JP3958033B2 - 動画像情報の圧縮方法およびそのシステム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理できると同時に、画質の向上をも図ることのできる動画像情報の圧縮方法およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、画像信号を一旦別の信号に変換し、次にその変換された信号の統計的な性質を利用して、適当な符号を割り当てて符号化伝送を行なうのが通例である。この場合、１フレーム内の冗長度、例えば、規則正しい模様の画像や平坦な画像では、隣接する画素の間の相関が強いので既に符号化された画素の値から次に符号化すべき画素の値をある程度予測でき、予測できなかった成分だけを抽出して符号化することにより大幅な情報圧縮を行なわせる、所謂予測符号化が行なわれている。
【０００３】
また、例えば、テレビ電話等の動画像では、相続くフレームの画像が非常に似ており時間的な変化が限られていることが多く、このような時間的な冗長度はフレームにまたがる予測を用いたフレーム間予測符号化により除去できるものとされている。このとき、一般的には１個のシンボルに１個の符号語を割り当てるブロック符号を採用し、１フレームをそれより小さな画素ブロックに分割し、それぞれのブロック内では輝度の差が小さくなる性質を利用して情報圧縮に利用する、所謂ブロック符号化処理を採用している。
【０００４】
さらに、変換信号に効率の良い符号を割り当ててデータ圧縮を実現させる、所謂エントロピー符号化と、効率的な符号作成方法としてハフマン符号化法が知られている。その代表的なものとして算術符号があり、これはシンボル系列の出現確率に応じて確率数直線を区分分割し、分割された区間内の位置を示す２進小数値をその系列に対する符号とするものであり、符号語を算術演算により逐次的に構成していくものである。
【０００５】
加えて、従来においては、画像信号を効率的に符号化する３ステップのブロック符号化システムは、サンプリング、変換および定量化よりなっている。このときの画像信号の平面的な解像度および高周波成分を保持するためには、通常その周波数の最も高い周波数成分の２倍の速度でサンプリングする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像信号情報圧縮方式では、煩雑なブロック符号化法を使用しているため、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理を行なうことが困難であった。
【０００７】
また、動画像圧縮処理において、通常差分情報を圧縮する場合、すなわち、Ａ１とＡ２とが近い値と予想され且つＡ２の情報以前にＡ１の値を知り得る場合において、Ａ２−Ａ１を０近傍の生起確率が高いと見なして従来のハフマン符号や算術符号等を使い圧縮する方法が採られているため、Ａ１、Ａ２の取り得る値が０〜ｎとすると、差分Ａ２−Ａ１の取り得る範囲は２ｎ＋１通りとなり、２ｎ＋１通りのハフマン符号語を準備しなければならない。しかし、実際にＡ２の取り得る値はｎ通りであり、ｎ通りの符号は局所的に見ると使用されず、そのためそれだけ冗長な符号となる。さらに、フレーム間の差分を大きく採ると画質の劣化が激しくなり、良質な画像が得られない等の問題点を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、叙上のような従来存した問題点に鑑み創出されたもので、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを、高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理できると同時に、画質の低下の低減をも図ることのできる動画像情報の圧縮方法およびそのシステムを提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における動画像情報の圧縮方法においては、
空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減し、ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として処理（削除）すると共に、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用い、
フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮方法であって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、
前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることで、上述した課題を解決した。
【００１０】
ビット・マップに保存された情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮されることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１１】
エントロピー符号化によって、フレーム間について冗長な情報をさらに削減することで、同じく上述した課題を解決した。
【００１２】
エントロピー符号化は、予測情報数のハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行なわれることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１３】
一方、本発明における動画像情報の圧縮システムにおいては、
空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段と、該ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行ない、ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として処理（削除）する情報圧縮手段とを含み、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮システムであって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることで、上述した課題を解決した。
【００１４】
フレーム間について冗長な情報をさらに削減するエントロピー符号化手段を含むことで、同じく上述した課題を解決した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明における動画像情報の圧縮方法は、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減するものである。
【００１９】
また、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なうことでフレーム間について冗長な情報を削減するものである。
