JP2687368B2 - 差分符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野） 本発明は、画像の２次元的な相関を利用して効率良く
符号化する差分符号化装置に関する。 〔従来の技術〕 差分符号化方式は、差分基準値からの差分信号を所定
規則の下で量子化及び符号化するものであり、画像信号
についていえば、非直線符号化と差分PCMを組み合わせ
たものがよく用いられ、予測方式としては、前値予測、
近傍の他の走査線上のサンプル値も利用する二次元予
測、更に、フレーム・メモリを設けて直前のフレームで
のサンプル値を用いて大幅な帯域圧縮を得ようとするフ
レーム間予測などがある。 画像信号において、非線形量子化方式と予測符号化方
式、特に二次元予測符号化方式とを組み合わせた符号化
方式は公知であるが、この従来方式では人間の視覚特性
を考慮しない非線形量子化を行っているため、結果的
に、高い圧縮率を達成できない。本発明の発明者は、画
像信号の注目画素の値が周辺画素の値から二次元予測に
より高い確度で予測できることに着目し、注目画素（i,
j）の二次元予測値_i,jと前画素（ｉ−1,j）の値＜ｘ
_ｉ−1,j＞との差分値_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞に応じて非
線形符号化特性を適応的に変化させ、注目画素と前画素
との差分値ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞に対し最適な可変長符
号を割り当てる符号化方式を提案した（昭和61年特許願
第191281号参照）。ここで、＜ｘ＞は量子化された値を
示し、は二次元予測値を示す。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかし、可変長符号の伝送／記録では、受信側又は再
生側において、その符号長に応じた信号処理を行う必要
があり、伝送／記録方式としては必ずしも好ましいもの
ではない。 そこで本発明は、高い圧縮効率を達成でき、かつ固定
長符号を発生する差分符号化装置を提供することを目的
とする。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明に係る差分符号化装置は、注目標本値と２次元
以上の高次元予測された前記注目標本値の予測値との差
分を生成する第１の生成手段と、前記注目標本値と前記
注目標本値の前画素の値との差分を生成する第２の生成
手段と、前記第１の生成手段により生成された差分に応
じた一定個数の量子化代表値を規定し、前記第２の生成
手段により生成された差分を前記一定個数の量子化代表
値の何れかに割り当てて符号化する符号化手段と有する
ことを特徴とする。 〔作用〕 上記高次相関に基づく注目標本点の予測値を使って、
使用すべき代表値のセットを規定するので、選択される
代表値の誤差は小さく、また、誤差の大きい場合でもも
ともと信号変化の大きな部分で生じるので、実用上問題
にならない。選択できる代表値を常に一定数に限定する
ので、固定長符号を発生させうる。 〔実施例〕 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。 図示実施例を説明する前に、本発明の量子化特性及び
符号割り当ての基本的考え方を説明する。差分値の量子
化特性として第２図（１）に示す非線形量子化特性を基
準とする。第２図（１）において、−３〜６は差分値の
代表値（又はその番号）である。ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞
を量子化した場合の代表値（又はその番号）を〔ｘ_i,j
−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕で表すことにする。第２図（１）の
特性で量子化を行った場合の〔ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕
の分布を第３図に示す。二次元予測値_i,jを用いた差
分値との相関を見るために、〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕
が0,2,5の各場合について図示した。ここで、〔_i,j−
＜ｘ_ｉ−1,j＞〕が０の場合は、二次元予測値と前画素
の値との差分値が小さいこと、即ち濃度変化の少ない画
像であることを示し、〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕が２又
は５の場合は、これとは反対に、濃度変化の大きい画像
であることを示す。これから分かるように、発生する代
表値は、〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕によりその範囲位置
が変化するが、その個数は同じであるので、固定長符号
化ができる。 上記出願では、二次元予測値の差分量子化代表値に応
じて符号を割り当て、しかも、量子化範囲の全域に効率
よく割り当てるために可変長符号を用いた。しかし第３
図に示すように、存在領域が限定されていること、及び
画像の場合には前値との差分が大きいときにはその符号
化による誤差は大きくても視覚的に認識され難いことか
ら、本発明では、使用する量子化代表値の数を一定数に
限定する。そして、どの部分の代表値を採用するかは、
二次元（又は高次）予測値に応じて変更する。代表値の
個数を８個（３ビット）に限定する場合の量子化代表値
特性を第２図（２），（３），（４）に示す。 第２図（２），（３），（４）は本発明により選択さ
れる代表値範囲を示し、それぞれ、二次元予測値に基づ
く差分代表値〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕が0,2,5の場合
を示す。〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕が０の場合には、第
３図（１）から分かるように前値との差分値代表値〔
_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕はほとんど−２〜＋２の間に分布
しており、従って第２図（２）に示すように、−３〜＋
４の８個の代表値を割り当てうるようにしておけばよ
い。例えば−３又は４の差分代表値は、その代表値によ
り代表される差分値よりも小さい又は大きい差分値を全
て代表することになる。 二次元予測値に基づく差分代表値〔_i,j−＜ｘ
_ｉ−1,j＞〕＝２の場合には、−２〜５の８個の代表値
