JP3496959B2 - ディジタル信号の符号化装置及び復号装置 - Google Patents

ディジタル信号の符号化装置及び復号装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ブロックに細分された
イメージに対応するディジタル信号の符号化装置であっ
て、第１の符号化チャネルと、予測チャネルと、第２の
符号化チャネルとを具え、前記第１の予測チャネルは、
ディスクリート余弦変換回路と、所定の第１の量子化ス
テップを有する量子化回路と、第１の品質レベルを有す
る符号化信号を出力する可変長符号化回路を含み、前記
予測チャネルは、前記量子化回路に接続された第１の逆
量子化回路と、逆ディスクリート余弦変換回路と、第１
の加算器と、画像メモリーと、動き補償段と、該動き補
償段の予測出力信号を前記符号化すべきディジタル信号
から減算し，その差分出力を第１の符号化チャネルに供
給する減算回路を含み、前記第２の符号化チャネルは、
前記ディスクリート余弦変換回路の出力信号と前記第１
の逆量子化回路の出力信号との差分を計算する減算回路
と、第１の量子化ステップより細かい第２の量子化ステ
ップで該差分を量子化する第２の量子化回路と、量子化
された該差分を符号化する符号化回路を含んでいる符号
化装置に関するものである。本発明は特に２つの画像品
質レベルを持つテレビジョン画像を配信する分野に適用
され、ＭＰＥＧ規格に合致するものである。
【０００２】
【従来の技術】ディジタルチャネルで画像を伝送するた
めには、これらの画像に含まれている情報を圧縮する必
要があり、一方、実際のチャネルの速度をも計算に入れ
なければならない。この目的のために、多くの符号化技
術が存在している。そのうちの最近の技術の１つはディ
スクリート余弦変換（ＤＣＴ）と呼ばれる連続的な数学
的変換に続いて、この変換によって得られた係数の量子
化を行い、この量子化された値を可変長で符号化を行
う。この符号化は、画像の動き予測に基づいて行われ
る。時々刻々の予測が前記の量子化された値に基づいて
遂行され、符号化時に、各々の時点の画像に対応する信
号ではなく、現時点の画像とその前の時点の画像との差
分を表す信号を得られる。この符号化においては、これ
らの２つの画像の間の時間間隔における２つの画像間の
動きが考慮される。
【０００３】この型の装置は、米国特許第4,958,226 号
に記載されている。この装置は、第１の画像品質レベル
を得るための第１の符号化チャネルと予測チャネルを含
み、更に、前記第１の符号化チャネルから取り出される
残留誤差と呼ばれる値を符号化するための第２の符号化
チャネルを有するものである。後に復号され再生される
画像は、この残留誤差を表す補助情報によって第２の画
像品質レベルが得られるという利点を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、この
第２の画像品質レベルを改良する符号化装置を提供する
ことにある。本発明の他の目的は、前記のような符号化
装置で予め符号化された信号を復号するための装置を提
供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的のため、本発明
は、当初に記載の符号化装置において、前記予測チャネ
ルが、更に、前記ディスクリート余弦変換回路の出力信
号と前記第１の逆量子化回路の出力信号との差分を量子
化する前記第２の量子化回路の出力端子と前記逆ディス
クリート余弦変換回路との間に、前記第２の量子化回路
の出力を逆量子化する第２の逆量子化回路と、前記第１
の逆量子化回路の出力信号と前記第２の逆量子化回路の
出力信号を加算する第２の加算器を含む枝路を具え、該
第２の加算器の出力を前記逆ディスクリート余弦変換回
路の入力端子に接続したことを特徴とする。
【０００６】 ここに提案された構成によれば、前記枝
路により、第２の符号化チャネルで精量子化された第１
の符号化チャネルの残留量子化誤差成分も予測チャネル
に供給されるために一層精密な予測が行われ、その結果
として入力信号と予測信号との差分信号が小さくなり、
より少ないビットで符号化することが可能となり、圧縮
率が改善される。
【０００７】本発明による復号装置は、第１の復号チャ
ネルを具え、該復号チャネルは、可変長復号回路と、前
記所定の量子化ステップで動作する第３の逆量子化回路
と、逆ディスクリート余弦変換回路と、動き補償段とを
直列に具え、該動き補償段は動き補償回路と第３の加算
器を具え、該第３の加算器はその第１の入力端子に前記
逆ディスクリート余弦変換回路の出力信号を受信し、そ
の第２の入力端子に前記動き補償回路の出力信号を受信
し、出力の復号信号を復号装置の出力端子に供給すると
ともに画像メモリーを経て前記動き補償回路の入力端子
に供給するよう構成され、更に第２の復号チャネルを具
え、該復号チャネルは、第２の可変長復号回路と、前記
