JPH04329794A - 画像情報の符号化方法及び符号化装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はテレビジョン信号等の画
像情報を画質を落とすことなく情報量を削減して圧縮す
る画像情報の符号化方法及び符号化装置に関し、特に映
像信号等の形で与えられる画像情報をデジタル化して処
理を行うもので、複合映像信号もしくは１つの輝度信号
と２つの色情報で変調された１つの色信号を入力とし、
色信号の復調軸を最適化して画像情報の圧縮を行うよう
にした画像情報の符号化方法及び符号化装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】近年、デジタル処理の技術は急激な進歩
を遂げており、従来盛んに行われていた音声信号のデジ
タル化に引き続き、画像情報のデジタル化が行われてい
る。これは、従来のデバイス技術では、スピードの点で
音声信号のような低レートの処理しかできなかったもの
が、技術的進歩により、映像信号を扱い得る技術レベル
に達したことによる。

【０００３】デジタル化によるメリットは多く、音声情
報の分野では、ＣＤを始めとする機器にデジタル化の技
術が生かされ、アナログのレコードを完全に駆逐するに
至っている。

【０００４】一方映像信号のデジタル化についても、周
辺技術の進歩に伴い、盛んに行われようとしている。し
かしながら問題がない訳ではなく、音声のデジタル化の
際と同様に、デジタル化により、情報の量が極端に増大
し、デジタル情報をそのままの形で、伝送，蓄積を行う
ことは、困難を伴うことが多い。

【０００５】このことは音声データの時にも当てはまり
、特に伝送系では、何らかの圧縮操作を行っている。 映像信号の場合には情報量は更に多く、何らかの形での
情報の圧縮が必要となっている。特に特定用途（業務用
）ではなく一般民生分野では、圧縮技術が必須になると
もいえる。

【０００６】画像の圧縮技術としては、いろいろな方式
が開発されているが、本発明に係る、いわゆる映像信号
に関する分野では、ベクトル量子化，直交変換，ＤＰＣ
Ｍなどを中心とする技術が確立されつつある。映像信号
の符号化（圧縮）においては、複合映像信号（コンポジ
ット信号）の形式で処理を行うもの（コンポジット符号
化）と、輝度信号と色信号（コンポーネント信号）に分
割し、処理を行うもの（コンポーネット符号化）等があ
るが本発明は後者のコンポーネント符号化に関するもの
である。

【０００７】図１０，図１１は従来の典型的な動画像の
符号器のブロック図である。この例では、画像入力（１
００）を受けて、符号化出力（５００）を得る構成を示
している。説明の都合上、入力は画像入力としているが
、これらは、厳密には、次のように考える。

【０００８】コンポジット符号化方式の場合には、画像
入力として、複合映像信号を用い、コンポーネント符号
化方式の場合には、輝度信号と色信号を用いる。また、
輝度信号と色信号の処理については１個の符号化器を用
い、輝度信号の処理に続き２つの色信号の処理を時系列
順に行う場合と、２組，または３組の符号化器を用い、
それぞれの符号化器の入力として輝度信号及び色信号を
与える方式がある。

【０００９】輝度信号も、色信号も、処理上の動作は同
一であるので、ここでは、本発明の説明上必要となる、
色信号の処理について従来例を説明する。

【００１０】図１０及び図１１に示す従来の典型的な符
号化器は、前処理器１，予測誤差発生器２，離散コサイ
ン変換器（以下「ＤＣＴ」という）等の直交変換器３，
量子化器４，符号割り当て器５，バッファ６，逆量子化
器７，逆離散コサイン変換器（以下「逆ＤＣＴ」という
）等の逆変換器８，局部複合器９，フレーム間／フレー
ム内予測器１０，色信号増幅器１１，色同期回路１２，
＋９０°移相回路１３，Ｂ−Ｙ軸復調器１４，Ｒ−Ｙ軸
復調器１５，Ａ／Ｄコンバータ１６，Ａ／Ｄコンバータ
１７，Ｙ／Ｃ分離回路１８より構成される。

