JPH01213086A

JPH01213086A - 画像符号化方式

Info

Publication number: JPH01213086A
Application number: JP63037434A
Authority: JP
Inventors: Kenji Datake; 健志駄竹
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-02-22
Filing date: 1988-02-22
Publication date: 1989-08-25

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分計）本発明は１画慮信号を符号化する画像符号化方式に関す
る。

（従来の技術）従来より画像符号化技術は、画１象伝送や記録などに利
用されている。ファクシミリなどの静止画伝送であれば
、なるべく高速に伝送することを目的とし、ＴＶ会議な
どの動画伝送であれば、なるべく狭い帯域または低いビ
ットレートで伝送することを目的としている。また、画
１象情報をディスクやメモリなどｔこ記録する場合、で
きるだけ多くの画像ヲ効率良く記録するために符号化技
術が利用さｎている。

画（象符号化には、予測符号（ヒ、変換符号化、べクト
ル量子化などの手法がある。予測符号化は、現在符号化
すべき画素を、周囲のすでに符号化した画素から予測し
、その予測誤差を量子化し符号化する方法である。変換
符号化は、画（＃！船こフーリエ変換、コサイン変換な
どの直交変換を行うことによりエネルギーの片寄りを生
じるが、そのエネルギーの片寄りを利用しエネルギーの
大きな領域のみを符号化する方法である。ベクトル量子
化は。

あらかじめ画像中によく出て来るパターンをコードブッ
クとして登録しておき、符号化すべき画１象中のパター
ンに一番近いパターンをコードブックから探し出しその
番号を符号化する方法である。

ところが、上記のような変換符号化やベクトル量子化の
方法は、予測符号化に比べ符号化効率が高いが、計算量
が非常に多く−・−ドウエアも大きくなる。商品に符号
化装置を組み込む場合に、符号化効率が高いということ
は重要であるが、小型比、低画格（ヒということも重要
な問題である。

又さらに、従来のような予測符号化方法ではまだ充分と
いう訳ではなく伝送の而からより符号化効率のよいもの
を生み出すことがこの分野の言わば技術的課題であると
言える。

（発明が解決しようとする課題）上記したような従来の方式では、符号化効率やハードウ
ェアの点で充分ではなく、ノ１−ドウエアが小さくかつ
より符号化効率のよい画像の符号（上方法を改良してい
くことが望まれていた。

そこで本発明はこのような構造を解決すべく、比較的簡
単な）・−ドウエアで符号化効率の高い符号化方式を提
供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明はｌｉ！１１　（ＩＩ　＜８号を符号化する画摩
符号化方式において、両像をＭＸＮ画素のブロックごと
に、ブロック内右下の画素をブロックに隣接するすでに
符号化された画素から予測し、その予測された誤差が予
め設定したスレッショルドより大なるとき予測誤差を量
子化し符号化し、ブロック内右下以外の画素をこのブロ
ックζこ隣接する画素とブロック内布下の画素とから予
測し、その予測された誤差が予め設定したスレッショル
ドより犬なるとき予測誤差を量子化し符号化することを
特徴とする画摩符号化方式である。

（作用）まず、画像をＭＸＮ画素のブロックに分割し、所定のブ
ロック内右下の画素をブロックに隣接するすでに符号化
した画素から予測し、その子ＩｊｌｌＩ誤差が大なると
き予測誤差を量子比し符号化する。

次に、ブロック白石下以外の画素をブロックに隣接する
画素とこの段階で得られたブロック内右下の画素とから
予測し、その予測誤差が大なるとき量子化して符号化す
る。ブロック内右下の画素を予測する場合、空間的に離
れた点を予測することになるので予測精度が低く予測誤
差が大きくなることが多い。従って量子比ビット数を多
く取る必要がある。しかし、ブロック内右下以外の画素
は、両側がすでｌこ符号化されているので予測精度が高
く予測誤差が小さくなる。従って量子比ビット数を減ら
すことができ、また予測誤差が十分小さく。

