JP2540809B2 - 高能率符号化装置 - Google Patents

高能率符号化装置

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    • G06T2207/10016—Video; Image sequence

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、ディジタルビデオ信号等の画像データを
伝送する場合、元のデータ量に比して伝送されるデータ
量を圧縮するための高能率符号化装置に関する。
〔発明の概要〕 この発明による高能率符号化装置では、画面が多数の
３次元的ブロック即ち、時間的に連続するｎフレームの
夫々に属するｎ個の領域からなるブロックに分割され、
各ブロック内で画像の動きが判定され、動き情報が得ら
れ、また、ブロックの夫々の画素数が（1/m）にサブサ
ンプリングされると共に、ｍ個のブロックに関してサブ
サンプリングの位相が順次シフトされる。サブサンプリ
ングにより間引かれた（即ち、伝送されない）画素のデ
ータが復号されると時に、静止部の画像データの復元が
異なるサブサンプリングパターンの合成により良好にな
される。
〔従来の技術〕
ディジタルビデオ信号を伝送する場合に、伝送するデ
ータ量を元のデータ量に比して圧縮する方法として、サ
ブサンプリングによって画素を間引き、サンプリング周
波数を低くするものが知られている。サブサンプリング
では、例えば画像データが1/2に間引かれ、サブサンプ
リング点と、補間の時に使用するサブサンプリング点の
位置を示す（即ち、補間点の上下又は左右の何れのサブ
サンプリング点のデータを使用するかを示す）フラグと
を伝送するものが提案されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
サブサンプリングを用いてサンプリング周波数を低減
する符号化方法では、受信側において、間引かれた画素
のデータが補間される。しかしながら、視覚的に高画質
が要求される停止部では、補間された画素データの劣化
が目立つ欠点があった。
従って、この発明の目的は、静止ブロック内の間引か
れた画素データを受信側で良好に補間することができる
高能率符号化装置を提供することにある。
この発明の他の目的は、３次元ブロックのダイナミッ
クレンジに適応した符号化方法と組合わせ、圧縮率を一
層高くすることができる高能率符号化装置を提供するこ
とにある。
即ち、本願出願人は、特願昭59−266407号明細書に記
載されているような、２次元ブロック内に含まれる複数
画素の最大値及び最小値により規定されるダイナミック
レンジを求め、このダイナミックレンジに適応した符号
化を行う高能率符号化装置を提案している。また、特願
昭60−232789号明細書に記載されているように、複数フ
レームに夫々含まれる領域の画素から形成された３次元
ブロックに関してダイナミックレンジに適応した符号化
を行う高能率符号化装置が提案されている。
更に、特願昭60−268817号明細書に記載されているよ
うに、量子化を行った時に生じる最大歪が一定となるよ
うなダイナミックレンジに応じてビット数が変化する可
変長符号化方法が提案されている。
これらのダイナミックレンジに適応した符号化方法
は、ブロックの画像の動きと関係なく、常にブロック内
の全ての画素データを符号化していた。しかし、画像の
動きが無い時には、特願昭60−247840号明細書に記載さ
れているように、ブロック内の１個の領域の画素データ
のみを符号化する所謂駒落とし処理により、圧縮率を一
層高くすることができる。
この発明の更に他の目的は、上述の３次元ブロックの
ダイナミックレンジに適応した符号化方法を使用し、動
きの有無に応じて駒落としを行う高能率符号化装置と組
合わせ、圧縮率をより一層高くできると共に、受信側で
画像を良好に復元することができる高能率符号化装置を
提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明は、ディジタル画像信号の時間的に連続する
ｎフレームの夫々に属するｎ個の領域からなる３次元ブ
ロックを構成するブロック化回路２と、 ３次元ブロック毎に動きについての判定を行ない、静
止ブロック、動きブロックを指示する判定コードSJを発
生する動き判定回路３と、 ３次元ブロック内で、フレーム間平均により２次元ブ
ロックを生成するフレーム間平均値形成回路５と、 判定コードSJが静止ブロックを指示する場合には、２
次元ブロックの夫々の画素数を（1/m）にサブサンプリ
ングすると共に、判定コードSJが動きブロックを指示す
る場合には、３次元ブロックの夫々の画素数を（1/m）
にサブサンプリングし、ｍ個のブロックに関して、サブ
サンプリングの位相が順次シフトされるサブサンプリン