【００１１】図１０において、色信号増幅回路１１には
画像入力（１００）を受けてＹ／Ｃ分離回路１８で分離
した色信号（２００）が入力され、この色信号（２００
）は適当なレベルに増幅された後、Ｒ−Ｙ軸復調器１５
及びＢ−Ｙ軸復調器１４に入力される。色信号増幅器１
１は色信号を増幅すると共に、バースト信号を分離し、
該バースト信号を色同期回路１２に入力する。色同期回
路１２では、色信号の復調に必要な基準位相をもった信
号が発生される。この信号はＢ−Ｙ軸復調器１４に入力
される共に、＋９０°移相器１３に入力され、位相がシ
フトされる。

【００１２】＋９０°移相器１３からの位相シフトされ
た色同期信号はＲ−Ｙ軸復調器１５に入力される。Ｂ−
Ｙ軸復調器１４は色信号増幅器１１からの色情報と色同
期回路１２からの色同期信号より成る２つの入力信号を
もとに、色情報であるＢ−Ｙ情報を出力する。同様に、
Ｒ−Ｙ軸復調器１５は色信号増幅器１１からの色情報と
＋９０°移相器１３からの＋９０°移相した色同期信号
より成る２つの入力信号より上記Ｂ−Ｙ情報とは移相が
９０°異なるＲ−Ｙ情報を出力する。上記両色差情報Ｂ
−Ｙ，Ｒ−ＹはそれぞれのＡ／Ｄコンバータ１６，１７
に入力され、デジタル信号に変換されて、２つの色情報
（３００），（３０１）として導出される。通常このデ
ジタル信号に変換された色情報（３００），（３０１）
は１エレメントあたり、８ビットの情報を持つ。

【００１３】図１０において、上記のようにして得られ
た２つの色情報（３００），（３０１）は図１１におけ
る前処理器１の入力（４００）として使用される。図１
０において（ｂ）に示す符号化器への入力（４００）と
図１０の出力である２つの色情報（３００），（３０１
）は相互に接続されていないが、Ａ／Ｄ変換器１６ある
いは１７のいずれか一方の色情報（３００）あるいは（
３０１）を接続した後、時系列的にもう一方の色情報（
３０１）あるいは（３００）を処理する場合と、図１１
に示す符号化器をもう１組用意し、２つの色情報（３０
０），（３０１）を並列に処理する場合がある。

【００１４】並列処理を行う場合は、図１１に示す符号
化器を２個用い、図１０に示すＡ／Ｄコンバータ１６，
１７の出力にそれぞれ接続すればよく、時系列的に処理
する場合は、図１１に示す符号化器を１個用い、該符号
化器を制御回路（図示せず）により、選択的にＡ／Ｄコ
ンバータ１６，１７に接続するようにすればよい。いず
れの場合も、図１１の符号化器の動作は同一である。

【００１５】図１１においてＡ／Ｄコンバータ１６，１
７の出力（３００），（３０１）は前処理器１に入力さ
れ、必要に応じて、サブサンプリングや毎秒のフレーム
数の制限を行い、符号化すべき画素（情報）の量を限定
する。前処理器１により適当な情報量となった情報は予
測器２に入力され、予測誤差を出力する。

【００１６】予測誤差は離散コサイン変換器（ＤＣＴ）
３に入力され、直交変換を受けた後、量子化器４により
量子化され、符号割り当て器５により、符号化され、バ
ッファ６を経て符号化出力となる。

【００１７】以上の動作により、前処理器１の入力時点
と比較して、データの圧縮が行われる。圧縮されたデー
タは、バッファ６で伝送線の転送レート、または記録機
の記録レートに応じた信号スピードで符号化され、出力
信号として導出される。一方、量子化器４の出力は符号
割り当て器５に出力されると共に、逆量子化器７に入力
され、量子化と全く逆の操作により、直交変換データに
戻された後、逆変換器８により、直交変換器３と全く逆
の動作を行い、局部複合器９に入力される。局部複合器
９のもう一方の入力には、フレーム間／フレーム内予測
器１０で予測された信号が入力され、局部複合出力とな
り、この局部複合出力は上記フレーム間／フレーム内予
測器１０に入力される。すなわち、フレーム間／フレー
ム内予測器１０，局部複合器９はループ回路を形成して
いる。