【００２０】
ここで「ピクセル要素」とは、広く画素の有する属性を示す成分を意味し、例えば、輝度、色相、色差等である。
【００２１】
さらに、ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として処理（削除）するものである。
【００２２】
また、ビット・マップに保存された情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮されるものである。
【００２３】
加えて、パラメータＰよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により情報圧縮されるものである。
【００２４】
また、エントロピー符号化によって、フレーム間について冗長な情報をさらに削減するものである。
【００２５】
この他、エントロピー符号化は、予測情報数のハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行なわれるものである。
【００２６】
また、本発明においては、ピクセル要素の差分情報を用いるものである。
【００２７】
この差分情報は、フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分である。
【００２８】
さらに、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００２９】
また、フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００３０】
加えて、前記フレーム間におけるｎ×ｍ画素が、２×２画素、２×４画素、４×４画素のいずれかのものであることが好ましい。
【００３１】
そして、前記フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるものである。
【００３２】
また、前記フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとする。
【００３３】
この他、フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮を行なうものである。
【００３４】
一方、本発明における動画像情報の圧縮システムは、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段４と、該ビット・マップ情報記録手段４によって保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報を圧縮処理する情報圧縮手段５を含むものである。
【００３５】
また、前記情報圧縮手段５が、ビット・マップ情報記録手段４によって保存されたパラメータＰよりも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として処理（削除）するものである。
【００３６】
そして、フレーム間について冗長な情報をさらに削減するエントロピー符号化手段６を含むものである。
【００３７】
また、フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮を行なうものである。
【００３８】
さらに、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００３９】
また、前記フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるものである。
【００４０】
加えて、前記フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとする。
【００４１】
本発明における動画像情報の圧縮システムは、前述した動画像情報の圧縮方法と同様の特徴及び基本構造を備えている。そして、動画像情報の圧縮方法において好ましい実施の形態は、圧縮システムにおいても同様に好ましいものである。
【００４２】
図１は、動画像情報の圧縮経路の概略を示したブロック図である。例えば、ビデオカメラ、ディスクプレーヤあるいはビデオカセットプレーヤーのようなＮＴＳＣ方式の装置から出力されたコンポジットのアナログ信号がアナログ−デジタル変換機１でデジタル信号に変換され、ビデオフレームの１本のラインを表わすものとしてデジタル出力され、バッファ２に蓄積される。
【００４３】
尚、ＮＴＳＣ方式の装置から出力されたアナログ信号がアナログ−デジタル変換機１でデジタル信号に変換され、デジタル出力されてバッファ２に蓄積される旨が前述されているが、本発明はこれに何等限定されるものではない。すなわち、本発明は、所定の装置から出力される一般的な映像信号を含む全ての映像信号を、効率良く圧縮するものである。
【００４４】
また、図１に示すように、エンコーダ圧縮器３は、フレーム間における画素ｔと、画素ｔ−１とを順次比較し、その差分の絶対値が与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを１ビットのビット・マップへ保存するためのビット・マップ情報記録手段４を備えている。
【００４５】
この画素ｔと、画素ｔ−１との比較は、ピクセル要素（輝度、色相、色差等）によって行なう。ここで、ｔは時間を意味しており、現在ｔのフレームの画素（画素ｔ）と、これに（フレーム内の位置において）対応する時間的に直前のｔ−１のフレームの画素（画素ｔ−１）とを比較するものである。しかも、ビット・マップ情報記録手段４により保存された両画素ｔ，ｔ−１の差分がパラメータＰよりも大きい部分の情報は、圧縮処理を行ない、それ以外の部分の情報は、フレーム間で変化の無い画素として処理（削除）する。
【００４６】
パラメータＰよりも大きい部分の情報は、例えば、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理による情報圧縮手段５によって圧縮処理される。そして、エンコーダ圧縮器３は、空間的、時間的に隣接した画素を比較し、差分情報を出力させることでフレーム間について冗長な情報を削減するための、例えば、予測情報数の算術テーブルから予測情報をもとに選択される１つの算術テーブルを用いて符号化する適応算術符号化処理を行なうエントロピー符号化手段６を備えている。
【００４７】
ブロックのサイズと形状はｎ×ｍ画素で、ｎ、ｍは２以上の整数であれば任意であるが、本実施の形態の説明においては、便宜上、２×２画素を１ブロックとして取り扱うものとする。そして、エンコーダ圧縮器３により、入力データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段６においてこれを記録又は送信する。
【００４８】
一方、後述する復号化手段による復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる。これにより、原画に対して以下のようなフィルタを適用したのと同等な画像が、３／４のデータ量で復元できる。
