JPH02174387A

JPH02174387A - 画像符号化装置

Info

Publication number: JPH02174387A
Application number: JP63328661A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Koyama; 小山　昌岐
Original assignee: GRAPHICS COMMUN TECHNOL KK
Current assignee: GRAPHICS COMMUN TECHNOL KK
Priority date: 1988-12-26
Filing date: 1988-12-26
Publication date: 1990-07-05
Also published as: JPH0512913B2

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】［産業上の利用分野］本発明は画像符号化装置に関する。具体的には、ファー
スト・シーンやシーン・チェンジを判別して、これらに
伴う画像劣化を防ぐために、あらかじめ設計された最適
な専用のコード・ブックを用いて画像信号のベクトル量
子化を行うことにより、画質の向上を実現することがで
きる画像符号化装置を提供せんとするものである。

［従来の技術］従来よりディジタル画像の画質の向上を図る試みとして
、画像符号化の手法であるベクトル量子化において、量
子化する領域の分割の形状やそのビット配分を固定とし
ないで、画像の情況に応じて適応的に変化させることが
行われている（参考文献　゛コサイン変換差分符号化に
おける有意動領域検出方式゛′渡辺敏明、杉山文夫、駄
竹建志。

昭和６３年電子情報通信学会総合全国大会、１１１６）
。

また、分割された団子化領域を代表し最終的に出力され
るベクトルである代表ベクトルを集積し、コード・ブッ
クを、画像信号を単位化した１ブロツクごとに順次交信
して用いるという方法もあった（参考文献名“コードブ
ック自己生成を用いた適応ブロック・サイズ・ベクトル
量子化゛泉岡たかあき、鈴木元、昭和６３年電子情報通
信学会春季全国大会、Ｄ−１２２）。

ざらに、画面の変化に応じてフレーム内符号化とフレー
ム間符号化とを適応的に切換える従来の方式のなかには
、用いる量子化器に団子化ステップ幅の異なる２つの量
子化特性を持たせて、画面の大きいときに選択されるフ
レーム内符号化においては、量子化ステップ幅の小さい
量子化特性の方を用いて量子化し、画面の変化が小ざい
ときに選択されるフレーム間符号化においては、量子化
ステップ幅の大きい量子化特性の方を用いて量子化する
ことにより、画質の向上を図る方式もあった（特開昭６
３〜２３２６９１号公報参照）。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、これらの従来の方式では画像の状況に適
応して制御させるときに付加情報が発生するために、結
果的に情報量の減少があまり行われていないという問題
点が残されていた。また、ファースト・シーンやシーン
・チェンジにおける解像度変化についての格別の処理を
行っていないために、画質が大幅に劣化するという解決
されるべき課題があった。

ざらに、従来の画像符号化装置においては、ファースト
φシーンやシーンφチェンジでの画質劣化に対処するた
めに、あらかじめファースト・シーンやシーン・チェン
ジであるかどうかを判別する機能を具備した装置は実現
されていなかった。

［課題を解決するための手段］本発明は、このような課題を解決するためになされたも
のであり、画像信号の予測値を得るために２種類の予測
方式を用い、１フレームを構成する各ブロックについて
、予測誤差が最小となる選択された予測方式を示す信号
から、ファースト・シーンあるいはシーン舎チェンジで
おるかどうかを的確に判断し、その判断結果に従って動
画像用コード・ブックと静止画像用コード・ブックとを
選択的に用いてベクトル量子化するという手段を講じた
。

［作用コこのような手段を用いたことにより、ファースト・シー
ンやシーン・チェンジの有無を的確に判断し、これらを
示す信号から動画像用コード・ブックまたは静止画像用
コード・ブックを切換えて使用し、ベクトル量子化する
ことから、付加的な情報も発生することなく、ファース
ト、シーンやシーン・チェンジにおける画質の劣化が防
止できるようになった。

［実施例］本発明の一実施例の回路構成を第１図に示し説明する。

第１図において、入力端子４０より入力される画像信号
５０は、多くのフレームからなり、１つのフレームは多
くのブロック、たとえば３２×３２＝１０２４に分割さ
れ、各ブロックには所定数の画素、たとえば８Ｘ８＝６
４の画素が含まれてあり、画像信号５０はブロック単位
で処理される。

