JP2935250B2 - 映像符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像通信を行う際に、
通信情報量を削減して伝送する映像符号化技術に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の映像の変換符号化方式において
は、入力映像信号を一定の個数ごとに区切り（以下、ブ
ロックという）、入力信号行列とする。通常は、画像を
２次元の信号としてとらえ、８画素×８画素の２次元ブ
ロックを入力行列とする。入力信号行列に対して、行列
の要素毎に定まる基底行列との演算（両方の行列の同一
要素毎にかけ算を行い、６４要素に対する積の和を求め
る）を行い、対応する要素の変換出力を得る。６４要素
に対する変換出力から変換出力行列を構成する。離散コ
サイン変換（ＤＣＴ）では、コサイン関数に基づく基底
行列を用いる。基底行列が異なる要素に対する基底行列
の積は０行列となり、自身との積は単位行列になる行列
であり、例えば、水平方向に１サイクルの変化を示すパ
タンや垂直方向に３サイクルの変化のパタンなどを表
し、８×８ブロックにおける空間周波数パタン（直流か
ら水平・垂直それぞれ４サイクルの変化まで）を表現し
ている。

【０００３】従って、基底行列と入力信号行列とを上記
演算することは、入力信号行列を基底行列の表す空間周
波数で展開していることになり、変換出力行列の各要素
は対応する空間周波数成分の相対量を表している。

【０００４】量子化では、空間周波数毎に重みをつけた
特性や、均等重みの特性が用いられる。一般には、画像
の近傍信号の類似性からその高周波成分は低周波成分に
比べると少なく、また、人間の眼にも捉えられにくいこ
とから、高周波成分の量子化結果が０になるような特性
が用いられている。量子化結果の伝送においては、左上
隅を（１，１）とし、行列の一般的な表記方法に従う
と、（１，１）→（１，２）→（２，１）→（３，１）
→（２，２）→（１，３）→（１，４）…というように
ジグザグに走査し、以降０のみが出現する点でそのこと
を表す符号をつけてそのブロックに関する伝送を打ち切
る。伝送においてはランレングス符号など、伝送符号量
を削減する方策が用いられている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前記のような工夫によ
り大きな伝送情報の削減が図られているが、近傍の画像
は類似しているなどの画像の特性を十分に利用しておら
ず、更に伝送情報量の削減の余地がある。

【０００６】本発明の目的は、伝送画像の近傍の画像が
類似しているなどの画像の特性を利用して伝送情報量の
削減を可能にする符号化装置を提供することにある。

【０００７】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
にする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、入力画
像信号を一定数の画素単位にブロック化し、そのブロッ
クを直交変換行列を用いて直交変換する変換処理部と、
前記変換処理部で直交変換が施された後の変換係数を量
子化する量子化器と、前記量子化器で量子化された量子
化変換係数の中の、連続するブロックのブロック内位置
が同一の各量子化変換係数が入力される複数の符号化器
とを有する映像変換符号化装置であって、前記複数の符
号化器は、他の符号化器とは異なる符号化を行う符号化
器を含み、前記複数の符号化器は、それぞれ入力される
各量子化変換係数系列を、各量子化変換係数系列毎に並
行して符号化を行うことを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、前記量子化器で量子化さ
れた量子化変換係数の中の所定数の量子化変換係数をま
とめて一つの量子化変換係数系列とする変換係数多重化
器を有し、さらに、前記複数の符号化器の一つは、前記
変換係数多重化器から出力される量子化変換係数系列を
符号化することを特徴とする。 また、本発明は、前記量
子化器で量子化された各ブロック内の量子化変換係数の
変化量を測定し、一定単位毎に変化量の小さい量子化変
換係数を前記変換係数多重化器に出力する統計量測定器
を、さらに有することを特徴とする。

【００１０】

【作用】前記手段によれば、連続するブロックのブロッ
ク内位置が同一である量子化変換係数から１つの量子化
変換係数系列を得て、各量子化変換係数系列を、各量子
化変換係数系列毎に並行して符号化を行うとともに、当
該各量子化変換係数系列を並行して符号化を行う際に、
幾つかの量子化変換係数系列は、他の量子化変換係数系
列の符号化方法とは異なる符号化方法により符号化する
ようにしたので、それぞれの変換係数の特性に合ったパ
ラメータを使用する符号化器を用いて符号化を行うこと
ができ、また同一周波数成分を表す変換係数のみを対象
としているため隣合うブロックの同一の量子化変換係数
は類似し大きい変化は少なく、シンボル生起確率の追跡
も容易であり、高効率な符号化が可能である。

