JP2587134B2

JP2587134B2 - サブバンド符号化方式

Info

Publication number: JP2587134B2
Application number: JP40287490A
Authority: JP
Inventors: 一成入江; 了造岸本
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1990-12-17
Filing date: 1990-12-17
Publication date: 1997-03-05
Anticipated expiration: 2012-03-05
Also published as: JPH04216285A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高精細画像信号のディ
ジタル伝送に用いられるサブバンド符号化方式に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】サブバンド符号化方式は、入力信号を帯
域分割フィルタによって複数の帯域信号に分割し、各帯
域信号をそれぞれ独立に最適な方式で符号化することに
より、ビットレートの低減を図り高精細画像信号の伝送
を容易にする符号化方式である。サブバンド符号化の構
成法については、フィルタ構成および各帯域信号の符号
化方式を対象に様々検討されているが、高品質化を目的
としたものでは、分割・合成による歪みの生じない完全
再生型のサブバンドフィルタおよび可逆性を有するエン
トロピー符号化を用いて、原信号の品質を維持しつつビ
ットレートの低減を図る方式が提案されている。

【０００３】図４は、従来のサブバンド符号器の構成例
を示すブロック図である。なお、ここでは信号を水平
（ライン）方向に２分割した後に、さらに各帯域信号を
各々垂直方向に２分割し、全体として４帯域信号に分割
する構成例を示す。図において、入力画像信号４１は、
サブバンド分割フィルタ４２に入力されて帯域分割およ
びダウンサンプリング（間引き）が行われる。サンプリ
ング分割フィルタ４２は、低域通過フィルタＬＰＦと高
域通過フィルタＨＰＦにより構成される。ここでは、入
力画像信号４１は、最初に水平方向に帯域が２分割さ
れ、さらに両帯域信号を垂直方向に２分割され、水平・
垂直ともに高域のＨＨ信号、水平が高域で垂直が低域の
ＨＬ信号、水平が低域で垂直が高域のＬＨ信号、水平・
垂直ともに低域のＬＬ信号となる。なお、ダウンサンプ
リングはフィルタ処理と同時に行われる。

【０００４】ＨＨ信号は歪みを許容してビットレートを
低減するときに使用する量子化器４３に入力され、ＨＬ
信号〜ＬＬ信号はそれぞれ適応ＤＰＣＭ回路４４に入力
されて符号化される。量子化器４３および適応ＤＰＣＭ
回路４４の各出力は、その信号レベルに対応して特定の
コードを割り付けるエントロピー符号化回路（あるいは
不等長符号化回路）４５に入力される。エントロピー符
号化回路４５の各出力は、多重化回路（ＭＵＸ）４６に
入力されて時間多重された符号化出力信号４７として出
力される。

【０００５】ここで、エントロピー符号化は、画像信号
の振幅分布を考慮して発生頻度の高い量子化レベルの小
さいものには短いコード、大きいものには長いコードを
対応させる一般的な画像信号符号化の一つである。この
ような構成では、ＬＬ信号、ＬＨ信号およびＨＬ信号
は、適応ＤＰＣＭ回路４４で差分信号を算出した後にエ
ントロピー符号化回路４５でコード化される。また、Ｈ
Ｈ信号は、一般的に信号の相関が小さく、ＤＰＣＭの効
果がほとんど得られないので、直接エントロピー符号化
回路４５によってコード化するか、あるいは図に示すよ
うに量子化器４３によって量子化した後にコード化す
る。

【０００６】図５は、適応ＤＰＣＭ回路の構成例を示す
ブロック図である。図において、符号５０は前サンプル
（前画素）を保存するメモリ、符号５１は前フィールド
のサンプルを保存するフィールドメモリ、符号５２は前
フレームのサンプルを保存するフレームメモリである。
モード制御回路５３は、現サンプルと前サンプルとの差
分信号、現サンプルと前フィールドのサンプルとの差分
信号および現サンプルと前フレームのサンプルとの差分
信号のうち、最も電力（信号値の２乗和あるいは絶対値
平均）が小さいものを検出する回路である。切り替えス
イッチ５４は、モード制御回路５３の検出結果に基づい
て各メモリの一つを選択して予測信号として出力する。

【０００７】減算器５５は、入力信号５６と切り替えス
イッチ５４から出力される予測信号との差分をとる。そ
の差分信号５７は、予測信号とともに加算器５８に入力
され、得られる局部復号信号（復号器におけるＤＰＣＭ
復号信号と同一）５９が各メモリに入力される。なお、
歪みを許容する通常のＤＰＣＭでは、差分信号５７を量
子化器４３で量子化した後に符号化するが、完全再生を
実現する場合には、量子化せずに差分信号レベルを直接
エントロピー符号化する。エントロピー符号化は信号レ
ベルと符号コードとの対応であるので可逆変換可能であ
る。

