JPH03114381A - Picture coding and decoding system, picture coder and picture decoder - Google Patents

Picture coding and decoding system, picture coder and picture decoder

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JPH03114381A
JPH03114381A JP1250442A JP25044289A JPH03114381A JP H03114381 A JPH03114381 A JP H03114381A JP 1250442 A JP1250442 A JP 1250442A JP 25044289 A JP25044289 A JP 25044289A JP H03114381 A JPH03114381 A JP H03114381A
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JP
Japan
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signal
prediction error
decoding
error signal
encoding
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Application number
JP1250442A
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Japanese (ja)
Inventor
Tatsuya Ishikawa
達也 石川
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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Publication of JPH03114381A publication Critical patent/JPH03114381A/en
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Abstract

PURPOSE:To improve coding efficiency by adapting a code word assignment in variable word length coding in the case of coding to a dynamic range of a current prediction error signal and adapting the decoding in the variable word length decoding to the dynamic range of the current input prediction error signal in the case of decoding. CONSTITUTION:A prediction coding circuit consists of a subtraction circuit 12, a prediction circuit 13, a quantization circuit 14, an inverse quantization circuit 15 and an adder circuit 16, and a prediction decoding circuit consists of an inverse quantization circuit 23, an adder circuit 24 and a prediction circuit 25. In the case of the coding, the code word assignment in the variable word length coding is adapted to a dynamic range of a current prediction error signal according to a picture element of a local decoded signal obtained in the process of the past prediction coding and the decoding in the variable word length decoding is adapted to a dynamic range of a current input prediction error signal according to a picture element of the decoded picture signal obtained in the past prediction decoding process in the decoding. Thus the coding efficiency is improved.

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明は、テレビジョン信号などの画像信号を高能率
符号化して伝送する際に用いる符号化復号化方式と、こ
の方式を適用した画像符号化装置及び画像復号化装置に
喫する。
[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) This invention relates to an encoding/decoding method used to highly efficiently encode and transmit an image signal such as a television signal, and this method. This applies to image encoding devices and image decoding devices to which the method is applied.

(従来の技術) テレビジョン信号などの画像信号の符号化技術としては
、予測符号化・直交変換符号化・ベクトル量子化符号化
などが知られており、またこれら公知の符号化方式の組
合わせで画像情報の冗長性を除去する方法もある。更に
、より高能率を目指す場合には、可変語長符号化(エン
トロピー符号化)が用いられる。可変語長符号化に際し
て固定レート伝送系を用いる場合には、平滑化バッファ
を用いて伝送速度を一定に保ちなから符号化を行なう方
法が用いられる。放送用テレビジョン信号の符号化にお
いては、比較的高いビットレートを許容して高画質を要
求する場合が多く、これに適した符号化方式が既に多く
公表されている。
(Prior art) Predictive coding, orthogonal transform coding, vector quantization coding, etc. are known as coding techniques for image signals such as television signals, and combinations of these known coding methods are also known. There is also a method to remove redundancy in image information. Furthermore, when aiming for higher efficiency, variable word length encoding (entropy encoding) is used. When a fixed rate transmission system is used for variable word length encoding, a method is used in which a smoothing buffer is used to maintain a constant transmission rate before encoding is performed. In encoding broadcast television signals, high image quality is often required while allowing a relatively high bit rate, and many encoding systems suitable for this have already been published.

ところで近年、広帯域l5DNの非同期転送モード(固
定長セルを用いたパケット伝送、以下ATMという)を
用いた画像伝送に見られるように、固定速度の伝送路を
対象とするのではなく、可変速度(以下、レートフリー
という)伝送系を用いる伝送方式が実現されようとして
いる。ATM網を用いたテレビジョン信号の伝送では、
一定の速度で符号化出力を伝送路に送出する必要がなく
、画像情報に応じて符号化出力の伝送速度を変えること
ができる。これにより例えば画像信号のうち画像の精細
な部分および動きの激しい部分など、固定速度伝送系で
は符号化品質が劣化するような部分については、符号化
出力情報量を多くすることにより、原理的に品質一定の
伝送が可能となる。
By the way, in recent years, as seen in image transmission using the asynchronous transfer mode (packet transmission using fixed-length cells, hereinafter referred to as ATM) of wideband 15DN, instead of targeting fixed-speed transmission lines, variable-speed ( A transmission system using a transmission system (hereinafter referred to as rate-free) is about to be realized. In the transmission of television signals using ATM networks,
There is no need to send the encoded output to the transmission path at a constant rate, and the transmission rate of the encoded output can be changed depending on the image information. As a result, in principle, by increasing the amount of encoded output information for parts of the image signal where the encoding quality would deteriorate in a fixed speed transmission system, such as fine parts of the image and parts with intense movement, Transmission with constant quality is possible.

品質一定の伝送ができる符号化(以下、品質一定符号化
という)は前述のように、画像の性質に応じて必要な情
報を適応的に保存することにより達成されるが、具体的
には次のような方法が一般に用いられる。
As mentioned above, encoding that allows transmission with constant quality (hereinafter referred to as constant quality encoding) is achieved by adaptively storing necessary information according to the characteristics of the image. A method such as this is generally used.

(1)符号化パラメータ(量子化ステップ数など)を適
応的に変化させる。
(1) Adaptively change encoding parameters (quantization step number, etc.).

(2)エントロピー符号化を用いる。(2) Use entropy encoding.

(1)は例えば画像の精細部分と平坦部分での量子化ス
テップ数を異ならせて、符号化歪みを一定とするように
適応処理するものである。
In (1), for example, the number of quantization steps is made different between fine parts and flat parts of an image, and adaptive processing is performed so as to keep the encoding distortion constant.