第１のステップより細かい第２の量子化ステップで動作
する第４の逆量子化回路と、第４の加算器とを直列に具
え、該加算器はその２つの入力端子に前記第３及び第４
の逆量子化回路の出力信号を受信し、その出力信号を前
記逆ディスクリート余弦変換回路の入力端子に供給する
よう構成されていることを特徴とする。
【０００８】
【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。図１に符
号化装置を示す。この符号化装置はディスクリート余弦
変換（ＤＣＴ）回路１０を有する。この変換は、８×８
ピクセルのフォーマットを有する画像ブロック単位で行
われ、その入力端子に受信した（画像に対応する）ディ
ジタル信号を８×８係数のブロックに変換する。第１の
係数は対象となっているブロックのピクセルのグレイレ
ベルの平均値を表し、他の６３の係数はこのブロックに
おける種々の空間周波数を表す。
【０００９】量子化回路２０は、ＤＣＴ回路１０のこれ
らの出力係数の各々を量子化する。この量子化は、８×
８ブロックで考察された係数の位置に関係付けられ（高
い空間周波数は人間の目には知覚され難く、これに対応
する係数の量子化は大きい量子化ステップで低い精度の
量子化を行う）、後で述べるレートに依存する量子化フ
ァクタに関係付けられる。得られた量子化値は、続いて
可変長符号化回路３０に印加される。その出力端子はバ
ッファメモリ４０に接続され、符号化されたワードを記
憶する。このメモリ４０内の記憶量の関数として、この
メモリの出力側に設けられているレート制御回路５０が
前記の量子化ファクタを量子化回路２０に供給し、この
ファクタの記憶量対応の値によって、このメモリ４０が
オーバーフローしたり空になったりすることのないよう
に量子化ステップが修正される。このようなレート制御
を用いた符号化チャネルは、例えば欧州特許出願ＥＰ０
４４８４９１号に記載されている。メモリ４０の出力信
号は、図１でＬＱと記した所定の品質レベルに対応する
符号化信号である。
【００１０】 得られた量子化値は更に予測チャネルに
印加される。この予測チャネルは、第１に逆量子化回路
６０を有する。ディスクリート余弦変換回路１０の出力
に表れる元の係数と量子化後に逆量子化されて回路６０
から出力される同一係数との間の差分（残留量子化誤
差）が、減算器１０５によって計算される。より精密な
量子化及びその量子化値の符号化のために、これらの差
分が続いて第２の符号化チャネルに印加される。上記の
第１の符号化チャネルと同様に、この第２の符号化チャ
ネルは、第１の量子化回路より細かい量子化ステップを
持つ第２の量子化回路１１５と、これに後続された第２
の可変長符号化回路１２５を具え、この符号化回路１２
５の出力はバッファメモリ１３５ に接続されている。
このメモリ１３５の記憶量の関数として、第２のレート
制御回路１４５が量子化ファクタを第２の量子化回路１
１５に供給する。前記のように、このファクタと関連す
る量子化ステップの選択により、メモリ１３５のオーバ
ーフローが阻止される。このメモリ１３５の出力には、
第２の量子化回路１１５によって精量子化され可変長符
号化回路１２５で符号化された残留量子化誤差の符号化
信号が得られ、この符号化信号は、第１の符号化チャネ
ルの所定の品質レベルの符号化信号ＬＱに加えると高品
位の符号化信号になるため、以後高品位レベルの符号化
信号ＨＱという。
【００１１】本発明では、逆量子化回路６０の出力にお
ける係数と、第２の量子化回路１１５の出力に配置され
た第２の逆量子化回路１５５の出力における係数との和
を加算器１６５ によって計算する。この和を、予測チ
ャネルの逆ディスクリート余弦変換回路７０に印加し、
ＤＣＴ回路１０によって行われた変換の逆変換を行う。
即ち、ＤＣＴ係数に基づいて８×８ピクセルブロックに
対応するディジタル信号を復元する。これらの信号を加
算器８５の第１の入力に印加し、加算器８５の出力信号
を画像メモリ７５に記憶する。
【００１２】このメモリ７５の出力信号は動き推定回路
８０及び動き補償回路９０を有する動き補償段に印加さ
れる（動き補償回路９０の第1の入力端子が前記メモリ
７５の出力信号を受信する）。動き推定回路８０は符号
化装置のディジタル入力信号を受信し、各画像ブロック
について変移ベクトルを決定する（この決定はブロック
マッチングとして知られている）。この変移ベクトル
は、前時点の画像の対応するブロックに対する動きに対
応するものである。このようにして決定されたベクトル
は動き補償回路９０の第２の入力端子に印加され、この
動き補償回路９０は予測ブロックを供給する。この予測
ブロックと入力信号の前のブロックとの差分が、ディス
クリート余弦変換回路１０の前に置かれた減算器１００
で決定される。予測ブロックはまた加算器８５の第２の
入力端子にも印加される。
【００１３】減算器１００は第１の入力端子にフォーマ