符号化する必要のない画素数も増加し符号化効率が向上
する。また、量子化は、予測誤差が閾値以上のときのみ
量子比することにより、入力画像のノイズによる影響を
防ぐことができ、量子化すべき画素が減るため符号化効
率が向上する。

（実施例）以下、本活明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図は、本発明に係る一実施例の画１象符号化方式を
実現するための基本構成を示す図であり。

第２図は、その動作を説明するための図である。

入力端子１より入力された画渫信号は、メモリ２に１画
面分書き込まれ％第２図のようｔこ左上のブロック１か
ら順に符号化される。各ブロックサイズを２×２とし、
現在符号化すべきブロックの画素をＸ。−Ｘ、とする。

まず、ブロック内右下のＸｏをすでに符号化した画素に
の場合、ブロック７・のＣ，ブロック８のり、Ｅ、ブロ
ック１２のＡ、Ｂ）から予測する。その予測１直Ｘ。は
、例えば、Ｘｏ＝　Ａ　＋　Ｅ　−Ｃ・−・−・・−・−（１）と
いう式で予測する、Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄ、Ｅの匝は。

メモリ８に記憶しておき、予測回路７で（１）式の計算
を行う。もし、ＩＸ、−ＸｏＩがあらかじめ設定された
スレッショルドＴＨｏより大きければＸｏ−Ｘｏを量子
化回路４で量子化し、その匝Ｑ（ＸＯ−ＸＱ）を符号化
する。そして予副匝Ｘ。が加算器５で加算され１局部復
号信号Ｘ０がＸｏ　＝Ｘｏ　＋Ｑ（Ｘｏ　　Ｘｏ　）　　　・”−−
１２）となり、メモリ８に書き込まれる。もし、ＩＸ、
−Ｘ０１がスレッショルドＴＨ０より小さければ、量子
化せず符号化も行わない。

局部復号信号Ｘ０は、予測匝そのままでＸｏ＝Ｘｏ　　
　　　　　　　　　・・・・・・・・・（３）となり、
メモリ８に書き込まれる。

次に、Ｘ、　　、Ｘ２．Ｘ３の予測を行うが、その予副
匝Ｘ、　　、Ｘ、　、Ｘ、は例えは次のような式で計算
する。

Ｘ、＝（Ａ十Ｘ。）／２　　　・・・・・・・・・・・
・（４）Ｌ　　＝　（Ｅ　＋　Ｘｏ　　）　／　２　　
　　−−−−（５１ｘｓ　　＝　（ｃ　＋　Ｘ。）　／
　２　　　　−・−・−・−・−１６１ＸｓＥｃついて
は、Ｘｌを符号化した後にＸＳ　＝（１３＋Ｘ、　）／
２　　　・・・曲・・・曲・（７）という式で計算して
もよい、これらの予測［Ｘｌ。

Ｘ、、Ｘ、とＸｔ　−Ｘｔ　、　Ｘｓとの差分絶対Ｗ　
Ｉ　Ｘｓ　−レッジミルドＴＨｉと比較しｂ　　Ｔｕｔ
より大きいときのみＸｌ−Ｘｉを量子化しその１直Ｑ　
（Ｘｉ　−Ｘｉ　）を符号化する。符号化はハフマン符
号化等を用い。

データを圧縮１−る。そのときの局部復号信号Ｘｉはとなる。差分絶対ＩＮ　ＩＸｉ　−Ｘｉ　ｌがＴ　Ｈよ
り小さい画素は量子化も符号化も行わず、局部復号信号
Ｘｌは、予測匝そのままで＋＋／＼Ｘ１＝Ｘｉ　　　　　　　　・・・・・・・・・・・・
・・・（９）となる。各画素のスレッショルドＴＨ１は
、それぞれ違っていてもよいし、すべて同じでもよい。