方、(2)は可変語長符号化の可逆性(符号化歪みが発
生しないこと)を利用して、通常その前段階で行なわれ
る他の符号化の品質を保ちなから冗長性の除去を行なう
もので、(1)と組合せて用いられることが多い。
On the other hand, (2) takes advantage of the reversibility of variable word length coding (no coding distortion occurs) and removes redundancy while maintaining the quality of other coding that is normally performed in the previous stage. It is often used in combination with (1).

これらのうち、(1)の方法は画像の品質を定量的に評
価するのが極めて難しいという障害がある。通常は画像
品質評価の簡易な尺度として符号化歪みのRM S (
root mean−square)値を用いることが
多い。しかし、実際の装置においてRMS値を計算しな
から符号化ノくラメータの制御を行なうのは容易でない
Among these, method (1) has a drawback in that it is extremely difficult to quantitatively evaluate the quality of the image. Usually, RMS of coding distortion (
root mean-square) value is often used. However, in an actual device, it is not easy to control the encoding parameter without calculating the RMS value.

一方、(2)の可逆性を有する可変語長符号化によれば
、実時間で符号化歪みを計算しなから符号化を行なう必
要はないが、符号化効率が十分でないという欠点がある (発明が解決しようとする課題) 上述したようにレートフリー伝送路に用いられる品質一
定符号化方式の一つである可変語長符号化は、符号化歪
みが無いという点で理想的である反面、符号化効率が高
くないという問題があった。
On the other hand, according to variable word length encoding with reversibility (2), there is no need to calculate encoding distortion in real time before encoding, but there is a drawback that encoding efficiency is not sufficient ( Problems to be Solved by the Invention) As mentioned above, variable word length coding, which is one of the constant quality coding methods used for rate-free transmission lines, is ideal in that there is no coding distortion, but on the other hand, There was a problem that the encoding efficiency was not high.

本発明は、可変語長符号化の可逆性を保ちつつ、通常の
可変語長符号化よりさらに効率の高い画像符号化復号化
方式と、画像符号化装置及び画像復号化装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention aims to provide an image encoding/decoding method, an image encoding device, and an image decoding device that are more efficient than normal variable word length encoding while maintaining the reversibility of variable word length encoding. purpose.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は上記の目的を達成するために、予測符号化と可
変語長符号化との組合せにより画像信号を符号化し、符
号化画像信号を可変語長復号化と予Δaj復号化との組
合せにより復号化する画像符号化復号化方式において、
符号化に際しては過去の予測符号化過程で得られた前記
局部復号化信号の画素値に提って、可変語長符号化にお
ける符号語割当てを現予測誤差信号のダイナミック・レ
ンジに適応させ、復号化に際しては過去の予測復号化過
程で得られた復号化画像信号の画素値に従って、可変語
長復号化における復号動作を現入力予測誤差信号のダイ
ナミ・ツク・レンジに適応させるようにしたものである
[Structure of the Invention] (Means for Solving the Problem) In order to achieve the above object, the present invention encodes an image signal by a combination of predictive encoding and variable word length encoding, and encodes the encoded image signal. In an image encoding/decoding method that performs decoding by a combination of variable word length decoding and pre-Δaj decoding,
During encoding, codeword assignment in variable word length encoding is adapted to the dynamic range of the current prediction error signal, based on the pixel values of the locally decoded signal obtained in the past predictive encoding process, and decoding is performed. In this process, the decoding operation in variable word length decoding is adapted to the dynamic range of the current input prediction error signal according to the pixel values of the decoded image signal obtained in the past predictive decoding process. be.

可変語長符号化における符号語割当ては、例えば予測誤
差信号の予測誤差分布における所定の関心分布範囲内の
確率密度に従って決定される。その場合、符号語割当て
を現予7111誤差信号のダイナミック・レンジに適応
させる操作は、関心分布範囲を局部復号化信号の画素値
に従って平行移動するこ・とによりなされる。
Codeword assignment in variable word length encoding is determined, for example, according to the probability density within a predetermined distribution range of interest in the prediction error distribution of the prediction error signal. In that case, adapting the codeword assignment to the dynamic range of the current 7111 error signal is done by translating the distribution range of interest according to the pixel values of the locally decoded signal.

本発明では予測符号化における量子化が、非線形量子化
の場合、とくに効果的である。
In the present invention, quantization in predictive encoding is particularly effective in the case of nonlinear quantization.

本発明による画像符号化装置は、入力画像信号と過去の
予−p1符号化過程で得られた局部復号化信号から予測
された予測信号との差である予測誤差信号を得る手段と
、予測誤差信号を量子化して量子化予測誤差信号を得る
手段と、量子化予測誤差信号を予めモデル化された統計
的性質に従って可変語長符号化することにより符号化画
像信号を出力する可変語長符号化手段と、量子化予測誤
差信号を逆量子化して復号化予測誤差信号を得る手段と
、記復号化予4pj誤差信号と前記予測信号とを加算し
て局部復号化信号を得る手段と、局部復号化信号から予
測信号を発生する手段と、局部復号化信号に従って可変
語長符号化手段における語長割当てを予/fpj誤差信
号のダイナミック・レンジに適応化させる手段とを肴す
る。
The image encoding device according to the present invention includes means for obtaining a prediction error signal that is a difference between an input image signal and a prediction signal predicted from a locally decoded signal obtained in a past pre-p1 encoding process; means for quantizing a signal to obtain a quantized prediction error signal; and variable word length encoding for outputting a coded image signal by variable word length encoding the quantized prediction error signal according to statistical properties modeled in advance. means for dequantizing a quantized prediction error signal to obtain a decoded prediction error signal; means for adding the recorded/decoded pre-4pj error signal and the prediction signal to obtain a locally decoded signal; means for generating a prediction signal from the encoded signal; and means for adapting the word length allocation in the variable word length encoding means to the dynamic range of the pre/fpj error signal in accordance with the locally decoded signal.

