JP2003125417A - 画像符号化装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 フィルタ処理する画素データが画像エリアの
端部に存在して前記隣接する複数の画素データが一部存
在しない場合に従来のように画像を劣化させることがな
い符号化装置を提供する。 【解決手段】 入力画像データをフィルタ処理して符号
化する符号化装置において、フィルタ処理する前記入力
画素データが画像エリアの端部に存在して前記隣接する
複数の画素データが一部存在しない場合に、存在する画
素データを利用して不足する画素数の画素データを補う
ことによって前記フィルタ処理のブロックを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明はデジタル画像デー
タを符号化する画像符号化装置及びその方法に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】画像信号のデジタル化に伴って高能率符
号化技術が重要になってきている。高能率符号化の有効
な手段として直交変換符号化がある。

【０００３】直交変換とは入力される時系列信号を直交
する成分（例えば周波数成分）に変換するもので、ＤＣ
Ｔ（離散コサイン変換）が有名である。

【０００４】ここでＤＣＴを用いた画像符号化方法につ
いて説明する。図４は従来のＤＣＴを用いた画像符号化
装置のブロック図である。

【０００５】図４において、１０１はデジタル画像信号
の入力端子、１０２はブロック化回路、１０３はＤＣＴ
回路、１０４は量子化回路、１０５は可変長符号化回
路、１０６はバッファメモリ、１０７は出力端子であ
る。

【０００６】以上のように構成された符号化装置の画像
符号化処理を説明する。

【０００７】入力端子１０１から入力されたデジタル画
像信号をブロック化回路１０２でＤＣＴ単位のブロック
に分割する。画像の符号化では水平８画素・垂直８画素
の合計６４画素の２次元ＤＣＴがよく用いられている。
ブロック化された画像信号はＤＣＴ回路１０３で２次元
ＤＣＴされてＤＣＴ成分に変換される。変換されたＤＣ
Ｔ成分は量子化回路１０４で量子化され、可変長符号化
回路１０５で可変長符号化され、バッファメモリ１０６
で一定レートに変換されて出力される。

【０００８】可変長符号化とは、生起確率の大きい符号
語に小さな符号長を割り当て、生起確率が小さい符号語
に大きな符号長を割り当てる符号化方式である。従っ
て、画質によって符号化後のデータレートが変化する。
このため、バッファメモリ１０６がオーバーフローやア
ンダーフローを起こさないようにするために、バッファ
メモリ１０６内のデータ量が増加してきた場合には、量
子化回路１０４において量子化時の量子化幅を大きく
し、データ量が減少してきた場合には量子化幅を小さく
することによって制御している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
様にブロック符号化する場合に、画像有効エリアを符号
化ブロックで分割する時に、画像有効エリアを符号化ブ
ロックの大きさで全てを分割できない場合がある。

【００１０】具体的に図示すると図５のような場合が生
じる。

【００１１】図５において、画像有効エリアを横１９２
０画素，縦１０３５画素で囲まれたエリアとすると、横
８画素，縦８画素の大きさの（８×８）ブロックに分割
して符号化する場合、前記画像有効エリアの横の画素数
は８の倍数であるので割り切れるが、縦の画素数は８の
倍数でないので割り切れない。つまり、この大きさの画
像有効エリアは（８×８）ブロックに等分割できない。

【００１２】そこで、（８×８）ブロックの大きさに等
分割できるように、図５の不足する画像データとして一
定レベル（グレーレベル、黒レベル、白レベル等）の画
像データを付加して（８×８）ブロックの大きさに等分
割できるようにしていた。

【００１３】しかし、例えば黒レベルのデータを付加し
てブロック符号化した場合に、その符号化ブロックに本
当に存在する真の画像データが平坦な白レベルの信号で
あった場合、この符号化ブロック内では真の画像データ
と付加したダミー画像データとの境界で白から黒に変化
するブロックデータとなる。このデータをＤＣＴ変換す
ると、元々の画像データには直流成分しかなかったもの
が、垂直の交流成分に係数が発生する。このＤＣＴ成分
を可変長符号化すると、元々の画像信号になかった交流
成分が生じたことにより、データ量が増えることにな
る。バッファメモリの蓄積量が増えるのでデータ量を減
少させるために、量子化のステップ幅を大きくする処理
を行うことになる。

