情報の圧縮方法およびそのシステムを提供す
ることを第１の目的とする。

【００１１】また、ブロックサイズを大きくして圧縮率
を向上させた場合であっても、原画のディテールが失わ
れず、画質が劣化することのない動画像情報の圧縮方法
およびそのシステムを提供することを第２の目的とす
る。

【００１２】さらに、再生時でのデータエラーの発生に
よる影響がフレーム全体に及んだり、これによって再生
が中断することを防止し、しかも任意の時間的位置のフ
レームから再生を開始させる場合に、従来の如くまず直
近のＩフレームを何らかの手段によってサーチし、そこ
から画像を再生するというような手間の掛かる処理操作
を省いて、任意の時間的位置の再生画面を容易に表示す
ることのできる動画像情報の圧縮方法およびそのシステ
ムを提供することを第３の目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】このため、本発明の第１
の態様である動画像情報の圧縮方法においては、空間的
に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣
接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピ
クセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報
が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又は
それ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、
該ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きい
部分の情報の圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減
する動画像情報の圧縮方法であって、フレーム間圧縮処
理の前に、フレーム内の画像をブロック分割し、分割さ
れた各ブロックを、該ブロック内の画素の３つの要素に
よって定義される単一の平面として近似（置換）させた
ことで、上述した課題を解決した。

【００１４】また、フレーム間圧縮処理の前に、フレー
ム内の画像をブロック分割し、分割された各ブロック
を、該ブロック内の画素の３つの要素によって定義され
る単一の平面として近似（置換）させ、該平面をパラメ
ータとして用いてフレーム内圧縮処理を行なうことで、
同じく上述した課題を解決した。

【００１５】一方、本発明の第１の態様である動画像情
報の圧縮システムにおいては、空間的に隣接したフレー
ム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間
における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分
情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラ
メータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分で
あるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情
報記録手段と、該ビット・マップ情報記録手段によって
保存されたパラメータよりも大きい部分の情報の圧縮処
理を行なうことで冗長な情報を削減する情報圧縮手段と
を含む動画像情報の圧縮システムであって、フレーム間
圧縮処理の前に、フレーム内の画像をブロック分割し、
分割された各ブロックを、該ブロック内の画素の３つの
要素によって定義される単一の平面として近似（置換）
させるブロック近似手段を有し、該ブロック近似手段に
よって得られた平面をパラメータとして用いてフレーム
内圧縮を行なうことで、同じく上述した課題を解決し
た。

【００１６】本発明の第２の態様である動画像情報の圧
縮方法においては、フレーム内圧縮処理は、画像全体を
フレーム内圧縮に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の
整数）のブロックで圧縮して、原画像と圧縮後に伸長し
た画像における画素同士を互いに比較して各ピクセル要
素の差分情報を出力させ、パラメータよりも大きい差分
が生じるピクセル要素が存在した場合に、そのピクセル
要素を含む部分及びその周囲の部分に、より小さいブロ
ックサイズを適用する操作を、指定された最小ブロック
単位まで繰り返すことで、同じく上述した課題を解決し
た。

【００１７】一方、本発明の第２の態様である動画像情
報の圧縮システムにおいては、ブロック近似手段におい
て、フレーム内圧縮処理は、画像全体をフレーム内圧縮
に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）のブロッ
クで圧縮して、原画像と圧縮後に伸長した画像における
画素同士を互いに比較して各ピクセル要素の差分情報を
出力させ、パラメータよりも大きい差分が生じるピクセ
ル要素が存在した場合に、そのピクセル要素を含む部分
及びその周囲の部分に、より小さいブロックを適用する
操作を、指定された最小ブロック単位まで繰り返すこと
で、同じく上述した課題を解決した。

【００１８】本発明の第３の態様である動画像情報の圧
縮方法においては、フレーム内符号化で処理されるＩフ
レーム（フレームだけで画像が完成する基準フレーム）
を採用し、このＩフレームを予め空間的にブロック分割
し、この分割したＩブロックを各フレーム間の時間軸方
向に分散させる際、フレーム間の差分が指定期間内に発
生して更新されたフレーム内のブロック位置には、Ｉブ
ロックを挿入しないことで、同じく上述した課題を解決
した。

【００１９】一方、本発明の第３の態様である動画像情
報の圧縮システムにおいては、フレーム内符号化で処理
されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成する基準
フレーム）を採用し、このＩフレームを予め空間的にブ
ロック分割し、この分割したＩブロックを各フレーム間
の時間軸方向に分散させるＩブロック挿入手段を有し、
このＩブロック挿入手段は、フレーム間の差分が指定期
間内に発生して更新されるフレーム内のブロック位置に
は、Ｉブロックを挿入しないことで、同じく上述した課
題を解決した。

【００２０】本発明の第１の態様である動画像情報の圧
縮方法およびそのシステムの基本構造は、予めフレーム
内画像をブロック分割し、その分割されたブロックの全
てを、各ブロックのピクセル要素の大きさ、ブロックの
ｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデータ
で定義された単一の平面として近似（置換）させ、該平
面をパラメータとして用いてフレーム内圧縮処理を効率
良く行なうものである。

【００２１】また、本発明の第２の態様である動画像情
報の圧縮方法およびそのシステムの基本構造は、画像全
体をフレーム内圧縮に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以
上の整数）のブロックで圧縮して、原画像と圧縮後に伸
長した画像における画素同士を互いに比較して各ピクセ
ル要素の差分情報を出力させ、パラメータよりも大きい
差分が生じるピクセル要素が存在した場合に、そのピク
セル要素を含む部分及びその周囲の部分に、より小さい
ブロックサイズを適用する操作を、指定された最小ブロ
ック単位まで繰り返すことで、ブロックサイズを大きく
して圧縮率を向上させた場合であっても、原画のディテ
ールが失われず、画質が劣化することを防止するもので
ある。

【００２２】さらに、本発明の第３の態様である動画像
情報の圧縮方法およびそのシステムの基本構造は、予め
Ｉフレームを空間的にブロック分割し、この分割したＩ
ブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる際、
フレーム間の差分が発生して更新されたフレーム内のブ
ロック位置には、Ｉブロックを挿入しないので、画像の
再生に際し、１画面が完全に完成する予め定められたフ
レーム数の前から再生を開始し、目的の時間的位置のフ
レームに達してから再生画面を表示すれば良く、手間の
掛かるＩフレームのサーチ処理を行なわなくても、任意
の時間的位置の再生画面を容易に表示できるものであ
る。

【００２３】加えて、動画配信に際し、配信サーバ並び
にデータ通信経路において、配信データ量が時間的に均
一化するため、従来の技術を用いたコンテンツを配信す
る場合よりも高い配信性能が得られる。また、受信・再
生側においては、単位時間当たりの受信量変動が小さく
なるため、バッファリングに必要なメモリ量を削減で
き、再生負荷も一定化することから、能力の低いシステ
ムであっても安定した再生が可能となる。加えて、デー
タエラーの再生に対する影響が小さいので、データエラ
ーを無視して再生を続行することが可能となり、これに
よって配信側のシステムにおけるデータの再送を不要と
し、且つ配信側の負荷を低減できる。さらに、マルチキ
ャスト配信等による動画像放送が容易に実現できるもの
である。