また、本発明による画像復号化装置は、予測誤差信号を
可変語長符号化した符号化画像信号を可変語長符号化し
て量子化予測誤差信号を得る可変語長復号化手段と、量
子化予測誤差信号を逆量子化して復号化予測誤差信号を
得る手段と、復号化子7111誤差信号と過去の復号化
画像信号の画素値から予Δlljされた予測信号との和
信号を復号化画像信号として得る手段と、復号化画像信
号から予測信号を発生する手段と、復号化画像信号に従
って可変語長復号化手段における復号動作を前記予測誤
差信号のダイナミック・レンジに適応化させる手段とを
Hする。
Further, the image decoding device according to the present invention includes a variable word length decoding means for obtaining a quantized prediction error signal by variable word length encoding an encoded image signal obtained by variable word length encoding of a prediction error signal, and a quantized prediction error signal. means for obtaining a decoded prediction error signal by dequantizing the error signal, and a sum signal of the decoder 7111 error signal and a prediction signal pre-Δallj calculated from pixel values of past decoded image signals as a decoded image signal. means for generating a prediction signal from the decoded image signal; and means for adapting the decoding operation in the variable word length decoding means to the dynamic range of the prediction error signal in accordance with the decoded image signal.

(作用) 一般にテレビジョン信号などの画像信号は、それを予測
符号化した時に得られる予/l1lj誤差信号の確率密
度がラプラス分布となることが知られている。この性質
は可変語長符号化のひとつであるハフマン符号化のよう
に、事前に確率密度が既知でなければならない符号化に
とって好ましいものである。即ち、ハフマン符号を作る
際に用いた確率密度関数モデルと、実際のハフマン符号
化回路の入力信号の確率密度が近ければ近い程、より理
想的に符号化が行なわれ、完全に一致した場合には最適
となり、理論上これ以上良くはならない。
(Operation) It is generally known that the probability density of a pre/l1lj error signal obtained when an image signal such as a television signal is predictively encoded has a Laplace distribution. This property is preferable for coding in which the probability density must be known in advance, such as Huffman coding, which is one type of variable word length coding. In other words, the closer the probability density function model used to create the Huffman code is to the probability density of the input signal to the actual Huffman encoding circuit, the more ideal the encoding will be, and if they match perfectly, becomes optimal, and theoretically it cannot get any better.

ここで、入力画像信号として例えば8ビツト量子化され
たディジタル画像信号を考え、この画像信号に含まれる
28個の画素値を0〜255とする。このとき、予測符
号化で得られる予ApJ誤差信号は−255〜255の
範囲に存在することになる。リフレフテッド量子化器な
どで知られているように、ある時刻iに入力される画素
値X、が既知であり、例えばx、−128とすると、次
に入力される画素値Xi+1との差は高々−128〜1
27であり、有限、かつ最大の予測誤差信号範囲の1/
2である。故にx、−128における量子化ステラプ数
は、X を任意(0〜255)とした場合の1/2で良
いため、より少ない符号語で同じ量子化を行なうことが
できる。
Here, consider, for example, an 8-bit quantized digital image signal as the input image signal, and assume that the 28 pixel values included in this image signal are 0 to 255. At this time, the predicted ApJ error signal obtained by predictive encoding will exist in the range of -255 to 255. As is known in a reflexed quantizer, the pixel value X input at a certain time i is known. For example, if x is -128, the difference from the next input pixel value Xi+1 is at most -128~1
27, which is finite and 1/of the maximum prediction error signal range.
It is 2. Therefore, the number of quantization sweeps at x, -128 may be 1/2 of that when X is arbitrary (0 to 255), so the same quantization can be performed with fewer code words.

さらに、X、の値は符号化・復号化済みの過去の画素で
あるとすると、復号化側でも既知であるため、付加情報
なしで符号化側と同様の量子化を操作を画素単位で適応
的に行なうことが可能となる。これもスライディング量
子化などとして公知のものである。
Furthermore, assuming that the value of It becomes possible to do so. This is also known as sliding quantization.

本発明は同様の原理を可変語長符号化(特にハフマン符
号化)に適用したもので、符号化側では予測符号化にお
いて時刻iに得られる局部復号化信号の画素値X に従
って、予測誤差分布のうち可変語長符号化での符号語割
当ての対象となる関心分布範囲をX、の分だけシフト(
平行移動)することにより、現予測誤差信号のダイナミ
ック・レンジに適応させた符号語割当てを行ない、可変
語長符号化において次の入力画像信号に対する予測誤差
信号を最適の符号語(確率的に最短の符号語)で符号化
できるようにしたものである。
The present invention applies a similar principle to variable word length coding (particularly Huffman coding), and on the coding side, prediction error distribution is calculated according to the pixel value X of the locally decoded signal obtained at time i in predictive coding. Among them, the interest distribution range that is the target of code word assignment in variable word length coding is shifted by X, (
In variable word length coding, the prediction error signal for the next input image signal is assigned the optimal codeword (probabilistically shortest) by performing parallel translation). code word).

第5図(a) (b) (c)はこのように現予111
1j誤差信号のダイナミック・レンジにより適応化を行
なったハフマン符号化での符号語割り当ての様子を予測
誤差分布上でX、をパラメータとして示したもので、い
ずれも横軸に予測誤差信号e1縦軸に予め決定されてい
る確率密度関数P (e)をそれぞれとっている。X、
の変化に対して実線および破線で示す予測誤差分布全体
の形状は一定(ラプラス分布)であるが、これらのうち
実線で示す関心分布範囲、即ちハフマン符号化での符号
語割当ての対象となる範囲がX、の分だけ横軸方向にシ
フトしている。
Figure 5 (a) (b) (c) shows the current plan 111 like this.
1j The state of codeword assignment in Huffman coding adapted according to the dynamic range of the error signal is shown on the prediction error distribution with X as a parameter. In both cases, the horizontal axis represents the prediction error signal e1, and the vertical axis A probability density function P (e) that is predetermined is taken respectively. X,
The overall shape of the prediction error distribution shown by the solid line and broken line is constant (Laplace distribution) with respect to changes in , but among these, the distribution range of interest shown by the solid line, that is, the range targeted for code word assignment in Huffman encoding. is shifted in the horizontal axis direction by an amount of X.