ット変換回路９５の出力信号を受信する。このフォーマ
ット変換回路９５は、画像に対応するディジタル入力信
号をブロックにフォーマット変換するものである。従っ
て、ＤＣＴ回路１０の入力に存在するディジタル信号
は、連続する画像ブロックに対応する符号化装置のディ
ジタル入力信号ではなく、各原画像ブロックと予測チャ
ネル（第1の量子化回路２０の出力端子と減算器１００
の第２の入力端子との間に設けられている）で得られた
予測ブロックとの差分を表す信号である。
【００１４】素子１０５乃至１６５を除外した場合、回
路６０、７０、７５、８０、８５、９０からなるチャネ
ルは、従来の予測チャネルである。素子１０５乃至１６
５を配置することによって残留量子化誤差の精密な量子
化が達成され、これに基づいてメモリ１３５の出力に高
品質の符号化信号が得られるとともに、従来の予測チャ
ネルより精密な予測が得られる。
【００１５】本発明は、上述した図示の実施例に限定さ
れるものではない。本発明は、更に、図１に示された装
置によって予め符号化された信号を復号するのに適した
復号装置にも関するものである。
【００１６】このような復号装置の実施例を図２に示
す。この実施例においては、この装置は、可変長復号回
路２２５と、前記所定の第１の量子化ステップで動作す
る第３の逆量子化回路２６０と、逆ディスクリート余弦
変換回路２１０と、動き補償段とを直列に具える第1の
復号チャネルを有している。この動き補償段は、符号化
操作と同様に予測情報を出力する動き補償回路２９０及
び第３の加算器２６５を有する。この加算器２６５の２
つの入力端子は、逆ＤＣＴ回路の出力信号と前記動き補
償回路の出力信号を受信する。この加算器２６５は、復
号装置の出力端子に及び画像メモリ２７５を経て動き補
償回路２９０の入力端子に復号信号を供給する。復号装
置は、更に、第２の可変長復号回路３２５と、第１の量
子化ステップより細かい第２の量子化ステップで動作す
る第４の逆量子化回路３５５と、第４の加算器３６５と
を直列に具える第２の復号チャネルを有している。この
加算器３６５の２つの入力端子は前記第３及び第４の逆
量子化回路２６０及び３５５の出力信号を受信し、その
出力信号が逆ディスクリート余弦変換回路２１０の入力
端子に印加される。
【００１７】この復号装置においては、第１の復号チャ
ネルは前記のようにＬＱで表示される所定の品質レベル
の符号信号を受信し、第２の復号チャネルはＨＱで表示
される改良された品質レベルの符号信号を受信する。こ
のように２つのチャネルのそれぞれで復号された情報成
分を加算すると、復号装置の出力に改良された品質レベ
ルを有する画像を再構成することができる。悪い伝送状
態のために、高品質ＨＱの符号化信号が受信されず、所
定の品質ＬＱの符号化信号のみが受信される場合には
（通常、低品質の符号化信号は高品質の符号化信号より
高い保護レベル（優先度）で伝送されるため、悪い受信
状態でも受信される）、図２に点線で示されたスイッチ
３９０によって第２の復号チャネルを動作しないように
するのがよい。この場合、図２は、前記符号化信号ＬＱ
を受信する単一の復号チャネルを持つ回路図になり、前
記所定の品質レベルＬＱを有する再生画像を出力するこ
とができる
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、本発明による符号化装置の実施例を
示す。
【図２】 図２は、本発明による復号装置の実施例を示
す。
【符号の説明】
１０ ディスクリート余弦変換回路 ２０ 量子化回路 ３０ 可変長符号化回路 ４０、１３５ バッファメモリ ５０ レート制御回路 ６０ 逆量子化回路 ７０、２１０ 逆ディスクリート余弦変換回路 ７５、２７５ 画像メモリ ８０ 動き推定回路 ８５、１６５ 加算器 ９０、２９０ 動き補償回路 ９５ フォーマット変換回路 １００、１０５ 減算器 １１５ 第２の量子化回路 １２５ 第２の可変長符号化回路 １４５ 第２の制御回路 １５５ 第２の逆量子化回路 ２２５ 可変長復号回路 ２６０ 第３の逆量子化回路 ２６５ 第３の加算器 ３２５ 第２の可変長復号回路 ３５５ 第４の逆量子化回路 ３６５ 第４の加算器 ３９０ スイッチ ＬＱ 符号化信号の通常の品質レベル ＨＱ 符号化信号の高い品質レベル
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エチエンヌ フエール フランス国 75011 パリ リュ ゲノ 14 (56)参考文献 特開 昭62−203496（ＪＰ，Ａ) 欧州特許出願公開474100（ＥＰ，Ａ １) 塚原由利子（外１名），レート制御を 考慮した動き補償型階層符号化方式, 1991年電子情報通信学会秋季大会講演論 文集，日本，社団法人 電子情報通信学 会，1991年 ８月15日，分冊６，ｐ．６ −140 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H04N 7/24 - 7/68 H03M 7/30