【００４９】
例えば、入力データＡ（３，１，１，−１）の場合、これは、平滑フィルタ（１，１，１，１）と、エッジ抽出フィルタ（４，−１，−１，−１）の中間（平滑寄り）の効果が期待でき、１／４の誤差が全体に拡散している状態といえる。また、符号化された出力データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に対する誤差も２×２ブロック全体に広がり、画像の急激な劣化を低減できる。
【００５０】
図２は、ビット・マップ情報記録手段４に記録されている情報の比較経路の概略を示したブロック図である。
【００５１】
この図２に示すように、符号化（エンコーディング）の後、フレーム毎のブロックデータはビット・マップ情報記録手段４のメモリ１０に送られ、ここで１フレーム時間遅延されて直前のフレームとして存在し、次いで、時間変数インパルス応答フィルタであるテンポラルフィルタ１１でフィルタされる。フィルタの後、現在のフレームデータ１３と直前のフレームデータ１４とは、圧縮器によりフレーム間の冗長性について調べられその差が計算される。すなわち、比較手段１２により符号化された各ブロックは、直前のフレームの対応するブロックと比較される。各ブロックはそれが変化のあるブロックであるか、それとも直前のブロックに対して変化の無いブロックであるかを定義する単一ビットのマークを付される。この過程によりブロック当たり１ビットのフレームビット・マップが作られる。このとき、フレーム毎のビット・マップは、フレーム間の比較により区別される。
【００５２】
本実施の形態におけるフレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝を閾値と比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内差分情報として該当するビットを立てる（１にする）。このとき、フレーム内差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、例えば、後述するランレングス符号化等の既存の圧縮方式を適用して圧縮する。そして、出力データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の、例えば、ｂ、ｃについても閾値処理を行なう。すなわち、差の絶対値が、与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きくない場合には、これを０（差なし）と見なす処理を行なうものである。
【００５３】
また、前記ビット・マップ情報記録手段４により保存された１画素当たり１ビットからなるビット・マップ情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮される。
【００５４】
具体的には、ランレングス符号化の場合には、一般にファクシミリ等で取り扱う２値の文書画像は白画素あるいは黒画素がある程度固まって出現する場合が多く、１次元方向に白あるいは黒の連続する画素の塊である、所謂ランを符号化の単位とし、その連続した画素数の長さをラン長として符号化するものである。例えば、公衆電話網利用のデジタルファクシミリでは、ランレングスモデルに対して白黒別々に構成した修正ハフマン符号を用いるのが通例である。
【００５５】
さらに、修正ハフマン符号化（ＭＨ）の場合には、例えば、画像密度８画素／ｍｍで読み取り、１走査線当たり１７２８画素の白黒画素情報を得るファクシミリ伝送用１次元符号化方式として採用されており、ＭＨ符号とはこの連続した白画素の塊（白ラン）又は黒画素の塊（黒ラン）の長さであるランレングスを表現したもので、ある長さの白ラン、黒ランの発生確率には統計的偏りがあることを利用して可変長符号を割り付けることをデータ量圧縮の原理としているものである。
【００５６】
また、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）の場合には、例えば、１次元符号化方式に加えて２次元符号化方式の標準として採用されるもので、ＭＲの場合には、１次元符号化した後に、標準解像度で最大１本、高解像度で最大３本までの連続する走査線を２次元符号化するものであり、ＭＭＲの場合では、ＭＲ符号化方式を標準解像度、高解像度共に無限大に設定したものである。
【００５７】
本発明における動画像情報の圧縮方法およびそのシステムでは、図２に示すように、フレーム間における画素ｔと、画素ｔ−１とを順次比較し、その差分の絶対値が与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを１画素当たり１ビットのビット・マップ情報として記録させる。そして、エントロピー符号化手段６は、フレーム内、フレーム間の夫々について出現する符号を予測し、予測からの僅かなズレを出力することで冗長な情報を削減する。このとき、符号化割り当てを行なって符号化伝送するときは、１画素当たりの平均符号長は平均情報量（エントロピー）以下にならないことは周知である。
【００５８】
以下に、適応ハフマン符号化法のアルゴリズムについて説明する。適応ハフマン符号化は、差分情報生成とハフマン符号化という一連予測符号化処理を一括して行なうことで、符号語生成の効率化を図るものである。従来のハフマン符号化処理では、通常１つのハフマンテーブルを用いて符号語を生成し、動的ハフマン符号化処理では、１語符号化するたびにハフマンテーブルを更新したりする。これに対し、適応ハフマン符号化では、予測情報数のハフマンテーブル（符号表）を有し、複数のテーブルから予測情報をもとにテーブルセレクタにより１つのテーブルを選択し、これを用いて符号化を行なう。これにより、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。
【００５９】
次に、適応算術符号化法のアルゴリズムについて説明する。適応算術符号化は、差分情報生成と算術符号化という一連予測符号化処理を一括で処理することによって、符号語生成の効率化を図るものである。従来の算術符号化処理では、通常１つの生起確率テーブルを用いて符号語を生成し、動的算術符号では、１語符号化するたびに生起確率テーブルを更新したりする。これに対し、適応算術符号化では、予測情報数の算術テーブル（復号表）を有し、複数のテーブルから予測情報をもとにテーブルセレクタにより１つのテーブルを選択し、これを用いて符号化する。これにより、画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。
【００６０】
動画に対する適応変換符号化としては、伝送路バッファメモリの充足度を用いたフィードバック制御により変換係数をスケーリングした後に符号化する方法が採られる。この場合、代表的な画像に対する変換係数のヒストグラムを基に符号化しない無意係数を決める閾値、無意係数の連続性を符号化するランレングス符号並びに有意係数を符号化する適応ハフマン符号化テーブルを求め、これに基づいて符号化する方法が採られている。