本方式では、どの画素を符号化したかという情報も符号
イヒしなければならない、その方法は１例えば、符号化
した画素が１個以上あるブロックを有意ブロック、１個
もないブロックを無意ブロックとし、有意ブロックを″
１″無意ブロックを′０″として、その符号夕１」をラ
ンレングス符号化すればよい。この有意ブロック判定は
Ｘ。が符号化されたかどうかだけで判定し、Ｘｏが符号
化されなければＸ、〜Ｘ、も符号化しないとしてもよい
、後者の方法であれば、ＴＨｏ＝Ｏとし、すべてのブロ
ックのＸ。を符号化する場合正こは、ブロックの有意無
意判定情報を符号化する必要がない。有意ブロックの場
合、どの画素を符号化したかという情報も符号化しなけ
ればならないが、それは、！画素に１ビツトずつ割り当
てハフマン符号化等により情報を圧縮できる。

第３図は、本発明の量子化回路（第１図の４）を実現す
るための一例を示す図である。量子すべきデータ（Ｘｉ
−Ｘｉ）が入力端子２０から入力されると、絶縁匝回路
２２で絶対直ｌＸ１−Ｘｉｌが得られる。そして、各ｌ
Ｉ！ｉｉ素ごとにあらかじめ設定されたスレッショルド
ＴＨｏ−ＴＨ８が入力端子２１より入力され、減算器２
３に人力されＨｉ　＝ｌＸｉ　−Ｘｉ　　Ｉ　−ＴＨｉ　　　　　−
−・・（ｌのが出力される１判定回路２４でＨｉの符号
判定を行い、もし負であればスイッチ２５を開き量子化
を行わず、正であればスイッチ２５を閉じて量子化器２
６で量子化する。量子化器２６の量子化特性は５例えば
第４図のように非線形量子化を行う、これは。

線形量子化であってもよい、この量子化信号に加算器２
７でスレッショルドＴＨｉ’ｉ−加算し符号付は回路２
８で入力信号と同じ符号を付けて量子化信号Ｑ（Ｘｉ−
Ｘｉ）を出力端子２９から出力する。この量子化回路の
人出力特性は第５図のようになる。

デコーダ側では、スレッショルドＴＨｏ〜ＴＨｓの直が
わかっていなければならないので、この匝を最初に符号
化しておく、このスレッショルドを人力画隊によらず完
全に固定してしまうならば、第５図のような時性をＲＯ
Ｍに書き込んでおくことｌこより、量子化回路をＲＯＭ
１個で実現できる。

上述の例ではブロックサイズは２×２であったが、以下
に８×８の画素の符号化の例を示す、第６図に葛いて、
まず図ｆａｌのように８×８の右下の画素（斜線部）の
予測残差を符号化する１次に図（′ｂ）のようｌこ４×
４ブロツクで前段で送ったもの（黒丸）以外の右下の画
素（斜線部）の予測残差でスレッショルドＴＨ１以上の
ものを符号化する。又次に図ｆｃ）　ｉこ示すように２
×２ブロツクで、前段で送ったもの（黒丸）ツ外の右下
の画素の予測残差で、スレッショルドＴＨ，以上のもの
を符号化する。同様に図１ｂ）に示すように前段で送っ
たもの（黒丸）以外の画素の予測残差でスレッショルド
ＴＨ８以上のものを符号化する。このような処理をフレ
ーム間予測の場合とフレーム内予測の場合で別々に符号
化しスレッショルドＷｂであるＭ童画素数の少ない方を
伝送してもよい。

フレーム間予測の場合動き補償した１フレーム前の対応
する画素を予装置とする。

フレーム内予測の場合５図ｆａ）の時の予測１直は又図
（ｂ）の場合（以後図（ｃ）　（ｄ）も同様）の予測儂
はＸ＋　　−（Ｘｏ　　＋　Ａ　）　／　２Ｘ、＝（Ｘ
ｏ　＋Ｃ）／２Ｘ３　　＝（ｘｏ　　＋ｄ）／２で求まる。上記した有意画素パターンの送り方は各回毎
、３画素ずつまとめて可変長符号化してもよい。