入力された画像信号５０は勤ベクトル検出器２４に入力
されて、フレーム・メモリ３２からの１フレーム前の画
像信号７２より各ブロックごとの動ベクトルが求められ
、得られた動ベクトル信号５４は予測器２５および勅ベ
クトル信号端子４２に送出される。予測器２５はつぎの
画像信号５０の予測値５５Ａを（ｑるために、２種類の
予測方式を用いており、本実施例ではフレーム内予測と
フレーム間予測が採られている。すなわち、フレーム・
メモリ３２からの１フレーム前の画像信号７２より、１
フレームの各ブロックについて、フレーム内予測を行う
とともに、動ベクトル検出器２４からの勤ベクトル信号
５４より動き補償を用いたフレーム間予測を行う。

このようにして１フレームの各ブロックについて２種類
の予測方式により行われた予測の結果、予測誤差が最小
となる予測方式による値を、そのブロックの予測値５５
Ａとして減算器２１に出力する。同時に、予測器２５は
、１フレームの各ブロックについての予測において選択
されたフレーム内予測を示す予測種別信号５５Ｂを計数
器１１に出力し、受信側には選択された予測方式を示す
予測別信号５５Ｃを伝送する。

計数器１１は予測種別信＠５５Ｂから予測種別信Ｑ５５
Ｂから１フレームについてフレーム内予測が選択され、
ブロック数をカウントし、得られたカウント値６１が、
設定されたしきい値（たとえば、全ブロック数の５０％
）を越えるものでおるかどうかを判別器１２により判別
する。カウント値６１が、しきい値を越えるものであれ
ば、フレーム内相関が高くフレーム間相関が低いのであ
るから、ファースト・シーンあるいはシーン・チェンジ
と判断し、しきい値以下であれば、フレーム間相関が高
いのであるから、ファースト・シーンあるいはシーン・
チェンジではないと判断する。

その判断結果を示す判別信号６２を受けた切換器２６は
、判別器＠６２がファースト・シーンあるいはシーン・
チェンジを示すものであれば、静止画像用コード・ブッ
ク２８を、そうでないならば、動画像用コード・ブック
２７を選択する。

他方、減算器２１では、つぎのフレームの画像信号５０
と予測器２５からの１フレームの各ブロックについての
予測値５５Ａとの差分である予測誤差５１を求め、これ
を直交変換器２２により直交変換して、量子化器２３に
出力する。量子化器２３は、判別器１２からの判別信号
６２に従って切換器２６により選択された動画像用コー
ド・ブック２７または静止画像用コード・ブック２８の
いずれか一方を用いて、直交変換器２２により得られた
直交変換係数５２をベクトル量子化して量子化出力信号
５３を得る。ここで、動画像用コード・ブック２７およ
び静止画像用コード・ブック２８には、あらかじめ予測
器２５で用いる予測方式（本実施例では、フレーム内予
測とフレーム間予測）に最適なものとして設計されたコ
ード・ブックが蓄積されている。コード・ブックの設計
の方法としては、多数のテスト画像から選んだベクトル
か、あるいは直交変換器２２からの直交変換係数５２の
分布（たとえば、ガウス分布）を仮定して乱数より発生
させたベクトルを、トレーニング・シーケンスとしてり
、Ｂ、Ｇ、アルゴリズム（参考文献゛ベクトル組子化設
計用アルゴリズム（Ａｎ　Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｆｏｒ
　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｑｕａｎｔｉｚｅｒ　Ｄｅｓｉｇｎ）
　”ワイ・リント（Ｙ、Ｌｉｎｄｅ　）　、　工−−ブ
ゾ（Ａ、Ｂｕｚｏ）、アール・エム・グレイ（ＲｌＭ、
Ｇｒａｙ）　、アイ・イー・イー・イー・トランザクシ
ョン　オン　コミュニケーションズ（ＩＥＥＥ　Ｔｒａ
ｎｓａｃｔｉｏｎ　Ｏｎ　ＣＯ＋ｎｍｕｎｉｃａｔｉｏ
ｎｓ）　、Ｖｏｌ、Ｃｏｍ−２８，１，８４〜９５頁　
１９８０年１月）を用いて設計する。たとえば、静止画
像用コード・ブック２８については、均一なグレー画像
と人物画像との差分の直交変換係数５２を正規化（平均
Ｏ２分散１）し、そのベクトルをトレーニング・シーケ
ンスとして設計する。動画像用コード・ブック２７につ
いては、ガウス分布の乱数系列をトレーニング・シーケ
ンスとして設計する。