【００６１】
具体的な予測符号化回路の構成は、図３に示すように、アナログ−デジタル変換された画像入力データは途中で遅延され、前のデータ（最適な遅延をかけられたデータ）の値がテーブルセレクタに送られて符号化されると同時に、画像入力データを直接に符号化器に伝送させたものと比較されて差分が採られる。テーブルセレクタでは画像入力データに応じて、予測情報を基に符号表が選択されて符号化器へ送られ、そこで画像入力データを情報圧縮させることにより、調整された符号語とする。
【００６２】
そして、具体的な予測復号化回路の構成は、図４に示すように、符号語は復号器へ伝送されると同時に、直接に送られた符号語を一旦テーブルセレクタに送りそこで予測情報をもとに復号表が選択されて前記復号器へ送られ、すでに復号化された画素の値との差分を採ることにより、調整された画像出力データとなる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明における動画像情報の圧縮方法およびそのシステムによれば、ブロック変換を削除させることにより、画像情報の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理を行なうことができ、画質・音質の劣化の軽減を図っている。特に、従来においては、フレーム間の差分を大きく採ると、画質が激しく劣化していたが、本発明のように、例えば、２×２画素を１ブロックとして取り扱うことにより、画質の劣化を軽減できるのである。すなわち、本発明によれば、ブロック内閾値に対して画質が急激に悪化せず、画質にリニアな変化を与えることができる。これにより、画質を悪化させずに通信ビットレートを容易に調整することができ、しかも、圧縮率においても、見た目では同様な画質を得ながら、約−２０％〜５０％程度の改善が可能となった。
【００６４】
また、適応ハフマン圧縮処理や適応算術圧縮処理は、従来の差分情報生成とハフマン符号化又は差分情報生成と算術符号化という一連予測符号化処理を一括で処理し、符号語生成の効率化を図ることができ、動画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できる。
【００６５】
さらに、本発明によれば、圧縮する情報を限定することによって、動画像情報の効率的な圧縮が達成でき、同時に質の高い画像や音声を得ることができる。
【００６６】
また、保存されたビット・マップ情報が、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式からなる群から選択される少なくとも１つ２値画像符号化法によって情報圧縮される場合には、画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮でき、例えば、公衆電話網利用のデジタルファクシミリ等において画質の向上を図ることができる。
【００６７】
そして、フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるので、原画に対して従来の平滑フィルタとエッジ抽出フィルタとの中間（平滑寄り）の効果が期待でき、１／４の誤差が全体に広がり、従来のようなフィルタを適用したのと同等な画像が３／４のデータ量でもって復元することができる。
【００６８】
この他、フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとするので、画質はブロック内閾値に対して急激に悪化せず、リニアな変化を画質に与えることができる。これにより、画質を悪化させずに通信ビットレートを調整することも容易に行なえ、しかも、圧縮率においても、見た目では同様な画質を得ながら約−２０％〜５０％程度の改善が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】動画像情報の圧縮経路の概略を示したブロック図である。
【図２】ビット・マップ情報記録手段に記録されている情報の比較経路の概略を示したブロック図である。
【図３】符号化経路の概略を示した説明図である。
【図４】復号化経路の概略を示した説明図である。
【符号の説明】
１…アナログ・デジタル変換機 ２…バッファ
３…エンコーダ圧縮器 ４…ビット・マップ情報記録手段
５…情報圧縮手段 ６…エントロピー符号化手段
１０…メモリ １１…テンポラルフィルタ
１２…比較手段 １３…現在のフレームデータ
１４…直前のフレームデータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、画像情報の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理できると同時に、画質の向上をも図ることのできる動画像情報の圧縮方法およびそのシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来においては、画像信号を一旦別の信号に変換し、次にその変換された信号の統計的な性質を利用して、適当な符号を割り当てて符号化伝送を行なうのが通例である。この場合、１フレーム内の冗長度、例えば、規則正しい模様の画像や平坦な画像では、隣接する画素の間の相関が強いので既に符号化された画素の値から次に符号化すべき画素の値をある程度予測でき、予測できなかった成分だけを抽出して符号化することにより大幅な情報圧縮を行なわせる、所謂予測符号化が行なわれている。
【０００３】
また、例えば、テレビ電話等の動画像では、相続くフレームの画像が非常に似ており時間的な変化が限られていることが多く、このような時間的な冗長度はフレームにまたがる予測を用いたフレーム間予測符号化により除去できるものとされている。このとき、一般的には１個のシンボルに１個の符号語を割り当てるブロック符号を採用し、１フレームをそれより小さな画素ブロックに分割し、それぞれのブロック内では輝度の差が小さくなる性質を利用して情報圧縮に利用する、所謂ブロック符号化処理を採用している。
【０００４】
さらに、変換信号に効率の良い符号を割り当ててデータ圧縮を実現させる、所謂エントロピー符号化と、効率的な符号作成方法としてハフマン符号化法が知られている。その代表的なものとして算術符号があり、これはシンボル系列の出現確率に応じて確率数直線を区分分割し、分割された区間内の位置を示す２進小数値をその系列に対する符号とするものであり、符号語を算術演算により逐次的に構成していくものである。
【０００５】
加えて、従来においては、画像信号を効率的に符号化する３ステップのブロック符号化システムは、サンプリング、変換および定量化よりなっている。このときの画像信号の平面的な解像度および高周波成分を保持するためには、通常その周波数の最も高い周波数成分の２倍の速度でサンプリングする必要がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の画像信号情報圧縮方式では、煩雑なブロック符号化法を使用しているため、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理を行なうことが困難であった。
