JP3360356B2 - ディジタル画像信号符号化装置および復号装置 - Google Patents

ディジタル画像信号符号化装置および復号装置

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JP3360356B2 JP15417293A JP15417293A JP3360356B2 JP 3360356 B2 JP3360356 B2 JP 3360356B2 JP 15417293 A JP15417293 A JP 15417293A JP 15417293 A JP15417293 A JP 15417293A JP 3360356 B2 JP3360356 B2 JP 3360356B2
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哲二郎 近藤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、解像度が高い第
1のディジタル画像信号から、より解像度が低い第2の
ディジタル画像信号を形成するのに適用されるディジタ
ル画像信号符号化装置および復号装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像の解像度変換の単純な例として、高
解像度信号(HD信号)から標準解像度信号(SD信
号)相当部を分離し、2つの階層に分離することが考え
られる。これらの二つの階層の信号は、通信路(あるい
は記録・再生のプロセス)を介して伝送される。受信側
では、HD信号用のテレビジョンモニタおよびSD信号
用のテレビジョンモニタの何れによっても、画像を再生
することができる。
【0003】このような用途のために、所謂階層符号化
が使用される。階層符号化の一つの例では、SD画素
(SD信号の画素)の生成法として、HD画素(HD信
号の画素)に4点平均処理を施すことが考えられる。す
ると2つの階層の総画素数は、もとの画素数の(1+1
/4)倍に増加してしまう。これは従来の階層符号化の
欠点のひとつである。
【0004】そこで、HD画素とそれにより生成される
SD画素との差分値を符号化伝送する。そのとき、HD
画素4点のうち3点の差分符号化データと、SD画素
(平均値)を符号化伝送する。受信側では伝送データか
ら演算により容易にHD4点を復元できる。こうして、
複数の階層に分離しても総画素数を変えずに符号化が可
能となる。
【0005】しかしながら、上述の4点平均処理はフィ
ールド内で行なわれるため、図3に示すように、生成さ
れたSD画素ラインがフレーム構造では疎密に、すなわ
ち、不均一に分布することになり、画質劣化の一因にな
るという欠点があった。図3は、偶数フィールドおよび
奇数フィールドの一部を示し、破線で示す領域内に含ま
れる(2×2)画素が一つのSD画素を生成するための
4個のHD画素である。
【0006】この問題を解決するために、図4に示すよ
うな処理でHD画素からSD画素を生成することが提案
されている。これは、偶数フィールドに注目すると、S
D画素z0 、z1 、z2 、・・を順次生成するのに、垂
直方向にフィルタのタップをオーバーラップさせて実現
するものである。HDデータからSDデータを生成する
フィルタには種々の方式があるが、例えば図4のz0
生成するのに次のような形がある。
【0007】z0 =w0 (x0 +x1 )+w1 (x2
3 )+w2 (x4 +x5 ) 上式で、w0 =3/16 w1 =4/16 w2 =1/16 である。
【0008】一方、奇数フィールドにおいては、SD画
素v0 、v1 、v2 、・・を生成するのに、同様に、垂
直方向にフィルタのタップをオーバーラップさせフィル
タリングを行なう。ただし、SD画素の空間位置が偶数
フィールドと異なるため、フィルタ係数を変更する必要
がある。その例を次式を示す。
【0009】v0 =q0 (y0 +y1 )+q1 (y2
3 )+q2 (y4 +y5 ) 上式で、q0 =1/16 q1 =4/16 q2 =3/16
【0010】このように偶数フィールドと奇数フィール
ドで、フィルタの係数を切替えることにより、形成され
たSDデータにおける正しいインターレース構造の実現
が可能となる。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】従来の階層符号化は、