【００１４】従って、画像によっては復号した画質に劣
化が生じるという問題があった。特に、ＨＤ（Ｈｉｇｈ
Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）テレビジョン信号のように高品
質な画像を高い圧縮率で圧縮した場合に、この劣化が問
題となっていた。

【００１５】本願発明は斯かる背景下に於いて、フィル
タ処理する画素データが画像エリアの端部に存在して前
記隣接する複数の画素データが一部存在しない場合に、
従来のように画質を劣化させることがない画像符号化装
置及びその方法を提供することを目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】また、本願は斯かる目的
下にその一つの発明の画像符号化装置として、デジタル
画像データを入力する入力手段と、前記入力手段によっ
て入力されたデジタル画像データに近接する画面の画像
データから予測値を発生する発生手段と、前記入力手段
によって入力されたデジタル画像データから前記発生手
段によって発生された予測値を減じる減算手段と、前記
減算手段から出力されたデジタル画像データを符号化す
る符号化手段とを有し、前記発生手段は、所定の画素デ
ータを隣接する複数の画素データを用いて構成されたブ
ロックを単位としてフィルタ処理するフィルタ手段を含
み、前記フィルタ手段は、フィルタ処理する画素データ
が画像エリアの端部に存在して前記隣接する複数の画素
データが一部存在しない場合、存在する画素データを利
用して不足する画素数の画素データを補うことによって
前記フィルタ処理のブロックを形成することを特徴とす
る。

【００１７】また、本願は斯かる目的下にその一つの発
明の画像符号化方法として、デジタル画像データを入力
する入力工程と、前記入力されたデジタル画像データに
近接する画面の画像データから予測値を発生する発生工
程と、前記入力されたデジタル画像データから前記発生
された予測値を減じる減算工程と、前記減算工程により
処理されたデジタル画像データを符号化する符号化工程
とを有し、前記発生工程は、所定の画素データを隣接す
る複数の画素データを用いて構成されたブロックを単位
としてフィルタ処理するフィルタ工程を含み、前記フィ
ルタ工程は、フィルタ処理する画素データが画像エリア
の端部に存在して前記隣接する複数の画素データが一部
存在しない場合、存在する画素データを利用して不足す
る画素数の画素データを補うことによって前記フィルタ
処理のブロックを形成することを特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる実施例の符
号化装置を説明する。

【００１９】図１は本発明にかかる実施例の符号化装置
のブロック図である。

【００２０】図１において、１はアナログ画像信号が入
力する入力端子、２は入力されたアナログ信号をデジタ
ル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路、３はＡ／Ｄ変換され
たデジタル画像信号を横８画素・縦８画素のブロックデ
ータに分割するブロック化回路、４は符号化ブロックの
現フレーム画像信号１ｓと後述する予測信号９ｓとの差
分演算を行い、予測誤差を算出する予測誤差算出回路、
５は予測誤差信号２ｓを直交変換する直交変換回路（例
えば、ＤＣＴ（離散コサイン変換回路））、６は直交変
換係数３ｓを量子化する量子化回路である。

【００２１】７は量子化された直交変換係数（予測誤差
信号）４ｓを逆量子化する逆量子化回路、８は逆量子化
された直交変換係数を逆直交変換する逆直交変換回路、
９は予測誤差信号５ｓと予測信号９ｓとにより現フレー
ムの再生画像を算出する再生画像算出回路、１０は現フ
レームの再生画像信号６ｓを記憶する画像メモリ回路、
１１は前フレームの再生画像信号７ｓに対して動き補償
する動き補償回路、１２は動き補償信号８ｓに対して２
次元ローパスフィルタ処理し予測信号９ｓを出力するル
ープフィルタ回路である。

【００２２】１３はブロック化された現フレーム画像信
号１ｓと前フレームの再生画像信号７ｓとを比較してブ
ロックの動きベクトル１０ｓを算出する動きベクトル算
出回路、１４は動き補償のための予測信号９ｓを強制的
に”０”にするスイッチ、１５はバッファメモリ１８の
データ蓄積量に応じてスイッチ１４をＯＮ／ＯＦＦし
て、フレーム間動き補償予測符号化するか、又は１フレ
ーム期間フィールド内符号化するかを切り換えるスイッ
チ制御回路である。

