JPH0346483A - 画像信号用サブバンド符号化方式 - Google Patents

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） 本発明は画像信号、特にハイビジョンのような高精細画
像信号をディジタル伝送するための符号化方式おいて、
比較的少ない演算量で高品質特性を維持しつつ符号化ビ
ットレートを低減して高能率伝送を実現する画像信号用
サブバンド符号化方式に関するものである。

（従来の技術） 従来、高精細な画像信号を符号化するための方式として
は種々のものが発表されている。例えば入力信号と前ラ
インとの差分信号を量子化するＤＰＣＭ（差分パルス符
号変調）、入力信号を周波数領域の信号に変換して符号
化するＤＣＴ（１１１敗コサイン変換）、等がよく知ら
れている。特にＤＣＴ方式は高品質特性が得られるが、
演算量が多いという欠点があった。そのため、入力信号
を帯域分割フィルタによって複数の帯域信号に分割し、
最もパワーが大きく視覚特性上も最も重要な成分を有す
る低域信号のみをＤＣＴで符号化し、高域信号は単純な
ＰＣＭで符号化することによって高品質化と演算量低減
を図る方式が提案されている。（Ｄ、Ｌ、Ｇａ１ｌ、　
ｅｔ　ａｌ、、　”Ｔｒａｎｓ＋＋＋１ｓｓｉｏｎ　ｏ
ｆｔｌＤＴＶ　　ｓｉｇｎａｌｓ　　ｕｓｉｎｇ　５ｕ
ｂｂａｎｄ　　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ａｎｄＤ
ｉｓｃｒｅｔｅ　　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　　Ｃｏｄｉｎ
ｇ、　　　ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＷｏｒｋｓｈｏ
ｐ　ｏｎ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｏｆ
　ＨＤＴＶ　１９８８）以下に、上記サブバンド符号化
方式について具体的に説明する。

サブバンド符号化方式の構成を第５図に示す。

１−１は符号器、１−２は復号器である。符号器におけ
る１−３は帯域分割およびダウンサンプリング（間引き
）を行うフィルタ群であり、１−３ａは低域通過フィル
タ、１−３ｂは高域通過フィルタである。

１−４はＤＣＴ符号器、１−５は量子化器、１−６は量
子化レベルに対応して特定のコードを割り付ける可変長
符号化回路である。通常、画像信号の振幅分布を考慮し
て発生頻度の高い量子化レベルの小さいものには短いコ
ード、大きいものには長いコードを対応させておく。１
−７は量子化出力コードを時間多重して伝送符号を得る
ための多重化手段である。

復号器における１−８は各帯域の量子化コードを得るた
めの分離手段、１−９はＤＣＴ復号器、１−１０はコー
トから量子化出力に戻す逆量子化器、１−１１はアップ
サンプリング（補間）および帯域合成を行うフィルタ群
であり、１−１１ａは低域通過フィルタ、１−１１ｂは
高域通過フィルタである。

第５図のように、従来のサブバンド符号化方式では入力
信号を最初に水平（ライン）方向に低域通過フィルタ１
−３ａおよび高域通過フィルタ１−３ｂによって帯域を
２分割し、さらに両帯域信号を垂直方向に２分割するこ
とによって４帯域信号（ここでは水平・垂直共に低域の
信号をＬＬ信号、水平が低域、垂直が高域をＬＨ信号、
垂直が低域、水平が高域の信号をＨＬ倍信号水平・垂直
共に高域の信号をＨＨ倍信号呼ぶ）を得ている。なお、
ダウンサンプリング（間引き）はフィルタ処理と同時に
行う。この内、ＬＬ信号をＤＣＴ符号器１−４によって
フィールド面上でＤＣＴ変換して符号化し、その他の信
号（ＬＨ，ＬＨ，ＨＨ倍信号の量子化は量子化回路１−
５により単純なＰＣＭで量子化した後に可変長符号化回
路１−６によってコード化する。各帯域の符号化信号は
多重化回路１−７によって多重化され伝送路に送出され
る。復号器においては、分離回路１−８によって伝送符
号を各帯域信号に分離し、逆量子化回路１−１０によっ
て量子化信号を復元する。その後、ＬＬ信号については
逆ＤＣＴ回路１−９によってＤＣＴ逆変換する。各帯域
信号は符号器と逆の順序で、最初、垂直方向に低域フィ
ルタおよび高域フィルタを通過させることによって合成
およびアップサンプリング（補間）を行い、次に水平方
向に合成およびアップサンプリング（補間）を行うこと
によって出力信号を得る。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記の各帯域信号に対する符号化は信号の性質
を考慮した最適な符号化方式ではなく、例えばＬＬ信号
についてはフィールド間あるいはフレーム間の相関成分
が残されており、また、ＬＨ信号についてはライン方向
の相関成分が残されており、冗長成分が完全に除去され
ていない。このため、ビットレートの十分な低減が図れ
ないという欠点があった。