【００２４】

【発明の実施の形態】まず、本発明の第１の態様である
動画像情報の圧縮方法について説明する。すなわち、本
発明は、空間的に隣接したフレーム内における画素同士
又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互
いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力
された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい
部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・
マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメ
ータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なうこと
で冗長な情報を削減する動画像情報の圧縮方法であっ
て、フレーム間圧縮処理の前に、フレーム内の画像をブ
ロック分割し、分割された各ブロックを、該ブロック内
の画素の３つの要素によって定義される単一の平面とし
て近似（置換）させるものである。

【００２５】また、フレーム間圧縮処理の前に、フレー
ム内の画像をブロック分割し、分割された各ブロック
を、該ブロック内の画素の３つの要素によって定義され
る単一の平面として近似（置換）させ、該平面をパラメ
ータＰとして用いてフレーム内圧縮処理を行なうもので
ある。

【００２６】さらに、ビット・マップへ保存されたパラ
メータＰよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画
素として処理（削除）するものである。

【００２７】また、画素の３つの要素によって定義され
る単一の平面を構成するための近似方法として、平均又
は最小二乗法を用いるものである。

【００２８】加えて、フレーム内圧縮処理において、平
面は、ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロ
ックのｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つの
データで定義されるものである。

【００２９】また、ビット・マップに保存された情報
は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修
正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選
択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって
情報圧縮されるものである。

【００３０】この他、パラメータＰよりも大きい部分の
情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハ
フマン符号化処理によって情報圧縮されるものである。

【００３１】また、エントロピー符号化によって、フレ
ーム間について冗長な情報をさらに削減するものであ
る。

【００３２】このエントロピー符号化は、予測情報数の
ハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づい
て選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハ
フマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有
し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテ
ーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によっ
て行なわれるものである。

【００３３】そして、ピクセル要素の差分情報を用いる
ものである。

【００３４】また、差分情報は、フレーム間における画
素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分である。

【００３５】さらに、フレーム間におけるｎ×ｍ画素
（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱っ
たそれぞれの画素同士を比較して出力された差分情報を
用いるものである。

【００３６】また、フレーム内におけるｎ×ｍ画素
（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱
い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比
較して出力された差分の情報を用いるものである。

【００３７】加えて、フレーム間におけるｎ×ｍ画素に
おいて、ｎは２のＫ乗（Ｋは自然数）、ｍは２のＫ’乗
（Ｋ’は自然数）である。

【００３８】また、フレーム間圧縮処理の前に、分割ブ
ロックサイズが同一フレーム内で変化するフレーム内圧
縮処理を行なうものである。

【００３９】次に、本発明の第１の態様である動画像情
報の圧縮システムについて説明する。

【００４０】すなわち、本発明は、空間的に隣接したフ
レーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレー
ム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の
差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられた
パラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の
部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マ
ップ情報記録手段４と、該ビット・マップ情報記録手段
４によって保存されたパラメータＰよりも大きい部分の
情報の圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減する情
報圧縮手段５とを含む動画像情報の圧縮システムであっ
て、フレーム間圧縮処理の前に、フレーム内の画像をブ
ロック分割し、分割された各ブロックを、該ブロック内
の画素の３つの要素によって定義される単一の平面とし
て近似（置換）させるブロック近似手段を有し、該ブロ
ック近似手段によって得られた平面をパラメータＰとし
て用いてフレーム内圧縮を行なうものである。

【００４１】また、情報圧縮手段５は、ビット・マップ
情報記録手段４で保存されたパラメータＰよりも大きく
ない部分の情報を変化の無い画素として処理（削除）す
るものである。

【００４２】さらに、ブロック近似手段において、画素
の３つの要素によって定義される単一の平面を構成する
ための近似処理として、平均又は最小二乗法を用いるも
のである。

【００４３】また、ブロック近似手段において、平面
は、ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロッ
クのｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデ
ータで定義されるものである。

【００４４】加えて、ビット・マップ情報記録手段４に
より保存される情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ
（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ
方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画
像符号化処理によって情報圧縮されるものである。

【００４５】また、パラメータＰよりも大きい部分の情
報の圧縮処理を行なう情報圧縮手段５は、予測情報数の
ハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理を行
なうものである。

【００４６】この他、フレーム間の冗長な情報を削減す
るエントロピー符号化手段６を備え、このエントロピー
符号化手段６は、予測情報数のハフマンテーブルの中か
ら予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用い
て符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の
算術テーブルの中から予測情報に基づいて選択された１
つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理
を行なうものである。

【００４７】また、ビット・マップ情報記録手段４にお
いて保存される差分情報は、フレーム内におけるｎ×ｍ
画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り
扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを
比較して出力された差分である。

【００４８】以下に、本発明の第１の態様である動画像
情報の圧縮方法およびそのシステムについての一実施の
形態を説明する。

【００４９】図１は、動画像情報の圧縮経路の概略を示
すブロック図である。例えば、ビデオカメラ、ディスク
プレーヤあるいはビデオカセットプレーヤーのようなＮ
ＴＳＣ方式の装置から出力されたコンポジットのアナロ
グ信号がアナログ・デジタル変換機１でデジタル信号に
変換され、ビデオフレームの１本のラインを表わすもの
としてデジタル出力され、バッファ２に蓄積される。
尚、映像信号として、ＮＴＳＣ方式の装置から出力され
たアナログ信号がアナログ・デジタル変換機１でデジタ
ル信号に変換され、デジタル出力されてバッファ２に蓄
積される旨が記載されているが、本発明はこれに何等限
定されるものではない。すなわち、本発明は、所定の装
置から出力される一般的な映像信号を含む全ての映像信
号を、効率良く圧縮するものである。

【００５０】また、図１に示すように、エンコーダ圧縮
器３は、フレーム間における画素ｔと、画素ｔ−１とを
順次比較し、その差分が与えられた閾値であるパラメー
タＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であ
るかを１ビットのビット・マップへ保存するためのビッ
ト・マップ情報記録手段４を備えている。この画素ｔ
と、画素ｔ−１との比較は、ピクセル要素（輝度又は色
素等）によって行なう。ここで、ｔは時間を意味してお
り、現在ｔのフレームの画素（画素ｔ）と、これに（フ
レーム内の位置において）対応する時間的に直前のｔ−
１のフレームの画素（画素ｔ−１）とを比較するもので
ある。しかも、ビット・マップ情報記録手段４により保
存された両画素ｔ，ｔ−１の差分がパラメータＰよりも
大きい部分の情報は圧縮処理を行ない、それ以外の部分
の情報はフレーム間で変化の無い画素として処理（削
除）する。パラメータＰよりも大きい部分の情報は、例
えば予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマ
ン符号化処理による情報圧縮手段５によって圧縮処理さ
れる。そして、エンコーダ圧縮器３は、空間的、時間的
に隣接した画素を比較し、差分情報を出力させることで
フレーム間について冗長な情報を削減するための、例え
ば予測情報数の算術テーブルから予測情報をもとに選択
される一つの算術テーブルを用いて符号化する適応算術
符号化処理を行なうエントロピー符号化手段６を備えて
いる。尚、画素ｔと画素ｔ−１との差分は、これが与え
られたパラメータＰよりも大きくない差分であるとき
は、絶対値としてとらえることができる。また、パラメ
ータＰよりも大きいかそうでないかに拘わらず、この差
分を絶対値としてとらえることもできる。