【００１８】また、バッファ６は符号化出力を一定レー
ト化する働きをもち、バッファに蓄積されたデータの量
により、その量が多いときには、オーバーフローを防ぐ
働きとして、符号割り当て器５，量子化器４，前処理器
１などを制御し、符号化出力の定レート化を行う。例え
ば、前処理器１では、必要に応じて、入力データのサブ
サンプルやこま落としなどを行い、データ量を削減し、
量子化器４では閾値制御を行う。以上の動作により、映
像情報の色信号が符号化される。映像情報の輝度信号に
ついても同様の動作で符号化することができる。

【００１９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の符号化装置
においては、符号化出力のデータ量を一定以下にするた
め、符号化される画質が複雑な画面の時には、その解像
度を低下させたり、画面のこま落としを行うなど、画質
を低下させる処理を行っている。すなわち、画質とデー
タの量は基本的にトレードオフの関係にあり、画質を向
上させようと思えばデータ量が多くなり、圧縮度を上げ
てデータ量を減らそうと思えば画質が劣化する。従って
、画質を劣化させることなくデータ量を減らすことがで
きないという問題があった。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題を解
決するため、異なる色情報より成る色信号を入力し、こ
の入力された色信号を互いに直交関係となる２つの色情
報に復調し、この２つの色情報を量子化する画像情報の
符号化方法において、上記２つの色情報の量子化ビット
数の合計を低減する最適な復調軸を選択し、この選択し
た復調軸に関する情報を画像情報の符号化に際して付加
するようにした構成にする。

【００２１】また、異なる色情報より成る色信号を入力
する入力手段と、該入力手段より入力された異なる色情
報の直交する復調軸が互いに異なる複数の直交する復調
軸を持つ色復調手段と、復調軸が直交する２つの色情報
の量子化ビット数の合計が低減されるような復調軸を持
つ上記色復調手段を選択する選択手段と、データ量が削
減された色情報を符号化する符号化手段とを設けた構成
にする。

【００２２】

【作用】上記の構成によれば、色情報の復調に際し、復
調軸の位相を変化させながら復調軸を変えて復調を行い
直交関係にある２つの色情報の量子化ビット数の合計が
最小となる情報量の少ない復調軸による出力を選択し、
色情報の処理を行わせるようにすると共に、復調に使用
した復調軸の情報を符号化に際して併せて付加させるよ
うにするので前処理回路１に入力される色情報のデータ
量自体を削減し、符号化出力の情報量の効果的な削減を
確実に行うことができる。

【００２３】

【実施例】以下本発明の一実施例を図１乃至図９を用い
て詳細に説明する。図１は本発明に係る実施例のブロッ
ク図である。同図において右側半分の点線枠で示す符号
化器７０は従来技術の項で述べた図１１に示す符号化器
と基本的構成において同一である。また左側半分に示し
た部分のうち、点線で囲んだ色復調ブロック３１，３２
，・・・，３８はそれぞれ同一の構成をとっており、そ
の構成は図２に示す通りである。

【００２４】図１に示す本発明の実施例は前処理器１，
予測誤差発生器２，ＤＣＴ等の直交変換器３，量子化器
４，符号割り当て器５，バッファ６，逆量子化器７，逆
変換器８，局部複合器９，フレーム間／フレーム内予測
器１０，色復調ブロック３１，３２，・・・，３８（３
３〜３７は図示省略）第１復調出力選択器４１，第２復
調出力選択器４２，復調情報比較器４３，第１量子化ビ
ット数選択器４４，第２量子化ビット数選択器４５，Ａ
／Ｄ変換器４６，４７より構成される。