【０００７】
また、動画像圧縮処理において、通常差分情報を圧縮する場合、すなわち、Ａ１とＡ２とが近い値と予想され且つＡ２の情報以前にＡ１の値を知り得る場合において、Ａ２−Ａ１を０近傍の生起確率が高いと見なして従来のハフマン符号や算術符号等を使い圧縮する方法が採られているため、Ａ１、Ａ２の取り得る値が０〜ｎとすると、差分Ａ２−Ａ１の取り得る範囲は２ｎ＋１通りとなり、２ｎ＋１通りのハフマン符号語を準備しなければならない。しかし、実際にＡ２の取り得る値はｎ通りであり、ｎ通りの符号は局所的に見ると使用されず、そのためそれだけ冗長な符号となる。さらに、フレーム間の差分を大きく採ると画質の劣化が激しくなり、良質な画像が得られない等の問題点を有していた。
【０００８】
そこで本発明は、叙上のような従来存した問題点に鑑み創出されたもので、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを、高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理できると同時に、画質の低下の低減をも図ることのできる動画像情報の圧縮方法およびそのシステムを提供することを目的としたものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明における動画像情報の圧縮方法においては、
空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減し、ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として処理（削除）すると共に、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用い、
フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮方法であって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、
前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることで、上述した課題を解決した。
【００１０】
ビット・マップに保存された情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮されることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１１】
エントロピー符号化によって、フレーム間について冗長な情報をさらに削減することで、同じく上述した課題を解決した。
【００１２】
エントロピー符号化は、予測情報数のハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行なわれることで、同じく上述した課題を解決した。
【００１３】
一方、本発明における動画像情報の圧縮システムにおいては、
空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段と、該ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行ない、ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として処理（削除）する情報圧縮手段とを含み、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮システムであって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることで、上述した課題を解決した。
【００１４】
フレーム間について冗長な情報をさらに削減するエントロピー符号化手段を含むことで、同じく上述した課題を解決した。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明の一実施の形態を説明する。
【００１８】
本発明における動画像情報の圧縮方法は、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減するものである。
【００１９】
また、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報の圧縮処理を行なうことでフレーム間について冗長な情報を削減するものである。
【００２０】
ここで「ピクセル要素」とは、広く画素の有する属性を示す成分を意味し、例えば、輝度、色相、色差等である。
【００２１】
さらに、ビット・マップへ保存されたパラメータＰよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として処理（削除）するものである。
【００２２】
また、ビット・マップに保存された情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮されるものである。
【００２３】
加えて、パラメータＰよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により情報圧縮されるものである。
【００２４】
また、エントロピー符号化によって、フレーム間について冗長な情報をさらに削減するものである。
【００２５】
この他、エントロピー符号化は、予測情報数のハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行なわれるものである。
【００２６】
また、本発明においては、ピクセル要素の差分情報を用いるものである。
【００２７】
この差分情報は、フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分である。
【００２８】
さらに、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００２９】
また、フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００３０】
加えて、前記フレーム間におけるｎ×ｍ画素が、２×２画素、２×４画素、４×４画素のいずれかのものであることが好ましい。
【００３１】
そして、前記フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるものである。
【００３２】
また、前記フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとする。
【００３３】
この他、フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮を行なうものである。
【００３４】
