JPH05122677A - 映像信号の符号化装置と復号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明はテレビジョン信号をディジタル化し
て伝送、記録する際に情報量を圧縮するために用いられ
るテレビジョン信号の高能率符号化装置に関し、特に、
画像の斜め方向の周波数成分で帯域分割を行って各周波
数帯域に応じた符号化を行うことにより高品質な高能率
符号化装置を提供することを目的とする。 【構成】 アナログの映像信号または正方格子状の標本
点をもつディジタルの映像信号を五の目格子状の標本点
に変換した後に、異なる２つの斜め方向の周波数成分で
帯域分割を行い、視覚的には目立たない斜め方向の周波
数成分については比較的低域成分まで量子化ステップの
粗い符号化を行い、視覚的に重要な水平方向および垂直
方向の周波数成分については比較的高域成分まで量子化
ステップの細かい符号化を行うことにより符号化の効率
をよくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、映像信号をディジタル
化して伝送あるいは記録する際に用いられる映像信号の
符号化装置と復号化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年テレビジョン画像の高画質化が盛ん
にすすめられており、中でも現行のテレビジョン方式と
は全く異なる高品位テレビジョン方式が日本放送協会か
ら提案されている（たとえば、「文献特集高品位テレビ
ジョン」テレビジョン学会誌、第３６巻、第１０号、１
９８２年）。この高品位テレビジョン方式は、現行のテ
レビジョン方式に比べて情報量が約５倍となっている。
そこで、この情報量の多い高品位テレビジョン信号を如
何に効率よく伝送や記録を行うかが重要な課題の一つと
されており、様々な高能率符号化方式が提案されてい
る。

【０００３】従来提案されている有効な符号化方式の一
つに、サブバンド符号化方式がある（たとえば「サブバ
ンド外そう内そう予測符号化方式」テレビジョン学会全
国大会予稿集、ＰＰ４５７〜ＰＰ４５８、１９８９
年）。このサブバンド符号化方式は、ジョンストン氏
（Ｊ、Ｄ、Ｊｏｈｎｓｔｏｎｅ）の提案するクオドラチ
ャ−ミラ−フィルタ（ＱＭＦ）等（たとえばアフィルタ
ファミリデザインドフォアユ−スインクオドラチャ−ミ
ラフィルタバンクス（「Ａ ＦｉｌｔｅｒＦａｍｉｌｙ
ｆｏｒ Ｕｓｅ ｉｎ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｍｉ
ｒｒｏｒ Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｋｓ」）ｉｎＰＲＯ
Ｃ．１９８０アイシ−エ−エスエスピ−（ＩＣＡＳＳ
Ｐ）ＰＰ２９１〜ＰＰ２９４）を用いて、映像信号を異
なる周波数帯域に分割し各周波数帯域ごとに最適な符号
化や量子化を行うものである。

【０００４】図６は、従来のサブバンド符号化方式につ
いて、その構成を示したブロック図である。図６におい
て、映像信号は入力端子１０から入力され、水平方向の
周波数で帯域分割を行う水平分割フィルタ（Ｈ分割フィ
ルタ）１００を通った後に、垂直方向の周波数で帯域分
割を行う垂直分割フィルタ（Ｖ分割フィルタ）１１０、
１２０に入力されて分割され、それぞれの分割された周
波数帯域で符号化を行うための符号化器１５０、１６
０、１７０、１８０を通って、多重化回路２００に加え
られ、符号化された映像信号が出力端子２０から出力さ
れる。以上が符号化装置の構成である。

【０００５】また、同図において、符号化された映像信
号は入力端子３０に入力され、多重分離回路３００を通
った後に、それぞれの周波数帯域ごとに復号化を行う復
号化器３１０、３２０、３３０、３４０に加えられる。
さらに、垂直方向の周波数成分を合成する垂直合成フィ
ルタ（Ｖ合成フィルタ）３５０、３６０を通って水平合
成フィルタ（Ｈ合成フィルタ）３７０で水平方向の周波
数成分で合成された後に、復号化された映像信号として
出力端子４０から出力される。以上が復号化装置の構成
である。