グ回路６と、 判定コードSJが静止ブロックを指示する場合には、２
次元ブロックのサブサンプリング出力のデータ量を圧縮
すると共に、判定コードSJが動きブロックを指示する場
合には、３次元ブロックのサブサンプリング出力のデー
タ量を圧縮するエンコーダ13、14と、 判定コードSJとエンコーダ13、14により圧縮されたデ
ータとを伝送する手段と を備えたことを特徴とする高能率符号化装置である。
〔作用〕
例えばディジタルビデオ信号の１ブロックのフレーム
差の絶対値の和がしきい値と比較され、しきい値より絶
対値の和が小さい時には、静止ブロックと判定される。
また、各ブロックの夫々の画素数が（1/m）例えば1/2に
サブサンプリングされる。サブサンプリングの位相が２
個のブロックに関して順次シフトされる。つまり、ｉ番
目のブロックに関するサブサンプリングの位相と、（ｉ
＋１）番目のブロックに関するサブサンプリングの位相
とが１画素のズレを有する。動き判定回路３からの判定
コードSJとサブサンプリング回路６の出力データとがフ
レーム化回路15,16において伝送データに変換される。
判定コードSJにより示される静止ブロックでは、ブロッ
ク内のｎ個の領域の画素同士の平均値が元のデータに代
えて伝送される。この駒落とし処理とダイナミックレン
ジ適応型の符号を用いた符号化とをサブサンプリングに
組合わせると、圧縮率がきわめて高い。
受信側において、間引かれた画素を補間する場合、時
間的に連続する二つのブロックが共に静止ブロックの時
に、両者を合成することにより、ブロックにおいて間引
かれた画素が前のブロックの画素によって補間される。
従って、周囲の画素によって補間するのと異なり、静止
部の復元画像の質が頗る高くなる。
〔実施例〕
以下、この発明の実施例について図面を参照して説明
する。この説明は、下記の順序に従ってなされる。
a.送信側の構成 b.受信側の構成 c.送信側及び受信側におけるデータ処理動作 d.ブロック及びブロック化回路 e.動き判定回路 f.サブサンプリング g.エンコーダ h.デコーダ i.ダイナミックレンジ検出回路 j.可変長符号化 k.変形例 a.送信側の構成 第１図は、この発明の送信側（ビデオテープレコーダ
の場合では記録側）の構成を全体として示すものであ
る。１で示す入力端子に例えば１サンプルが８ビットに
量子化されたディジタルビデオ信号（輝度信号）が入力
される。このディジタルビデオ信号がブロック化回路２
に供給される。
ブロック化回路２により、入力ディジタルビデオ信号
が符号化の単位であるブロックが時間方向に連続する信
号に変換される。ブロック化回路２の出力信号が動き判
定回路３に供給される。動き判定回路３は、３次元ブロ
ック（この例では、６ライン×６画素×２フレーム）の
各フレームの領域間で同一位置の画素同士のデータから
静止ブロック，準静止ブロック及び動きブロックを区別
する２ビットの判定コードSJを発生する回路である。動
きが無い静止ブロックに関して判定コードSJが（00）と
なり、動きが非常に小さい準静止ブロックに関して判定
コードSJが（01）となり、動きが有るブロックに関して
判定コードSJが（11）となる。
ブロック化回路２からの入力ディジタルビデオ信号が
スイッチ回路４の一方の入力端子及びフレーム間平均値
形成回路５に供給される。フレーム間平均値形成回路５
の出力信号がスイッチ回路４の他方の入力端子に供給さ
れる。判定コードSJが（00）及び（01）の時、即ち、静
止ブロック及び準静止ブロックの時に、フレーム間平均
値形成回路５の出力信号がスイッチ回路４の出力端子に
選択的に得られる。判定コードSJが（11）の時、即ち、
動きが有るブロックの時に、ブロック化回路２からの入
力ディジタルビデオ信号がスイッチ回路４の出力端子に
選択的に得られる。
フレーム間平均値形成回路５は、ブロックを構成する
２個の領域の間で同一位置にある36個の画素同士の平均
値を夫々算出し、この36個の平均値をブロックの画素デ
ータに代えて出力する回路である。従って、フレーム間
平均値形成回路５の出力信号は、平均値が（６ライン×
６画素）に配置された２次元ブロックの構成を有してい
る。スイッチ回路４の出力信号がサブサンプリング回路
６に供給される。
サブサンプリング回路６は、各ブロックの画素を1/2
にするサブサンプリングを行う。７で示す入力端子に元
のサンプリング周波数の1/2の周波数のサンプリングパ
ルスが供給され、このサンプリングパルスとインバータ
10を介された反転したサンプリングパルスとがスイッチ
回路９において選択される。スイッチ回路９は、端子11
からのスイッチ制御パルスにより、３次元ブロックのフ
レーム数ｎ（この例では、ｎ＝２）毎に切り替えられ
る。従って、画面上で同一の位置を占め、時間的に連続
する２つのブロックのサンプリングパターンでは、サブ