第5図(a)はX −Δ(夕0)の場合であす る。この場合、予1lFj誤差分布の関心分布範囲は一
Δ≦e≦255−Δであり、それ以外では確率密度が0
になる。従って、確率密度0であるeく一Δなる範囲の
予測誤差信号に対して短い符号を割当てることがなく、
反対に確率密度の大きな予測誤差信号に対して、より短
い符号を与えることができ、符号化効率が向上する。
FIG. 5(a) shows the case of X-Δ (twilight 0). In this case, the distribution range of interest for the pre-1lFj error distribution is 1∆≦e≦255−∆, and otherwise the probability density is 0.
become. Therefore, a short code is not assigned to the prediction error signal in the range of e × Δ, which has a probability density of 0.
On the other hand, a shorter code can be given to a prediction error signal with a large probability density, improving coding efficiency.

また、第5図(b) (c)はそれぞれx、−128゜
x 、−255−Δの場合であり、予測誤差信号の関心
分布範囲を第5図(b)では−128≦e≦127、(
e)では−255+Δ≦e≦Δのようにシフトすること
によって、同様の効果が得られる。
In addition, Fig. 5(b) and (c) are the cases of x, -128° ,(
In e), a similar effect can be obtained by shifting -255+Δ≦e≦Δ.

一方、復号化側においても過去の予測復号化過程で得ら
れた復号化画像信号の画素値X、に従って、現入力予測
誤差信号のダイナミック・レンジに可変語長復号化にお
ける復号化動作を適応化させる。
On the other hand, on the decoding side, the decoding operation in variable word length decoding is adapted to the dynamic range of the current input prediction error signal according to the pixel value X of the decoded image signal obtained in the past predictive decoding process. let

尚、X、なるパラメータが符号化・復号化済みの画素で
あるとすれば、復号化側でも付加情報なしでこれを知る
ことができるため、余分な情報量の増加はなく、かつ完
全な可逆性を保つでいるため符号化歪みの増加なしで、
必す符号化効率を向上させることができる。
Furthermore, if the parameter X is a pixel that has been encoded and decoded, the decoding side can also know this without additional information, so there is no increase in the amount of extra information, and it is completely reversible. Because it maintains the same characteristics, there is no increase in encoding distortion.
The necessary encoding efficiency can be improved.

(実施例) 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。(Example) Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図および第2図はそれぞれ本発明の画像符号化復号
化方式を適用した画像符号化装置および画像復号化装置
の一実施例を示すブロック図である。
FIG. 1 and FIG. 2 are block diagrams showing an embodiment of an image encoding device and an image decoding device, respectively, to which the image encoding/decoding method of the present invention is applied.

第1図において、入力端子11に入力された画像信号は
減算回路12で予測回路13からの予71pj信号と差
演算される。減算回路12から出力される予測誤差信号
は、量子化回路14で量子化される。尚、量子化回路1
4の量子化特性は一般的に線形量子化特性でよいが、非
線形量子化特性を用いると、適応ハフマン符号化の効果
がより大きくなる。これについては後述する。
In FIG. 1, an image signal input to an input terminal 11 is subtracted from a pre-71pj signal from a prediction circuit 13 by a subtraction circuit 12. The prediction error signal output from the subtraction circuit 12 is quantized by a quantization circuit 14. In addition, quantization circuit 1
Although the quantization characteristic of No. 4 may generally be a linear quantization characteristic, the effect of adaptive Huffman encoding becomes greater when a nonlinear quantization characteristic is used. This will be discussed later.

量子化回路14から出力される量子化予7ipj誤差信
号は、逆量子化回路15で逆量子化されて復号化予測誤
差信号となる。この復号化予測誤差信号は加算回路16
で予測回路13の出力と加算され、局部復号化信号とな
る。
The quantization pre-7ipj error signal output from the quantization circuit 14 is dequantized by the dequantization circuit 15 to become a decoded prediction error signal. This decoded prediction error signal is sent to the adder circuit 16
It is added to the output of the prediction circuit 13 and becomes a locally decoded signal.

減算回路12、予測回路13、量子化回路14、逆量子
化回路15および加算回路16によって、予測符号化回
路が構成されている。
The subtraction circuit 12, the prediction circuit 13, the quantization circuit 14, the inverse quantization circuit 15, and the addition circuit 16 constitute a predictive encoding circuit.

量子化回路14からの量子化予測誤差信号は、可変語長
符号化回路である適応ハフマン符号化回路17にも入力
される。適応ハフマン符号化回路17の特性(特に符号
語割当て)は適応化制御回路18によって制御され、第
5図に示したように局部復号化信号に応じて予Δllj
誤差分布における確率密度関数モデル、すなわち符号語
割当ての対象となる関心分布範囲がシフトする。
The quantized prediction error signal from the quantization circuit 14 is also input to an adaptive Huffman encoding circuit 17, which is a variable word length encoding circuit. The characteristics (particularly code word assignment) of the adaptive Huffman encoding circuit 17 are controlled by the adaptive control circuit 18, and as shown in FIG.
The probability density function model in the error distribution, that is, the interest distribution range to which codeword assignment is targeted shifts.