【００５１】そして、図２に示すように、符号化（エン
コーディング）の後、フレーム毎のブロックデータはビ
ット・マップ情報記録手段４のメモリ１０に送られ、こ
こで１フレーム時間遅延されて直前のフレームとして存
在し、次いで、時間変数インパルス応答フィルタである
テンポラルフィルタ１１でフィルタされる。フィルタの
後、現在のフレームデータ１３と直前のフレームデータ
１４とは、圧縮器によりフレーム間の冗長性について調
べられその差が計算される。すなわち、比較手段１２に
より符号化された各ブロックは、直前のフレームの対応
するブロックと比較される。各ブロックはそれが変化の
あるブロックであるか、それとも直前のブロックに対し
て変化の無いブロックであるかを定義する単一ビットの
マークを付される。この過程によりブロック当たり１ビ
ットのフレーム・ビットマップが作られる。このとき、
フレーム毎のビット・マップは、フレーム間の比較によ
り区別される。

【００５２】本実施の形態においては、ブロックサイズ
を変えないフレーム内圧縮を基本原理としている。すな
わち、図５に示すように、予めフレーム内画像をブロッ
ク分割し、その分割されたブロックの全てを、各ブロッ
クのピクセル要素の大きさｚ、ブロックのｘ方向の傾
き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデータで定義され
た単一の平面で近似（置換）させている。すなわち、フ
レーム内圧縮において、画像をまずブロック分割して、
これらの分割ブロックを近似するための単一の平面に置
き換える。この平面は、各ブロックのピクセル要素、例
えばｚ：輝度の大きさ、ｘ：ｘ方向の傾き、ｙ：ｙ方向
の傾きの３つの要素で定義することもできる。また、ブ
ロックのピクセル要素の大きさｚ、ブロックのピクセル
要素のｘ方向の傾き、ブロックのピクセル要素のｙ方向
の傾きでも定義できる。さらに、ブロック内の画素のピ
クセル要素の大きさｚ、ブロック間のピクセル要素のｘ
方向の傾き、ブロック間のピクセル要素のｙ方向の傾き
でも定義できる。近似方法としては、例えば平均又は最
小二乗法等を適用する。このように削減（圧縮）された
データは、平面を規定するもので、伸張するとグラデー
ションを示す平面となる。このとき、ブロックを構成す
る画素数がｓとすれば、フレーム内の圧縮率は３／ｓと
なり、ｓの増大に伴い圧縮率は向上するが、画質は低下
する。尚、ブロックのサイズと形状はｎ×ｍ画素でｎ、
ｍは２以上の整数であれば任意である。また、フレーム
間におけるｎ×ｍ画素において、ｎは２のＫ乗（Ｋは自
然数）、ｍは２のＫ’乗（Ｋ’は自然数）としても良
い。

【００５３】次に、本実施の形態におけるフレーム間圧
縮の基本原理について説明する。

【００５４】すなわち、フレーム間圧縮の第１の方法と
しては、現フレームｔの次のフレーム（ｔ＋１）の同一
位置のブロックに対し上記フレーム内圧縮を行ない、
ｚ：ピクセル要素の大きさ、ｘ：ブロックのｘ方向の傾
き、ｙ：ブロックのｙ方向の傾きの３つの要素におい
て、ｚ（ｔ＋１）、ｘ（ｔ＋１）、ｙ（ｔ＋１）を得
る。そして、ｚ（ｔ）、ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）と、ｚ（ｔ
＋１）、ｘ（ｔ＋１）、ｙ（ｔ＋１）との二乗平均誤差
を算出し、閾値ｋと比較する。その結果、閾値ｋを越え
る場合は、差分ありと判定する。あるいは、ｚ（ｔ）、
ｘ（ｔ）、ｙ（ｔ）と、ｚ（ｔ＋１）、ｘ（ｔ＋１）、
ｙ（ｔ＋１）に対し、それぞれの閾値ｋｚ、ｋｘ、ｋｙ
と比較し、差分が閾値ｋを越えている場合は、差分あり
と判定する。差分ありと判定された場合には、フレーム
内のブロックの位置を示すビット・マップにそれをマー
キングする。このビット・マップは、前者の場合は１
つ、後者の場合は３つ得られる。このビット・マップは
０と１の羅列（バイナリデータ）であり、ランレングス
圧縮等を使用して圧縮される。また、差分データΔｚ
（ｔ）＝ｚ（ｔ＋１）−ｚ（ｔ）、Δｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ
＋１）−ｘ（ｔ）、Δｙ（ｔ）＝ｙ（ｔ＋１）−ｙ
（ｔ）は、エントロピー圧縮される。尚、第１の方法
は、伸張を行なわないため、演算は軽いが、演算誤差が
蓄積する場合がある。

【００５５】フレーム間圧縮の第２の方法としては、上
記フレーム内圧縮の基本原理で圧縮したデータを伸張
し、ブロックを構成するそれぞれのピクセル要素のデー
タを復元する。そして、次のフレーム（ｔ＋１）の同一
位置のブロックを構成するブロック内の同一位置のピク
セル要素のデータと、上記の復元されたピクセル要素の
データの二乗平均誤差を算出し、閾値ｋと比較する。そ
の結果、閾値ｋを越える場合は、差分ありと判定する。
差分ありと判定された場合には、フレーム内のブロック
の位置を示すビット・マップにそれをマーキングする。
このビット・マップは０と１の羅列（バイナリデータ）
であり、ランレングス圧縮等を使用して圧縮される。ま
た、差分データΔｚ（ｔ）＝ｚ（ｔ＋１）−ｚ（ｔ）、
Δｘ（ｔ）＝ｘ（ｔ＋１）−ｘ（ｔ）、Δｙ（ｔ）＝ｙ
（ｔ＋１）−ｙ（ｔ）は、エントロピー圧縮される。
尚、第２の方法は、伸張を行なうため、演算は重いが、
演算誤差は蓄積しない。

【００５６】フレーム間圧縮の第３の方法としては、現
フレーム（ｔ）と次のフレーム（ｔ＋１）の同一位置の
ブロックを構成するブロック内の同一位置のピクセル要
素のデータの二乗平均誤差を算出し、閾値ｋと比較す
る。その結果、閾値ｋを越える場合は、差分ありと判定
する。差分ありと判定された場合には、次のフレーム
（ｔ＋１）の同一位置のブロックを構成するブロック内
の同一位置のピクセル要素のデータとの差分ΔＰを求
め、これに対して前記フレーム内圧縮を行なう。そし
て、フレーム内のブロックの位置を示すビット・マップ
にそれをマーキングする。このビット・マップは０と１
の羅列（バイナリデータ）であり、ランレングス圧縮等
を使用して圧縮される。また、差分データΔＰは、エン
トロピー圧縮される。尚、第３の方法は、差分判定を行
なってから圧縮が行なわれるため、最も演算量が少な
く、演算誤差も蓄積されない。

【００５７】また、前記ビット・マップ情報記録手段４
により保存された１ビットのビット・マップ情報は、２
値画像符号化として、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（Ｍ
Ｒ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）、ＪＢＩＧ等の方
式をもって情報圧縮される。具体的には、ランレングス
符号化の場合には、一般にファクシミリ等で取り扱う２
値の文書画像は白画素あるいは黒画素がある程度固まっ
て出現する場合が多く、１次元方向に白あるいは黒の連
続する画素の塊である、所謂ランを符号化の単位とし、
その連続した画素数の長さをラン長として符号化するも
のである。例えば、公衆電話網利用のデジタルファクシ
ミリでは、ランレングスモデルに対して白黒別々に構成
した修正ハフマン符号を用いるのが通例である。