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブロックに細分されたイメージに対応す
    るディジタル信号を符号化する符号化装置であって、第
    １の符号化チャネルと、予測チャネルと，第２の符号化
    チャネルとを具え、 前記第１の符号化チャネルは、第１のディジタル信号を
    処理して第１の係数を得るディスクリート余弦変換回路
    （１０）と、 前記第１の係数を第１の量子化ステップで量子化して第
    １の量子化値を得る第１の量子化回路（２０）と、 前記第１の量子化値を符号化して第１の品質レベルを有
    する第１の符号化信号を得る第１の符号化回路（３０）
    とを含み、 前記第２の符号化チャネルは、前記第１の量子化値を逆
    量子化して第１の逆量子化係数を得る第１の逆量子化回
    路（６０）と、 前記第１の逆量子化係数を前記第１の係数から減算して
    第２の係数を得る第１の減算器（１０５）と、 前記第２の係数を前記第１の量子化ステップより細かい
    第２の量子化ステップで量子化して第２の量子化値を得
    る第２の量子化回路（１１５）と、 前記第２の量子化値を符号化して前記第１の品質レベル
    より高い第２の品質レベルを有する第２の符号化信号を
    得る第２の符号化回路（１２５）とを含み、 前記予測チャネルは、前記第２の量子化値を逆量子化し
    て第２の逆量子化係数を得る第２の逆量子化回路（１５
    ５）と、 前記第１の逆量子化係数と前記第２の逆量子化係数とを
    加算して第３の係数を得る第１の加算回路（１６５）
    と、 前記第３の係数を処理して第３のディジタル信号を得る
    逆ディスクリート余弦変換回路（７０）と、 前記第３のディジタル信号と予測ディジタル信号とを加
    算して第４のディジタル信号を得る第２の加算回路（８
    ５）と、 前記第４のディジタル信号を記憶し出力する画像メモリ
    （７５）と、 前記第４のディジタル信号を操作して前記予測ディジタ
    ル信号を得る動き補償段（９０）と、 前記予測ディジタル信号を前記ディジタル信号から減算
    して前記第１のディジタル信号を得る第２の減算回路
    （１００）とを含むことを特徴とする符号化装置。
  2. 【請求項２】 前記第１の符号化信号を記憶し出力する
    第１のバッファメモリ（４０）と、 前記第１の量子化ステップを前記第１の量子化回路（２
    ０）に供給する第１のレート制御回路（５０）と、 前記第２の符号化信号を記憶し出力する第２のバッファ
    メモリ（１３５）と、 前記第２の量子化ステップを前記第２の量子化回路（１
    １５）に供給する第２のレート制御回路（１４５）とを
    更に具えることを特徴とする請求項１記載の符号化装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載された符号化装置で予め
    符号化された信号を復号する復号装置であって、 前記第１の符号化信号を受信し復号化して第１の復号量
    子化値を得る第１の復号化回路（２２５）と、 前記第１の復号量子化値を前記第１の量子化ステップで
    逆量子化して第１の復号逆量子化係数を得る第１の復号
    用逆量子化回路（２６０）と、 前記第２の符号化信号を受信し復号化して第２の復号量
    子化値を得る第２の復号化回路（３２５）と、 前記第２の復号量子化値を前記第２の量子化ステップで
    逆量子化して第２の復号逆量子化係数を得る第２の復号
    用逆量子化回路（３５５）と、 前記第１の復号逆量子化係数と前記第２の復号逆量子化
    係数を加算して第３の復号係数を得る第１の復号用加算
    器（３６５）と、 前記第３の係数を処理して第１の復号ディジタル信号を
    得る復号用ディスクリート余弦変換回路（２１０）と、 前記第１の復号ディジタル信号と第２の復号ディジタル
    信号を加算して第３の復号ディジタル信号を得る第２の
    復号用加算回路（２６５）と、 前記第３の復号用ディジタル信号を記憶し出力する画像
    メモリ（２７５）と、 前記第３の復号ディジタル信号に対し動き補償を行い前
    記第２の復号ディジタル信号を得る動き補償段（２９
    ０）と、 を具えることを特徴とする復号装置。
  4. 【請求項４】 前記第２の復号用逆量子化回路（３５
    ５）と前記第１の復号用加算回路（３６５）との間に配
    置された、前記第２の復号用逆量子化回路の出力の前記
    第１の復号用加算回路への供給を遮断するスイッチ（３
    ９０）を具えることを特徴とする請求項３記載の復号装
    置。
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