サンプリングされる画素が１画素のズレを有している。
つまり、これらの２つのブロック間では、サンプリング
パターンが相補的である。
サブサンプリング回路６の出力信号がスイッチ回路12
に供給される。スイッチ回路４と同様にスイッチ回路12
が判定コードSJにより制御され、スイッチ回路12により
選択された静止ブロック及び準静止ブロックのデータが
２次元エンコーダ13に供給され、スイッチ回路12により
選択された動きが有るブロックのデータが３次元エンコ
ーダ14に供給される。
２次元エンコーダ13及び３次元エンコーダ14では、後
述のように、ブロック毎のダイナミックレンジに適応し
たビット数が可変の符号化がなされる。これらのエンコ
ーダ13,14からは、ブロックのダイナミックレンジDRと
最小レベルMINと０〜５ビットのコード信号DTが得られ
る。
２次元エンコーダ13及び３次元エンコーダ14の出力信
号がフレーム化回路15,16に夫々供給される。フレーム
化回路15及び16には、位相合わせ用の遅延回路17を介さ
れた判定コードSJが供給される。この一実施例では、判
定コードSJ、コード信号DT,ダイナミックレンジDR,最小
値MINを伝送するようにしている。これらのデータがフ
レーム化回路15,16において、送信データに変換され
る。送信データの形態としては、判定コードSJ、ダイナ
ミックレンジDR,最小値MIN、コード信号DTからなるデー
タ部分の夫々に独立のエラー訂正符号の符号化を施し
て、各エラー訂正符号のパリティを付加して伝送するも
のを使用できる。また、コード信号DT以外の判定コード
SJ、ダイナミックレンジDR,最小値MINの夫々に独立のエ
ラー訂正符号の符号化を施しても良い。更に、判定コー
ドSJ、ダイナミックレンジDR,最小値MINに共通のエラー
訂正符号の符号化を施して、そのパリティを付加しても
良い。フレーム化回路15,16の出力信号がORゲート18に
供給され、ORゲート18の出力端子19に伝送データが取り
出される。図示せずも、この伝送データは、シリアルデ
ータとして送信（或いは記録媒体に記録）される。
b.受信側の構成 第２図は、受信（又は再生）側の構成を示す。入力端
子21からの受信データは、判定コード分離回路22に供給
され、判定コードSJが分離される。また、判定コードSJ
以外の付加データ及びコード信号がスイッチ回路23に供
給される。スイッチ回路23に判定コードSJが供給され
る。スイッチ回路23により、静止ブロック及び準静止ブ
ロックの平均値情報のコード信号及び付加データが分離
され、この平均値情報がフレーム分解回路24に供給され
る。また、スイッチ回路23により分離された動きが有る
ブロックのコード信号及び付加データがフレーム分解回
路27に供給される。フレーム分解回路24,27により、コ
ード信号DTと付加コードDR,MINが分離されると共に、エ
ラー訂正処理がなされる。これらのコード信号DT及び付
加コードが２次元デコーダ25及び３次元デコーダ28に夫
々供給される。
これらのデコーダ25,28は、送信側のエンコーダ13,14
の処理と逆の処理を行う。即ち、８ビットの最小レベル
除去後のデータDTIが代表レベルとして復元され、この
データと８ビットの最小値MINとが加算され、元の画素
データが復元される。
２次元デコーダ25では、駒落としされた静止ブロック
又は準静止ブロックの復号出力が形成される。この２次
元デコーダ25の出力信号がブロック分解回路26に供給さ
れる。３次元デコーダ28では、動きが有るブロックの復
号出力が形成される。この３次元デコーダ28の出力信号
がブロック分解回路29に供給される。ブロック分解回路
26及び29の出力信号がORゲート30に供給される。ORゲー
ト30の出力信号が適応補間回路31に供給される。この適
応補間回路31の出力信号が出力端子32に取り出される。
ブロック分解回路26及び29は、送信側のブロック化回
路２と逆に、ブロックの順番の復号データをテレビジョ
ン信号の走査と同様の順番に変換するための回路であ
る。
適応補間回路31では、サブサンプリング点でないた
め、伝送されない画素データが補間される。適応補間回
路31においては、３種類の補間方式の中の一つの方式が
時間的に前のブロックの判定コードSJi-1と現在のブロ
ックの判定コードSJiとの関係に応じて選択される。補
間方式を選択するための補間制御信号SIがデコーダ34に
おいて形成される。デコーダ34には、判定コード分離回
路22からの判定コードSJ（即ち、SJi）とメモリ33から
の時間的に前のブロックの判定コードSJi-1とが供給さ
れる。デコーダ34からの補間制御信号SIが位相合わせ用
の遅延回路35を介してブロック分解回路36に供給され
る。
補間制御信号SIは、時間的に連続する６個の画素毎に
変化する２ビットのコードである。適応補間回路31で