【００２５】図２は色復調ブロック３１，３２，・・・
３８の構成を示すものであり、第１軸復調器５１，第２
軸復調器５２，＋９０°移相器５３，＋１１．２５°移
相器５４，第１の復調出力範囲検出器５６，第２の復調
出力範囲検出器５５，加算器５７より構成される。

【００２６】また色信号６１，色同期信号入力６２，移
相色同期信号出力６３，第１復調出力６４，第２復調出
力６５，復調情報量出力６６，第１の量子化ビット数出
力６７，第２の量子化ビット出力６８を入出力としても
つ。

【００２７】図１に示す各色復調ブロック３１，３２，
・・・，３８はそれぞれ図２に示す色復調ブロックより
成っており、各入出力信号の接続状態は以下の通りであ
る。色信号入力６１は各色復調ブロック３１，３２，・
・・，３８の色信号入力端子に共通に供給される。色復
調ブロック３１の色同期信号入力６２−１には色同期信
号６２が入力され、＋１１．２５°移相器５４より移相
色同期信号出力６３−１として、＋１１．２５移相され
た色同期信号６３が出力される。この移相色同期信号出
力６３−１は色復調ブロック３２の色同期信号入力６２
−２として色復調ブロック３２に供給され、以下同様に
各色復調ブロックの移相色同期信号６３は次段の色復調
ブロックの色同期信号入力６２として供給される。各色
復調ブロック３１，３２，・・・，３８の第１復調出力
６４は第１復調出力選択回路４１に入力され、８つの信
号のうちから１つの信号が選択され出力される。同様に
各色復調ブロック３１，３２，・・・３８の第２復調出
力６５は第２復調出力選択器４２に入力され、８つの信
号のうちから１つの信号が選択される。これらの信号は
Ａ／Ｄコンバータ４６，４７によりデジタル信号に変換
された後、図１の右側に示す符号化器７０の入力となり
、処理される。なお、この部分については、従来技術の
項で述べたのと同様に、復調出力を切り替えて時系列順
に処理してもよいし、符号化器７０を複数使用し、並列
に処理しても良い。

【００２９】次に、図２に示す色復調ブロックの動作に
ついて説明する。色信号入力６１は第１軸復調器５１及
び第２軸復調器５２に入力される。また、色同期信号入
力６２は第２軸復調器の入力となると共に、＋９０°移
相器５３に入力される。第２軸復調器５２は色信号入力
６１と色同期信号入力６２の２つの入力信号をもとに第
２復調出力６５を得る。＋９０°移相器５３では色同期
信号が＋９０°シフトされ、第１軸復調器５１の入力と
なる。第１軸復調器５１は上記第２軸復調器５２と同様
に色信号入力６１と＋９０°移相シフトされた色同期信
号の２つの入力信号をもとに、第１復調出力６４を得る
。第１復調出力６４，第２復調出力６５はそれぞれ第１
及び第２の復調出力範囲検出器５６及び５５により、出
力範囲の広さが求められ、量子化ビット数が得られ、第
１の量子化ビット数出力６７及び第２の量子化ビット数
出力６８となる。

【００３０】上記第１及び第２の量子化ビット数出力６
７，６８は同時に加算器５７に加えられ、復調情報量の
総量が求められ、復調情報量出力６６として導出される
。以上が色復調ブロック３１，３２，・・・，３８の個
々の動作であり、各色復調ブロックの第１復調出力６４
と第２復調出力６５は９０°移相した関係となる。一方
図１における色復調ブロック３１，３２，・・・，３８
の復調出力は第１復調出力６４，第２復調出力６５共に
隣接する色復調ブロック間では１１．２５°移相した関
係になる。

【００３１】図１において、それぞれの色復調ブロック
３１，３２，・・・，３８からの信号は上記したように
第１，第２復調出力選択器４１，４２，復調情報量比較
器４３，第１，第２量子化ビット数選択器４４，４５に
供給される。そして第１復調出力選択器４１，第２復調
出力選択器４２，第１量子化ビット数選択器４４，第２
量子化ビット数選択器４５に入力された各色復調ブロッ
ク３１，３２，・・・，３８からの信号は、復調情報量
比較器４３の出力により選択される。