ここで、確率密度関数モデルは入力画像信号および量子
化回路14の量子化特性によって決定され、例えばその
形状はラプラス分布である。
Here, the probability density function model is determined by the input image signal and the quantization characteristics of the quantization circuit 14, and its shape is, for example, a Laplace distribution.

適応ハフマン符号化回路17から出力される符号化画像
信号は、出力端子19を経てレートフリーの伝送路(図
示せず)へ送出される。
The encoded image signal output from the adaptive Huffman encoding circuit 17 is sent to a rate-free transmission path (not shown) via an output terminal 19.

次に、画像復号化装置について説明する。Next, the image decoding device will be explained.

第2図において、入力端子21に前記伝送路を介して入
力された符号化画像信号は、適応ハフマン復号化回路2
2へ供給される。適応ハフマン復号化回路22では、第
1図に示した符号化装置における適応ハフマン符号化と
対応する復号化が行なわれ、第1図における量子化回路
14の出力信号と同じ量子化予Δ−j誤差信号が出力さ
れる。この量子化予/Il誤差信号は、第1図における
逆量子化回路15と同じ逆量子化回路23を経て加算回
路24の一方の入力端子へ与えられる。加算回路24の
他方の入力端子には、第1図の画像符号化装置内の予測
回路13と同一の予測回路25から出力される予測信号
が入力されている。加算回路24の出力信号は、復号化
画像信号出力として出力端子27に送出されるとともに
、加算回路25および適応化制御回路26に入力される
In FIG. 2, the encoded image signal input to the input terminal 21 via the transmission path is transmitted to the adaptive Huffman decoding circuit 2.
2. The adaptive Huffman decoding circuit 22 performs decoding corresponding to the adaptive Huffman encoding in the encoding device shown in FIG. An error signal is output. This quantization pre/Il error signal is applied to one input terminal of an adder circuit 24 via an inverse quantization circuit 23, which is the same as the inverse quantization circuit 15 in FIG. The other input terminal of the adder circuit 24 receives a prediction signal output from a prediction circuit 25 that is the same as the prediction circuit 13 in the image encoding device shown in FIG. The output signal of the adder circuit 24 is sent to the output terminal 27 as a decoded image signal output, and is also input to the adder circuit 25 and the adaptation control circuit 26.

逆量子化回路23、加算回路24および予〃1回路25
によって、予測復号化回路が構成されている。
Inverse quantization circuit 23, addition circuit 24 and pre-1 circuit 25
A predictive decoding circuit is configured by:

適応化制御回路26は、後述のように適応ハフマン復号
化回路22の符号化動作を適応制御する。尚、適応ハフ
マン復号化回路22が256レベルの画素値に対応して
制御可能な場合には、特に適応化制御回路26は不要で
・ある。
The adaptive control circuit 26 adaptively controls the encoding operation of the adaptive Huffman decoding circuit 22 as described later. Note that if the adaptive Huffman decoding circuit 22 can be controlled in response to 256 levels of pixel values, the adaptive control circuit 26 is not particularly necessary.

第3図および第4図に、それぞれ第1図および第2図に
おける適応ハフマン符号化回路17および適応ハフマン
復号化回路12の具体的な構成例を示す。
3 and 4 show specific configuration examples of the adaptive Huffman encoding circuit 17 and the adaptive Huffman decoding circuit 12 in FIGS. 1 and 2, respectively.

第3図において、第1図の量子化回路14からの予AP
I符号化結果である予測誤差信号は、符号長発生回路3
1および符号語発生回路3−2に入力される。符号長発
生回路31および符号語発生回路32は、例えばROM
 (リード・オンリー・メモリ)によって構成される。
In FIG. 3, the pre-AP from the quantization circuit 14 of FIG.
The prediction error signal which is the I encoding result is sent to the code length generation circuit 3.
1 and is input to the code word generation circuit 3-2. The code length generation circuit 31 and the code word generation circuit 32 are, for example, a ROM.
(read-only memory).

符号長発生回路41は入力された予測誤差信号をROM
のアドレスデータの一部として受け、予ll1lJ誤差
信号の値に対応する符号語の長さのデータを発生してレ
ジスタ回路33へ与える。一方、符号語発生回路32は
同様に入力された予測誤差信号をROMのアドレスデー
タの一部とじて受け、予測誤差信号の値に対応するnビ
ット長の符号語(nは整数)を発生し、このnビット長
の符号語を並列にレジスタ回路33へ出力する。
The code length generation circuit 41 stores the input prediction error signal in the ROM.
is received as part of the address data, and generates data having the length of a code word corresponding to the value of the prell1lJ error signal and supplies it to the register circuit 33. On the other hand, the code word generation circuit 32 similarly receives the input prediction error signal as part of the address data of the ROM, and generates an n-bit long code word (n is an integer) corresponding to the value of the prediction error signal. , this n-bit long code word is output to the register circuit 33 in parallel.

レジスタ回路33は、符号語発生回路32から入力され
た符号語を符号長(nビット)単位でパラレル−シリア
ル変換して出力端子19へ出力する。この場合、レジス
タ回路33では符号長発生回路31から符号語発生回路
32からの符号語の長さが知らされているので、このよ
うなな符号語毎のパラレル−シリアル変換が可能となる
The register circuit 33 performs parallel-to-serial conversion on the code word input from the code word generation circuit 32 in units of code length (n bits) and outputs the converted code word to the output terminal 19 . In this case, since the register circuit 33 is informed of the length of the code word from the code word generation circuit 32 by the code length generation circuit 31, such parallel-to-serial conversion for each code word is possible.

そして、符号長発生回路31および符号語発生回路32
のROMのアドレス入力の他の一部には適応化制御回路
18の出力が人力されており、適応化制御回路18の出
力によってROMのアドレス空間が切換えられることに
よって、符号語割当ての適応化が行なわれる。
Then, a code length generation circuit 31 and a code word generation circuit 32
The output of the adaptation control circuit 18 is manually input to the other part of the address input of the ROM, and by switching the address space of the ROM by the output of the adaptation control circuit 18, adaptation of code word assignment is performed. It is done.