【０００６】以上のように構成された従来の符号化装置
および復号化装置について、以下図６、図７、および図
８を用いてその動作を説明する。ここで、図７は、図６
に示す符号化装置のサンプルパタ−ンであり、図８は図
６における帯域分割の特性について示す図である。ま
た、図６に示される水平分割フィルタ１００と水平合成
フィルタ３７０、および垂直分割フィルタ１１０、１２
０と垂直合成フィルタ３５０、３６０とは、それぞれ、
前述のクオドラチャ−ミラ−フィタ（ＱＭＦ）などで構
成されている。

【０００７】以下、符号化装置についてまず説明する。
図６において、装置の入力端子１０から入力された映像
信号は、水平分割フィルタ１００に送られ、水平周波数
で低域成分（Ｌ）と高域成分（Ｈ）に分割される。分割
された水平周波数の低域成分（Ｌ）と高域成分（Ｈ）
は、それぞれ、垂直分割フィルタ１１０、１２０に送ら
れる。垂直分割フィルタ１１０、１２０は、垂直周波数
で低域成分と高域成分に分割し、符号化器１５０、１６
０、１７０、１８０に送る。ここで、サンプル点の移り
変わりと帯域分割の状態について、図７と図８を用いて
説明する。

【０００８】図６に示す水平分割フィルタ１００や垂直
分割フィルタ１１０、１２０は、ＱＭＦなどで構成され
ており、帯域分割の際にはサンプル点がフィルタの方向
に半分に間引かれる。図７はこのときのサンプル点の移
り変わりついて示したものである。図７（ａ）で示され
る原画像の格子状のサンプル点は、水平分割フィルタ１
００により同図（ｂ）に示されるように水平方向に画素
が半分となり、次に、垂直分割フィルタ１１０、１２０
により同図（ｃ）に示すように垂直方向に画素がさらに
半分となるため、結局帯域分割後のサンプル点は原画像
の１／４となる。また、図８は、このときの帯域分割の
状態について２次元周波数上で示したものであり、帯域
分割は水平方向のフィルタと垂直方向のフィルタで行わ
れるため、図８に示すように、それぞれ水平周波数軸と
垂直周波数軸に平行な直線で分割される。

【０００９】以下、図６を用いて説明する。符号化器１
５０、１６０、１７０、１８０に送られた映像信号は、
ここで符号化が行われる。符号化器１５０、１６０、１
７０、１８０は、それぞれ符号化回路と量子化回路を含
む回路で構成され、それぞれの周波数帯域に適した符号
化特性と量子化特性で符号化される。多重化回路２００
では、符号化器１５０、１６０、１７０、１８０で符号
化された映像信号を時間的に切り換えることにより多重
化を行う。以上の構成により符号化装置が構成され、出
力端子２０からは符号化された映像信号が出力される。

【００１０】次に復号化装置について説明する。図６に
おいて、入力端子３０より入力され符号化された映像信
号は、多重分離回路３００に送られる。多重分離回路３
００では、符号化側で時間的に多重化された各周波数ご
との信号を分離し、復号化器３１０、３２０、３３０、
３４０に送られる。復号化器３１０、３２０、３３０、
３４０は、符号化側における符号化器とは逆の処理を行
うブロックで、復号化回路と逆量子化回路を含む回路で
構成され、符号化側で行われたそれぞれの符号化方式に
したがって、各周波数帯域ごとに復号化が行われる。

【００１１】垂直合成フィルタ３５０、３６０は復号化
器３１０、３２０、３３０、３４０で復号化された各周
波数帯域ごとの映像信号を、それぞれ垂直周波数で周波
数的に合成を行う。こののち、水平合成フィルタ３７０
では、水平周波数で周波数的に合成が行われ、もとの映
像信号が復元されて、出力端子４０から出力される。以
上の構成により復号化装置が構成される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】以上のように構成され
た従来のサブバンド符号化方式では、映像信号を水平周
波数および垂直周波数で複数の周波数帯域に分割し、各
周波数帯域に応じて、適切な符号化を行うもので、回路
構成が簡単で符号化の効率がよく従来より提案されてい
る。しかしながら、このような従来の構成では、帯域分
割を水平周波数と垂直周波数で行うため、２次元周波数
上での帯域分割のパタ−ンが正方格子状となり、斜め方
向の高域周波数成分は視覚的にはあまり目立たない成分
であるにもかかわらず、画像として重要な水平周波数と
垂直周波数ともに低域の成分と同様の符号化を行うこと
になり、充分な符号化効率をとれないという課題を有し
ていた。