このような垂直オーバーラップ構造と無関係に行うもの
であり、符号化効率の向上が充分でない問題があった。
【0012】従って、この発明の目的は、垂直オーバー
ラップ構造を採用するのと関連して、より効率を向上す
ることが可能なディジタル画像信号符号化装置および復
号装置を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、第1のディジタル画像信号よりも画素数が少ない第
2のディジタル画像信号を形成するディジタル画像信号
符号化装置であって、第1のディジタル画像信号を、隣
接するブロックがオーバーラップる複数のブロックに
分割し、各ブロック毎にブロック内の第1のディジタル
画像信号のN個の画素データを重み付け加算することで
第1のディジタル画像信号のブロックに対応する第2の
ディジタル画像信号の1個の画素データを形成する形成
手段と、形成手段によって形成された第2のディジタル
画像信号の画素データと、ブロック毎の第1のディジタ
ル画像信号のN個の画素データの少なくとも1つを除く
N−1個の画素データとを出力すると共に、オーバーラ
ップ部分に含まれる一方のブロックの第1のディジタル
画像信号の画素データの伝送を省略する出力手段と
力手段からの第1のディジタル画像信号および第2のデ
ィジタル画像信号の画素データを伝送データに変換する
伝送手段とからなるディジタル画像信号符号化装置であ
る。
【0014】
【作用】HD信号の(3×2=6)画素からなる領域に
おいて、この6画素の重み付け加算によってSD信号の
1画素が形成される。上下の各ラインが上下の隣接する
領域とオーバーラップしている。平均値であるSD画素
と6個のHD画素の一つを除外した5個のHD画素であ
って、SD画素との差分を伝送する。オーバーラップ構
造によって、以前の領域に関する復号値を利用すること
が可能となる。その結果、伝送すべきHDデータを3個
へより減少することができる。
【0015】
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。基本的には、縮小画像において画素が
存在する限り、何階層でも実現可能であるが、この実施
例は、HD画像からSD相当画像を生成する場合の2階
層の例である。
【0016】まず、1で示す入力端子からの入力信号
は、HD系とSD系の2つの処理に分かれる。HD系で
は、伝送対象画素の選択が、HD画素選択部2で行なわ
れる。ここでは、SD画素を生成するために必要な複数
のHD画素中の1画素が除外される。HD画素選択部2
の出力信号が減算回路5に供給される。
【0017】一方、入力HD信号が間引きフィルタ3に
供給され、入力画像が1/4に間引かれる。この間引き
フィルタは、図4に示し、前述の式に示したような重み
付け加算を行うものであり、例えばx0〜x5の6画素
からSD画素z0 が形成される。間引きフィルタ3の出
力が基準画素選択部4およびフレーム化回路6に供給さ
れる。
【0018】間引きフィルタ3のタップがオーバーラッ
プしているために、HDデータとSDデータとのの差分
演算を行なう時にどのSDデータとの差分をとるか決定
する必要がある。SDデータの選択が基準画素選択部4
で行なわれ、選択された基準SD画素が減算回路5に供
給される。減算回路5からの差分信号がフレーム化回路
6に供給される。フレーム化回路6は、HDデータ(差
分信号)とSDデータとを適切な伝送データの形態に変
換するために設けられている。
【0019】上述のエンコーダ側の処理は、図4を参照
すると、次式で示される。 SDデータ;z0 =w0 (x0 +x1 )+w1 (x2
3 )+w2 (x4 +x5 ) HDデータ;x0 ´=x0 −z0 HDデータ;x1 ´=x1 −z0 HDデータ;x2 ´=x2 −z0 HDデータ;x3 ´=x3 −z0 HDデータ;x4 ´=x4 −z0
【0020】すなわち、HD画素選択部2では、HD画
素x5を除く5画素が選択される。また、間引きフィル
タ3がSDデータz0 を発生する。基準画素選択部4に
ついては、後述する。このようにHDデータに関して
は、HDデータとSDデータとの差分構造にして処理す
る。実際には、上記の6個のデータに対して、さらに高
能率符号化等で圧縮処理を施すわけであるが、ここでは
簡単のために、単なる差分処理の例を示す。HDとSD
の2つの階層に分離してデータを表現する場合にも拘ら