は、時間方向補間，フレーム内補間及びフィールド内補
間の３個の補間方式が適応的に変化される。時間方向補
間は、空間方向であるフレーム内補間及びフィールド内
補間と対置されるものであり、時間的に連続する２つの
ブロックの両者の画素を合成する補間である。この時間
方向補間では、２つのブロック間でサンプリングパター
ンが１画素ずれていることが有効に利用される。フレー
ム内補間は、同一フレーム内のデータを用いる補間であ
る。例えば、補間点の上下及び左右に位置するサブサン
プルデータの平均値によって補間がなされる。フィール
ド内補間は、同一フィールド内のデータを用いる補間で
ある。例えば同一ライン上で補間点の左右に位置するサ
ブサンプルデータの平均値によって補間がなされる。補
間制御信号SIにより、次のように補間方式が選択され
る。
（SI＝00）の時には、時間方向補間 （SI＝10）の時には、フレーム内補間 （SI＝11）の時には、フィールド内補間 前述のように、判定コードSJは、次のように定義され
ている。
（静止ブロック:SJ＝00）（準静止ブロック:SJ＝01）
（動きが有るブロック:SJ＝11） デコーダ34では、この前のブロックの判定コードSJ
i-1と現在のブロックの判定コードSJiから次のように補
間制御信号SIが形成される。
例えば現在のブロックが静止ブロックであって、前の
ブロックが静止ブロック又は準静止ブロックの場合で
は、（SI＝00）とされ、時間方向補間がなされ、現在の
ブロックが動きの有るブロックの場合では、前のブロッ
クの動き判定と無関係に（SI＝11）とされ、フィールド
内補間がなされる。
c.送信側及び受信側におけるデータ処理動作 第３図は、送信側の入力端子１に供給されるディジタ
ルビデオ信号の一例である。説明の簡単のため、１フレ
ームの画面がA,B,C,Dの４個の領域に分割されている。
第３図では、時間的に連続する４個のフレームが示され
ており、２個のフレームひ夫々属する２個の領域（A1,A
2）（B1,B2）・・・（D3,D4）によってブロックが形成
される。また、第３図では、各ブロックに関する２ビッ
トの動き判定コードSJの一例が示されている。例えば
（A1,A2）からなるブロックは、（SJ＝00）即ち、静止
ブロックであり、（B1,B2）からなるブロックは、（SJ
＝01）即ち、準静止ブロックであり、（C1,C2）からな
るブロックは、（SJ＝00）即ち、静止ブロックであり、
（D1,D2）からなるブロックは、（SJ＝11）即ち、動き
が有るブロックである。
送信側では、駒落とし処理，サブサンプリング，ダイ
ナミックレンジに適応した符号化がなされる。領域A,B,
C,Dが夫々ダイナミックレンジに適応した符号化処理さ
れた出力データをa,b,c,dと表すと、送信側において得
られる符号化データは、第５図に示すものとなる。即
ち、静止領域及び準静止領域では、２個の領域、例えば
A1,A2のフレーム間平均値（A1＋A2）/2が形成され、こ
のフレーム間平均値が２次元エンコーダ13において符号
化され、（a1＋a2）/2の符号化データが得られる。ま
た、動きブロックの領域、例えばD1,D2は、夫々d1,d2に
符号化される。
この符号化データが受信側において復号され、第５図
に示す復号化データがORゲート30から得られる。静止ブ
ロック及び準静止ブロックでは、２個の領域の平均値が
復号され、動きがあるブロックでは、各領域の画素デー
タが復号される。この第５図に示す復号化データは、サ
ブサンプリングによって1/2の間引き画素を含んでお
り、適応補間回路31においてこの間引き画素が補間され
る。
補間の態様は、前述のように、前のブロックの判定コ
ードSJi-1と現在のブロックの判定コードSJiにより形成
される補間制御信号SIで定められる。８個の領域A3,B3
・・・C4,D4で形成される４個のブロックを現在のブロ
ックとすると、第６図に示すように、復号化データ（第
５図参照）に対応する補間制御信号SIが形成される。例
えば（A3＋A4）/2の平均値の領域は、（SJi-1＝00）（S
Ji＝00）から（SI＝10）とされ、時間方向補間がされ、
D3及びD4の領域は、（SJi-1＝11）（SJi＝11）からフィ
ールド内補間がされる。
d.ブロック及びブロック化回路 第７図を参照して、符号化の単位であるブロックにつ
いて説明する。この一実施例では、時間的に連続する２
フレームの夫々に属する２次元領域An,An＋１から３次
元的な１ブロックが構成される。第３図において、実線
は、奇数フィールドのラインを示し、破線は、偶数フィ
ールドのラインを示す。各フレームの６本のラインの夫
々に含まれる６個の画素によって、（６ライン×６画
素）の領域An,An＋１が構成される。従って、１ブロッ
クは、（６×６×２＝72）個の画素からなる。
第８図は、上述のブロック化回路２の構成の一例を示