【００１３】本発明は、上記課題を解決するもので、帯
域分割のパタ−ンを２次元周波数上で斜め格子状とし、
視覚的に目立たない斜め方向の周波数成分については、
比較的低い成分まで、水平周波数や垂直周波数の高域成
分と同様な量子化ステップの粗い符号化を行うことによ
り、符号化の効率のよい符号化装置と復号化装置を提供
することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の符号化装置では、まず、正方格子状のサンプ
ル点から五の目格子位置のサンプル点を補間により求め
サンプル点を五の目格子状とし、この五の目格子状のサ
ンプル点について２つの斜め方向からそれぞれ順にフィ
ルタを通すことにより映像信号を２次元周波数上で斜め
格子状に帯域分割したのちに符号化を行うようにしたも
のである。また、本発明の復号化装置では、上記のよう
に符号化された映像信号を入力とし、符号化側で分割さ
れた各周波数帯域ごとに復号化したのちに、２つの斜め
方向からそれぞれ順にフィルタを通すことにより各周波
数帯域ごとの信号を合成して五の目格子状のサンプル点
を復元し、さらに、符号化側の初段で補間により求めた
サンプル点のデ−タを間引くことにより原信号を復元す
るようになされたものである。

【００１５】

【作用】本発明は上記した構成により、正方格子状のサ
ンプル点をまず補間により五の目格子位置のサンプル点
を求め、五の目格子状のサンプルパタ−ンとしたのちに
２つの斜め方向から順にフィルタを通すことにより、映
像信号を斜め方向の周波数で帯域分割するもので、視覚
的に目立たない斜め方向の成分については比較的低い成
分まで水平周波数や垂直周波数の高域成分と同様な量子
化ステップの粗い符号化を行うことができ、符号化の効
率を高くできるものである。

【００１６】

【実施例】以下、本発明の一実施例の符号化装置および
復号化装置について図面を参照しながら説明する。図１
は本発明の一実施例の符号化装置および復号化装置の構
成を示すブロック図である。

【００１７】図１において、映像信号は入力端子５０か
ら入力され、正方格子状のサンプル点から五の目格子位
置のサンプル点を補間により求める五の目格子補間回路
４００に送られる。その後、第１の斜め方向の周波数で
帯域分割を行う第１斜め分割フィルタ４１０を通り、さ
らに第１の方向とは異なる第２の斜め方向の周波数で分
割する第２斜め分割フィルタ４５０、４６０に送られ
る。次に、帯域分割された映像信号を符号化するための
符号化器５００、５１０、５２０、５３０を通り、それ
ぞれの符号化器で符号化された信号を時間的に多重する
多重化回路６００に送られる。符号化された映像信号は
出力端子６０から出力される。以上が本実施例の符号化
装置の構成である。

【００１８】また、同図において符号化された映像信号
は、入力端子７０から入力されて多重分離回路７００に
送られ、時間的に多重された信号が分離される。その後
復号化器７１０、７２０、７３０、７４０で各周波数帯
域ごとに復号化が行われる。次に、符号化側での第２斜
め分割フィルタで分割された周波数帯域を再び合成する
第２斜め合成フィルタ８００、８１０を通り、さらに、
符号化側での第１斜め帯域分割フィルタで分割された周
波数帯域を再び合成する第１斜め合成フィルタ８５０に
送られる。最後に、五の目格子間引き回路９００では、
符号化側で最初に行われた五の目格子位置のサンプル点
を間引くことにより、もとの正方格子のサンプル点が復
元され出力端子８０から出力される。