ず、画素数は7個ではなく、6個のみの伝送で復号化を
実現する。対象画素数は増加しない。
【0021】このように、HDデータとSDデータを合
わせた画素数は、2つの階層に分離しているにも拘ら
ず、入力データと等しくなっている。デコーダ側につい
て、図2を参照して説明する。11で示す入力端子に
は、HDデータ(差分データ)とSDデータとが混在し
た信号が供給され、フレーム分解回路12によって、こ
れらが分離される。
【0022】分離されたHDデータが加算回路14に供
給される。分離されたSDデータは、基準画素選択部1
3に供給されるとともに、出力端子16にSD出力とし
て取り出される。この出力端子16には、SDモニタを
接続することが可能である。基準画素選択部13の出力
が加算回路14に供給される。符号化の逆処理を行なう
ために、符号化側で差分処理に使用したSDデータが、
基準画素選択部13で選択される。
【0023】また、伝送されなかったHD画素データ例
えばx5を復号するために、復号済みHD5画素とSD
データを使用した演算がHD画素演算部15で実行され
る。こうしてHD出力が得られ、出力端子17にHD出
力として取り出される。出力端子17には、HDモニタ
を接続することが可能である。
【0024】復号化側の処理は次式で表される。z0
前述のフィルタで生成された例である。 SDデータ;z0 HDデータ;x0 =x0 ´+z0 HDデータ;x1 =x1 ´+z0 HDデータ;x2 =x2 ´+z0 HDデータ;x3 =x3 ´+z0 HDデータ;x4 =x4 ´+z0 HDデータ;x5 ={z0 −w0 (x0 +x1 )−w1
(x2 +x3 )}/w2−x4
【0025】さらに、基準画素選択部4および基準画素
選択部13においてなされる処理について説明する。こ
れらは、オーバーラップ構造のフィルタリングに対応し
た符号化を行うために設けられている。すなわち、図4
のSDデータz0 は、x0 からx5 までの6画素より生
成され、隣接するz1 は、x4 からx9 までの6画素よ
り生成される。ここでは、x4 とx5 がオーバーラップ
する。そこで、フィルタタップが重なる場合、差分デー
タは、何れか一つのSDデータからの差分を使用する。
基準画素選択部4がこのSDデータを選択する機能を有
する。
【0026】デコーダ側では、伝送順序に従い、復号さ
れたHDデータを記憶しておき、オーバーラップ構造に
より次に必要となる計算式に記憶されているデータを適
用することで、総画素数を増やさず階層表現を構成する
ことが可能となる。z1 の場合の例について、まず符号
化側から示す。
【0027】SDデータ;z1 HDデータ;x6 ´=x6 −z1 HDデータ;x7 ´=x7 −z1 HDデータ;x8 ´=x8 −z1
【0028】z0 のブロックとz1 のブロックとの間で
は、x4 とx5 がオーバーラップする。これらのオーバ
ラップするHD画素は、既に伝送済みであるので、HD
差分データは3画素分になる。伝送SDデータと合わせ
て4画素であるので、より伝送画素数を少なくできる。
【0029】次に、復号側の処理を示す。 SDデータ;z1 HDデータ;x6 =x6 ´+z1 HDデータ;x7 =x7 ´+z1 HDデータ;x8 =x8 ´+z1 HDデータ;x9 ={z1 −w0 (x4 +x5 )−w1
(x6 +x7 )}/w2 −x8
【0030】以上のように、既に復号され記憶されてい
るHDデータ、x4 とx5 を用いてx9 が復号される。
以下、オーバーラップするフィルタ構造に従い、連続的
に復号されたHDデータを使用し、画素数の増加しない
階層表現を実現する。
【0031】以上のように、インターレース構造を考慮
したSDデータ生成法においては、総画素数を元のもの
より増加させず、むしろ減少させることが可能である。
勿論、非伝送画素は、x0 からx5 までの、どのSDデ
ータであっても問題ない。また、この発明は、垂直方向
のみならず、水平方向にオーバラップする領域を使用し
た画素数を減少させる処理に対しても適用することがで
きる。
【0032】
【発明の効果】この発明は、テレビジョン信号のインタ
ーレース構造に対応した階層表現が可能となり、走査線
の疎密による画質劣化は防止される。また、複数の階層
に画像を分離しても総画素数はもとの画像の画素数と変
わらないので、符号化効率の低下を避けることが可能で