第4図において、入力端子21にはシリアルの符号化信
号入力が入力される。この符号化信号入力は例えばRO
Mで構成された符号長検出回路41と、レジスタ回路4
5に与えられる。
In FIG. 4, a serial encoded signal input is input to an input terminal 21. In FIG. This encoded signal input is, for example, RO
A code length detection circuit 41 composed of M and a register circuit 4
given to 5.

符号長検出回路41はシリアル入力された符号化信号を
構成する可変長符号をアドレス入力の一部として受け、
可変長符号のそれぞれの長さ(nビット長)を検出して
レジスタ回路42へ知らせる。レジスタ回路42は符号
長検出回路41からの符号長の情報に基づいて、入力端
子21からの符号化信号入力をnビット単位でシリアル
−パラレル変換し、復号化回路43へ出力する。復号化
回路43は例えばROhlにより構成され、レジスタ回
路42からのnビットパラレルの可変長符号をROMの
アドレス入力の一部として受け、第2図の逆量子化回路
13へ復号化データを出力する。
The code length detection circuit 41 receives a variable length code constituting a serially input encoded signal as part of an address input,
The length of each variable length code (n bit length) is detected and notified to the register circuit 42. Based on the code length information from the code length detection circuit 41, the register circuit 42 performs serial-to-parallel conversion on the encoded signal input from the input terminal 21 in units of n bits, and outputs the converted signal to the decoding circuit 43. The decoding circuit 43 is composed of, for example, ROhl, receives the n-bit parallel variable length code from the register circuit 42 as part of the address input of the ROM, and outputs decoded data to the inverse quantization circuit 13 shown in FIG. .

ここで、符号長検出回路41および復号化回路436の
他のアドレス入力には適応化制御回路26の出力が入力
されており、適応化制御回路26の出力によってROM
のアドレス空間を切換えられることによって復号化動作
の適応化が達成される。
Here, the output of the adaptation control circuit 26 is input to other address inputs of the code length detection circuit 41 and the decoding circuit 436, and the output of the adaptation control circuit 26 causes the ROM to be
Adaptation of the decoding operation is achieved by switching the address space of the decoder.

適応化制御回路18.26は同一の構成であり、それぞ
れ予測符号化の過程で得られた局部復号化信号と、最終
的な復号化画像信号を入力とし、第5図の予測誤差分布
における関心分布範囲のシフト量のデータを発生して、
適応化/1フマン符号化回路17および適応化ハフマン
復号化回路22の適応化を制御する回路である。
The adaptive control circuits 18 and 26 have the same configuration, and input the local decoded signal obtained in the process of predictive encoding and the final decoded image signal, respectively, and calculate the interest in the prediction error distribution shown in Fig. 5. Generate data on the amount of shift in the distribution range,
This circuit controls adaptation of the adaptation/1 Huffman encoding circuit 17 and the adaptive Huffman decoding circuit 22.

ここで、上記シフトaは局部復号化信号、復号化画像信
号そのものであっても良いし、いくつかの段階に制限さ
れたものであっても良い。前者の場合、適応化制御回路
18.26は不要となる。
Here, the shift a may be the locally decoded signal or the decoded image signal itself, or may be limited to several stages. In the former case, the adaptation control circuit 18.26 is not required.

本発明による適応化可変語長符号化(例えばハフマン符
号化)は、前述したように非線形量子化と組合わせると
さらに効果的であるので、以下これについて説明する。
The adaptive variable word length encoding (for example, Huffman encoding) according to the present invention is more effective when combined with nonlinear quantization as described above, and this will be explained below.

可変語長符号化は可逆性を有する故、通常は線形量子化
と組合わせて用いられることが多い。
Since variable word length encoding is reversible, it is usually used in combination with linear quantization.

しかし、画像符号化の場合には完全な可逆性が要求され
ないことが多く (特にテレビジョン信号の場合は非可
逆符号化の例が多い)、視覚的な歪みのマスキング効果
(例えば画像のエツジ部の歪は検知されにくい効果)な
どを利用して、非可逆符号化により更に圧縮効果を高め
ている。
However, in the case of image coding, complete reversibility is often not required (particularly in the case of television signals, there are many examples of lossy coding), and the effect of masking visual distortions (for example, at the edges of the image) (distortion is an effect that is difficult to detect), the compression effect is further enhanced by lossy encoding.

この点に着目して、本発明においても適応化可変語長符
号化(これは可逆符号化である)の前段の予測符号化に
おいて、量子化回路14の特性を非可逆特性である非線
形量子化特性にすることによって、視覚的な画質劣化を
低く抑えたままで、符号化出力情報量を大幅に圧縮する
ことが可能である。
Focusing on this point, in the present invention, the characteristics of the quantization circuit 14 are changed to nonlinear quantization, which is an irreversible characteristic, in predictive encoding before adaptive variable word length encoding (which is reversible encoding). By using the characteristics, it is possible to significantly compress the amount of encoded output information while keeping visual image quality deterioration to a low level.