【００２３】１６は予測誤差信号４ｓを可変長符号化す
る可変長符号化回路、１７は予測誤差信号１１ｓと動き
ベクトル１０ｓとにより伝送フレーム符号化データ１２
ｓを構成するデータ合成回路、１８は伝送フレーム符号
化データ１２ｓを所定の伝送速度で伝送するためのバッ
ファメモリ、１９は伝送信号を出力する出力端子であ
る。

【００２４】２０はバッファメモリ１８のデータ量によ
り、量子化回路６及び逆量子化回路７のデータ発生量を
制御するための量子化ステップを示す制御信号１３ｓを
出力する量子化ステップ制御回路である。

【００２５】次に、上記のように構成された符号化装置
の符号化処理動作について説明する。

【００２６】入力端子１に入力されたアナログ画像信号
をＡ／Ｄ変換回路２でデジタル信号に変換する。ここ
で、入力される画像信号はラスタースキャン状態の信号
であり、画像有効ラインを５１７ｏｒ５１８／フィール
ド，有効画素を１９２０／ラインとする。

【００２７】変換されたデジタル画像信号はブロック化
回路３により（８×８）ブロックに分割する。ここで、
ブロック化回路３の処理を詳しく述べる。

【００２８】入力される画像信号の画像有効ラインを５
１７ｏｒ５１８／フィールド，有効画素を１９２０／ラ
インとすると、水平方向は 有効画素数／符号化ブロックの水平画素数＝１９２０／
８＝２４０ つまり、水平方向にちょうど２４０分割できる。

【００２９】垂直方向は 有効ライン数／符号化ブロックの垂直画素数＝５１７ｏ
ｒ５１８／８＝６４×５／８ｏｒ６４×６／８ つまり、垂直方向は等分割できない。更に３ｏｒ２ライ
ン分のデータが存在すればちょうど６５分割できる。そ
こで、本実施例では３ｏｒ２ライン分の画像データを生
成し、垂直方向を５２０ラインとしてちょうど６５分割
できるようにする。

【００３０】図２は画像有効ラインが５１７／フィール
ドの画像データをブロック分割する場合を説明する図で
ある。

【００３１】画像有効ラインが５１７／フィールドの場
合、画像有効ラインの最終ラインである５１７ラインの
データを５１８〜５２０ラインのデータとして補う。こ
れによりちょうど６５分割できるようにする。上述の処
理を達成するために、ブロック化回路３はメモリ３ａと
メモリ制御回路３ｂとより構成されている。メモリ制御
回路３ｂはメモリ３ａの読み出しを制御して、データが
足りないブロックに対して上述したように最終ラインの
データを数回読み出して所定の大きさのブロックデータ
をメモリ３ａから出力させている。尚、上述では、フィ
ールド画像のブロック分割について説明したが、フレー
ム画像でも同様である。

【００３２】上述したように分割された現フレーム画像
信号１ｓは予測誤差算出回路４のａ入力と同じ動きベク
トル算出回路１３とに入力される。予測誤差算出回路４
のｂ入力には、スイッチ１４がＯＮの時にループフィル
タ１２から予測信号９ｓが入力され、現フレーム画像信
号１ｓとの差分演算を行い、その結果を予測誤差信号２
ｓとして出力する。

【００３３】直交変換回路５は、予測誤差算出回路４か
らの予測誤差信号２ｓに対して直交変換を行い、予測誤
差直交変換係数３ｓを出力する。

【００３４】直交変換方式としては、多くの場合、高い
変換効率を持ち、ハードウェア化に実現性のある離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）が用いられる。

【００３５】量子化回路６は、上記予測誤差直交変換係
数３ｓを量子化し、予測誤差直交変換量子化係数を算出
して予測誤差信号４ｓを出力する。

【００３６】この時、量子化回路６は量子化ステップ制
御回路２０により量子化ステップが制御されてデータの
発生量を可変する。この量子化ステップはバッファメモ
リ１８のデータ蓄積量を監視することにより、出力端子
２８から出力される所定の伝送レートをこえないように
制御信号１３ｓにより制御される。