上記例ではＮＸＭは偶数の場合ｌこついて説明したが例
えば第７図に示すように３×３の場合Ｅこも適応可能で
ある。Ｘ６については上記と同様であるが、例えばＸ、
、Ｘ、の求め方が異なる。この場合Ｘ、、Ｘ、は以下の
ように比率を変えればよい。

Ｘｔ　−（２Ａ　＋　Ｘｏ　）　／　３Ｘ＋　＝　（Ａ
　＋　２　Ｘｏ　）　／　３のようにすればよい、Ｘ、
、Ｘ、等についても同様である。

欠０こ、本発明を動画（象に適用した場合ｌこついて述
べる。第８図が動ｔ［！ｉｉ　鐵符号化方式の一実施例
の構成を示すブロック図である。入力端子３１より人力
された両（象信号は、■フレーム分又は１プロツク分メ
モリ３２に記憶される。１ブロツクは、例えば８×８と
する。その後、有意ブロック検出回路３３で有意ブロッ
ク検出を行う、その方法は、現ブロックと１フレーム前
の対応するブロックの差分自乗累積加算匝とあらかじめ
設定されたスレッショルドＴＨＥとを比較し、ＴＨＥよ
り大きければ有意ブロックとする。もし、有意ブロック
であれば、次の処理を行うが、有意ブロックでなければ
、何も行わずフレームメモリ４２の内容も書き換えない
。

有意ブロックであｎば、次に画像の平行［＋１量を示す
動きベクトルを動きベクトル検出回路３４で検出する。

この動きベクトル分だけＲみ出しアドレスをずらしてフ
レームメモリ４２から読み出すことにより動き補償フレ
ーム間予測信号Ｘｖが得られる。次に、ブロック内を第
２図のように２×２のサブブロックに分はサブブロック
ごとｌこ処理を行う。現サブブロック内の画素をＸ。−
Ｘ。

とする。右下の画素Ｘ。のフレーム内子１ｊｌｌｌ　Ｉ
直ＸＩ。

はＸ　Ｉｏ　”’　Ａ　十Ｅ　−Ｃ・・・・・・・・・・
・・・・・・・・（５）ｌこより求める。フレーム間予
測＠ｘ　ｖ　ｏは、動き補償を行った１フレーム前の対
応する画素匝である。

どちらを選択するかを予測選択回路３８で判断するが、
その方法は５Ｘｏに最も近いＡ又はＢとそれｔこ対応す
る画素との差分絶対直があらかじめ定められたスレッシ
ョルドＴＨｓより大きければフレーム内子副、小さけれ
ばフレーム内子動ヲスイッチ３６で選択する。Ｘｏと選
択された予測匝Ｘｐ０との差分が減算器３５で計算され
量子化回路３７で量子化される。量子１ヒ回路は第３図
のような構成で前述のようｌこ差分絶対直がスレッショ
ルドより太きいときのみ量子化する。Ｃのスレッショル
ドは出力バッファ４４の蓄積量により変化させるように
してもよい。この量子化１回路の出力をＱ　（Ｘ。

Ｘｐｏ）とすると、局部復号信号Ｘ。はＸｏ　＝Ｘｏ　
＋Ｑ　（Ｘｏ　−ｘｐｏ　）　　−・・・−・−・−（
１２）となる。もし、量子１ヒされなけｎばＱ（Ｘｏ−
ＸＩ）ｏ）−〇となる。

次に、Ｘ１〜Ｘ、のフレーム内子測置ＸＩ、〜ＸＩ。

を（４）〜（６）式によりそｎぞれ求め、フレーム間予
測値Ｘｖ、〜Ｘｖ、をフレームメモリ４２からそれぞｎ
読み出す。そして、予測選択回路３８でＸｏの場合と同
様にすでに符号化した最も近い画素により、どちらを選
択するか判断する。あるいは、Ｘ、〜Ｘ３については、
フレーム内予測でも、かなり予測誤差が小さいので、常
にフレーム内子１ｉｌｌを選択するようにしてもよい０
選択さてした予測１直ＸｐｉとＸｉの差分絶対１ｉ１Ｘ
ｉ−Ｘｐｉ＋をスレッショルドＴｕｔを比較し、Ｔｕｔ
より大きいときのみＸｌン符号化等により符号化する。