本発明の目的は、サブバンド符号化方式において、その
特長を最大限に活用すること、すなわち各帯域信号に含
まれている冗長性を可能な限り除去することによって高
品質特性を維持しながらビットレートを低減できるサブ
バンド符号化方式を提供することにある。

（課題を解決するための手段） 上記目的を達成するための本発明の特徴は、画像信号を
水平方向に複数の周波数帯域信号に分割する帯域分割フ
ィルタと、各帯域信号の各々を垂直方向に複数の帯域信
号に分割する帯域分割フィルタとによって入力信号を複
数個の帯域信号に分割し、該複数個の帯域信号を各々個
別のアルゴリズムによって符号化し、水平及び垂直方向
が最も低域の信号（ＬＬ）をフィールド間あるいはフレ
ーム間予測を用いた離散コサイン変換によって符号化し
、水平方向が最も低域で垂直方向が最低域以外の信号（
ＬＨ）をライン上で隣接する画素間の差分を符号化する
差分パルス符号変調によって符号化する画像信号用サブ
バンド符号化方式にある。

（作用） 本発明は、例えば４分割の場合、画像信号を水平方向に
低域および高域の帯域信号に分割する帯域フィルタと、
水平両帯域信号の各々を垂直方向に低減および高域の帯
域信号に分割する帯域分割フィルタとによって入力信号
を４個の帯域信号に分割し、該４個の帯域信号を各々個
別のアルゴリズムによって符号化し、水平および垂直方
向が低域の信号（ＬＬ信号）をフィールド間あるいはフ
レーム間予測を用いたＤＣＴ　Ｃ８敗コサイン変換）方
式によって符号化し、水平方向が低域で垂直方向が高域
の信号（ＬＨ信号）をライン上で隣接する画素間の差分
を符号化するＤＰＣＭ（差分パルス符号変調）によって
符号化することを主要な特徴とする。従来の技術とは、
低域の信号をフィールド間あるいはフレーム間予測を用
いたＤＣＴによって符号化し、水平方向か低域で垂直方
向が高域の信号をライン上で隣接する画素間の差分をＤ
ＰＣＭによって符号化する点が異なっている。

（実施例） 本発明による実施例である符号器構成を第１図に示す。

従来例の第５図と同一のものについては同一番号を付し
た。１−３は帯域分割およびダウンサンプリング（間引
き）を行うフィルタ群であり、１−３ａは低域通過フィ
ルタ、１−３ｂは高域通過フィルタである。２−１は本
発明の一つの特徴であるフィールド内／フィールド間／
フレーム間予測を用いたＤＣＴ符号器であり、２−２は
フィールド内／フィールド間／フレーム間予ｊｌｌＪモ
ードの何れを用いるかを決定するための制御回路、２−
３は１フレーム前の画像信号を記憶するためのメモリ、
２−４は１フイールド前の画像信号を記憶するためのメ
モリ、２−５は１フレーム前の画像信号を水平および垂
直方向に数画素シフト（移動）して出力する動き補償回
路、２−６は予測モードによってフィールド内モードの
場合は零、フィールド間モードの場合はメモリ２−４か
らの信号、フレーム間モードの場合はメモリ２−３から
の信号を選択する切替え回路である。２−７は本発明の
もう一つの特徴であるライン上の隣接するサンプル（画
素）間の差分信号を符号化するＤＰＣＭ符号器、２−８
は同一ライン上の１画素前の信号を記憶するためのメモ
リである。１−５は入力レベルに対応して特定のコード
を割り付ける量子化器、１−６は可変長符号化回路であ
る。通常、画像信号の振幅分布を考慮して第２図に示し
たように、発生頻度の高い量子化レベルの小さいものに
は短いコード、大きいものには長いコードを対応させて
おくことによって統計的に情報量を削減している。ｌ−
７は量子化出力コードを時間多重して伝送符号を得るた
めの多重化手段である。