【００５８】さらに、修正ハフマン符号化（ＭＨ）の場
合には、これは例えば画像密度８画素／ｍｍで読み取
り、１走査線当たり１７２８画素の白黒画素情報を得る
ファクシミリ伝送用１次元符号化方式として採用されて
おり、ＭＨ符号とはこの連続した白画素の塊（白ラン）
又は黒画素の塊（黒ラン）の長さであるランレングスを
表現したもので、ある長さの白ラン、黒ランの発生確率
には統計的偏りがあることを利用して可変長符号を割り
付けることをデータ量圧縮の原理としている。

【００５９】また、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）の場
合には、これは例えば１次元符号化方式に加えて２次元
符号化方式の標準として採用されるもので、ＭＲの場合
には、１次元符号化した後に、標準解像度で最大１本、
高解像度で最大３本までの連続する走査線を２次元符号
化するものであり、ＭＭＲの場合では、ＭＲ符号化方式
を標準解像度、高解像度共に無限大に設定したものであ
る。

【００６０】本発明に係る動画像情報の圧縮方法および
そのシステムの基本構造は、空間的、時間的に隣接した
画素（ピクセル）を比較し、差分情報を出力させること
でフレーム間について冗長な情報を削減することにあ
る。すなわち、図２に示すように、フレーム間における
画素ｔと、画素ｔ−１とを順次比較し、その差分が与え
られた閾値であるパラメータＰよりも大きい部分である
か又はそれ以外の部分であるかを１ビットのビット・マ
ップ情報として記録させる。そして、エントロピー符号
化手段６は、フレーム内、フレーム間の夫々について出
現する符号を予測し、予測からの僅かなズレを出力する
ことで冗長な情報を削減する。このとき、符号化割り当
てを行なって符号化伝送するときは、１画素当たりの平
均符号長は平均情報量（エントロピー）以下にならない
ことは周知である。

【００６１】以下に、適応ハフマン符号化法のアルゴリ
ズムについて説明する。適応ハフマン符号化は、差分情
報生成とハフマン符号化という一連予測符号化処理を一
括して行なうことで、符号語生成の効率化を図るもので
ある。従来のハフマン符号化処理では、通常１つのハフ
マンテーブルを用いて符号語を生成し、動的ハフマン符
号化処理では、１語符号化するたびにハフマンテーブル
を更新したりする。これに対し、適応ハフマン符号化で
は、予測情報数のハフマンテーブル（符号表）を有し、
複数のテーブルから予測情報をもとにテーブルセレクタ
により１つのテーブルを選択し、これを用いて符号化を
行なう。これにより、画像情報、音声情報等の予測符号
が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。

【００６２】次に、適応算術符号化法のアルゴリズムに
ついて説明する。適応算術符号化は、差分情報生成と算
術符号化という一連予測符号化処理を一括で処理するこ
とによって、符号語生成の効率化を図るものである。従
来の算術符号化処理では、通常１つの生起確率テーブル
を用いて符号語を生成し、動的算術符号では、１語符号
化するたびに生起確率テーブルを更新したりする。これ
に対し、適応算術符号化では、予測情報数の算術テーブ
ル（復号表）を有し、複数のテーブルから予測情報をも
とにテーブルセレクタにより１つのテーブルを選択し、
これを用いて符号化する。これにより、画像情報の予測
符号が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。

【００６３】動画に対する適応変換符号化としては、伝
送路バッファメモリの充足度を用いたフィードバック制
御により変換係数をスケーリングした後に符号化する方
法がとられる。この場合、代表的な画像に対する変換係
数のヒストグラムを基に符号化しない無意係数を決める
閾値、無意係数の連続性を符号化するランレングス符号
及び有意係数を符号化する適応ハフマン符号化テーブル
を求め、これに基づいて符号化する方法がとられてい
る。

【００６４】具体的な予測符号化回路の構成は、図３に
示すように、アナログ・デジタル変換された画像入力デ
ータは途中で遅延され、前のデータ（最適な遅延をかけ
られたデータ）の値がテーブルセレクタに送られて符号
化されると同時に、画像入力データを直接に符号化器に
伝送させたものと比較されて差分がとられる。テーブル
セレクタでは画像入力データに応じて、予測情報を基に
符号表が選択されて符号化器へ送られ、そこで画像入力
データを情報圧縮させることにより、調整された符号語
とする。

【００６５】そして、具体的な予測復号化回路の構成
は、図４に示すように、符号語は復号器へ伝送されると
同時に、直接に送られた符号語を一旦テーブルセレクタ
に送り、そこで予測情報をもとに復号表が選択されて前
記復号器へ送られ、すでに復号化された画素の値との差
分をとることにより、調整された画像出力データとな
る。

【００６６】さらに、本発明の第２の態様である動画像
情報の圧縮方法について説明する。

【００６７】すなわち、本発明は、空間的に隣接したフ
レーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレー
ム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の
差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられた
パラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の
部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・
マップへ保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情
報の圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減する動画
像情報の圧縮方法であって、フレーム間圧縮処理の前
に、分割ブロックサイズが同一フレーム内で変化するフ
レーム内圧縮処理を行なうものである。

【００６８】また、フレーム内圧縮処理は、分割ブロッ
クサイズを変化させながら、各ブロックの画素同士を互
いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、この
差分情報がパラメータＰよりも大きいときは、そのピク
セル要素を含む部分に、より小さいブロックサイズを適
用するものである。

【００６９】さらに、ピクセル要素の差分情報がパラメ
ータＰよりも大きいとき、より小さいブロックサイズの
適用を繰り返すものである。

【００７０】また、フレーム内の画像をブロック分割
し、分割された各ブロックを、該ブロック内の画素の３
つの要素によって定義される単一の平面として近似（置
換）させ、該平面をパラメータＰとして用いるものであ
る。

【００７１】加えて、フレーム内圧縮処理において、平
面は、ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロ
ックのｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つの
データで定義されるものである。

【００７２】また、フレーム内圧縮処理は、画像全体を
フレーム内圧縮に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の
整数）のブロックで圧縮して、原画像と圧縮後に伸長し
た画像における画素同士を互いに比較して各ピクセル要
素の差分情報を出力させ、パラメータＰよりも大きい差
分が生じるピクセル要素が存在した場合に、そのピクセ
ル要素を含む部分及びその周囲の部分に、より小さいブ
ロックサイズを適用する操作を、指定された最小ブロッ
ク単位まで繰り返すものである。

【００７３】この他、フレーム内圧縮処理をした結果、
ブロックサイズに変化が無い場合は、フレーム間圧縮処
理を行なうものである。

【００７４】また、ブロックサイズが大きくなる方向に
変化する場合は、該ブロックのデータを差分をとらずに
そのまま出力するものである。

【００７５】さらに、ブロックサイズが小さくなる方向
に変化する場合は、前の伸張データとの差分を各部分に
ついて求め、これを該当するブロックサイズにて圧縮す
るものである。

【００７６】次に、本発明の第２の態様である動画像情
報の圧縮システムについて説明する。

【００７７】すなわち、本発明は、ブロック近似手段に
おいて、フレーム内圧縮処理は、画像全体をフレーム内
圧縮に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）のブ
ロックで圧縮して、原画像と圧縮後に伸長した画像にお
ける画素同士を互いに比較して各ピクセル要素の差分情
報を出力させ、パラメータＰよりも大きい差分が生じる
ピクセル要素が存在した場合に、そのピクセル要素を含
む部分及びその周囲の部分に、より小さいブロックを適
用する操作を、指定された最小ブロック単位まで繰り返
すものである。