そのときの局部復号信号Ｘｉはとなる。もし、量子化されなければＱ　（Ｘｉ　−Ｘｐ
　ｉ　）＝Ｏとなる。

有意ブロック情報、有意サブブロック情報、有意画素情
報等も前述のよ’＞＋こランレンダス符号、ハフマン符
号等で符号化する。また、　ＴＨｏ−ＴＨ。

はフレーム毎に、バッファ酸により変更し、フレ一ムの
最初に符号化する。ＴＨ０〜ＴＨ，を固定にするなら、
符号化する必要はない、バッファ４４は符号化したデー
タの速度を平滑化して出力する。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明にれれば、２×２程度の小さなブ
ロックで、まずブロック内右下の画素を予測符号化し、
次にそれ以外の点を予測符号化することにより、ブロッ
ク内右下の画素以外については予測誤差が小さくなるた
め、全体の符号化ビット数を減らすことができる。また
、量子化は、予測誤差があらかじめ定められたスレッシ
目ルド以上のときのみ量子化することにより、入力画渫
のノズルによるエントロピーの増加を防ぐことができ、
符号化効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１本発明の一実施例に係る画像符号化方式の構
成を示すブロック図、第２図は本発明の詳細な説明する
ための図、第３図は量子化回路の構成ブロック図、第４
図は量子化器の入出力特性１５７Ｊ、第５図は量子化回
路の入出力特性図、第６図及び第７図は予装置の算出方
法を説明するための図、第８図は１本発明の他の実施例
に係る動画（象符号化方式の構成を示すブロック図であ
る。１．２０．２１．３１・・・入力端子、２，８．３２゜
４１・・・メモリ、３．２３．３５・・・減算器、４．
３７・・・量子化回路、５．２７．４０・・・加算器、
６・・・制御回路、７・・・予測回路、９．４３・・・
符号化回路、１０．２９．４５・・・出力端子、２２・
・・絶対直回路。２４・・・符号判定回路、２５．３６・・・スイッチ、
２６・・・量子化器、２８・・・符号付は回路、３３・
・・有意ブロック検出回路、３４・・・動きベクトル検
出回路。３８・・・予測選択回路、３９・・・フレーム内予測回
路。４２・・・〕〕Ｖ−ムメモリ、４４・・出力バッファ。代理人　弁理士　　則　近　恵　佑同　　　松山光之釦　　　）　　　マ００　　　　　　　　　　　　ｑ司　　　　　　　冥

Claims

【特許請求の範囲】

（１）画像信号を符号化する画像符号化方法において、
画像をＭ×Ｎ画素のブロックごとに、ブロック内右下の
画素をブロックに隣接する。すでに符号化された画素か
ら予測し、その予測された誤差が所定値より大なるとき
予測誤差を量子化し符号化し、前記ブロック内右下以外
の画素をこのブロックに隣接する画素とブロック内右下
の画素とから予測し、その予測された誤差が所定値より
大なるとき予測誤差を量子化し符号化することを特徴と
する画像符号化方式。
（２）ブロック内の画素の予測は、空間的及び時間的に
隣接するすでに符号化した画素から予測することを特徴
とする請求項１記載の画像符号化方式。
（３）予測誤差を量子化する量子化特性は、あらかじめ
設定された閾値、または出力バッファ量により制御され
る閾値以上を等間隔又は不等間隔に量子化することを特
徴とする請求項１記載の画像符号化方式。
（４）所定値はあらかじめ設定されてなることを特徴と
する請求項１記載の画像符号化方式。