す。入力端子41にフレームメモリ42が接続され、現在の
フレームの画素データが走査変換回路43に供給され、フ
レームメモリ42からの前のフレームの画素データが走査
変換回路44に供給される。これらの走査変換回路43,44
の夫々の出力信号が遅延回路及びスイッチ回路から構成
された合成回路45に供給され、合成回路45の出力端子46
にブロックの順序に変換されたディジタルビデオ信号が
発生する。
簡単のために、１フレームの画像が４分割される場合
には、前のフレームが第９図Ａに示すように、A1,B1,C
1,D1の領域に分割され、現在のフレームがA2,B2,C2,D2
の領域に分割される。走査変換回路43は、第９図Ｂに示
すように、１フレーム内のデータの順序をブロックの領
域毎の順序に変換する。他の走査変換回路44も同様に、
第９図Ｃに示すように、１フレーム内のデータの順序を
ブロックの領域毎の順序に変換する。
合成回路45の出力端子46には、第９図Ｄに示すよう
に、連続する２フレームの夫々に含まれる４個の領域の
画素データがブロックの順序に変換された出力データが
得られる。
e.動き判定回路 第10図は、動き判定回路３の一例を示す。第10図にお
いて、47,48の夫々は、１ブロックの時間的に連続する
２フレームに夫々属する領域An,An＋１の画像データが
供給される入力端子である。この入力データは、前述の
ブロック化回路２の出力データが１ブロック毎に並列化
されることにより形成される。49a及び49bで示す端子に
は、しきい値データTHa及びTHbが夫々供給され、50で示
す端子には、リセットパルスPRが供給される。しきい値
THaより、しきい値THbがより大とされている。
減算回路51及び絶対値化回路52により、領域Anと領域
An＋１との間の対応する位置の画素のレベル差（フレー
ム差）の絶対値が形成される。このフレーム差の絶対値
が集計回路53に供給される。集計回路53の出力信号が比
較回路54a及び54bに供給される。フレーム差の絶対値の
１ブロックに関しての集計値が比較回路54aでしきい値
データTHaと比較され、また、比較回路54bにより、この
集計値がしきい値データTHbと比較される。フレーム差
の絶対値の集計値としきい値データTHa,THbとの夫々の
レベル関係に対応する２値的な比較出力がエンコーダ55
に供給される。エンコーダ55は、フレーム差の絶対値の
集計値がしきい値データTHa以下の時に両者の間で変化
がない即ち、静止ブロックと判定する。また、フレーム
差の絶対値の集計値がしきい値データTHaを越え、これ
がしきい値データTHb以下の時に、準静止ブロックと判
定される。更に、集計値がしきい値データTHa及びTHbよ
り大きい時には、動きブロックと判定される。エンコー
ダ55には、１ブロック毎のリセットパルスPRが供給され
る。エンコーダ55からの２ビットの出力が判定コードSJ
として出力端子56に取り出される。
（SJ＝00）又は（SJ＝01）の場合には、ブロック内の
領域An及びAn＋１の画像が殆ど同一であるので、両者の
平均値（An＋An＋１）/2のみが２次元エンコーダ13によ
り符号化される。従って、２個の領域の中の１個の領域
が駒落としされる。（SJ＝11）の場合では、２つの領域
An及びAn＋１の両者に含まれる画素データが３次元エン
コーダ14により符号化される。
上述のように、ブロック毎に静止部かどうかを判定す
ることにより、画像の中で大きな割合を占める静止部に
関してのコード信号の伝送を減少でき、データの圧縮率
を頗る高くできる。
尚、動き判定回路３としては、２フレーム間のフレー
ム差の絶対値の最大値がしきい値以下かどうかを判定す
る等の他の構成を使用することができる。
f.サブサンプリング サブサンプリング回路６におけるサブサンプリング
は、第11図に示すように、（ｉ−１）番目のブロックの
サンプリングパターンとｉ番目のブロックのサンプリン
グパターンとが相補的なものとされている。前述の適応
補間回路31における時間方向補間は、相補的なサンプリ
ングパターンを合成することによりなされる。（ｉ−
１）番目及びｉ番目のブロックの両者が静止ブロックの
場合には、同一の画像であるので、両者を重ね合わせて
合成するのみで、良好な復元画像が得られる。
g.エンコーダ ２次元エンコーダ13及び３次元エンコーダ14の両者
は、ダイナミックレンジDRに適応した可変長の符号化を
夫々行う。２次元エンコーダ13と３次元エンコーダ14と
は、１ブロックに含まれる画素数が異なる点を除けば同
一の構成を有している。第12図は、３次元エンコーダ14
として使用できるエンコーダの一例を示す。
第12図において、62で示すダイナミックレンジ検出回
路に１ブロックの画素データPDが供給され、ブロックの
ダイナミックレンジDR及び最小値MINが検出される。減