【００１１】また、所定数の量子化変換係数をまとめて
１つの量子化変換係数系列とするので、算術符号化に代
わりランレングス符号化やジプ・ランペル符号で代表さ
れるユニバーサル符号化を適用することもできる。ラン
レングス符号化を信号値が短期間で変動するような特性
の信号列に適用しても伝送情報量の削減は図れないが、
量子化された高周波成分の信号列では０信号が殆どであ
り、例えば信号列を２進信号に変換したのち０及び１の
連続数を符号化することで大きな効率が得られる。ユニ
バーサル符号化は、入力信号の分散や平均値などの統計
量を用いずに信号列の冗長性を削減する符号化方式であ
る。どのような信号列にも適用は可能であるが、信号列
がある出力パタンを繰り返すような場合に大きな効果が
ある。このため、ＤＣＴ出力の高周波成分のような０信
号が非常に多く発生する信号列に対して適用すると大き
な情報量削減効果が期待できる。

【００１２】また、各ブロック内の量子化変換係数の変
化量を測定し、一定単位毎に変化量の小さい量子化変換
係数を１つの量子化変換係数系列として符号化する（高
周波成分に対しては複数の成分に対して１つの符号化器
を適用する）ことにより、ハードウェアの規模縮小が可
能になる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳
細に説明する。

【００１４】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００１５】〔実施例１〕 図１は、本発明の実施例１の映像符号化装置の概略構成
を示すブロック図である。

【００１６】本実施例１の映像符号化方式は、８×８画
素の画像ブロックを処理するものであって、各量子化出
力は算術符号化により符号化される。

【００１７】図１において、１は映像入力端子、２はア
ナログ・ディジタル（Ａ／Ｄ）変換器、３は画像ブロッ
クの変換処理器、４は量子化器、５は算術符号化器、６
は変換係数多重化器、７は伝送多重化器、８は伝送路、
９は伝送分離器、１０は算術符号復号化器、１１は変換
係数分離器、１２は逆変換処理器、１３はＤ／Ａ変換
器、１４は映像出力端子である。算術符号化器５および
算術符号復号化器１０の添え字は、変換処理後の６４係
数のいずれかに対応することを示す。

【００１８】本実施例１の映像符号化装置では、図１に
示すように、まず、入力端子１に映像が入力される。こ
の入力された映像は、Ａ／Ｄ変換器２においてディジタ
ル化され、変換処理器３に入力される。変換処理器３
は、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ）を実行するた
め、入力されたディジタル信号を８ライン×８画素のブ
ロックにした後、離散コサイン変換を行う。コサイン変
換された信号（以下、変換係数という）は、量子化器４
において各変換係数に適した量子化係数で除去され、予
め定められる１個の変換係数は、それぞれ算術符号化器
５₁〜５iに、また残りの（６４−ｉ）個の変換係数は変
換係数多重化器６に入力される。どの変換係数がｌ番目
からｉ番目の算術符号化器５に入力されるかは、行列に
おける成分表示の小さい順に予め定められているものと
する。変換係数多重化器６は（６４−ｉ）個の変換係数
を行列における成分表示の数字の小さい順に直列信号に
変換し、算術符号化器５jに出力する。それぞれの算術
符号化出力は、伝送多重化器７において多重化され、伝
送路８を介して相手装置に送信される。受信側装置にお
いては、送信側と量子化処理を除いて逆処理が行われ
る。伝送分離器９により、受信された信号は、それぞれ
の算術符号化出力に分離され、対応する算術符号復号化
器１０により復号される。多重化されて算術符号化され
た変換係数は、変換係数分離器１１により変換係数に分
離され、送信側の量子化器４の出力を再現する復号化出
力は、逆変換処理１２における逆ＤＣＴ処理により８×
８の映像信号に復元され、Ｄ／Ａ変換器１３によりアナ
ログ信号に戻され、映像出力端子１４から出力される。