【００３２】復調情報比較器４３には、色復調ブロック
３１，３２，・・・，３８からの復調情報量出力信号６
６が入力され、この情報をもとにいずれの色復調ブロッ
クからの信号を選択すべきかを制御する信号を導出し、
それぞれの選択器４１，４２，４４，４５に供給して各
選択器の出力を選択する。

【００３３】以上のようにして選択された信号のうち、
第１復調出力選択器４１，第２復調出力選択器４２の出
力信号はそれぞれ、Ａ／Ｄ変換器４６，４７に入力され
、デジタルデータに変換出力される。これらの出力は符
号化器７０における前処理器１の入力となり、従来例の
場合と同様にして、符号化の処理が行われる。一方第１
，第２量子化ビット数選択器４４，４５の出力は図１の
右側に示す符号化器７０に導かれ、符号化に使用される
。

【００３４】次に、本発明による圧縮の原理を色信号と
復調軸の関係を示す図を用いて詳細に説明する。図３は
色情報の復調の説明のための図を示している。同図にお
いて、縦軸はＲ−Ｙ軸であり横軸はＢ−Ｙ軸を示してい
る。図中、閉曲線で示した範囲が色情報の復調出力とし
て得られる範囲であり、この閉曲線内の範囲に色情報が
限定されていることを示している。図に示す例では、右
斜め上方向に長い形状を示している。

【００３５】図４は復調軸を変更する際の説明のための
図であり、図に示すＡ軸Ｂ軸が目的とする復調軸を示し
ている。この図をもとに、復調軸を変化させたのが、図
５である。図５においては、横軸が図４のＡ、縦軸が同
Ｂに相当し、座標を回転させたことに相当する。以上の
図から分かるように、図３，図４の状態では色情報の復
調出力が縦軸横軸方向共に比較的大きな範囲にまたがっ
ているのに比較して、図５では、縦軸方向の分布範囲が
狭くなっていることがわかる。図に示す例では、縦方向
は縦軸スケールの半分以内に収まっており、アナログデ
ータをデジタルデータに変換する際に、通常のビット数
の半分で良いことが分かる。

【００３６】本発明は以上の原理を利用し、符号化器に
入力する以前の段階での情報量の削減を行い効率の良い
符号化を実現しようとするものである。図９（ａ）は復
調する軸の説明であり、図１に示した本実施例では１１
．２５°ずつ、移相した合計で８種類の復調軸を用意し
、それぞれの復調軸での復調データの様子により最適な
復調軸を選択し、使用するものである。同図において、
＃０〜＃７はそれぞれの復調軸を示しており、実際の復
調は＃０〜＃７に示す軸と、それに直交する軸で行われ
る。

【００３７】図９（ｂ）はその様子を示す一例で＃４軸
とそれに直交する軸を使用する場合を例示している。図
１に示す色復調ブロック３１，３２，・・・，３８が以
上の動作を行う部分である。図６は図９（ａ）に示す＃
４軸により復調した場合を例示しており、図５に示すＡ
軸による復調に極めて近い結果となっていることが分か
る。すなわち、図６に示す軸で復調を行い、そのデータ
を使用すれば、色情報の内の一方の情報量を１ビット削
減できることになる。

【００３８】以上のようにして情報量の削減を図った色
情報の復調出力は、Ａ／Ｄコンバータ４６，４７でデジ
タル信号に変換された後、従来技術で説明した符号化器
と同様の符号化器７０によって符号化される。すなわち
、前処理器１により適当な情報量となった情報は予測器
２に入力され、予測誤差を出力する。予測誤差は離散コ
サイン変換器等の直交変換器３に入力され、直交変換を
受けた後、量子化器４により量子化され、符号割り当て
器５により、符号化され、バッファ６を経て符号化出力
となる。以上の動作により、前処理器１の入力時点と比
較して、データの圧縮が行われる。圧縮されたデータは
、バッファ６で伝送線の転送レート、または記録機の記
録レートに応じた信号スピードで符号化され、出力信号
として導出される。