【００１９】以上のように構成された本実施例の符号化
装置および復号化装置について、以下図１、図２および
図３を用いてその動作を説明する。ここで、図２は図１
に示す符号化装置および復号化装置のサンプル点の移り
変わりについてのパタ−ン図であり、図３は図１におけ
る帯域分割について２次元周波数上で示した図である。
また図１において、第１斜め分割フィルタ４１０と第１
斜め合成フィルタ８５０、第２斜め分割フィルタ４５
０，４６０と第２斜め合成フィルタ８００，８１０は、
それぞれサンプルパタ−ン上で同一の方向にフィルタを
施して帯域の分割や合成を行うものであり、前述のクォ
ドラチャ−ミラ−フィルタ（ＱＭＦ）などで構成されて
いる。

【００２０】以下、本実施例の符号化装置についてまず
その動作を説明する。図１において、装置の入力端子５
０より入力された映像信号は、五の目格子補間回路４０
０で正方格子状のサンプル点内における五の目格子位置
のサンプル点を周辺のサンプル点から補間により求め、
サンプルパタ−ンを五の目格子状に変換される。つぎ
に、第１斜め分割フィルタ４１０では、五の目格子状の
サンプル点について斜め方向のフィルタを通すことによ
り、斜め方向の帯域分割を行う。同様に、第２斜め分割
フィルタ４５０、４６０では、それぞれの五の目格子の
サンプル点について第１斜め分割フィルタとは異なる斜
め方向にフィルタを通して帯域分割を行う。

【００２１】ここで、サンプル点の移り変わりについて
図２を用いて説明する。まず、図２（ａ）に示される正
方格子状の原サンプル点は、五の目格子補間回路４００
により、図２（ｂ）に示されるような五の目格子状のサ
ンプル点に変換される。次に、第１斜め分割フィルタ４
１０および第２斜め分割フィルタ４５０、４６０では前
述のＱＭＦの原理により、フィルタ処理の方向にそれぞ
れ半分に間引かれ、図２（ｃ）に示すサンプル点とな
る。図３はこのときの帯域分割について２次元周波数上
で示したもので、図３（ａ）の示す原画像の周波数領域
は、まず、五の目格子補間回路により斜め方向の帯域は
変わらずに、水平方向の帯域と垂直方向の帯域が２倍に
なり、図３（ｂ）の点線で示す帯域となる。次に異なる
２つの斜め方向からのフィルタ処理により図３（ｃ）に
示す帯域分割となる。

【００２２】以下再び図１を用いて本実施例の符号化装
置の説明を続ける。第２斜め分割フィルタ４５０、４６
０で帯域分割された信号は、符号化器５００、５１０で
それぞれの周波数帯域に適した符号化が行われ多重化回
路６００に送られる。多重化回路６００では、符号化さ
れた４系統の信号が時間軸上で多重化され、装置の出力
端子６０より出力される。以上の構成により、本実施例
による符号化装置が構成され、出力端子６０からは斜め
方向の周波数で分割された帯域ごとに符号化された映像
信号が出力される。

【００２３】次に、本実施例の復号化装置について図１
を用いて説明する。図１において、の入力端子７０より
入力された符号化された映像信号は、多重分離回路７０
０に送られる。多重分離回路７００では、符号化側で時
間的に多重化された各周波数帯域の信号を分離し、復号
化器７１０、７２０、７３０、７４０に送られる。復号
化器７１０、７２０、７３０、７４０では、各周波数帯
域ごとに符号化された信号をそれぞれ復号化し、第２斜
め合成フィルタ８００、８１０に送る。第２斜め合成フ
ィルタ８００、８１０は符号化側における第２斜め分割
フィルタ４５０、４６０に対応するもので、符号化側で
第２の斜め方向の周波数で分割された信号がここで再び
合成され第１斜め合成フィルタ８５０に送られる。

【００２４】第１斜め合成フィルタ８５０は、符号化側
における第１斜め分割フィルタ４１０に対応するもの
で、符号化側で第１の斜め方向の周波数で分割された信
号が、ここで再び合成され、五の目格子間引き回路９０
０に送られる。五の目格子間引き回路９００は符号化側
における五の目格子補間回路４００に対応するもので、
符号化側で最初に補間された五の目格子位置のサンプル
点を間引くことにより、元の正方格子上のサンプル点を
復元し装置の出力端子８０より出力する。ここで、サン
プル点の移り変わりについて再び図２を用いて説明す
る。