一方、本発明における動画像情報の圧縮システムは、空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段４と、該ビット・マップ情報記録手段４によって保存されたパラメータＰよりも大きい部分の情報を圧縮処理する情報圧縮手段５を含むものである。
【００３５】
また、前記情報圧縮手段５が、ビット・マップ情報記録手段４によって保存されたパラメータＰよりも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として処理（削除）するものである。
【００３６】
そして、フレーム間について冗長な情報をさらに削減するエントロピー符号化手段６を含むものである。
【００３７】
また、フレーム間圧縮の前にフレーム内圧縮を行なうものである。
【００３８】
さらに、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いるものである。
【００３９】
また、前記フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるものである。
【００４０】
加えて、前記フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとする。
【００４１】
本発明における動画像情報の圧縮システムは、前述した動画像情報の圧縮方法と同様の特徴及び基本構造を備えている。そして、動画像情報の圧縮方法において好ましい実施の形態は、圧縮システムにおいても同様に好ましいものである。
【００４２】
図１は、動画像情報の圧縮経路の概略を示したブロック図である。例えば、ビデオカメラ、ディスクプレーヤあるいはビデオカセットプレーヤーのようなＮＴＳＣ方式の装置から出力されたコンポジットのアナログ信号がアナログ−デジタル変換機１でデジタル信号に変換され、ビデオフレームの１本のラインを表わすものとしてデジタル出力され、バッファ２に蓄積される。
【００４３】
尚、ＮＴＳＣ方式の装置から出力されたアナログ信号がアナログ−デジタル変換機１でデジタル信号に変換され、デジタル出力されてバッファ２に蓄積される旨が前述されているが、本発明はこれに何等限定されるものではない。すなわち、本発明は、所定の装置から出力される一般的な映像信号を含む全ての映像信号を、効率良く圧縮するものである。
【００４４】
また、図１に示すように、エンコーダ圧縮器３は、フレーム間における画素ｔと、画素ｔ−１とを順次比較し、その差分の絶対値が与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを１ビットのビット・マップへ保存するためのビット・マップ情報記録手段４を備えている。
【００４５】
この画素ｔと、画素ｔ−１との比較は、ピクセル要素（輝度、色相、色差等）によって行なう。ここで、ｔは時間を意味しており、現在ｔのフレームの画素（画素ｔ）と、これに（フレーム内の位置において）対応する時間的に直前のｔ−１のフレームの画素（画素ｔ−１）とを比較するものである。しかも、ビット・マップ情報記録手段４により保存された両画素ｔ，ｔ−１の差分がパラメータＰよりも大きい部分の情報は、圧縮処理を行ない、それ以外の部分の情報は、フレーム間で変化の無い画素として処理（削除）する。
【００４６】
パラメータＰよりも大きい部分の情報は、例えば、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理による情報圧縮手段５によって圧縮処理される。そして、エンコーダ圧縮器３は、空間的、時間的に隣接した画素を比較し、差分情報を出力させることでフレーム間について冗長な情報を削減するための、例えば、予測情報数の算術テーブルから予測情報をもとに選択される１つの算術テーブルを用いて符号化する適応算術符号化処理を行なうエントロピー符号化手段６を備えている。
【００４７】
ブロックのサイズと形状はｎ×ｍ画素で、ｎ、ｍは２以上の整数であれば任意であるが、本実施の形態の説明においては、便宜上、２×２画素を１ブロックとして取り扱うものとする。そして、エンコーダ圧縮器３により、入力データをＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段６においてこれを記録又は送信する。
【００４８】
一方、後述する復号化手段による復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる。これにより、原画に対して以下のようなフィルタを適用したのと同等な画像が、３／４のデータ量で復元できる。
【００４９】
例えば、入力データＡ（３，１，１，−１）の場合、これは、平滑フィルタ（１，１，１，１）と、エッジ抽出フィルタ（４，−１，−１，−１）の中間（平滑寄り）の効果が期待でき、１／４の誤差が全体に拡散している状態といえる。また、符号化された出力データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）に対する誤差も２×２ブロック全体に広がり、画像の急激な劣化を低減できる。
【００５０】
図２は、ビット・マップ情報記録手段４に記録されている情報の比較経路の概略を示したブロック図である。
【００５１】
この図２に示すように、符号化（エンコーディング）の後、フレーム毎のブロックデータはビット・マップ情報記録手段４のメモリ１０に送られ、ここで１フレーム時間遅延されて直前のフレームとして存在し、次いで、時間変数インパルス応答フィルタであるテンポラルフィルタ１１でフィルタされる。フィルタの後、現在のフレームデータ１３と直前のフレームデータ１４とは、圧縮器によりフレーム間の冗長性について調べられその差が計算される。すなわち、比較手段１２により符号化された各ブロックは、直前のフレームの対応するブロックと比較される。各ブロックはそれが変化のあるブロックであるか、それとも直前のブロックに対して変化の無いブロックであるかを定義する単一ビットのマークを付される。この過程によりブロック当たり１ビットのフレームビット・マップが作られる。このとき、フレーム毎のビット・マップは、フレーム間の比較により区別される。
【００５２】
本実施の形態におけるフレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝を閾値と比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内差分情報として該当するビットを立てる（１にする）。このとき、フレーム内差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、例えば、後述するランレングス符号化等の既存の圧縮方式を適用して圧縮する。そして、出力データ（ａ，ｂ，ｃ，ｄ）の、例えば、ｂ、ｃについても閾値処理を行なう。すなわち、差の絶対値が、与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きくない場合には、これを０（差なし）と見なす処理を行なうものである。