以下に符号器の動作を説明する。まず、従来の方式と同
様に入力信号を水平（ライン）方向のフィルタによって
帯域を２分割し、さらに両帯域信号を垂直方向に２分割
することによって４帯域信号を得る。このときのフィル
タはＱＭＦ（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｆ
ｉｌｔｅｒ）と呼ばれるフィルタ、あるいは数タップの
非巡回型ディジタルフィルタを用いて容易に実現可能で
ある。次に、４帯域信号の内、ＬＬ信号をフィールド面
上でＤＣＴ変換した後に、フィールド内／フィールド間
／フレーム間予測モード切替えによる適応予測差分信号
を符号化する。ＬＬ信号は水平・垂直方向の低域通過フ
ィルタを通したものであり、ＬＬ信号による映像は元の
画面と相似な映像となっており、時間方向の相関成分か
含まれている。すなわち、元の映像信号と同様に同一場
面では１フイールド前あるいは１フレーム前の映像信号
とは画素値が近似しているという性質がある。本方式は
これを利用するものである。

第３図はその動作を示すための原理図である。

図中、「○、・、☆、★」の印は画素を表している。例
えば、フレームｎのフィールド１におけるｎ＋１ライン
上で☆印の画素４−１を符号化する場合について説明す
る。フィールド内モードの場合は画素値を直接符号化処
理する。フィールド間モードの場合は１フイールド前の
同位置の画素、即ち、ＴＶ信号はラインが連続フィール
ドで交互となるため、フィールド２におけるｎおよびｎ
＋１ライン上の２画素の補間（平均値）である画素値４
−２との差分信号を符号化する。フレーム間モードの場
合、１フレーム前の画素に対して動き成分を補償した位
置、即ち、動きベクトルの位置までシフトした画素４−
３との差分信号を符号化する。

ここで、１フイールド前および１フレーム前の信号はメ
モリ２−３および２−４に記録されている。動きベクト
ルに従って画素の位置をシフトするのは動き補償回路２
−５で行われ、実際にはメモリからのアクセス位置（ア
ドレス）を変更するたけで実現される。

また、予測モードの決定はモード制御回路２−２で行わ
れるが、その方法について説明する。モードはブロック
単位（例えば、８画素×８ライン）に変更する。まず、
符号化するブロック内の電力（画素値の２乗和）を計算
し、これをＰｌとする。次に、前記のフィールド間差分
信号の電力を求め、これをＰ２とする。さらに、予め設
定されている動き補償範囲内の動きベクトルｖ１からＶ
ｎについて各々のベクトル量たけシフトした位置のフレ
ーム間差分信号の電力ＰＶＩ〜ＰＶｎを求める。ＰＬ、
Ｐ２およびＰ　Ｖ　１〜Ｐ　Ｖ　ｎの内、最小値となる
ものを選択し、そのときのモードを使用する。このとき
のモード情報および動きベクトル情報は量子化コードと
共にサイド情報として復号器側に伝送する。なお、以上
は予測モードが３種類について説明したが、この内の２
つのモードのみ（例えばフィールド内／フィールド間）
にすること、あるいは動き補償を用いずに同位置のフレ
ーム間差分信号を用いること等の変更は必要に応じて容
易に実現可能である。また、上記の適応予測差分信号は
ＤＣＴ変換した後に量子化する。

ＤＣＴ変換は従来例と同様の一般的な方法である。量子
化出力信号は逆ＤＣＴ変換した後、モードに応じて予測
信号と加算してフレームメモリ２−３およびフィールド
メモリ２−４に記録する。このように、フィールド間あ
るいはフレーム間の相関を除去すること、により、ＬＬ
信号の符号化効率を向上することが可能である。

４帯域信号の内、ＬＨ信号は水平方向の低域通過フィル
タを通したものであるため、水平方向の相関成分が残さ
れている。このＬＨ信号についてはＤＰＣＭ回路２−７
によって隣接画素間の差分信号を符号化する。即ち、同
一ライン上で１サンプル前の画素をメモリ２−８に記憶
しておき、これとの差分値を量子化する。これにより、
直接ＬＨ信号をＰＣＭで符号化する場合に比較して、大
幅に情報量を削減できる。