【０００８】次に、サブバンド分割フィルタ４２の構成
について説明する。サブバンド分割フィルタは、折り返
し歪みの少ない直交ミラーフィルタ（ＱＭＦ）あるいは
完全再生型の低次数のフィルタ（ＳＳＫＦ）が用いられ
る。図６は、２次の完全再生型フィルタの構成例を示す
ブロック図である。図において、入力信号６１は、係数
1.0 を乗算する乗算器６２₁に入力され、さらに遅延回
路６３を介して係数−1.0 を乗算する乗算器６２₂に入
力される。各乗算器６２₁，６２₂の出力は、加算器６
４₁で加算されて高域信号６５として取り出される。す
なわち、乗算器６２₁，６２₂、遅延回路６３および加
算器６４₁により、高域信号６５を出力する係数値
（１，−１）の高域通過フィルタＨＰＦが構成される。

【０００９】また、入力信号６１は、係数1.0 を乗算す
る乗算器６２₃に入力され、さらに遅延回路６３を介し
て係数1.0 を乗算する乗算器６２₄に入力される。各乗
算器６２₃，６２₄の出力は、加算器６４₂で加算され
て低域信号６６として取り出される。すなわち、乗算器
６２₃，６２₄、遅延回路６３および加算器６４₂によ
り、低域信号６６を出力する係数値（１，１）の低域通
過フィルタＬＰＦが構成される。

【００１０】なお、復号器における合成フィルタ係数と
しは、高域通過フィルタＨＰＦは（0.5 , −0.5)、低域
通過フィルタＬＰＦは（0.5 , 0.5)の係数値を用いるこ
とにより完全再生が可能となる。このように、図４〜図
６に示すサブバンド符号化構成において、帯域信号に対
する量子化を省略すれば、入力画像信号を元の通りに復
元（完全再生）することができる。なお、量子化歪を許
容してビットレートを低減する場合には量子化を実施す
る。

【００１１】受信（復号器）側では、送信（符号器）側
のサブバンド分割フィルタに対応するサブバンド合成フ
ィルタにより復元処理が行われる。すなわち、分離回路
により伝送符号を各帯域信号に分離した後に、エントロ
ピー符号から信号レベルを復元する。その後、ＬＬ信
号、ＬＨ信号、ＨＬ信号についてはＤＰＣＭ復号化によ
って帯域信号を復元する。各帯域信号は、符号器と逆の
順序で最初に垂直方向に低域通過フィルタおよび高域通
過フィルタを通過させて合成およびアップサンプリング
（補間）を行い、次に水平方向に合成およびアップサン
プリングを行うことにより出力信号を得る。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで、サブバンド
分割を行った後に各帯域信号を適応ＤＰＣＭその他の予
測符号化を行う方式では、サブバンド分割による信号の
相関の減少あるいはダウンサンプリングで発生する折り
返し成分その他の要因により、フルバンドで適応ＤＰＣ
Ｍを行う場合と比較して、適応ＤＰＣＭの効果が小さ
く、特にＨＨ信号についてはほとんど効果が期待できな
かった。すなわち、従来のサンプリング符号化方式で
は、十分にビットレートの低減を図ることが困難であっ
た。

【００１３】本発明は、原画像信号の高品質特性を維持
しながらビットレートの低減を実現し、高能率伝送を実
現するサブバンド符号化方式を提供することを目的とす
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、入力画像信号
に対して、動き補償フレーム間あるいはフィールド間あ
るいはフィールド内で、隣接する画素間の差分信号のう
ち電力が最も小さい差分信号を選択する差分信号生成手
段と、差分信号を水平方向および垂直方向の少なくとも
一方の方向に低域および高域の各帯域信号に分割する完
全再生型の帯域分割手段と、各帯域信号をエントロピー
符号化する符号化手段とを備えたことを特徴とする。

【００１５】

【作用】本発明は、入力画像信号に対して、動き補償フ
レーム間あるいはフィールド間あるいはライン上で、隣
接する画素間の差分信号のうち電力が最も小さい差分信
号を選択し、その水平方向および垂直方向の両方向ある
いはいずれか一方の方向に低域および高域の各帯域信号
に分割し、その帯域信号をエントロピー符号化する。す
なわち、サブバンド分割を行う前に適応ＤＰＣＭによっ
て差分信号を算出し、その差分信号をサブバンド分割し
て符号化することにより、サブバンド分割前の原画像信
号に含まれる冗長性を可能な限り除去してビットレート
の低減を図ることができる。