【００３７】例えば、バッファメモリ１８のデータ蓄積
量が多い時は、データ発生量が少なくなるような量子化
ステップで量子化回路６を動作させて、データ蓄積量を
規定値まで少なくする。逆にデータ蓄積量が少ない時
は、データ発生量が多くなるような量子化ステップで量
子化回路６を動作させて、データ蓄積量を規定値まで増
やす。

【００３８】一方、逆量子化回路７では、予測誤差信号
４ｓを逆量子化し、その逆量子化出力を逆直交変換回路
８により逆直交変換し、量子化・逆量子化誤差を含んだ
予測誤差信号５ｓとスイッチ１４がＯＮの時のループフ
ィルタ１２の出力の予測信号９ｓとを加算し、符号化ブ
ロックの現フレーム再生画像信号６ｓを算出する。

【００３９】画像メモリ回路１０は現フレームの再生画
像信号６ｓを記憶すると共に、前フレームの再生画像信
号７ｓを出力する。

【００４０】また、動きベクトル算出回路１３は、現フ
レームの画像信号１ｓと画像メモリ１０に記憶されてい
る前フレームの再生画像信号７ｓとを比較して符号化ブ
ロックの動きをベクトル１０ｓとして算出する。

【００４１】動き補償回路１１は前フレームの再生画像
信号７ｓを動きベクトル１０ｓで動き補償し、動き補償
信号８ｓとして出力する。ループフィルタ回路１２は動
き補償した符号化ブロックに対して２次元ローパスフィ
ルタ処理を行い、予測信号９ｓとして出力する。この予
測信号９ｓはスイッチ１４がＯＮの時に予測誤差算出回
路４及び再生画像算出回路９へ入力される。

【００４２】ここで、ループフィルタ回路１２の処理に
ついて詳しく述べる。本実施例ではループフィルタは
（３×３）の２次元フィルタを利用している。つまり、
１つの画素に対する演算画素は３×３で９画素必要であ
る。

【００４３】従って、処理する画素が画像エリアの端に
存在するものである場合（図３参照）、例えば図３
（ａ）のような場合、つまり、３画素Ａ，Ｂ，Ｃのデー
タが存在しない、そこで本実施例は存在する画素データ
でその存在しない３画素データを補う。つまりＡ＝ａ，
Ｂ＝ｂ，Ｃ＝ｃとしてフィルタ処理を行う。図３（ｂ）
のような場合、５画素Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅのデータが存
在しない、そこで本実施例ではＡ＝ａ，Ｂ＝Ｃ＝Ｄ＝
ｂ，Ｅ＝ｃとしてフィルタ処理を行っている。尚、複数
の存在する画素データの平均値を存在しない画素データ
にしても良い。

【００４４】図１の処理動作の説明に戻り、可変長符号
化回路１６は量子化回路６からの予測誤差信号（直交変
換量子化係数）４ｓの並べ換えを行い、可変長符号化し
て予測誤差符号１１ｓを出力する。

【００４５】データ合成回路１７は、動きベクトル１０
ｓを符号化し、予測誤差符号１１ｓと合成して、所定の
形式の伝送フレーム符号化データ１２ｓを出力する。

【００４６】バッファメモリ１８は伝送フレーム符号化
データ１２ｓを一旦記憶し、所定の伝送レートで出力端
子１９より出力する。

【００４７】また、バッファメモリ１８からデータが出
力されてから復号化装置に入るまでの伝送路においてエ
ラーが発生した場合、動き補償予測フレーム間符号化装
置として動作している間にエラーが蓄積されていくため
に、適当なタイミングでスイッチ１４をＯＦＦにする必
要がある。ここでスイッチ制御回路１５はバッファメモ
リ１８のデータ蓄積量を監視してスイッチ１４を制御す
る。

【００４８】例えば、バッファメモリ２６のデータ蓄積
量が多い場合には、スイッチ１４をＯＮのままにして、
フレーム間の動き補償予測符号化装置として動作させ
る。また、バッファメモリ１８のデータ蓄積量が少ない
時には、スイッチ１４をＯＦＦにして、１フレーム期間
フィールド内符号化を行う。

【００４９】スイッチ１４のＯＦＦはデータ伝送路のエ
ラーの状態に応じて一定時間毎に上記のようにバッファ
メモリ１８のデータ蓄積量に応じて１回行えば良い。し
かし、バッファメモリ１６のデータ蓄積量が全体的に無
くなっている場合には、所定時間でスイッチ１４をＯＦ
Ｆにすれば良い。