このようにして設計された動画像用コード・ブック２７
または静止画像用コード・ブック２８より、符号化しよ
うとするベクトルと最短距離の代表ベクトルを量子化器
２３が選び出し、これに付された番号を量子化出力信号
５３として出力する。

量子化出力信号５３は、勤ベクトル検出器２４からの動
ベクトル信＠５４および予測器２５からの予測種別信号
５５Ｇとともに、量子化出力信号端子４１を介して受信
側に伝送される。

また、量子化出力信号５３は、量子化出力信号端子４１
に得られ、逆量子化器２９に入力されて、量子化器２３
が選択的に用いた動画像用コード・ブック２７または静
止画像用コード・ブック２８を用いて逆量子化された後
、逆直交変換器３０により逆直交変換される。その出力
と予測器２５からの予測値５５Ａとを加痒器３１により
加算して、現在の画像信号５０を推定した値である加算
値をフレーム・メモリ３２に記憶せしめる。

以上の動作は、入力される画像信号５０の各フレームご
とに順次行われ、１ｑられた量子化出力信号５３を、動
ベクトル信＠５４および予測種別信号５５Ｃとともに、
受信側に伝送する。

第２Ａ図および第２Ｂ図は、第１図に示した実施例の装
置全体の制御動作の流れを示すものである。

第２Ａ図において、入力端子４０（第１図）より画像信
号５０を入力しく５１０１）、入力された画像信＠５０
のブロックごとに動ベクトル検出器２４により動ベクト
ルを求め（３１０２＞、４％られた動ベクトル信号５４
は予測器２５に送出される。予測器２５はフレーム・メ
モリ３２からの１つ前のフレームの画像信号７２より、
１フレームの各ブロックについて、フレーム内予測（Ｓ
１０３）と、動ベクトル信号５４から動き補償を用いた
フレーム間予測を行い（Ｓ１０４）、予測誤差が最小と
なる予測方式を選択しく３１０５）、その予測方式によ
る値をそのブロックの予測値５５Ａとして出力するとと
もに、選択されたフレーム内予測を示す予測種別信号５
５Ｂを計数器１１に出力し、受信側に予測方式を示す予
測種別信号５５Ｃを伝送する。計数器１１はフレーム内
予測が選択されたブロック数をカウントしく５１０６）
、４％られたカウント値６１を判別器１２に出力する。

判別器１２では、カウント値６１から動画像用コード・
ブック２７または静止画像用コード・ブック２８のいず
れか一方を選択するための判別器＠６２を切換器２６に
送出する（Ｓ１０７）。

予測器２５により得られた予測値５５Ａは減算器２１に
入力されて、１フレームの各ブロックについて、予−測
値５５Ａと入力されたつぎのフレームの画像信号５０と
の差分である予測誤差が計算される（３１０８）。求め
られた予測誤差５１は直交変換器２２により直交変換さ
れ（３１０９、第２Ｂ図）、その出力である直交変換係
数５２を、量子化器２３により動画像用コード・ブック
２７または静止画像用コード・ブック２８のいずれか一
方を用いてベクトル量子化する（３１１０）。

量子化器２３により得られた量子化出力信号５３は、動
ベクトル検出器２４からの勤ベクトル信号５４と予測器
２５からの予測種別信号５５Ｃとともに、受信側に伝送
される（Ｓ１１１）。

また、量子化器２３からの量子化出力信号５３は、逆量
子化器２９により、すでに選択されている動画像用コー
ド・ブック２７または静止画像用コード・ブック２８を
用いて２８を用いて逆量子化されてから（３１１２＞、
逆直交変換器３０によって逆直交変換される（Ｓ１１３
）。その出力と予測器２５からの予測値５５Ａとを加算
して（Ｓ１１４）、その加算値をフレーム・メモリ３２
に記憶せしめ（Ｓ１１５）、ステップ８１０１からの作
業を繰り返す。