【００１９】算術符号化は、複雑な演算を施さずに入力
シンボル列のエントロピーに漸近する符号列が得られる
高効率な可逆符号化方式である。算術符号化の手法は、
種々提案されているが、その基本的な概念は、０から１
までの数直線を出現したシンボルの確率で次々に分割
し、Ｎ個のシンボルの出現確率に等しい数直線上の区間
を得、その区間を表す符号をＮ個のシンボルの符号語と
するものである。手法によっては、Ｎ個毎にシンボルを
区切る必要はない。

【００２０】高効率に符号化するには、入力シンボル列
のシンボル生起確率分布についての知識が必要である。
このため、入力シンボル生起確率の変動を追跡する機能
が必要になるが、時間変動に追随する分布を求める方法
がいくつか発表されている。（北田他“ディジタル濃淡
画像の動的適応符号化法”電子情報通信学会論文誌VOL.
J68-D、No.4、1985、など)このような適応化を各変換係
数に対応する符号化器５ｘ（ｘはｌからｊ）において実
行し、各係数に適したパラメータを用いて符号化を行
う。

【００２１】また、変換係数のうち高周波成分量を表す
係数は、信号量も少なく、きわめて多くの０シンボルか
らなるので、このような変換係数からなる信号系列を複
数集めて算術符号化する。

【００２２】〔実施例２〕 図２は、本発明の実施例２の映像符号化装置の概略構成
を示すブロック図である。

【００２３】本発明の実施例２の映像符号化装置は、図
１に示す実施例１の構成に統計量測定器１５を備えたも
のであり、この統計量測定器１５は、量子化された各変
換係数の変換量をテレビ信号のｌフレーム単位に測定す
る。統計量測定器１５は、測定された変化量が定められ
たしきい値を下回る変換係数出力を変換係数多重化器６
に出力し、まとめて算術符号化を行う。該統計量測定器
１５において測定された変化量が当該しきい値を上回る
変換係数出力は、個別に算術符号化を行うように、各変
換係数に対応する算術符号化器５x（ｘはｌから６４ま
でのいずれか）に出力する。いずれの変換係数を一括し
て算術符号化するかの設定情報は、各フレームの符号化
情報を送信するに先だって受信側に送信され、送受両装
置において設定を一致させる。図２においては、統計量
測定の結果、ｊ番目の変換係数から６４番目の変換係数
までが一括して符号化するように設定された状況を示し
ている。

【００２４】図３は、要素毎に信号系列を構成する例を
示している。１６はテレビ信号をＤＣＴ変換・量子化し
て得られる１フレームの信号、１７〜２３はＤＣＴ変換
の単位である８×８の変換係数からなるブロック、２４
〜２６は該ブロック内の同一位置にある変換係数、２７
〜３５は高周波成分を表わす変換係数であり、信号量が
少ないことから一括して算術符号化される変換係数であ
る。

【００２５】テレビ信号を８ライン単位で走査線方向に
８×８画素ずつブロック化しＤＣＴ変換・量子化を行う
ことにより、８×８成分からなる変換ブロックからなる
１フレーム信号が得られる。この１フレーム信号を構成
する変換ブロックの同一位置、たとえば（２，４）（こ
の変換係数は、水平方向に１サイクル、垂直方向に２サ
イクル変動する信号の成分量を示す）の信号のみを１７
〜２２の各ブロックから順次取り出し２４，２５，２６
等の信号列を得、それらに対して算術符号化を算術符号
化器５₁₂により行う。ブロックの順序は、走査方向と同
一であり、映像の右端のブロックのつぎは、左端の１段
下のブロック（図３においては２３）を選択する。ブロ
ック１７においては、２７，２８，２９の変換係数がま
とめて符号化される。このため変換係数多重化器におい
て、２７，２８，２９の順序に多重化され、算術符号化
器５ｊに入力される。以下ブロック１８，１９において
もブロック右下隅の変換係数が多重化され符号化され
る。

【００２６】以上の説明からわかるように、前記実施例
１，２によれば、それぞれの変換係数の特性に合ったパ
ラメータを使用する算術符号化器５を用いて符号化を行
うことができ、また同一周波数成分を表す変換係数のみ
を対象としているため隣合うブロックの同一変換係数は
類似し大きい変化は少なく、シンボル生起確率の追跡も
容易であり、高効率な符号化が可能である。