【００７８】また、ブロック近似手段において、フレー
ム内圧縮処理をした結果、ブロックサイズに変化がない
場合は、フレーム間圧縮処理を行なうものである。

【００７９】さらに、ブロック近似手段において、フレ
ーム内圧縮処理をした結果、ブロックサイズが大きくな
る方向に変化する場合は、当該ブロックのデータを差分
をとらずにそのまま出力するものである。

【００８０】また、ブロック近似手段において、フレー
ム内圧縮処理をした結果、ブロックサイズが小さくなる
方向に変化する場合は、前の伸張データとの差分を各部
分について求め、これを該当するブロックサイズにて圧
縮するものである。

【００８１】以下に、本発明の第２の態様である動画像
情報の圧縮方法およびそのシステムについて、図６、図
７に基づいて説明する。

【００８２】前述したようにブロックサイズを大きくし
た場合には、圧縮率は向上するが、原画のディテールが
失われ、画質が劣化する。特に一定色の背景と、大きく
輝度が異なる細い線で構成されるような原画の場合、細
い線が全く失われてしまうような現象が発生する。これ
を解決するために、以下のような方法を用いる。尚、説
明を簡便にするため、１６×１６画素の白黒画像を前提
（一例）として説明する。

【００８３】すなわち、図６に示すように、画像全体を
前記したフレーム内圧縮に従い、１６×１６画素のブロ
ックで圧縮（伸張）する。原画像と圧縮後に伸張した画
像における画素同士を互いに比較して各ピクセル要素の
差分情報を出力させ、閾値ｄ１と比較する。比較した結
果、閾値ｄ１を超える差分があるピクセル要素が存在し
た場合には、そのピクセル要素を含む部分を８×８画素
のブロックで圧縮（伸張）する（図８の大円部分）。こ
のとき、周囲も８×８画素で圧縮する。次に、原画像と
圧縮後に伸張した画像における画素同士を互いに比較し
て各ピクセル要素の差分情報を出力させ、閾値ｄ２と比
較する。比較した結果、閾値ｄ２を超える差分があるピ
クセル要素が存在した場合には、そのピクセル要素を含
む部分を４×４画素のブロックで圧縮（伸張）する（図
８の中円部分）。このとき、周囲も４×４画素で圧縮す
る。さらに、原画像と圧縮後に伸張した画像における画
素同士を互いに比較して各ピクセル要素の差分情報を出
力させ、閾値ｄ３と比較する。比較した結果、閾値ｄ３
を超える差分があるピクセル要素が存在した場合には、
そのピクセル要素を含む部分を２×２画素のブロックで
圧縮（伸張）する（図８の小円部分）。このとき、周囲
も２×２画素で圧縮する。このような方法により、高圧
縮率を維持しつつ、原画像のディテールを失わずに圧縮
が可能となる。

【００８４】次に、上記フレーム内圧縮処理をした結
果、フレーム（ｔ）においては図７（イ）、フレーム
（ｔ＋１）においては図７（ロ）の圧縮画像が得られた
とした場合の、フレーム間圧縮処理の方法について説明
する。すなわち、ブロックサイズに変化がない１→
１’、２→２’に関しては、前記フレーム間圧縮処理に
おいて説明したいずれかの方法で差分をとり、フレーム
間圧縮を行なう。解像度が粗くなる方向に変化する４→
４’については、４’は前のフレームに依存せず単独で
伸張可能なキーブロック（キーフレーム）扱いにする。
このとき差分はとらない。すなわち、該ブロック４’の
データを差分をとらずにそのまま出力するのである。解
像度が密になる方向に変化する３→３’に関しては、３
の伸張データとの差分を各部分について求め、これを該
当するブロックサイズにて圧縮する。

【００８５】次に、本発明の第３の態様である動画像情
報の圧縮方法について説明する。

【００８６】すなわち、本発明は、フレーム内符号化で
処理されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成する
基準フレーム）を採用し、このＩフレームを予め空間的
にブロック分割し、この分割したＩブロックを各フレー
ム間の時間軸方向に分散させるものである。

【００８７】また、空間的にブロック分割したそれぞれ
のＩブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる
際、フレーム間の差分が指定期間内に発生して更新され
たフレーム内のブロック位置には、Ｉブロックを挿入し
ないものである。

【００８８】さらに、予めフレーム内の画像をブロック
分割し、その分割されたブロックの全てを、各ブロック
のピクセル要素の大きさ、ブロックのｘ方向の傾き、ブ
ロックのｙ方向の傾きの３つのデータで定義される単一
の平面で近似（置換）させると共に、フレーム内符号化
で処理されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成す
る基準フレーム）を採用し、Ｉフレームをフレーム列に
挿入することが可能な動画像情報の圧縮方法であって、
Ｉフレームを予め空間的にブロック分割し、この分割し
たＩブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる
際、フレーム間の差分が指定期間内に発生して更新され
たフレーム内のブロック位置には、Ｉブロックを挿入し
ないものである。

【００８９】また、空間的に隣接したフレーム内におけ
る画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画
素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力
させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよ
りも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるか
を、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存
されたパラメータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理
を行なうことで冗長な情報を削減する動画像情報の圧縮
方法であって、フレーム内符号化で処理されるＩフレー
ム（フレームだけで画像が完成する基準フレーム）を採
用し、このＩフレームを予め空間的にブロック分割し、
この分割したＩブロックを各フレーム間の時間軸方向に
分散させる際、フレーム間の差分が指定期間内に発生し
て更新されたフレーム内のブロック位置には、Ｉブロッ
クを挿入しないものである。

【００９０】さらに、本発明の第３の態様である動画像
情報の圧縮システムについて説明する。

【００９１】すなわち、本発明は、フレーム内符号化で
処理されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成する
基準フレーム）を採用し、このＩフレームを予め空間的
にブロック分割し、この分割したＩブロックを各フレー
ム間の時間軸方向に分散させるＩブロック挿入手段７を
有するものである。

【００９２】また、Ｉブロック挿入手段７は、フレーム
間の差分が指定期間内に発生して更新されるフレーム内
のブロック位置には、Ｉブロックを挿入しないものであ
る。

【００９３】加えて、予めフレーム内画像をブロック分
割し、その分割されたブロックの全てを、各ブロックの
ピクセル要素の大きさ、ブロックのｘ方向の傾き、ブロ
ックのｙ方向の傾きの３つのデータで定義された単一の
平面で近似（置換）させるブロック近似手段を有する動
画像情報の圧縮システムであって、フレーム内符号化で
処理されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成する
基準フレーム）を空間的に分割するＩブロック化手段８
と、この分割したＩブロックを各フレーム間の時間軸方
向に分散させるに際し、フレーム間の差分が指定期間内
に発生して更新されたフレーム内のブロック位置以外の
箇所にＩブロックを挿入するＩブロック挿入手段７とを
備えているものである。

【００９４】以下に、本発明の第３の態様である動画像
情報の圧縮方法およびそのシステムについて、図８、図
９に基づいて説明する。

【００９５】すなわち、途中からの画像再生（デコー
ド）や、再生中に発生したデータエラーに対応するため
のエンコード方式である。尚、本方式では、３つ以上の
フレーム全体を圧縮対象とする動き予測・補償技術を用
いない圧縮アルゴリズムを前提条件とする。まず、フレ
ーム内予測により符号化されたフレームすなわちＩフレ
ームを、空間的に単数もしくは複数のブロックに分割
し、これらの分割されたＩブロックを時間軸方向に分散
させる（Ｉブロック化）。尚、このようなＩブロック化
におけるブロックサイズや分割形状等は任意に変更で
き、しかもランダムに選択しても良い。