【００３９】量子化器４の出力符号割り当て器５に出力
されると共に、逆量子化器７に入力され、量子化と全く
逆の操作により、直交変換データに戻された後、逆変換
器８により、直交変換器と全く逆の動作を行い、局部複
合器９に入力される。局部複合器９のもう一方の入力に
は、フレーム間／フレーム内予測器１０で予測された信
号が入力され、局部複合出力となり、この局部複合出力
はフレーム間／フレーム内予測器１０に入力される。す
なわち、フレーム間／フレーム内予測器１０，局部複合
器９はループ回路を形成する。

【００４０】また、バッファ８は符号化出力を一定レー
ト化する働きをもち、バッファに蓄積されたデータの量
により、その量が多いときには、オーバーフローを防ぐ
働きとして、符号割り当て器５，量子化器７，前処理器
１などを制御し、符号化出力の定レートを行う。例えば
、前処理器１では、必要に応じて、入力データのサブサ
ンプルやこま落としなどを行い、データ量を削減する。 この際、従来例と比較して、入力情報のデータ量（ビッ
ト数）があらかじめ削減されているため、画質の劣化を
伴う情報量の削減を少なくすることができる。すなわち
、色情報の復調軸を色復調ブロックの選択により定め、
かつ復調軸の情報を併せて符号化することにより、サブ
サンプルやこま落としなど、劣化を伴う情報量の削減の
割合を減少させ、従来例に比べて、画質の劣化を少なく
することができる。なお、上記実施例は８種類の復調軸
を用いて行うものを示したが、回路構成を簡単にするた
め選択できる復調軸の数を減らしてもよく、また、情報
の圧縮度を上げるために復調軸の数を増加させてもよい
。

【００４１】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、そ
れぞれの画像の色信号の復調軸を２つの色信号の量子化
ビット数の合計が低減するように選択するので、色復調
出力の情報の圧縮を行うことができ、符号化時における
画質の劣化を伴う、サブサンプル・こま落としなどの情
報量の削減を従来例に比べて少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例のブロック図。

【図２】　　本発明の要部のブロック図。

【図３】　　本発明の動作説明図。

【図４】　　本発明の動作説明図。

【図５】　　本発明の動作説明図。

【図６】　　本発明の動作説明図。

【図７】　　本発明の動作説明図。

【図８】　　本発明の動作説明図。

【図９】　　本発明の動作説明図。

【図１０】　　従来例のブロック図。

【図１１】　　同じく従来例のブロック図。

【符号の説明】

４　　量子化器 ３１，・・・，３８　　色復調ブロック４３　　復調情
報量比較器 ４４，４５　　量子化ビット数選択器 ５１　　第１軸復調器 ５２　　第２軸復調器 ５３　　＋９０°移相器 ５４　　＋１１．２５°移相器 ５７　　加算器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　異なる色情報より成る色信号を入力し
   、この入力された色信号を互いに直交関係となる２つの
   色情報に復調し、この２つの色情報を量子化する画像情
   報の符号化方法において、上記２つの色情報の量子化ビ
   ット数の合計を低減する最適な復調軸を選択し、この選
   択した復調軸に関する情報を画像情報の符号化に際して
   付加するようにしたことを特徴とする画像情報の符号化
   方法。
2. 【請求項２】　　異なる色情報より成る色信号を入力す
   る入力手段と、該入力手段より入力された異なる色情報
   の直交する復調軸が互いに異なる複数の直交する復調軸
   を持つ色復調手段と、復調軸が直交する色情報の量子化
   ビット数の合計が低減されるような復調軸を持つ上記復
   調手段を選択する選択手段と、データ量が削減された色
   情報を符号化する符号化手段とを具備して成る画像情報
   の符号化装置。