JP2002209220A - 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】 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。そして、前記フレーム間における２×２ブロックの
ピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，
ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝
Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ
＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ
−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ
≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データ
が得られる。

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
的に符号化する３ステップのブロック符号化システム
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】

【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。

【０００７】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Ａ２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
方法が採られているため、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採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】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、画質の低下の低減をも図るこ
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
提供することを目的としたものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明における動画像情
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、上述した課題を解決した。

【００１０】また、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を差分
情報として用いることで、同じく上述した課題を解決し
た。

【００１１】そして、前記フレーム間における２×２ブ
ロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，
ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−
Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ
≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝
Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋
Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号
化データが得られることで、同じく上述した課題を解決
した。

【００１２】また、前記フレーム内の差分有無情報は、
フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ
情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコー
ダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あ
り」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報とし
て該当するビットを立てることで、同じく上述した課題
を解決した。

【００１３】一方、本発明におけ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を圧縮処理する情報
圧縮手段を含むことで、上述した課題を解決した。

【００１４】また、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を差分
情報として用いることで、同じく上述した課題を解決し
た。

【００１５】さらに、前記フレーム間における２×２ブ
ロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，
ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−
Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ
≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝
Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋
Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号
化データが得られることで、同じく上述した課題を解決
した。

【００１６】また、前記フレーム内の差分有無情報は、
フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ
情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコー
ダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あ
り」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報とし
て該当するビットを立てることで、同じく上述した課題
を解決した。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、図面を参照して本発明の
一実施の形態を説明する。

【００１８】本発明における動画像情報の圧縮方法は、
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
情報を削減するものである。

【００１９】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
を行なうことでフレーム間について冗長な情報を削減す
るものである。

【００２０】ここで「ピクセル要素」とは、広く画素の
有する属性を示す成分を意味し、例えば、輝度、色相、
色差等である。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】加えて、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り情報圧縮されるものである。

【００２４】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。

【００２５】この他、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。

【００２６】また、本発明においては、ピクセル要素の
差分情報を用いるものである。

【００２７】この差分情報は、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。

【００２８】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を差分
情報として用いるものである。

【００２９】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を差分情報として用いるものであ
る。

【００３０】加えて、前記フレーム間におけるｎ×ｍ画
素が、２×２画素、２×４画素、４×４画素のいずれか
のものであることが好ましい。

【００３１】そして、前記フレーム間における２×２ブ
ロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，
ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−
Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ
≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝
Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋
Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号
化データが得られるものである。

【００３２】また、前記フレーム内の差分有無情報は、
フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ
情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコー
ダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差
あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報と
して該当するビットを立てるものとする。

【００３３】この他、フレーム間圧縮の前にフレーム内
圧縮を行なうものである。

【００３４】一方、本発明における動画像情報の圧縮シ
ステムは、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を圧縮処理する情報
圧縮手段５を含むものである。

【００３５】また、前記情報圧縮手段５が、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
りも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画
素として処理（削除）するものである。

【００３６】そして、フレーム間について冗長な情報を
さらに削減するエントロピー符号化手段６を含むもので
ある。

【００３７】また、フレーム間圧縮の前にフレーム内圧
縮を行なうものである。

【００３８】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を差分
情報として用いるものである。

【００３９】また、前記フレーム間における２×２ブロ
ックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，
ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−
Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ
≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝
Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋
Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号
化データが得られるものである。

【００４０】加えて、前記フレーム内の差分有無情報
は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マ
ップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エン
コーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ
−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋
（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、
「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情
報として該当するビットを立てるものとする。

【００４１】本発明における動画像情報の圧縮システム
は、前述した動画像情報の圧縮方法と同様の特徴及び基
本構造を備えている。そして、動画像情報の圧縮方法に
おいて好ましい実施の形態は、圧縮システムにおいても
同様に好ましいものである。

【００４２】図１は、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。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
ＮＴＳＣ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。

【００４３】尚、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
れる旨が前述されているが、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。

【００４４】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、その差分の絶対値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。

【００４５】この画素ｔと、画素ｔ−１との比較は、ピ
クセル要素（輝度、色相、色差等）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。

【００４６】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１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。

【００４７】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が、本実施の
形態の説明においては、便宜上、２×２画素を１ブロッ
クとして取り扱うものとする。そして、エンコーダ圧縮
器３により、入力データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの
出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋
Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ
−４Ｄ）、エントロピー符号化手段６においてこれを記
録又は送信する。

【００４８】一方、後述する復号化手段による復号化デ
ータは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒
ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ
−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３
Ｄとなる。これにより、原画に対して以下のようなフィ
ルタを適用したのと同等な画像が、３／４のデータ量で
復元できる。

【００４９】例えば、入力データＡ（３，１，１，−
１）の場合、これは、平滑フィルタ（１，１，１，１）
と、エッジ抽出フィルタ（４，−１，−１，−１）の中
間（平滑寄り）の効果が期待でき、１／４の誤差が全体
に拡散している状態といえる。また、符号化された出力
データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に対する誤差も２×２ブロッ
ク全体に広がり、画像の急激な劣化を低減できる。