【００５３】
また、前記ビット・マップ情報記録手段４により保存された１画素当たり１ビットからなるビット・マップ情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮される。
【００５４】
具体的には、ランレングス符号化の場合には、一般にファクシミリ等で取り扱う２値の文書画像は白画素あるいは黒画素がある程度固まって出現する場合が多く、１次元方向に白あるいは黒の連続する画素の塊である、所謂ランを符号化の単位とし、その連続した画素数の長さをラン長として符号化するものである。例えば、公衆電話網利用のデジタルファクシミリでは、ランレングスモデルに対して白黒別々に構成した修正ハフマン符号を用いるのが通例である。
【００５５】
さらに、修正ハフマン符号化（ＭＨ）の場合には、例えば、画像密度８画素／ｍｍで読み取り、１走査線当たり１７２８画素の白黒画素情報を得るファクシミリ伝送用１次元符号化方式として採用されており、ＭＨ符号とはこの連続した白画素の塊（白ラン）又は黒画素の塊（黒ラン）の長さであるランレングスを表現したもので、ある長さの白ラン、黒ランの発生確率には統計的偏りがあることを利用して可変長符号を割り付けることをデータ量圧縮の原理としているものである。
【００５６】
また、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）の場合には、例えば、１次元符号化方式に加えて２次元符号化方式の標準として採用されるもので、ＭＲの場合には、１次元符号化した後に、標準解像度で最大１本、高解像度で最大３本までの連続する走査線を２次元符号化するものであり、ＭＭＲの場合では、ＭＲ符号化方式を標準解像度、高解像度共に無限大に設定したものである。
【００５７】
本発明における動画像情報の圧縮方法およびそのシステムでは、図２に示すように、フレーム間における画素ｔと、画素ｔ−１とを順次比較し、その差分の絶対値が与えられた閾値であるパラメータＰよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを１画素当たり１ビットのビット・マップ情報として記録させる。そして、エントロピー符号化手段６は、フレーム内、フレーム間の夫々について出現する符号を予測し、予測からの僅かなズレを出力することで冗長な情報を削減する。このとき、符号化割り当てを行なって符号化伝送するときは、１画素当たりの平均符号長は平均情報量（エントロピー）以下にならないことは周知である。
【００５８】
以下に、適応ハフマン符号化法のアルゴリズムについて説明する。適応ハフマン符号化は、差分情報生成とハフマン符号化という一連予測符号化処理を一括して行なうことで、符号語生成の効率化を図るものである。従来のハフマン符号化処理では、通常１つのハフマンテーブルを用いて符号語を生成し、動的ハフマン符号化処理では、１語符号化するたびにハフマンテーブルを更新したりする。これに対し、適応ハフマン符号化では、予測情報数のハフマンテーブル（符号表）を有し、複数のテーブルから予測情報をもとにテーブルセレクタにより１つのテーブルを選択し、これを用いて符号化を行なう。これにより、画像情報、音声情報等の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。
【００５９】
次に、適応算術符号化法のアルゴリズムについて説明する。適応算術符号化は、差分情報生成と算術符号化という一連予測符号化処理を一括で処理することによって、符号語生成の効率化を図るものである。従来の算術符号化処理では、通常１つの生起確率テーブルを用いて符号語を生成し、動的算術符号では、１語符号化するたびに生起確率テーブルを更新したりする。これに対し、適応算術符号化では、予測情報数の算術テーブル（復号表）を有し、複数のテーブルから予測情報をもとにテーブルセレクタにより１つのテーブルを選択し、これを用いて符号化する。これにより、画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できるのである。
【００６０】
動画に対する適応変換符号化としては、伝送路バッファメモリの充足度を用いたフィードバック制御により変換係数をスケーリングした後に符号化する方法が採られる。この場合、代表的な画像に対する変換係数のヒストグラムを基に符号化しない無意係数を決める閾値、無意係数の連続性を符号化するランレングス符号並びに有意係数を符号化する適応ハフマン符号化テーブルを求め、これに基づいて符号化する方法が採られている。
【００６１】
具体的な予測符号化回路の構成は、図３に示すように、アナログ−デジタル変換された画像入力データは途中で遅延され、前のデータ（最適な遅延をかけられたデータ）の値がテーブルセレクタに送られて符号化されると同時に、画像入力データを直接に符号化器に伝送させたものと比較されて差分が採られる。テーブルセレクタでは画像入力データに応じて、予測情報を基に符号表が選択されて符号化器へ送られ、そこで画像入力データを情報圧縮させることにより、調整された符号語とする。
【００６２】
そして、具体的な予測復号化回路の構成は、図４に示すように、符号語は復号器へ伝送されると同時に、直接に送られた符号語を一旦テーブルセレクタに送りそこで予測情報をもとに復号表が選択されて前記復号器へ送られ、すでに復号化された画素の値との差分を採ることにより、調整された画像出力データとなる。
【００６３】
【発明の効果】
本発明における動画像情報の圧縮方法およびそのシステムによれば、ブロック変換を削除させることにより、画像情報の予測符号が可能なデータを高い圧縮率で且つ高速で圧縮処理を行なうことができ、画質・音質の劣化の軽減を図っている。特に、従来においては、フレーム間の差分を大きく採ると、画質が激しく劣化していたが、本発明のように、例えば、２×２画素を１ブロックとして取り扱うことにより、画質の劣化を軽減できるのである。すなわち、本発明によれば、ブロック内閾値に対して画質が急激に悪化せず、画質にリニアな変化を与えることができる。これにより、画質を悪化させずに通信ビットレートを容易に調整することができ、しかも、圧縮率においても、見た目では同様な画質を得ながら、約−２０％〜５０％程度の改善が可能となった。
【００６４】
また、適応ハフマン圧縮処理や適応算術圧縮処理は、従来の差分情報生成とハフマン符号化又は差分情報生成と算術符号化という一連予測符号化処理を一括で処理し、符号語生成の効率化を図ることができ、動画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮できる。
【００６５】
さらに、本発明によれば、圧縮する情報を限定することによって、動画像情報の効率的な圧縮が達成でき、同時に質の高い画像や音声を得ることができる。
【００６６】