【００１６】ところで、本発明では、完全再生の場合を
対象とし、上述した図５における適応ＤＰＣＭ回路への
入力信号５６と局部復号信号５９が一致することを利用
している。すなわち、通常の適応ＤＰＣＭでは予測信号
を求めるのに局部復号信号を用いる必要があり、ＤＰＣ
Ｍのループ内に前画素との差分信号をサブバンド分割し
て符号化するフィルタが含まれる場合には、１サンプル
ごとにサブバンド分割、量子化、逆量子化、合成処理を
行う必要があり、実現が困難であった。しかし、完全再
生時においては局部復号信号と入力信号は一致するため
に入力信号のみから予測信号を求めることができ、本発
明はこの点に着目してサブバンド分割前に適応ＤＰＣＭ
によって差分信号を算出している。

【００１７】

【実施例】図１は、本発明方式を適用したサブバンド符
号器の実施例構成を示すブロック図である。なお、図４
に示す従来構成と同様のものは同一符号を付す。図にお
いて、本実施例の特徴とするところは、サブバンド分割
を行う前に適応ＤＰＣＭによって差分信号を算出する構
成にある。すなわち、入力画像信号１１は、フィールド
内あるいはフィールド間あるいは動き補償フレーム間予
測を用いた適用ＤＰＣＭ回路１３に入力され、その出力
信号がサブバンド分割フィルタ４２に入力される。サブ
バンド分割フィルタ４２から出力されるＨＨ信号，ＨＬ
信号，ＬＨ信号およびＬＬ信号は、各エントロピー符号
化回路４５に入力され、さらに多重化回路（ＭＵＸ）４
６を介して多重化されて符号化出力信号１５として出力
される。

【００１８】図２は、本発明によるサブバンド符号器に
用いられる適応ＤＰＣＭ回路の構成例を示すブロック図
である。図において、前サンプル（前画素）を保存する
メモリ５０、前フィールドのサンプルを保存するフィー
ルドメモリ５１、前フレームのサンプルを保存するフレ
ームメモリ５２、切り替えスイッチ５４および減算器５
５は図５に示す従来構成と同様である。

【００１９】動き補償回路２１は、フレームメモリ５２
の出力を取り込み、１フレーム前の画像信号を水平およ
び垂直方向に数画素シフト（移動）して出力する。モー
ド制御回路２３は、フィールド内あるいはフィールド間
あるいは動き補償フレーム間予測の各モードのいずれか
を選択する。切り替えスイッチ５４は、モード制御回路
２３の選択結果に基づいて、メモリ５０，フィールドメ
モリ５１および動き補償回路２１の各出力の一つを選択
して減算器５５に出力する。減算器５５は、入力画像信
号１１と切り替えスイッチ５４から出力される予測信号
との差分をとる。すなわち、フィールド内モードの場合
にはメモリ５０からの信号、フィールド間モードの場合
にはフィールドメモリ５１からの信号、フレーム間モー
ドの場合には動き補償回路２１からの信号を選択し、入
力画像信号１１との差分がとられる。

【００２０】なお、フィールド間モードおよびフレーム
間モードは、時間方向の相関成分を利用して冗長度を抑
圧するものである。すなわち、同一場面では１フィール
ド前あるいは１フレーム前の映像信号とは画素値が近似
する性質を利用している。以上の動作原理を図３を参照
して説明する。図３において、「○，●，☆，★」は画
素（画像サンプル）を示す。なお、ここでは、フレーム
ｎのフィールド１におけるｎ＋１ライン上で、☆印の画
素３１を符号化する場合について説明する。

【００２１】フィールド内モードでは、前画素（○）３
２との差分信号を符号化する。フィールド間モードで
は、１フィールド前の同位置の画素、すなわちラインが
連続フィールドで交互になる場合には、フィールド２に
おけるｎおよびｎ＋１ライン上の２画素の補間（平均
値）である画素（★）３３との差分信号を符号化する。
フレーム間モードでは、１フレーム前の画素に対して動
き成分を補償した位置、すなわち動きベクトルの位置ま
でシフトした画素（☆）３４との差分信号を符号化す
る。ここで、１フィールド前および１フレーム前の信号
は、フィールドメモリ５１およびフレームメモリ５２に
記録されている。また、動きベクトルに従って画素の位
置をシフトする処理は動き補償回路２１で行われるが、
実際にはフレームメモリ５２からのアクセス位置（アド
レス）を変更するだけで実現される。