このように適応化可変語長符号化の前段の予測符号化に
おいて、非線形量子化を用いた場合の有効性を説明する
。第6図は予測符号化における予測誤差分布を示したも
のである。(a)は比較的多いステップ数で線形量子化
を行なったときの離散的な予測誤差分布の一例であり、
量子化を行なう以前の破線に示す予測誤差分布とほぼ同
じになる。(b)は非線形量子化を行なったときの離散
的な予測誤差分布である。第6図(b)に示す非線形量
子化においては、予測誤差の絶対値letが大きくなる
につれて量子化スレッショルド間隔(量子化ステップ幅
)を広くするために、予測誤差分布はletが大きくな
っても収束が遅くなっている。すなわち、予測誤差分布
が広がっている。
The effectiveness of using nonlinear quantization in predictive coding before adaptive variable word length coding will be explained. FIG. 6 shows the prediction error distribution in predictive encoding. (a) is an example of a discrete prediction error distribution when linear quantization is performed with a relatively large number of steps,
This is almost the same as the prediction error distribution shown by the broken line before quantization. (b) is a discrete prediction error distribution when nonlinear quantization is performed. In the nonlinear quantization shown in FIG. 6(b), as the absolute value let of the prediction error increases, the quantization threshold interval (quantization step width) becomes wider, so the prediction error distribution changes even when let increases. Convergence is slow. In other words, the prediction error distribution is widening.

この非線形量子化を用いた場合のように、elが大きい
ときにあまり収束しないような予測誤差分布を有する予
測誤差信号を可変語長符号化するには、本発明における
適応化可変語長符号化が特に有効である。この適応化可
変語長符号化においては、第5図(a) (b) (c
)から明らかなように、予測誤差分布が広がっている程
現予API誤差信号のダイナミック・レンジ外、即ち本
来存在しない予測誤差信号の範囲に短符号語を割当てる
割合いが少なくなってゆくからである。この結果、本来
存在する予/3pJ誤差信号の中でも発生開度が比較的
低い、より大きな予測誤差信号に対しても、比較的短い
符号語を無駄無くに割当てることができ、符号化効率の
向上がさらに期待できる。
In order to variable word length encode a prediction error signal having a prediction error distribution that does not converge much when el is large, as in the case of using this nonlinear quantization, adaptive variable word length encoding in the present invention is used. is particularly effective. In this adaptive variable word length encoding, Fig. 5 (a) (b) (c
), the wider the prediction error distribution, the less the proportion of short code words assigned to areas outside the dynamic range of the current API error signal, that is, the range of the prediction error signal that does not originally exist. As a result, a relatively short code word can be allocated without waste even to a larger prediction error signal with a relatively low degree of occurrence among the originally existing pre/3pJ error signals, improving coding efficiency. We can expect more.

尚、上記の実施例の説明においては可変語長符号化にハ
フマン符号化を用いたが、他の可変長符号化を用いた場
合にも本発明は有効である。
In the description of the above embodiment, Huffman coding was used for variable word length coding, but the present invention is also effective when using other variable length coding.

また、それら全ての可変語長符号化をエントロピー符号
化とするとき、本発明は適応化エントロピー符号化とな
る。
Furthermore, when all of these variable word length encodings are entropy encoding, the present invention becomes adaptive entropy encoding.

[発明の効果] 本発明によれば、予測符号化と可変語長符号化の組合わ
せによりテレビジョン信号などの画像信号を符号化する
際、符号化歪みを増加させることなく、かつ付加情報を
復号化側に与えずに、符号化出力情報量を効果的に減少
させることができ、符号化効率が著しく向上する。
[Effects of the Invention] According to the present invention, when an image signal such as a television signal is encoded by a combination of predictive encoding and variable word length encoding, additional information can be stored without increasing encoding distortion. It is possible to effectively reduce the amount of encoded output information without giving it to the decoding side, and the encoding efficiency is significantly improved.