また、保存されたビット・マップ情報が、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ等の方式からなる群から選択される少なくとも１つ２値画像符号化法によって情報圧縮される場合には、画像情報の予測符号が可能なデータを効率的に圧縮でき、例えば、公衆電話網利用のデジタルファクシミリ等において画質の向上を図ることができる。
【００６７】
そして、フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素をＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときａ，ｂ，ｃ，ｄを、ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄとすると、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなる復号化データが得られるので、原画に対して従来の平滑フィルタとエッジ抽出フィルタとの中間（平滑寄り）の効果が期待でき、１／４の誤差が全体に広がり、従来のようなフィルタを適用したのと同等な画像が３／４のデータ量でもって復元することができる。
【００６８】
この他、フレーム内の差分有無情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、エンコーダ入力データ（３つの）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータＰと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとするので、画質はブロック内閾値に対して急激に悪化せず、リニアな変化を画質に与えることができる。これにより、画質を悪化させずに通信ビットレートを調整することも容易に行なえ、しかも、圧縮率においても、見た目では同様な画質を得ながら約−２０％〜５０％程度の改善が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】動画像情報の圧縮経路の概略を示したブロック図である。
【図２】ビット・マップ情報記録手段に記録されている情報の比較経路の概略を示したブロック図である。
【図３】符号化経路の概略を示した説明図である。
【図４】復号化経路の概略を示した説明図である。
【符号の説明】
１…アナログ・デジタル変換機 ２…バッファ
３…エンコーダ圧縮器 ４…ビット・マップ情報記録手段
５…情報圧縮手段 ６…エントロピー符号化手段
１０…メモリ １１…テンポラルフィルタ
１２…比較手段 １３…現在のフレームデータ
１４…直前のフレームデータ
Claims (6)
- 空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存し、該ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行なうことで冗長な情報を削減し、ビット・マップへ保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報は、変化の無い画素として処理（削除）すると共に、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用い、
フレーム内におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱い、前記フレーム間における画素ｔと画素ｔ−１とを比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮方法であって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、
前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることを特徴とした動画像情報の圧縮方法。 - ビット・マップに保存された情報は、ランレングス、修正ＲＥＡＤ（ＭＲ、ＭＭＲ）、修正ハフマン（ＭＨ）及びＪＢＩＧ方式からなる群から選択される少なくとも１つの２値画像符号化方法によって情報圧縮される請求項１記載の動画像情報の圧縮方法。
- エントロピー符号化によって、フレーム間について冗長な情報をさらに削減する請求項１または２記載の動画像情報の圧縮方法。
- エントロピー符号化は、予測情報数のハフマンテーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを用いて符号化する適応ハフマン符号化処理又は予測情報数の算術テーブルを有し、その中から予測情報に基づいて選択された１つのテーブルを使用して符号化する適応算術符号化処理によって行なわれる請求項３記載の動画像情報の圧縮方法。
- 空間的に隣接したフレーム内における画素同士又は時間的に隣接したフレーム間における画素同士を互いに比較してピクセル要素の差分情報を出力させ、出力された差分情報が与えられたパラメータよりも大きい部分であるか又はそれ以外の部分であるかを、ビット・マップへ保存するビット・マップ情報記録手段と、該ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きい部分の情報は、予測情報数のハフマンテーブルを有する適応ハフマン符号化処理により圧縮処理を行ない、ビット・マップ情報記録手段によって保存されたパラメータよりも大きくない部分の情報をフレーム間に変化の無い画素として処理（削除）する情報圧縮手段とを含み、フレーム間におけるｎ×ｍ画素（ｎ、ｍは２以上の整数）を１ブロックとして取り扱ったそれぞれの画素同士を比較して出力された差分を差分情報として用いる動画像情報の圧縮システムであって、
フレーム間における２×２ブロックのピクセル要素を入力データＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄとしたときの出力データのａ，ｂ，ｃ，ｄを求め（ａ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋Ｄ，ｂ＝Ａ−Ｂ＋Ｃ−Ｄ，ｃ＝Ａ＋Ｂ−Ｃ−Ｄ，ｄ＝ａ−４Ｄ）、エントロピー符号化手段においてこれを記録又は送信する一方、復号化データは、３Ａ≒ａ＋ｂ＋ｃ＝３Ａ＋Ｂ＋Ｃ−Ｄ，３Ｂ≒ａ−ｂ＋ｃ ＝Ａ＋３Ｂ−Ｃ＋Ｄ，３Ｃ≒ａ＋ｂ−ｃ＝Ａ−Ｂ＋３Ｃ＋Ｄ，３Ｄ≒ａ−ｂ−ｃ＝−Ａ＋Ｂ＋Ｃ＋３Ｄとなり、前記フレーム内の差分情報は、フレーム内の２×２ブロックに対応したビット・マップ情報であり、前記フレーム間の差分の有無は、ピクセル要素の３つのデータ（Ａ，Ｂ，Ｃ）の二乗平均誤差、√｛（Ａ−Ａ’）（Ａ−Ａ’）＋（Ｂ−Ｂ’）（Ｂ−Ｂ’）＋（Ｃ−Ｃ’）（Ｃ−Ｃ’）｝をパラメータと比較し、「差あり」と判定されれば、これをフレーム内の差分情報として該当するビットを立てるものとすることを特徴とする動画像情報の圧縮システム。 - フレーム間について冗長な情報をさらに削減するエントロピー符号化手段を含む請求項５記載の動画像情報の圧縮システム。
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