【００９６】具体的には、図８に示すように、８×８画
素のＩフレームを、２×２画素のブロックに空間的に分
割して１６個のＩブロックとし、これらをフレーム列に
一定周期毎に挿入させるのであるが、これでは、フレー
ム間の差分出力が発生した部分（情報量の多い動きのあ
る部分）とＩブロック（このブロック自体の発生情報量
が他の差分フレームよりも多い）が重なる場合に無駄な
Ｉブロックを挿入することとなって情報量が極端に増え
るため、回復不可能なデータエラーが、挿入されたＩフ
レームの位置に生じてしまう。これを回避するために、
エンコード側の処理速度に問題が無い場合には、フレー
ム間の差分が指定期間内に発生して更新（差分出力）さ
れたブロックに対しては、Ｉブロックを挿入しないので
ある。

【００９７】具体的なエンコード方式について、図９に
基づいて説明する。尚、ここでは１つの例として、８×
８画素のＩフレームを、Ｉブロック化手段８により１×
２画素のブロックに空間的に分割して、３２個のＩブロ
ックを形成している。一方、画像のフレームは１６×１
６画素を最大ブロックとし、このブロックが８×８画素
で構成される動画像を１つの例としている。また、図９
では、便宜上、第ｎ＋１１から第ｎ＋３２までを省略し
ている。

【００９８】まず、図中の黒色部分で示されるＩブロッ
クは、横方向に１×２画素のブロック単位で挿入され
る。画像右上から最大２×２画素のブロックを更新（差
分出力）する必要がある物体（濃灰色部分：物体が背景
を進む差分出力ブロック）が、左下に移動して行く。そ
して、第ｎ＋３フレームまでは、通常のＩブロック挿入
処理が行なわれる。これに対し、第ｎ＋３フレームの右
上に出現した物体により当該ブロックは更新（差分出
力）され、その結果、第ｎ＋４フレームに挿入予定であ
ったＩブロックは挿入されない（斜線部分）。尚、図中
の薄灰色部分は物体が移動したため、もとの背景に戻る
差分出力ブロックである。前記Ｉブロックが挿入されな
い処理は、この例の場合では第ｎ＋７フレーム、第ｎ＋
８フレームに出現する。すなわち、第ｎ＋５フレームで
の物体の移動による、もとの背景に戻る差分出力ブロッ
ク（薄灰色部分）が、更新される部分として第ｎ＋７フ
レームに１ブロック存在すれば、１×２画素のブロック
単位のＩブロックのうち、右側の１つのブロックだけが
その位置に挿入されない。また、第ｎ＋４フレームと第
ｎ＋５フレームでの物体の移動による、もとの背景に戻
る差分出力ブロック（薄灰色部分）が、更新される部分
として第ｎ＋８フレームに横方向に１×２画素のブロッ
クとなって存在すれば、１×２画素のブロック単位のＩ
ブロックがその位置に挿入されない。この場合、Ｉブロ
ックが挿入されない時間基準（近い過去）は、全てのブ
ロックの位置にＩブロックが挿入されるのに必要なフレ
ーム数（８×８÷２＝３２フレーム）である。つまり、
３２フレーム以内に物体の動き等によって更新（差分出
力）された位置のブロックには、Ｉブロックが挿入され
ないのである。一方、任意の時間的位置のフレームから
再生を開始させるには、１画面が完全に完成する予め定
められたフレーム数前からデコードを開始し、目的の時
間的位置のフレームに達してから再生画面を表示すれば
良い。

【００９９】

【発明の効果】本発明の第１の態様による動画像情報の
圧縮方法およびそのシステムによれば、ブロック変換を
削除することにより、画像情報の予測符号が可能なデー
タを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理をすることがで
き、画質・音質の劣化の低減を図っている。特に、従来
においては、フレーム間の差分を大きくとると、画質が
激しく劣化していたが、本発明の第１の態様によれば、
画質の劣化を低減できるのである。すなわち、本発明の
第１の態様によれば、ブロック内閾値に対して画質が急
激に悪化せず、画質にリニアな変化を与えることができ
る。これにより、画質を悪化させずに通信ビットレート
を容易に調整することができ、しかも、圧縮率も見た目
では同様な画質を得ながら、約−２０％〜５０％程度の
改善が可能となった。また、適応ハフマン圧縮処理や適
応算術圧縮処理は、従来の差分情報生成とハフマン符号
化又は差分情報生成と算術符号化という一連予測符号化
処理を一括で処理し、符号語の効率化を図ることがで
き、画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮
できる。この他、本発明の第１の態様により削減（圧
縮）されたデータは、平面を規定するもので、伸張する
とグラデーションを示す平面となる。

【０１００】本発明の第２の態様による動画像情報の圧
縮方法およびそのシステムによれば、ブロックサイズを
大きくして圧縮率を向上させた場合であっても、原画の
ディテールが失われず、画質の劣化の低減を図ることが
できる。特に一定色の背景と、大きく輝度が異なる細い
線で構成されるような原画の場合であっても、細い線が
全く失われてしまうような事態を確実に防止できるので
ある。

【０１０１】本発明の第３の態様による動画像情報の圧
縮方法およびそのシステムによれば、予めＩフレームを
空間的にブロック分割し、この分割したＩブロックを各
フレーム間の時間軸方向に分散させる際、フレーム間の
差分が発生して更新されたフレーム内のブロック位置に
は、Ｉブロックを挿入しないので、画像の再生に際し、
１画面が完全に完成する予め定められたフレーム数の前
から再生を開始し、目的の時間的位置のフレームに達し
てから再生画面を表示すれば良く、手間の掛かるＩフレ
ームのサーチ処理を行なわなくても、任意の時間的位置
の再生画面を容易に表示できる。加えて、動画配信に際
し、配信サーバ並びにデータ通信経路において、配信デ
ータ量が時間的に均一化するため、従来の技術を用いた
コンテンツを配信する場合よりも高い配信性能が得られ
る。また、受信・再生側においては、単位時間当たりの
受信量変動が小さくなるため、バッファリングに必要な
メモリ量を削減でき、再生負荷も一定化することから、
能力の低いシステムであっても安定した再生が可能とな
る。加えて、データエラーの再生に対する影響が小さい
ので、データエラーを無視して再生を続行することが可
能となり、これによって配信側のシステムにおけるデー
タの再送を不要とし、且つ配信側の負荷を低減できる。
さらに、マルチキャスト配信等による動画像放送が容易
に実現できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】動画像情報の圧縮経路の概略を示したブロック
図である。

【図２】ビットマップ情報記録手段に記録されている情
報の比較経路の概略を示したブロック図である。

【図３】符号化経路の概略を示した説明図である。

【図４】復号化経路の概略を示した説明図である。

【図５】分割した画像ブロックを近似させるための、ブ
ロックのピクセル要素の大きさｚ、ブロックのｘ方向の
傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデータで定義さ
れた平面を示す説明図である。

【図６】パラメータよりも大きい差分が生じるピクセル
要素が存在したとき、その部分及び周囲の部分に、より
小さいブロックサイズを適用する操作を説明した画像の
平面図である。