算回路61において、各画素データから最小値MINが減算
され、最小値除去後のデータPDIが形成される。このデ
ータPDIとダイナミックレンジDRとが量子化回路63に供
給され、量子化回路63から圧縮されたビット数のコード
信号DTが得られる。ダイナミックレンジDR,最小値MIN,
コード信号DTがフレーム化回路16に供給される。フレー
ム化回路16において、判定コードSJ,ダイナミックレン
ジDR,最小値MIN,コード信号DTが第13図に示すようなシ
リアルデータに変換される。
２次元エンコーダ13は、上述の第12図に示すエンコー
ダと同一の構成とされており、入力データとしてフレー
ム間平均値形成回路５からの平均値データが供給され
る。
量子化回路63は、例えばROMによって構成される。こ
のROMには、最小値除去後の画素データPDI（８ビット）
を圧縮されたビット数に変換するためのデータ変換テー
ブルが格納されている。ROMでは、ダイナミックレンジD
Rの大きさによりデータ変換テーブルが選択され、読み
出し出力として５ビットのコード信号DTが取り出され
る。ダイナミックレンジDRに応じて、コード信号DTのビ
ット数が０ビット〜５ビットの範囲で変化する。従っ
て、ROMから出力されるコードの中で有効なビット長が
変化する。フレーム化回路15,16において有効なビット
が選択される。
h.デコーダ ２次元デコーダ25及び３次元デコーダ28は、エンコー
ダ13,14と逆の処理を行う回路である。第14図は、２次
元デコーダ25の一例の構成を示す。前段のフレーム分解
回路24からのダイナミックレンジDR及びコード信号DTが
復号化回路64に供給される。復号化回路64は、例えばRO
Mにより構成され、復号化回路64から最小値除去後の平
均値データと対応する復元レベルのデータが得られる。
このデータが加算回路65に供給され、最小値MINと加算
される。従って、加算回路65の出力信号として、平均値
データと対応する復元レベルの信号が得られる。
静止ブロックの場合では、駒落とし圧縮がされている
ので、メモリ66に加算回路65の出力信号が書き込まれ、
メモリ66から伝送が省略された領域の平均値データが取
り出される。
３次元デコーダ28は、２次元デコーダ25と同様の構成
とされている。但し、動きが有るブロックの場合では、
各領域の画素データが全て復号され、メモリを設ける必
要が無い。
i.ダイナミックレンジ検出回路 第15図は、２次元エンコーダ13及び３次元エンコーダ
14に設けられるダイナミックレンジ検出回路62の一例の
構成を示す。第15図において、71で示される入力端子に
は、ブロック化回路２から前述のように、１ブロック毎
に符号化が必要な領域の画像データが順次供給される。
この入力端子71からの画素データは、選択回路72及び選
択回路73に供給される。一方の選択回路72は、入力ディ
ジタルビデオ信号の画素データとラッチ74の出力データ
との間で、よりレベルの大きい方を選択して出力する。
他方の選択回路73は、入力ディジタルビデオ信号の画素
データとラッチ75の出力データとの間で、よりレベルの
小さい方を選択して出力する。
選択回路72の出力データが減算回路76供給されると共
に、ラッチ74に取り込まれる。選択回路73の出力データ
が減算回路76及びラッチ78に供給されると共に、ラッチ
75に取り込まれる。ラッチ74及び75には、ラッチパルス
が制御部79から供給される。制御部79には、入力ディジ
タルビデオ信号と同期するサンプリングクロック，同期
信号等のタイミング信号が端子80から供給される。制御
部79は、ラッチ74,75及びラッチ77,78にラッチパルスを
所定のタイミングで供給する。
各ブロックの最初で、ラッチ74及び75の内容が初期設
定される。ラッチ74には、全て‘0'のデータが初期設定
され、ラッチ75には、全て‘1'のデータが初期設定され
る。順次供給される同一のブロックの画素データの中
で、最大レベルがラッチ74に貯えられる。また、順次供
給される同一のブロックの画素データの中で、最小レベ
ルがラッチ75に貯えられる。
最大レベル及び最小レベルの検出が１ブロックに関し
て終了すると、選択回路72の出力に当該ブロックの最大
レベルが生じる。一方、選択回路73の出力に当該ブロッ
クの最小レベルが生じる。１ブロックに関しての検出が
終了すると、ラッチ74及び75が再び初期設定される。
減算回路76の出力には、選択回路72からの最大レベル
MAX及び選択回路73からの最小レベルMINを減算してなる
各ブロックのダイナミックレンジDRが得られる。これら
のダイナミックレンジDR及び最小レベルMINが制御ブロ
ック79からのラッチパルスにより、ラッチ77及び78に夫
々ラッチされる。ラッチ77の出力端子81に各ブロックの
ダイナミックレンジDRが得られ、ラッチ78の出力端子82