【００２５】まず、図２（ｄ）に示されるサンプルパタ
−ンのサンプル点は、図１に示す第２斜め合成フィルタ
８００、８１０および第１斜め合成フィルタ８５０によ
り異なる２つの方向からのフィルタ処理が施され、図２
（ｅ）に示すサンプルパタ−ンとなる。この後、図１に
示す五の目格子間引き回路９００により、五の目格子位
置のサンプル点が間引かれて、図２（ｆ）に示すサンプ
ルパタ−ンとなり図２（ａ）に示す原画像のサンプル点
が復元される。以上の構成により、本実施例による復号
化装置が構成され、装置の出力端子８０からは、各周波
数帯域ごとに復号化されたもとの映像信号が復元されて
出力される。

【００２６】以上の実施例では、異なる２つの斜め方向
からの帯域分割を一段とした構成で説明したが、この帯
域分割を画像の水平周波数および垂直周波数ともに低い
成分について再起的に用いてもよい。このような構成で
帯域分割を行った場合の動作について、図４および図５
示す。

【００２７】図４はこのような帯域分割を２段続けて行
った場合のサンプルパタ−ンの移り変わりについて示し
た図であり、図５はこのときの帯域分割のパタ−ンにつ
いて２次元周波数上で示したものである。以下図４及び
図５を用いて本実施例による帯域分割を再起的に追った
場合について説明する。図４（ａ）に示す正方格子状の
サンプルパタ−ンは、１段の斜め帯域分割により図４
（ｂ）に示す五の目格子状のサンプルパタ−ンとなる。
さらに２段目の斜め帯域分割により、図４（ｃ）に示す
正方格子状のサンプルパタ−ンとなる。このときの２次
元周波数上での帯域分割について図５に示す。図５にお
いて外側の正方領域がもとの映像信号の帯域成分で、菱
形の領域が１段目の斜め帯域分割を行ったときの低域成
分であり、さらに内側の正方領域が２段目の斜め帯域分
割を行ったときの低域成分を示す。

【００２８】また、以上の構成では正方格子状のサンプ
ルパタ−ンを入力とし周辺のサンプル点からの補間によ
りサンプルパタ−ンを五の目格子状に変換したのちにフ
ィルタ処理を行ったが、アナログデ−タからディジタル
デ−タに変換する処理を含む場合にはアナログ／ディジ
タル変換時のサンプルパタ−ンをラインオフセットサン
プリングとしてあらかじめ五の目格子状のサンプルパタ
−ンとして斜め方向への帯域分割を行ってもよい。この
場合の映像信号の符号化装置は、アナログの映像信号を
入力とし、このアナログの映像信号を標本化する際にラ
インごとにオフセット標本化を行うことにより五の目格
子状の標本点を得るアナログ／ディジタル変換手段と、
前記アナログ／ディジタル変換手段からの五の目格子状
の標本点について異なる２つの斜め方向からの帯域分割
を行う斜め帯域分割手段を具備した構成となり、また、
映像信号の復号化装置は、五の目格子状の標本点から異
なる２つの斜め方向に帯域分割して符号化された映像信
号を入力とし、前記五の目格子状の標本点について異な
る２つの斜め方向からの帯域合成を行ってそれぞれ標本
点が２倍に内挿される斜め帯域合成手段と、前記五の目
格子状の標本点からアナログの映像信号に変換するディ
ジタル／アナログ変換手段を具備し、前記斜め帯域合成
手段の内挿された出力信号について前記ディジタル／ア
ナログ変換手段によりアナログの映像信号を得る構成と
なる。

【００２９】

【発明の効果】以上の実施例から明らかなように、本発
明による符号化装置および復号化装置では、サンプルパ
タ−ンを斜め格子状にした後に斜め方向のフィルタを通
して帯域分割を行うので、映像信号を斜め方向の周波数
成分で分割することになり、斜め方向の周波数成分につ
いては、比較的低域まで量子化ステップの粗い符号化を
行い、水平方向や垂直方向の周波数成分については、比
較的高域まで量子化ステップの細かい符号化を行うこと
ができるので、視覚的に目立たない斜め方向の高域成分
ついては量子化ビット数を少なくして符号化することが
でき、効率のよい符号化を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の符号化装置と復号化装置の
構成を示すブロック図