ある。特に、オーバーラップ構造を考慮して、伝送画素
数をより減少させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例のエンコーダ側のブロック
図である。
【図2】この発明の一実施例のデコーダ側のブロック図
である。
【図3】奇数フィールドおよび偶数フィールドのHD画
素およびSD画素の位置関係を示す略線図である。
【図4】奇数フィールドおよび偶数フィールドのHD画
素およびSD画素の位置関係を示す略線図である。
【符号の説明】
2 HD画素選択部 3 間引きフィルタ 4 基準画素選択部

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1のディジタル画像信号よりも画素数
    が少ない第2のディジタル画像信号を形成するディジタ
    ル画像信号符号化装置であって、 上記第1のディジタル画像信号を、隣接するブロックが
    オーバーラップる複数のブロックに分割し、各ブロッ
    ク毎にブロック内の上記第1のディジタル画像信号のN
    個の画素データを重み付け加算することで上記第1のデ
    ィジタル画像信号の上記ブロックに対応する上記第2の
    ディジタル画像信号の1個の画素データを形成する形成
    手段と、上記形成手段によって形成された上記第2のディジタル
    画像信号の画素データと、上記ブロック毎の上記第1の
    ディジタル画像信号の上記N個の画素データの少なくと
    も1つを除くN−1個の画素データとを出力する と共
    に、上記オーバーラップ部分に含まれる一方のブロック
    の上記第1のディジタル画像信号の画素データの伝送を
    省略する出力手段と上記出力手段からの上記第1のディジタル画像信号およ
    び上記第2のディジタル画像信号の画素データを伝送デ
    ータに変換する伝送手段とからなる ディジタル画像信号
    符号化装置。
  2. 【請求項2】 上記形成手段は、重み付け加算の際の重
    み付け係数を、フィールドに応じて変化させることを特
    徴とする請求項1に記載のディジタル画像信号符号化装
    置。
  3. 【請求項3】 第1のディジタル画像信号を、隣接する
    ブロックがオーバーラップしている複数のブロックに分
    し、各ブロック毎にブロック内の上記第1のディジタ
    ル画像信号のN個の画素データを重み付け加算すること
    上記第1のディジタル画像信号の上記ブロックに対応
    する上記第2のディジタル画像信号の1個の画素データ
    を形成し、形成された上記第2のディジタル画像信号の
    データと、上記ブロック毎の上記第1のディジタル画像
    信号の上記N個のデータの少なくとも1つを除くN−1
    個のデータとを出力すると共に、上記オーバーラップ部
    分に含まれる一方のブロックの上記第1のディジタル画
    像信号のデータの伝送を省略し、上記第1のディジタル
    画像信号および上記第2のディジタル画像信号の画素デ
    ータを伝送データに変換するようにしたディジタル画像
    信号符号化装置に対応するディジタル画像信号復号装置
    であって、上記ブロック毎の伝送された上記第1のディジタル画像
    信号のN−1個のデータと、上記第2のディジタル画像
    信号のデータとを使用して、上記重み付け加算に基づい
    て、上記ブロック毎に伝送されなかった1つのデータを
    求め、上記第1のディジタル画像信号を出力すると共
    に、上記ブロックのオーバーラップ部分に含まれ、先に
    復号済みの上記第1のディジタル画像信号のデータと、
    上記第2のディジタル画像信号のデータとを使用して、
    上記重み付け加算に基づいて、上記ブロック毎に伝送さ
    れなかった1つのデータを求め、上記第1のディジタル
    画像信号を出力する演算手段と、 上記第2のディジタル画像信号のデータを出力する出力
    手段とからなる ことを特徴とするディジタル画像信号復
    号装置。
  4. 【請求項4】 重み付け加算の際の重み付け係数を、フ
    ィールドに応じて変化させることを特徴とする請求項3
    に記載のディジタル画像信号復号装置。
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