【００５０】図２は、ビット・マップ情報記録手段４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。

【００５１】この図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】本実施の形態におけるフレーム間の差分の
有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の
二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−
Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝を閾
値と比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレー
ム内差分情報として該当するビットを立てる（１にす
る）。このとき、フレーム内差分有無情報は、フレーム
内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であ
り、例えば、後述するランレングス符号化等の既存の圧
縮方式を適用して圧縮する。そして、出力データ（ａ，
ｂ，ｃ，ｄ）の、例えば、ｂ、ｃについても閾値処理を
行なう。すなわち、差の絶対値が、与えられた閾値であ
るパラメータＰよりも大きくない場合には、これを０
（差なし）と見なす処理を行なうものである。

【００５３】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画素当たり１ビットからなるビット
・マップ情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、
ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式
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。

【００５４】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。

【００５５】さらに、修正ハフマン符号化（ＭＨ）の場
合には、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ものである。

【００５６】また、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）の場
合には、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。

【００５７】本発明における動画像情報の圧縮方法およ
びそのシステムでは、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
の絶対値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画素
当たり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。

【００５８】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。

【００５９】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。

【００６０】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
法が採られる。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
並びに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採られてい
る。

【００６１】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採られる。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。

【００６２】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
を採ることにより、調整された画像出力データとなる。

【００６３】

【発明の効果】本発明におけ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させる
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行なうことができ、画質
・音質の劣化の軽減を図っている。特に、従来において
は、フレーム間の差分を大きく採ると、画質が激しく劣
化していたが、本発明のように、例えば、２×２画素を
１ブロックとして取り扱うことにより、画質の劣化を軽
減できるのである。すなわち、本発明によれば、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、圧縮率においても、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。

【００６４】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、符号語生成の効率化を図ることができ、動
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。

【００６５】さらに、本発明によれば、圧縮する情報を
限定することによって、動画像情報の効率的な圧縮が達
成でき、同時に質の高い画像や音声を得ることができ
る。

【００６６】また、保存されたビット・マップ情報が、
ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハ
フマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式からなる群から選
択される少なくとも１つ２値画像符号化法によって情報
圧縮される場合には、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、例えば、公衆電話網利用のデジ
タルファクシミリ等において画質の向上を図ることがで
きる。

【００６７】そして、フレーム間における２×２ブロッ
クのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，
ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，
ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ
＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋
３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，
３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化デ
ータが得られるので、原画に対して従来の平滑フィルタ
とエッジ抽出フィルタとの中間（平滑寄り）の効果が期
待でき、１／４の誤差が全体に広がり、従来のようなフ
ィルタを適用したのと同等な画像が３／４のデータ量で
もって復元することができる。

【００６８】この他、フレーム内の差分有無情報は、フ
レーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情
報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ
入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差
あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報と
して該当するビットを立てるものとするので、画質はブ
ロック内閾値に対して急激に悪化せず、リニアな変化を
画質に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調整することも容易に行な
え、しかも、圧縮率においても、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。

【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。

【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 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

Claims (22)

【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ことを特徴とする動画像情
   報の圧縮方法。
2. 【請求項２】 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
   ことでフレーム間について冗長な情報を削減することを
   特徴とする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】 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３のいずれか記載の動画像情報の
   圧縮方法。
5. 【請求項５】 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
   号化処理により情報圧縮される請求項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】 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５
   のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
7. 【請求項７】 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６記載の動画像情報の圧縮方法。
8. 【請求項８】 ピクセル要素の差分情報を用いる請求項
   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】 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８のいずれか記載の動画像情報の圧縮方法。
10. 【請求項１０】 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を差分情報と
    して用いる請求項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】 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
    力された差分を差分情報として用いる請求項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】 前記フレーム間におけるｎ×ｍ画素
    が、２×２画素、２×４画素、４×４画素のいずれかで
    ある請求項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】 前記フレーム間における２×２ブロッ
    クのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，
    ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，
    ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ
    ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋
    ３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，
    ３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化デ
    ータが得られる請求項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】 前記フレーム内の差分有無情報は、フ
    レーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情
    報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ
    入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
    Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
    −Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あ
    り」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報とし
    て該当するビットを立てるものとする請求項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】 フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮
    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を圧縮処理する情報
    圧縮手段を含むことを特徴とする動画像情報の圧縮シス
    テム。
17. 【請求項１７】 前記情報圧縮手段が、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
    くない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として
    処理（削除）する請求項１６記載の動画像情報の圧縮シ
    ステム。
18. 【請求項１８】 フレーム間について冗長な情報をさら
    に削減するエントロピー符号化手段を含む請求項１６又
    は１７記載の動画像情報の圧縮システム。
19. 【請求項１９】 フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮
    を行なう請求項１６乃至１８のいずれか記載の動画像情
    報の圧縮システム。
20. 【請求項２０】 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を差分情報と
    して用いる請求項１６乃至１９のいずれか記載の動画像
    情報の圧縮システム。
21. 【請求項２１】 前記フレーム間における２×２ブロッ
    クのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，
    ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，
    ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ
    ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋
    ３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，
    ３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化デ
    ータが得られる請求項１６乃至２０のいずれか記載の動
    画像情報の圧縮システム。
22. 【請求項２２】 前記フレーム内の差分有無情報は、フ
    レーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情
    報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ
    入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−
    Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ
    −Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あ
    り」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報とし
    て該当するビットを立てるものとする請求項１６乃至２
    １のいずれか記載の動画像情報の圧縮システム。