【図７】フレーム間圧縮を説明するための画像を示して
おり、（イ）はフレーム（ｔ）の平面図、（ロ）はフレ
ーム（ｔ＋１）の平面図である。

【図８】Ｉフレームを構成する複数のＩブロックを示し
た平面図である。

【図９】フレーム間におけるＩブロックの挿入状態を示
した説明図である。

【符号の説明】

１…アナログ・デジタル変換機 ２…バッファ ３…エンコーダ圧縮器 ４…ビット・マ
ップ情報記録手段 ５…情報圧縮手段 ６…エントロピ
ー符号化手段 ７…Ｉブロック挿入手段 ８…Ｉブロック
化手段 １０…メモリ １１…テンポラ
ルフィルタ １２…比較手段 １３…現在のフ
レームデータ １４…直前のフレームデータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 KK01 LC08 LC09 MA04 MA05 ME02 ME05 ME11 PP05 PP06 TA12 TA52 TB08 TC02 TC03 TD05 TD09 TD12 UA02 UA17 UA38 5J064 AA01 AA02 BA01 BA09 BB03 BC01 BD01

Claims (43)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 空間的に隣接したフレーム内における画
   素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同
   士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力さ
   せ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも
   大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビ
   ット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存された
   パラメータよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なう
   ことで冗長な情報を削減する動画像情報の圧縮方法であ
   って、 フレーム間圧縮処理の前に、フレーム内の画像をブロッ
   ク分割し、分割された各ブロックを、該ブロック内の画
   素の３つの要素によって定義される単一の平面として近
   似（置換）させたことを特徴とする動画像情報の圧縮方
   法。
2. 【請求項２】 フレーム間圧縮処理の前に、フレーム内
   の画像をブロック分割し、分割された各ブロックを、該
   ブロック内の画素の３つの要素によって定義される単一
   の平面として近似（置換）させ、該平面をパラメータと
   して用いてフレーム内圧縮処理を行なう請求項１記載の
   動画像情報の圧縮方法。
3. 【請求項３】 ビット・マップへ保存されたパラメータ
   よりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として
   処理（削除）する請求項１又は２記載の動画像情報の圧
   縮方法。
4. 【請求項４】 画素の３つの要素によって定義される単
   一の平面を構成するための近似方法として、平均又は最
   小二乗法を用いる請求項１乃至３のいずれか記載の動画
   像情報の圧縮方法。
5. 【請求項５】 フレーム内圧縮処理において、平面は、
   ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロックの
   ｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデータ
   で定義される請求項１乃至４のいずれか記載の動画像情
   報の圧縮方法。
6. 【請求項６】 ビット・マップに保存された情報は、ラ
   ンレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフ
   マン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択され
   る少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧
   縮される請求項１乃至５のいずれか記載の動画像情報の
   圧縮方法。
7. 【請求項７】 パラメータよりも大きい部分の情報は、
   予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符
   号化処理によって情報圧縮される請求項１乃至６のいず
   れか記載の動画像情報の圧縮方法。
8. 【請求項８】 エントロピー符号化によって、フレーム
   間について冗長な情報をさらに削減する請求項１乃至７
   のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
9. 【請求項９】 エントロピー符号化は、予測情報数のハ
   フマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて
   選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフ
   マン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、
   その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブ
   ルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行
   なわれる請求項８記載の動画像情報の圧縮方法。
10. 【請求項１０】 ピクセル要素の差分情報を用いる請求
    項１乃至９のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
11. 【請求項１１】 差分情報は、フレーム間における画素
    ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分である請求
    項１乃至１０のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
12. 【請求項１２】 フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、
    ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれ
    ぞれの画素同士を比較して出力された差分情報を用いる
    請求項１乃至１１のいずれか記載の動画像情報の圧縮方
    法。
13. 【請求項１３】 フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、
    ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記
    フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出
    力された差分の情報を用いる請求項１乃至１２のいずれ
    か記載の動画像情報の圧縮方法。
14. 【請求項１４】 フレーム間におけるｎ×ｍ画素におい
    て、ｎは２のＫ乗（Ｋは自然数）、ｍは２のＫ’乗
    （Ｋ’は自然数）である請求項１乃至１３のいずれか記
    載の動画像情報の圧縮方法。
15. 【請求項１５】 フレーム間圧縮処理の前に、分割ブロ
    ックサイズが同一フレーム内で変化するフレーム内圧縮
    処理を行なう請求項１乃至１４のいずれか記載の動画像
    情報の圧縮方法。
16. 【請求項１６】 空間的に隣接したフレーム内における
    画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素
    同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力さ
    せ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも
    大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビ
    ット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存された
    パラメータよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なう
    ことで冗長な情報を削減する動画像情報の圧縮方法であ
    って、 フレーム間圧縮処理の前に、分割ブロックサイズが同一
    フレーム内で変化するフレーム内圧縮処理を行なうこと
    を特徴とする動画像情報の圧縮方法。
17. 【請求項１７】 フレーム内圧縮処理は、分割ブロック
    サイズを変化させながら、各ブロックの画素同士を互い
    に比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、この差
    分情報がパラメータよりも大きいときは、そのピクセル
    要素を含む部分に、より小さいブロックサイズを適用す
    る請求項１６記載の動画像情報の圧縮方法。
18. 【請求項１８】 ピクセル要素の差分情報がパラメータ
    よりも大きいとき、より小さいブロックサイズの適用を
    繰り返す請求項１６又は１７記載の動画像情報の圧縮方
    法。
19. 【請求項１９】 フレーム内の画像をブロック分割し、
    分割された各ブロックを、該ブロック内の画素の３つの
    要素によって定義される単一の平面として近似（置換）
    させ、該平面をパラメータとして用いる請求項１６乃至
    １８のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
20. 【請求項２０】 フレーム内圧縮処理において、平面
    は、ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロッ
    クのｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデ
    ータで定義される請求項１６乃至１９のいずれか記載の
    動画像情報の圧縮方法。
21. 【請求項２１】 フレーム内圧縮処理は、画像全体をフ
    レーム内圧縮に従い、ｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整
    数）のブロックで圧縮して、原画像と圧縮後に伸長した
    画像における画素同士を互いに比較して各ピクセル要素
    の差分情報を出力させ、パラメータよりも大きい差分が
    生じるピクセル要素が存在した場合に、そのピクセル要
    素を含む部分及びその周囲の部分に、より小さいブロッ
    クサイズを適用する操作を、指定された最小ブロック単
    位まで繰り返す請求項１６乃至２０のいずれか記載の動
    画像情報の圧縮方法。
22. 【請求項２２】 フレーム内圧縮処理をした結果、ブロ
    ックサイズに変化が無い場合は、フレーム間圧縮処理を
    行なう請求項１６乃至２１のいずれか記載の動画像情報
    の圧縮方法。