に各ブロックの最小値MINが得られる。
j.可変長符号化 第16図は、上述の量子化回路63によりなされるダイナ
ミックレンジに適応した可変なビット数の符号化の説明
に用いるものである。この符号化は、最小値が除去され
た画素データを代表レベルに変換する処理である。この
量子化の際に生じる量子化歪の許容できる最大値（最大
歪と称する。）が所定の値例えば４とされる。
第16図Ａは、ダイナミックレンジDRが（最大値MAXと
最小値MINの差）が８の場合を示す。（DR＝８）の場合
では、中央のレベル４が代表レベルL0とされ、（最大歪
Ｅ＝４）となる。つまり、（０≦DR≦８）の時には、ダ
イナミックレンジの中央のレベルが代表レベルとされ、
量子化されたデータを伝送する必要がない。従って、必
要とされるビット長Nbが０である。受信側では、ブロッ
クの最小値MIN及びダイナミックレンジDRから代表レベ
ルL0を復元値とする復号がなされる。
第16図Ｂは、（DR＝17）の場合を示し、代表レベルが
（L0＝４）（L1＝13）と夫々定められ、最大歪Ｅが４と
なる。２個の代表レベルL0,L1があるので、（Nb＝１）
となる。（９≦DR≦17）の場合には、（Nb＝１）であ
る。最大歪Ｅは、ダイナミックレンジDRが狭いほど小と
なる。
第16図Ｃは、（DR＝35）の場合を示し、代表レベルが
（L0＝４）（L1＝13）（L2＝22）（L3＝31）と夫々定め
られ、（Ｅ＝４）である。４個の代表レベルL0〜L3があ
るので、（Nb＝２）となる。（18≦DR≦35）の場合で
は、（Nb＝２）される。
（36≦DR≦71の場合では、８個の代表レベル（L0〜L
7）が用いられる。第16図Ｄは、（DR＝71）の場合を示
し、代表レベルが（L0＝４）（L1＝13）（L2＝22）（L3
＝31）（L4＝40）（L5＝49）（L6＝58）（L7＝67）と夫
々定められる。８個の代表レベルL0〜L7を区別するため
に、（Nb＝３）とされる。
（72≦DR≦143）の場合では、16個の代表レベル（L0
〜L15）が用いられる。第16図Ｅは、（DR＝143）の場合
を示し、代表レベルが（L8＝76）（L9＝85）（L10＝9
4）（L11＝103）（L12＝112）（L13＝121）（L14＝13
0）（L15＝139）（L0〜L7は、上記の値と同じ）と定め
られる。16個の代表レベル（L0〜L15）の区別のため
に、（Nb＝４）とされる。
（144≦DR≦287）の場合では、32個の代表レベル（L0
〜L31）が用いられる。第16図Ｆは、（DR＝287）の場合
を示し、代表レベルが（L16＝148）（L17＝157）（L18
＝166）（L19＝175）・・・・・（L27＝247）（L28＝25
6）（L29＝265）（L30＝274）（L31＝283）（L0〜L15
は、上記の値と同じ）と定められる。32個の代表レベル
（L0〜L31）の区別のために、（Nb＝５）とされる。実
際には、入力画素データが８ビットで量子化されている
ので、ダイナミックレンジDRの最大値が255であり、代
表レベル（L28〜L31）に量子化されることがない。
１ブロック内のテレビジョン信号が水平方向，垂直方
向の２次元方向並びに時間方向に関する３次元的な相関
を有しているので、定常部では、同一のブロックに含ま
れる画素データのレベルの変化幅は、小さい。従って、
ブロック内の画素データが共有する最小レベルMINを除
去した後のデータDTIのダイナミックレンジを元の量子
化ビット数より少ない量子化ビット数により量子化して
も、量子化歪は、殆ど生じない。量子化ビット数を少な
くすることにより、データの伝送帯域幅を元のものより
狭くすることができる。
k.変形例 この発明では、サブサンプリングレートが1/2に限ら
ず、1/3以上でも良い。例えば1/3のサブサンプリングの
場合では、時間的に連続する３ブロックにわたってサブ
サンプリングの点が１画素ずつずらされる。
また、画面中の一つのブロックに注目した場合、静止
ブロックを構成する２個の領域の中で、最初の領域の画
像データに前のブロックの画像データを含ませる平滑化
の処理を適応補間回路31において行うようにしても良
い。即ち、第17図に示すように、前のブロックの領域A2
からフレーム間平均値の領域（A3＋A4）/2に移行する時
には、この領域のデータと前のブロックの領域のデータ
との平均値（2A2＋A3＋A4）/4が（A3＋A4）/2のデータ
の代わりに使用される。同様に、前のブロックとの境界
に位置する次のブロックのデータ（A5＋A6）/2に代えて
（A3＋A4＋A5＋A6）/4のデータが用いられる。
上述の平滑化処理により、時間的に連続する異なるブ
ロックの間で、前のブロックと現在のブロックとの画像
情報が混在する画像が生じるので、画像中の物体の動き
が不連続となるジャーキネスが低減される。