その他のＨＬ、ＨＨ信号については従来例と同様に単純
なＰＣＭで量子化する。さらに、各帯域信号の量子化出
力に対して従来例の場合と同様に可変長符号化を行うこ
とにより、符号化効率を向上させる。各帯域信号の符号
化コードおよびサイド情報は多重化回路１−７によって
多重化され、伝送路（復号器側）へ送信される。

参考として、第４図に復号器の構成を示す。

５−１は適応予測復号回路、５−２はＤＰＣＭ復号回路
である。符号器側から送られてきた多重化信号は分離回
路１−８によって各帯域信号およびサイド情報に分離さ
れる。各帯域信号について逆量子化器１−１０によって
量子化信号を復元する。その後、ＬＨ信号はＤＰＣＭ復
号回路５−２によって復号される。即ち、同一ライン上
の１サンプル前の画素値と逆量子化信号とを加算するこ
とによって復号信号を得る。また、ＬＬ信号については
適応予測復号回路５−１によって復号される。即ち、サ
イド情報として送られてきたモード情報および動きベク
トル情報に従って、モード切替え器２−６をフレーム間
モードの場合はフレームメモリ２−４、フィールド間モ
ードの場合はフィールドメモリ２−４、フィールド内モ
ードの場合は零に切替えて、切替え回路出力信号と逆Ｄ
ＣＴ変換回路１−９の出力信号とを加算することによっ
て復号信号を得る。各帯域の復号信号は符号器と逆の順
序で、最初、垂直方向に低域フィルタおよび高域フィル
タを通過させることによって合成およびアップサンプリ
ング（補間）を行い、次に水平方向に合成およびアップ
サンプリング（補間）を行うことによって出力信号を得
る。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、サブバンド符号
化方式において、その特徴を最大限に活用すること、す
なわち帯域信号、特に従来は多くの符号化情報を必要と
していたＬＬ信号およびＬＨ信号に含まれている冗長性
を可能な限り除去することができるため、高品質特性を
維持しながらビットレートを低減することが可能である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるサブバンド符号化方式の符０号器
構成、 第２図は量子化コードの例、 第３図は適応予測の動作原理図、 第４図は本発明によるサブバンド符号化方式の復号器構
成、 第５図は従来のサブバンド符号復号器の構成図である。 １−１・・・符号器、　　　　１−２・・・復号器、１
−３・・・帯域分割フィルタ群、 １−３ａ・・・低域通過フィルタ、 １−３ｂ・・・高域通過フィルタ、 １−４・・・ＤＣＴ変換器１．１−５・・・量子化器、
１−６・・・可変長符号化回路、 １−７・・・多重化回路、　　１−８・・・分離回路、
１−９・・・逆ＤＣＴ変換器、１−１０・・・逆量子化
器、１−１１・・・帯域合成フィルタ群、 １−１１ａ・・・低域通過フィルタ、 １−１１ｂ・・・高域通過フィルタ、 ２−１・・・適応予測符号化回路、 ２−２・・・モード制御回路、 ２−３・・・フレームメモリ、 ２−４・・・フィールドメモリ、 ２−５・・・動き補償回路、 ２−７・・・ＤＰＣＭ符号化回路、 ２−８・・・メモリ、　　　　４−１〜３・・・画素、
５−１・・・適応予測復号回路、 ５−２・・・ＤＰＣＭ復号回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　画像信号を水平方向に複数の周波数帯域信号に分割す
   る帯域分割フィルタと、各帯域信号の各々を垂直方向に
   複数の帯域信号に分割する帯域分割フィルタとによって
   入力信号を複数個の帯域信号に分割し、該複数個の帯域
   信号を各々個別のアルゴリズムによって符号化し、水平
   及び垂直方向が最も低域の信号（ＬＬ）をフィールド間
   あるいはフレーム間予測を用いた離散コサイン変換によ
   って符号化し、水平方向が最も低域で垂直方向が最低域
   以外の信号（ＬＨ）をライン上で隣接する画素間の差分
   を符号化する差分パルス符号変調によって符号化するこ
   とを特徴とする画像信号用サブバンド符号化方式。