23. 【請求項２３】 ブロックサイズが大きくなる方向に変
    化する場合は、該ブロックのデータを差分をとらずにそ
    のまま出力する請求項１６乃至２１のいずれか記載の動
    画像情報の圧縮方法。
24. 【請求項２４】 ブロックサイズが小さくなる方向に変
    化する場合は、前の伸張データとの差分を各部分につい
    て求め、これを該当するブロックサイズにて圧縮する請
    求項１６乃至２１のいずれか記載の動画像情報の圧縮方
    法。
25. 【請求項２５】 フレーム内符号化で処理されるＩフレ
    ーム（フレームだけで画像が完成する基準フレーム）を
    採用し、このＩフレームを予め空間的にブロック分割
    し、この分割したＩブロックを各フレーム間の時間軸方
    向に分散させる請求項１乃至２４のいずれか記載の動画
    像情報の圧縮方法。
26. 【請求項２６】 空間的にブロック分割したそれぞれの
    Ｉブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる
    際、フレーム間の差分が指定期間内に発生して更新され
    たフレーム内のブロック位置には、Ｉブロックを挿入し
    ない請求項２５記載の動画像情報の圧縮方法。
27. 【請求項２７】 予めフレーム内の画像をブロック分割
    し、その分割されたブロックの全てを、各ブロックのピ
    クセル要素の大きさ、ブロックのｘ方向の傾き、ブロッ
    クのｙ方向の傾きの３つのデータで定義される単一の平
    面で近似（置換）させると共に、フレーム内符号化で処
    理されるＩフレーム（フレームだけで画像が完成する基
    準フレーム）を採用し、Ｉフレームをフレーム列に挿入
    することが可能な動画像情報の圧縮方法であって、 Ｉフレームを予め空間的にブロック分割し、この分割し
    たＩブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる
    際、フレーム間の差分が指定期間内に発生して更新され
    たフレーム内のブロック位置には、Ｉブロックを挿入し
    ないことを特徴とする動画像情報の圧縮方法。
28. 【請求項２８】 空間的に隣接したフレーム内における
    画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素
    同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力さ
    せ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも
    大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビ
    ット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存された
    パラメータよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なう
    ことで冗長な情報を削減する動画像情報の圧縮方法であ
    って、 フレーム内符号化で処理されるＩフレーム（フレームだ
    けで画像が完成する基準フレーム）を採用し、このＩフ
    レームを予め空間的にブロック分割し、この分割したＩ
    ブロックを各フレーム間の時間軸方向に分散させる際、
    フレーム間の差分が指定期間内に発生して更新されたフ
    レーム内のブロック位置には、Ｉブロックを挿入しない
    ことを特徴とする動画像情報の圧縮方法。
29. 【請求項２９】 空間的に隣接したフレーム内における
    画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素
    同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力さ
    せ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも
    大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビ
    ット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段
    と、該ビット・マップ情報記録手段によって保存された
    パラメータよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なう
    ことで冗長な情報を削減する情報圧縮手段とを含む動画
    像情報の圧縮システムであって、 フレーム間圧縮処理の前に、フレーム内の画像をブロッ
    ク分割し、分割された各ブロックを、該ブロック内の画
    素の３つの要素によって定義される単一の平面として近
    似（置換）させるブロック近似手段を有し、該ブロック
    近似手段によって得られた平面をパラメータとして用い
    てフレーム内圧縮を行なうことを特徴とする動画像情報
    の圧縮システム。
30. 【請求項３０】 情報圧縮手段は、ビット・マップ情報
    記録手段で保存されたパラメータよりも大きくない部分
    の情報を変化の無い画素として処理（削除）する請求項
    ２９記載の動画像情報の圧縮システム。
31. 【請求項３１】 ブロック近似手段において、画素の３
    つの要素によって定義される単一の平面を構成するため
    の近似処理として、平均又は最小二乗法を用いる請求項
    ２９又は３０記載の動画像情報の圧縮システム。
32. 【請求項３２】 ブロック近似手段において、平面は、
    ブロック内の画素のピクセル要素の大きさ、ブロックの
    ｘ方向の傾き、ブロックのｙ方向の傾きの３つのデータ
    で定義される請求項２９乃至３１のいずれか記載の動画
    像情報の圧縮システム。
33. 【請求項３３】 ビット・マップ情報記録手段により保
    存される情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、
    ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式から
    なる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化
    処理によって情報圧縮される請求項２９乃至３２のいず
    れか記載の動画像情報の圧縮システム。
34. 【請求項３４】 パラメータよりも大きい部分の情報の
    圧縮処理を行なう情報圧縮手段は、予測情報数のハフマ
    ンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理を行なう請
    求項２９乃至３３のいずれか記載の動画像情報の圧縮シ
    ステム。
35. 【請求項３５】 フレーム間の冗長な情報を削減するエ
    ントロピー符号化手段を備え、このエントロピー符号化
    手段は、予測情報数のハフマンテーブルの中から予測情
    報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化
    する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テー
    ブルの中から予測情報に基づいて選択された１つのテー
    ブルを使用して符号化する適応算術符号化処理を行なう
    請求項２９乃至３４のいずれか記載の動画像情報の圧縮
    システム。
36. 【請求項３６】 ビット・マップ情報記録手段において
    保存される差分情報は、フレーム内におけるｎ×ｍ画素
    （ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱
    い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比
    較して出力された差分である請求項２９乃至３５のいず
    れか記載の動画像情報の圧縮システム。
37. 【請求項３７】 ブロック近似手段において、フレーム
    内圧縮処理は、画像全体をフレーム内圧縮に従い、ｎ×
    ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）のブロックで圧縮し
    て、原画像と圧縮後に伸長した画像における画素同士を
    互いに比較して各ピクセル要素の差分情報を出力させ、
    パラメータよりも大きい差分が生じるピクセル要素が存
    在した場合に、そのピクセル要素を含む部分及びその周
    囲の部分に、より小さいブロックを適用する操作を、指
    定された最小ブロック単位まで繰り返す請求項２９乃至
    ３６のいずれか記載の動画像情報の圧縮システム。
38. 【請求項３８】 ブロック近似手段において、フレーム
    内圧縮処理をした結果、ブロックサイズに変化がない場
    合は、フレーム間圧縮処理を行なう請求項２９乃至３７
    のいずれか記載の動画像情報の圧縮システム。
39. 【請求項３９】 ブロック近似手段において、フレーム
    内圧縮処理をした結果、ブロックサイズが大きくなる方
    向に変化する場合は、当該ブロックのデータを差分をと
    らずにそのまま出力する請求項２９乃至３８のいずれか
    記載の動画像情報の圧縮システム。
40. 【請求項４０】 ブロック近似手段において、フレーム
    内圧縮処理をした結果、ブロックサイズが小さくなる方
    向に変化する場合は、前の伸張データとの差分を各部分
    について求め、これを該当するブロックサイズにて圧縮
    する請求項２９乃至３８のいずれか記載の動画像情報の
    圧縮システム。
41. 【請求項４１】 フレーム内符号化で処理されるＩフレ
    ーム（フレームだけで画像が完成する基準フレーム）を
    採用し、このＩフレームを予め空間的にブロック分割
    し、この分割したＩブロックを各フレーム間の時間軸方
    向に分散させるＩブロック挿入手段を有する請求項２９
    乃至４０のいずれか記載の動画像情報の圧縮システム。
42. 【請求項４２】 Ｉブロック挿入手段は、フレーム間の
    差分が指定期間内に発生して更新されるフレーム内のブ
    ロック位置には、Ｉブロックを挿入しない請求項４１記
    載の動画像情報の圧縮システム。
43. 【請求項４３】 予めフレーム内画像をブロック分割
    し、その分割されたブロックの全てを、各ブロックのピ
    クセル要素の大きさ、ブロックのｘ方向の傾き、ブロッ
    クのｙ方向の傾きの３つのデータで定義された単一の平
    面で近似（置換）させるブロック近似手段を有する動画
    像情報の圧縮システムであって、 フレーム内符号化で処理されるＩフレーム（フレームだ
    けで画像が完成する基準フレーム）を空間的に分割する
    Ｉブロック化手段と、この分割したＩブロックを各フレ
    ーム間の時間軸方向に分散させるに際し、フレーム間の
    差分が指定期間内に発生して更新されたフレーム内のブ
    ロック位置以外の箇所にＩブロックを挿入するＩブロッ
    ク挿入手段とを備えたことを特徴とする動画像情報の圧
    縮システム。