【図２】同符号化装置と復号化装置のサンプルパタ−ン
の移り変わりを示すパタ−ン図

【図３】同符号化装置と復号化装置の周波数分割につい
て示したパタ−ン図

【図４】本発明の他のの実施例のサンプルパタ−ンの移
り変わりを示すパタ−ン図

【図５】図４に対応する周波数分割について示したパタ
−ン図

【図６】従来の符号化装置と復号化装置の構成を示すブ
ロック図

【図７】従来の符号化装置と復号化装置のサンプルパタ
−ンの状態を示すパタ−ン図

【図８】従来の符号化装置と復号化装置の周波数分割に
ついて示すパタ−ン図

【符号の説明】

４００ 五の目格子補間回路 ４１０ 第１斜め分割フィルタ ４５０ 第２斜め分割フィルタ ４６０ 第２斜め分割フィルタ ８００ 第２斜め合成フィルタ ８１０ 第２斜め合成フィルタ ８５０ 第１斜め合成フィルタ ９００ 五の目格子間引き回路

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２次元平面上で正方格子状に標本化され
   た映像信号を入力とし、前記正方格子内の五の目格子の
   位置を周辺の標本点から内挿により求め、五の目格子状
   の標本点を得る五の目格子補間手段と、前記五の目格子
   補間手段からの五の目格子状の標本点について異なる２
   つの斜め方向からの帯域分割を行う斜め帯域分割手段を
   具備して構成されたことを特徴とする映像信号の符号化
   装置。
2. 【請求項２】 五の目格子状の標本点から異なる２つの
   斜め方向に帯域分割して符号化された映像信号を入力と
   し、前記五の目格子状の標本点について異なる２つの斜
   め方向からの帯域合成を行って、前記異なる２つの斜め
   方向にそれぞれ標本点が２倍に内挿される斜め帯域合成
   手段と、前記五の目格子状の標本点から五の目格子位置
   の標本点を間引くことにより、正方格子状の標本点を得
   る五の目格子間引き手段を具備し、前記斜め帯域合成手
   段の内挿された出力信号について前記五の目格子間引き
   手段を用いて正方格子状の標本点を得ることを特徴とす
   る映像信号の復号化装置。
3. 【請求項３】 五の目格子補間手段と斜め帯域分割手段
   を再帰的に用いて帯域分割を行った後に符号化を行うこ
   とを特徴とする請求項１記載の映像信号の符号化装置。
4. 【請求項４】 斜め帯域合成手段と五の目格子間引き手
   段を再帰的に用いて原画像の標本点を得るように構成さ
   れたことを特徴とする請求項２記載の映像信号の復号化
   装置。
5. 【請求項５】 アナログの映像信号を入力とし、このア
   ナログの映像信号を標本化する際にラインごとにオフセ
   ット標本化を行うことにより五の目格子状の標本点を得
   るアナログ／ディジタル変換手段と、前記アナログ／デ
   ィジタル変換手段からの五の目格子状の標本点について
   異なる２つの斜め方向からの帯域分割を行う斜め帯域分
   割手段を具備して構成されたことを特徴とする請求項１
   記載の映像信号の符号化装置。
6. 【請求項６】 五の目格子状の標本点から異なる２つの
   斜め方向に帯域分割して符号化された映像信号を入力と
   し、前記五の目格子状の標本点について異なる２つの斜
   め方向からの帯域合成を行ってそれぞれ標本点が２倍に
   内挿される斜め帯域合成手段と、前記五の目格子状の標
   本点からアナログの映像信号に変換するディジタル／ア
   ナログ変換手段を具備し、前記斜め帯域合成手段の内挿
   された出力信号について前記ディジタル／アナログ変換
   手段によりアナログの映像信号を得ることを特徴とする
   請求項２記載の映像信号の復号化装置。