また、この効果は従来の方式で予測符号化に一般に用い
られている非線形量子化との組合わせにおいても損なわ
れるものではなく、むしろ符号化効率のより一層の向上
を図ることが可能である。
Moreover, this effect is not impaired even when combined with nonlinear quantization, which is generally used for predictive coding in conventional methods, and in fact, it is possible to further improve coding efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例に係る画像符号化装置の構成
を示すブロック図、第2図は同じく画像復号化装置の構
成を示すブロック図、第3図は第1図における適応ハフ
マン符号化回路の具体的な構成を示すブロック図、第4
図は第2図における適応ハフマン復号化回路の具体的な
構成を示すブロック図、第5図(a) (b) (c)
は本発明の一実施例による適応化ハフマン符号化の原理
を説明するための予測誤差分布上での符号語割当ての様
子を符号化出力値をパラメータとして示す図、第6図(
a) (b)は本発明に非線形量子化を組合わせた時の
有効性を説明するための線形量子化および非線形量子化
時の予測誤差分布を示す図である。 11・・・画像信号入力端子、12・・・減算回路、1
3・・・予Jl11回路、14・・・量子化回路、15
・・・逆量子化回路、16・・・加算回路、17・・・
適応ハフマン符号化回路、18・・・適応化制御回路、
1つ・・・符号化画像信号出力端子、21・・・符号化
画像信号入力端子、22・・・適応ハフマン復号化回路
、23・・・逆量子化回路、24・・・加算回路、25
・・・予測回路、26・・・適応化制御回路、27・・
・復号化画像信号出力端子。
FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of an image encoding device according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a block diagram similarly showing the configuration of the image decoding device, and FIG. 3 is an adaptive Huffman code in FIG. 1. Block diagram showing the specific configuration of the conversion circuit, No. 4
The figure is a block diagram showing the specific configuration of the adaptive Huffman decoding circuit in Figure 2, and Figure 5 (a) (b) (c).
FIG. 6 is a diagram showing how code words are assigned on a prediction error distribution using encoded output values as parameters to explain the principle of adaptive Huffman encoding according to an embodiment of the present invention.
a) and (b) are diagrams showing prediction error distributions during linear quantization and nonlinear quantization for explaining the effectiveness when nonlinear quantization is combined with the present invention. 11... Image signal input terminal, 12... Subtraction circuit, 1
3...Pre-Jl11 circuit, 14...Quantization circuit, 15
...Dequantization circuit, 16...Addition circuit, 17...
adaptive Huffman encoding circuit, 18... adaptive control circuit,
1...Encoded image signal output terminal, 21...Encoded image signal input terminal, 22...Adaptive Huffman decoding circuit, 23...Dequantization circuit, 24...Addition circuit, 25
...Prediction circuit, 26...Adaptation control circuit, 27...
-Decoded image signal output terminal.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)局部復号化信号から予測された予測信号について
の予測誤差信号を量子化する予測符号化と、可変語長符
号化との組合せにより画像信号を符号化し、符号化画像
信号を可変語長復号化と、復号化画像信号から予測され
た予測信号と入力予測誤差信号から復号化を行なう予測
復号化との組合せにより復号化する画像符号化復号化方
式において、 符号化に際しては過去の予測符号化過程で得られた前記
局部復号化信号の画素値に従って、可変語長符号化にお
ける符号語割当てを現予測誤差信号のダイナミック・レ
ンジに適応させ、復号化に際しては過去の予測復号化過
程で得られた復号化画像信号の画素値に従って、可変語
長復号化における復号動作を現入力予測誤差信号のダイ
ナミック・レンジに適応させることを特徴とする画像符
号化復号化方式。
(1) An image signal is encoded by a combination of predictive coding that quantizes a prediction error signal for a prediction signal predicted from a locally decoded signal and variable word length coding, and the encoded image signal is converted into a variable word length In an image encoding/decoding method that performs decoding by a combination of decoding and predictive decoding that performs decoding from a prediction signal predicted from a decoded image signal and an input prediction error signal, when encoding, past prediction codes are used. According to the pixel values of the locally decoded signal obtained in the decoding process, the code word assignment in variable word length coding is adapted to the dynamic range of the current prediction error signal, and during decoding, the code word assignment in the variable word length encoding is adapted to the dynamic range of the current prediction error signal. An image encoding/decoding method characterized in that a decoding operation in variable word length decoding is adapted to the dynamic range of a current input prediction error signal according to a pixel value of a decoded image signal.
(2)前記可変語長符号化における符号語割当ては、前
記予測誤差信号の予測誤差分布における所定の関心分布
範囲内の確率密度に従って決定されるものであり、前記
符号語割当てを現予測誤差信号のダイナミック・レンジ
に適応させる操作は、前記関心分布範囲を前記局部復号
化信号の画素値に従って平行移動することによりなされ
ることを特徴とする請求項1記載の画像符号化復号化方
式。
(2) The code word assignment in the variable word length encoding is determined according to the probability density within a predetermined distribution range of interest in the prediction error distribution of the prediction error signal, and the code word assignment is determined based on the current prediction error signal. 2. The image encoding/decoding method according to claim 1, wherein the operation of adapting to the dynamic range of the image is performed by translating the distribution range of interest in accordance with pixel values of the locally decoded signal.
(3)前記予測符号化における量子化は非線形量子化で
あることを特徴とする請求項1記載の画像符号化復号化
方式。
(3) The image encoding/decoding method according to claim 1, wherein the quantization in the predictive encoding is nonlinear quantization.
(4)入力画像信号と過去の予測符号化過程で得られた
局部復号化信号から予測された予測信号との差である予
測誤差信号を得る手段と、前記予測誤差信号を量子化し
て量子化予測誤差信号を得る手段と、 前記量子化予測誤差信号を予めモデル化された統計的性
質に従って可変語長符号化することにより符号化画像信
号を出力する可変語長符号化手段と、 前記量子化予測誤差信号を逆量子化して復号化予測誤差
信号を得る手段と、 前記復号化予測誤差信号と前記予測信号とを加算して局
部復号化信号を得る手段と、 前記局部復号化信号から前記予測信号を発生する手段と
、 前記局部復号化信号に従って前記可変語長符号化手段に
おける語長割当てを前記予測誤差信号のダイナミック・
レンジに適応化させる手段と を有することを特徴とする画像符号化装置。
(4) means for obtaining a prediction error signal that is the difference between an input image signal and a prediction signal predicted from a locally decoded signal obtained in a past predictive encoding process; and quantizing the prediction error signal. means for obtaining a prediction error signal; variable word length encoding means for outputting a coded image signal by variable word length encoding the quantized prediction error signal according to pre-modeled statistical properties; and the quantization. means for dequantizing a prediction error signal to obtain a decoded prediction error signal; means for adding the decoded prediction error signal and the prediction signal to obtain a locally decoded signal; and calculating the prediction from the locally decoded signal. means for generating a dynamic signal of the prediction error signal;
An image encoding device comprising: means for adapting to a range.
(5)予測誤差信号を可変語長符号化した符号化画像信
号を可変語長復号化して量子化予測誤差信号を得る可変
語長復号化手段と、 前記量子化予測誤差信号を逆量子化して復号化予測誤差
信号を得る手段と、 前記復号化予測誤差信号と過去の復号化画像信号の画素
値から予測された予測信号との和信号を前記復号化画像
信号として得る手段と、前記復号化画像信号から前記予
測信号を発生する手段と、 前記復号化画像信号に従って前記可変語長復号化手段に
おける復号動作を前記予測誤差信号のダイナミック・レ
ンジに適応化させる手段とを有することを特徴とする画
像復号化装置。
(5) variable word length decoding means for obtaining a quantized prediction error signal by variable word length decoding an encoded image signal obtained by variable word length encoding of the prediction error signal; and dequantizing the quantized prediction error signal. means for obtaining a decoded prediction error signal; means for obtaining a sum signal of the decoded prediction error signal and a prediction signal predicted from pixel values of past decoded image signals as the decoded image signal; It is characterized by comprising: means for generating the prediction signal from the image signal; and means for adapting the decoding operation in the variable word length decoding means to the dynamic range of the prediction error signal according to the decoded image signal. Image decoding device.
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