【００２７】実施例１，２で一括して符号化する符号化
方式では算術符号化を示したが、算術符号化に代わりラ
ンレングス符号化やジプ・ランペル符号で代表されるユ
ニバーサル符号化を適用することもできる。ランレング
ス符号化を信号値が短期間で変動するような特性の信号
列に適用しても伝送情報量の削減は図れないが、量子化
された高周波成分の信号列では０信号が殆どであり、例
えば信号列を２進信号に変換したのち０及び１の連続数
を符号化することで大きな効率が得られる。ユニバーサ
ル符号化は、入力信号の分散や平均値などの統計量を用
いずに信号列の冗長性を削減する符号化方式である。ど
のような信号列にも適用は可能であるが、信号列がある
出力パタンを繰り返すような場合に大きな効果がある。
このため、ＤＣＴ出力の高周波成分のような０信号が非
常に多く発生する信号列に対して適用すると大きな情報
量削減効果が期待できる。また、高周波成分に対しては
複数の成分に対して１つの符号化器を適用することによ
り、ハードウェアの規模縮小が可能になる。

【００２８】なお、図２の動作説明において、一括符号
化を行う変換係数を毎フレーム受信装置に送信する例を
示した。伝送誤りを考慮しなくてよいシステムにおいて
は、送信側と同一の統計量測定器を受信側に設けること
により、受信側で自立的に一括して符号化される変換係
数を判定できる。このため、設定に関する情報送信は不
要である。

【００２９】以上、本発明を実施例に基づき具体的に説
明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものでは
なく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能
であることは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】以上、説明したように、本発明によれ
ば、伝送画像の近傍の画像が類似しているなどの画像の
特性を利用して伝送情報量を削減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例１の映像符号化装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図２】 本発明の実施例２の映像符号化装置の概略構
成を示すブロック図である。

【図３】 図１における信号系列生成を説明するための
図である。

【符号の説明】

１…映像入力端子、２…Ａ／Ｄ変換器、３…変換処理
器、４…量子化器、５…算術符号化器、６…変換係数多
重化器、７…伝送多重化器、８…伝送路、９…伝送分離
器、１０…算術符号復号化器、１１…変換係数分離器、
１２…逆変換処理器、１３…Ｄ／Ａ変換器、１４…映像
出力端子、１５…統計量測定器、１６…テレビ信号のＤ
ＣＴ変換・量子化出力フレーム、１７〜２３…８×８変
換係数からなるブロック、２４〜２６…８×８変換係数
ブロックにおける（２，４）変換係数、２７〜３５…８
×８変換係数ブロックにおける一括算術符号化対象変換
係数。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−188086（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−72870（ＪＰ，Ａ) 菊池義浩、外２名“算術符号化を用い た適応ＫＬ変換符号化方式”，1990年電 子情報通信学会春季全国大会講演論文 集，社団法人電子情報通信学会，平成２ 年，分冊７，ｐ．35（Ｄ−285) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H04N 1/41 - 1/419

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入力画像信号を一定数の画素単位にブロ
   ック化し、そのブロックを直交変換行列を用いて直交変
   換する変換処理部と、 前記変換処理部で直交変換が施された後の変換係数を量
   子化する量子化器と、 前記量子化器で量子化された量子化変換係数の中の、連
   続するブロックのブロック内位置が同一の各量子化変換
   係数が入力される複数の符号化器とを有する映像変換符
   号化装置であって、 前記複数の符号化器は、他の符号化器とは異なる符号化
   を行う符号化器を含み、 前記複数の符号化器は、それぞれ入力される各量子化変
   換係数系列を、各量子化変換係数系列毎に並行して 符号
   化を行うことを特徴とする映像符号化装置。
2. 【請求項２】 前記量子化器で量子化された量子化変換
   係数の中の所定数の量子化変換係数をまとめて一つの量
   子化変換係数系列とする変換係数多重化器を有し、 さらに、前記複数の符号化器の一つは、前記変換係数多
   重化器から出力される量子化変換係数系列を符号化する
   ことを特徴とする請求項１に記載の映像符号化装置。
3. 【請求項３】 前記量子化器で量子化された各ブロック
   内の量子化変換係数の変化量を測定し、一定単位毎に変
   化量の小さい量子化変換係数を前記変換係数多重化器に
   出力する統計量測定器を、さらに有することを特徴とす
   る請求項２に記載の映像符号化装置。