【００２２】次に、モード制御回路２３における予測
（差分）モードの決定方法について説明する。一例とし
て、モードをブロック単位（例えば、８画素×８ライ
ン）に変更する方法について説明する。まず、符号化す
るブロック内における前画素との差分値の電力を計算
し、これをＰ１とする。次に、フィールド間差分信号の
電力を求め、これをＰ２とする。さらに、あらかじめ設
定されている動き補償範囲内の動きベクトルＶ１からＶ
ｎについて、各々のベクトル量だけシフトした位置のフ
レーム間差分信号の電力ＰＶ１〜ＰＶｎを求める。ここ
で、Ｐ１，Ｐ２およびＰＶ１〜ＰＶｎのうち、最小値と
なるものを選択してそのときのモードを使用する。な
お、このときのモード情報および動きベクトル情報は、
量子化コードとともにサイド情報として復号器側に伝送
する。

【００２３】予測モードの他の決定方法として、モード
を画素単位に変更する方法について説明する。まず、符
号化する画素について前画素との差分値の電力を計算
し、これをＰ１とする。次に、フィールド間差分信号の
絶対値を求め、これをＰ２とする。さらに、ブロック単
位に求めた動きベクトル量だけシフトした位置のフレー
ム間差分信号の絶対値ＰＶを求める。ここで、Ｐ１，Ｐ
２およびＰＶのうち、最小値となるものを選択してその
ときのモードを次の画素で使用する。したがって、動き
ベクトル情報はサイド情報として復号器側に伝送する必
要があるが、モード情報は前画素の情報を用いるので伝
送の必要はない。また、上述したブロック単位あるいは
画素単位の切り替えはいずれを用いてもよい。

【００２４】以上、予測モードがフィールド内あるいは
フィールド間あるいは動き補償フレーム間の３種類の場
合について説明したが、このうちの２つのモードのみ
（例えばフィールド内あるいはフィールド間）にするこ
と、あるいは動き補償を用いずに同位置のフレーム間差
分信号を用いることも可能であり、必要に応じて容易に
変更することができる。

【００２５】なお、サブバンド分割フィルタとしては、
従来と同様に図６に示す２次の完全再生型フィルタ（Ｓ
ＳＫＦ）を用いることができる。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、画素間の
相関あるいは時間方向の相関はサブバンド信号より原画
像信号のほうが大きく、また動き補償も原画像信号に対
して行うほうがサブバンド信号に対して行うより効果が
大きいことを利用し、入力信号に含まれている冗長性を
サブバンド分割前に有効に除去する。したがって、差分
信号生成手段の予測効果については、サブバンド信号に
対して行うより、原画像信号に対して行うほうが良好な
特性を得ることができる。すなわち、原画像信号の高品
質特性を維持しながら、さらにビットレートの低減を図
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方式を適用したサブバンド符号器の実施
例構成を示すブロック図である。

【図２】本発明によるサブバンド符号器に用いられる適
応ＤＰＣＭ回路の構成例を示すブロック図である。

【図３】差分信号生成手段の動作原理を説明する図であ
る。

【図４】従来のサブバンド符号器の構成例を示すブロッ
ク図である。

【図５】適応ＤＰＣＭ回路の構成例を示すブロック図で
ある。

【図６】２次の完全再生型フィルタの構成例を示すブロ
ック図である。

【符号の説明】

１１入力画像信号１３適応ＤＰＣＭ回路１５符号化出力信号２１動き補償回路２３モード制御回路４１入力画像信号４２サブバンド分割フィルタ４３量子化器４４適応ＤＰＣＭ回路４５エントロピー符号化回路４６多重化回路（ＭＵＸ）４７符号化出力信号５０メモリ５１フィールドメモリ５２フレームメモリ５３モード制御回路５４切り替えスイッチ５５減算器５６入力信号５７差分信号５８加算器５９局部復号信号６１入力信号６２乗算器６３遅延回路６４加算器６５高域信号６６低域信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像信号に対して、動き補償フレー
ム間あるいはフィールド間あるいはフィールド内で、隣
接する画素間の差分信号のうち電力が最も小さい差分信
号を選択する差分信号生成手段と、前記差分信号を水平
方向および垂直方向の少なくとも一方の方向に低域およ
び高域の各帯域信号に分割する完全再生型の帯域分割手
段と、前記各帯域信号をエントロピー符号化する符号化
手段とを備えたことを特徴とするサブバンド符号化方
式。