【００５０】尚、本実施例では画像有効エリア以外の信
号を符号化エリアの下端部の符号化ブロックに含まれる
ようにブロック化したが、符号化エリアの上端部の符号
化ブロックに含まれるようにブロック化してもよい。こ
の場合には、有効ラインの最初のラインのデータを有効
ライン以外のデータに置き換えればよい。

【００５１】また、本実施例においては、水平方向の符
号化エリアと有効画素が等しかったが、等しくない場合
には垂直の場合と同様に、有効画素の左右の両端の画素
を左右の有効エリア以外のデータに置き換えるようにし
てブロック化すればよい。

【００５２】また、符号化ブロック、ループフィルタ処
理のブロックの大きさは実施例で説明したブロックの大
きさに限るものではない。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ィルタ処理する画素データが画像エリアの端部に存在し
て隣接する複数の画素データが一部存在しない場合、存
在する画素データを利用して不足する画素数の画素デー
タを補うことによってフィルタ処理のブロックを形成す
るので、画質劣化を防止しながら画像データをフィルタ
処理することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる実施例の符号化装置のブロック
図である。

【図２】本発明にかかる実施例の画像有効ラインが５１
７／フィールドの画像データをブロック分割する場合を
説明する図である。

【図３】本発明にかかる実施例のループフィルタ処理を
説明するための図である。

【図４】従来のＤＣＴを用いた画像符号化装置のブロッ
ク図である。

【図５】画像有効エリアとブロック分割の関係を説明す
るための図である。

【符号の説明】

２ Ａ／Ｄ変換回路 ３ ブロック化回路 ３ａ メモリ ３ｂ メモリ制御回路 ５ 直交変換回路 ６ 量子化回路 ７ 逆量子化回路 ８ 逆直交変換回路 １０ 画像メモリ回路 １１ 動き補償回路 １２ ループフィルタ回路 １３ 動きベクトル算出回路 １６ 可変長符号化回路 １８ バッファメモリ ２０ 量子化ステップ制御回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C059 LA01 MA05 MA21 MC11 ME01 NN01 SS06 TA00 TA11 TB08 TC02 TC32 TC33 TD18 UA02 UA11 UA32 UA33 UA34 UA38 5J064 AA02 BA09 BA16 BB03 BC01 BC08 BC09 BC11 BC16 BC18 BD01

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 デジタル画像データを入力する入力手段
   と、 前記入力手段によって入力されたデジタル画像データに
   近接する画面の画像データから予測値を発生する発生手
   段と、 前記入力手段によって入力されたデジタル画像データか
   ら前記発生手段によって発生された予測値を減じる減算
   手段と、 前記減算手段から出力されたデジタル画像データを符号
   化する符号化手段とを有し、 前記発生手段は、所定の画素データを隣接する複数の画
   素データを用いて構成されたブロックを単位としてフィ
   ルタ処理するフィルタ手段を含み、 前記フィルタ手段は、フィルタ処理する画素データが画
   像エリアの端部に存在して前記隣接する複数の画素デー
   タが一部存在しない場合、存在する画素データを利用し
   て不足する画素数の画素データを補うことによって前記
   フィルタ処理のブロックを形成することを特徴とする画
   像符号化装置。
2. 【請求項２】 デジタル画像データを入力する入力工程
   と、 前記入力されたデジタル画像データに近接する画面の画
   像データから予測値を発生する発生工程と、 前記入力されたデジタル画像データから前記発生された
   予測値を減じる減算工程と、 前記減算工程により処理されたデジタル画像データを符
   号化する符号化工程とを有し、 前記発生工程は、所定の画素データを隣接する複数の画
   素データを用いて構成されたブロックを単位としてフィ
   ルタ処理するフィルタ工程を含み、 前記フィルタ工程は、フィルタ処理する画素データが画
   像エリアの端部に存在して前記隣接する複数の画素デー
   タが一部存在しない場合、存在する画素データを利用し
   て不足する画素数の画素データを補うことによって前記
   フィルタ処理のブロックを形成することを特徴とする画
   像符号化方法。