から選択し、〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕＝５の場合に
は、−１〜６の８個の代表値から選択するようにする。
〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕＝５の場合には、第３図
（３）に示すように、差分代表値は−３〜８に分布して
いるので、本来の代表値とは異なる代表値に量子化され
る場合がある。例えば、〔ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕が７
又は８の場合には、体表値として６が選択されてしま
い、大きな量子化誤差が生じる。しかし、〔_i,j−＜
ｘ_ｉ−1,j＞〕が大きいということは、その部分の画像
変化が大きいということであり、その量子化誤差は視覚
的には認知され難い。これはマスキング効果として知ら
れている。特にこの誤差は、動画の場合には全く問題と
ならない。 第1A図は送信系の構成ブロック図を示し、第２図は受
信系の構成ブロック図を示す。第1A図において、加減算
器10は、標本化された入力信号ｘ_i,jと、前値予測器12
の出力する前画素値＜ｘ_ｉ−1,j＞との差分を計算す
る。予測器14は、前値予測器12からの複数の出力から画
素（i,j）の値を二次元予測又は高次予測する回路であ
る。この予測器14の具体的構成自体は公知であるので、
詳しい説明は省略する。加減算器16は予測器14の出力
_i,jと前値予測器12の出力＜ｘ_ｉ−1,j＞との差分を算出
し、量子化器18は加減算器16の出力を量子化し、その量
子化値に対応する代表値〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を出
力する。 量子化器20は、量子化器18の出力〔_i,j−＜ｘ
_ｉ−1,j＞〕に従い上述の如く所定個数の代表値で差分
量子化を行う。量子化器20の出力を〔ｘ_i,j−＜ｘ
_ｉ−1,j＞〕で示す。符号器22は、量子化器18の出力
〔ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕に従い、固定長符号を伝送路
又は記録媒体に出力する。表１は〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j
＞〕＝５の場合の〔ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕の値に対す
る符号割り当ての一例を示す。 破線で囲った前値予測器12では、代表値復号器24が量
子化器20の出力〔ｘ_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を復号して＜
ｘ_i,j＞−＜ｘ_ｉ−1,j＞を出力し、加算器26及び１画素
分の遅延回路28により前値予測値＜ｘ_ｉ−1,j＞が形成
される。即ち、代表値復号器24の出力が加算器26の一方
の入力に印加され、加算器26の出力は遅延回路28を介し
て加算器26の別の入力に印加される。遅延回路28の出力
が前値＜ｘ_ｉ−1,j＞に相当する。 次に第1B図の受信系を説明する。復号器40は、伝送路
を介して受信したDPCM符号を復号して代表値番号〔ｘ
_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を出力する。代表値復号器42はそ
の代表値を復号して＜ｘ_i,j＞−＜ｘ_ｉ−1,j＞を出力す
る。加算器44は、１画素分の遅延回路46から前値＜ｘ
_ｉ−1,j＞を代表値復号器42の出力に加算し、画像信号
＜ｘ_i,j＞を出力する。 48は送信系の二次元予測器14と同じ特性の予測器であ
り、加算器44の出力は遅延回路46を介して予測器48に供
給される。加減算器50は、予測器48の出力_i,jから遅
延回路46の出力＜ｘ_ｉ−1,j＞を減算し、量子化器52に
印加する。量子化器52は送信系の量子化器18と同じ特性
を具備し、量子化値〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を復号器
40に印加する。量子化器52の出力〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j
＞〕は送信系の量子化器18の出力と同一であり、従っ
て、復号器40は、送信系での符号化器22における符号化
の逆変換を行うことができる。 即ち、本実施例においては受信側で受信符号から〔
_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を演算して得るようにしているの
で、送信側から〔_i,j−＜ｘ_ｉ−1,j＞〕を送る必要が
無い。 以上では、スカラー信号に対する量子化及び符号化を
説明したが、ベクトル値であっても基本的には同じであ
り、本発明はベクトル量子化にもそのまま拡張できる。
即ち、二次元予測ベクトルの差分代表値と注目画素の差
分代表ベクトルとの相関関係に基づき、所定個数の代表
ベクトルのなかから選択するようにすればよく、固定長
符号での伝送を行える。 また、上記説明では空間軸に対するデータ圧縮法を示
したが、本発明は時間軸方向でのデータ圧縮にも適用で
きる。更に、本発明は、画素信号以外にも、高次相関を
有するその他の信号に対しても同様に適用できる。 〔発明の効果〕 以上の説明から容易に理解できるように、本発明によ
れば、注目標本値と当該注目標本値の予測値との差分
を、２次元以上の高次元予測された当該注目標本値の予
測値から得られる画像の特徴に応じて、適切な量子化代
表値に割り当てて符号化するので、非常に高い圧縮効率
を達成できる。

【図面の簡単な説明】 第1A図は本発明の一実施例の送信系のブロック図、第1B
図はその受信系の構成ブロック図、第２図は基準となる
非線形量子化特性及び本発明により限定される代表値範
囲例、第３図は二次元予測値の差分値と前値差分値との
相関関係図である。 12……前値予測器、14……二次元予測器、20……量子化
器、22……符号化器

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 １．注目標本値と２次元以上の高次元予測された前記注
   目標本値の予測値との差分を生成する第１の生成手段
   と、 前記注目標本値と前記注目標本値の前画素の値との差分
   を生成する第２の生成手段と、 前記第１の生成手段により生成された差分に応じた一定
   個数の量子化代表値を規定し、前記第２の生成手段によ
   り生成された差分を前記一定個数の量子化代表値の何れ
   かに割り当てて符号化する符号化手段 と有することを特徴とする差分符号化装置。