以上においては、予測器２５により予測値５５Ａを得る
２種類の予測方式として、フレーム内予測とフレーム間
予測とを例として説明したが他の種類の予測方式を用い
ても同じ機能を実現することができる。その場合は、そ
れぞれの予測方式に最適なものとして設計された動画像
用コード・ブックおよび静止画像用コード・ブックを用
いる。

なお、第１図における直交変換器２２および逆直交変換
器３０を省略しても、本発明の目的を達成することは可
能でおる。

また、計数器１１によるフレーム内予測が選択されたブ
ロック数のカウントは、１フレームに含まれる全ブロッ
クについてではなく、あらかじめ設定された特定の範囲
、たとえば画面の中央部を構成するブロックについての
み行うこととしてもよい。

［発明の効果］以上の説明から明らかなように、本発明によるならば、
ファースト・シーンやシーン・チェンジがあった場合の
画像の状況の変化を効率よく的確に判断し、その変化に
対処するために最適に設計された専用のコード・ブック
を用いて画像信号のベクトルロ子化を行うので、ファー
スト・シーンやシーン・チェンジにおける画質の劣化を
防止することができる。しかも、予測誤差を用いた画像
符号化に本来的に必要な予測種別信号を利用してコード
・ブックの切換え制御を行っているために、新たな情報
が発生することもない。したがって、本発明による効果
は極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の回路構成図、第２Ａ図およ
び第２Ｂ図は第１図に示した回路の動作の流れを示すた
めのフローチャートである。１１・・・計数器　　　　　１２・・・判別器２１・・
・減算器　　　　　２２・・・直交変換器２３・・・量
子化器　　　　２４・・・動ベクトル検出器２５・・・
予測器　　　　　２６・・・切換器２７・・・動画像用
コード・ブック２８・・・静止画像用コード・ブック２９・・・逆量子化器　　　３０・・・逆直交変換器３
１・・・加算器　　　　　３２・・・フレーム・メモリ
４０・・・入力端子４１・・・量子化出力信号端子４２・・・動ベクトル信号端子４３・・・予測種別信号端子５０・・・画像信号　　　　５１・・・予測誤差５２・
・・直交変換係数　　５３・・・量子化出力信号５４・
・・動ベクトル信号　５５Ａ・・・予測値５５８．５５
０・・・予測種別信号６１・・・カウント値　　　６２・・・判別信号６４・
・・選択信＠　　　　７２・・・画像信号。

Claims

【特許請求の範囲】多くのフレームを含む画像信号と１つ前のフレームの画
像出力を入力されて、各フレームを複数のブロックに区
分して、各ブロッックの動ベクトルを得るための動ベク
トル検出手段（２４）と、前記動ベクトル検出手段から
の出力と１つ前のフレームの画像出力を受けて、フレー
ム内予測方法とフレーム間予測方法を用いて前記入力さ
れた画像信号の現時点のフレームの予測値を得るための
予測手段（２５）と、前記予測手段において各ブロックごとに選択された予測
方法を示す予測種別信号を受けて、その予測種別信号の
数を計数する計数手段（１１）と、前記計数手段の計数
値が所定値に達したか否かを判別し、前記フレーム内予
測方法および前記フレーム間予測方法にそれぞれ最適に
構成されたコード・ブックより、前記選択された予測方
法に最適のコード・ブックを判別するための判別信号を
発生する判別手段（１２）と、前記判別手段からの判別信号を受けて前記選択された予
測方法に最適のコード・ブックに切換える切換え手段（
２６）と、前記切換え手段により切換えて用いられる前記フレーム
内予測方法と前記フレーム間予測方法にそれぞれ最適の
コード・ブックを格納しているコード・ブック手段（２
７、２８）と、前記予測手段により得られた予測値と前記入力された画
像信号との予測誤差を得るための減算手段（２１）と、前記減算手段により得られた予測誤差を前記判別信号に
従つて選択された前記コード・ブックを用いて量子化す
るための量子化手段（２３）と、前記量子化手段からの
出力を逆量子化するための逆量子化手段（２９）と、前記逆量子化手段からの出力と前記予測手段により得ら
れた予測値とを加算するための加算手段（３１）と、前記加算手段により得られた加算値を記憶して前記動ベ
クトル検出手段および前記予測手段へ前記１つ前のフレ
ームの画像出力を送出するためのフレーム・メモリ手段
（３２）とを含む画像符号化装置。