更に、この発明は、可変長の符号化方式に限らず、固
定長の符号化方式に対しても適用できる。固定長の符号
化方式では、ブロック毎のダイナミックレンジDRが量子
化ビット数で定まる個数のレベル範囲に分割され、最小
値除去後のデータが属するレベル範囲と対応する所定ビ
ット数のコード信号が形成される。
この一実施例では、第16図から明らかなように、ダイ
ナミックレンジを分割してなる各領域の中央値L0,L1,L
2,L3・・・を復号時の値として利用している。この符号
化方法は、量子化歪を小さくできる。
一方、最小レベルMIN及び最大レベルMAXの夫々のレベ
ルを有する画素データが１ブロック内に必ず存在してい
る。従って、誤差が０のコード信号を多くするには、第
18図に示すように、ダイナミックレンジDRを（2m−１）
（但し、ｍは、量子化ビット数）に分割し、最小レベル
MINを代表最小レベルL0とし、最大レベルMAXを代表最大
レベルL3としても良い。第18図の例は、簡単のため、量
子化ビット数が２ビットの場合を示している。
以上の説明では、コード信号DTとダイナミックレンジ
DRと最小値MINと判定コードSJとを送信している。しか
し、付加コードとしてダイナミックレンジDRの代わりに
最大値MAX、量子化ステップまたは最大歪を伝送しても
良い。
また、１ブロックのデータをフレームメモリ、ライン
遅延回路、サンプル遅延回路を組み合わせた回路によ
り、同時に取り出すようにしても良い。
更に、３次元ブロックが２フレームに限らず３フレー
ム以上のｎフレームのデータにより構成されていても良
い。
〔発明の効果〕
この発明に依れば、1/mのサブサンプリングによって
伝送されるデータのサンプリング周波数が下げられるの
に加えて、サブサンプリングの位相がｍ個のブロックを
周期としてシフトされる。従って、受信側において、視
覚上、劣化が目立ち易い静止ブロックの補間を簡単且つ
良好に行うことができ、良質な復元画像が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例のブロック図、第２図は受
信側の構成を示すブロック図、第３図，第４図，第５図
及び第６図は送信側及び受信側の全体の動作説明に用い
る略線図、第７図は符号化の処理の単位であるブロック
の説明に用いる略線図、第８図及び第９図はブロック化
回路の構成の一例及びその説明のための略線図、第10図
は動き判定回路の一例のブロック図、第11図はサブサン
プリング動作の説明に用いる略線図、第12図はエンコー
ダの構成を示すブロック図、第13図は送信データの構成
を示す略線図、第14図は２次元デコーダの構成を示すブ
ロック図、第15図はダイナミックレンジ検出回路のブロ
ック図、第16図は可変長符号化の説明のための略線図、
第17図は平滑化動作の説明のための略線図、第18図は量
子化の他の例の説明のための略線図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビデオ信号の入力端子、2:ブロック化回
路、3:動き判定回路、5:フレーム間平均値形成回路、6:
サブサンプリング回路、13:2次元エンコーダ、14:3次元
エンコーダ、15,16:フレーム化回路、25:2次元デコー
ダ、28:3次元デコーダ。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】ディジタル画像信号の時間的に連続するｎ
    フレームの夫々に属するｎ個の領域からなる３次元ブロ
    ックを構成するブロック化手段と、 上記３次元ブロック毎に動きについての判定を行ない、
    静止ブロック、動きブロックを指示する判定コードを発
    生する手段と、 上記３次元ブロック内で、フレーム間平均により２次元
    ブロックを生成する手段と、 上記判定コードが静止ブロックを指示する場合には、上
    記２次元ブロックの夫々の画素数を（1/m）にサブサン
    プリングすると共に、上記判定コードが動きブロックを
    指示する場合には、上記３次元ブロックの夫々の画素数
    を（1/m）にサブサンプリングし、ｍ個の上記ブロック
    に関して、上記サブサンプリングの位相が順次シフトさ
    れるサブサンプリング手段と、 上記判定コードが静止ブロックを指示する場合には、上
    記２次元ブロックのサブサンプリング出力のデータ量を
    圧縮すると共に、上記判定コードが動きブロックを指示
    する場合には、上記３次元ブロックのサブサンプリング
    出力のデータ量を圧縮するエンコーダと、 上記判定コードと上記エンコーダにより圧縮されたデー
    タとを伝送する手段と を備えたことを特徴とする高能率符号化装置。
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