JPH05153571A - 予測符号化回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】直交変換を用いて予測符号化処理するときの中
高域での量子化誤差を少なくして画質の改善を図る。 【構成】直交変換を用いたフレーム間予測符号化回路１
０において、直交変換用ＤＣＴ回路１３より出力された
ＤＣＴ係数ｄに対する量子化回路１４と、ＤＣＴ係数ｄ
の単位ブロック内における最小変換係数検出手段３１
と、この最小ＤＣＴ係数ｆとブロック内の各ＤＣＴ係数
ｄの差分をとる減算器３２とが設けられ、この差分のＤ
ＣＴ係数ｇが量子化回路１４で量子化され、量子化され
た差分ＤＣＴ係数ｇと最小ＤＣＴ係数ｆとがマルチプレ
ックスされたのち符号化されるように構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、ビデオ信号などを圧
縮して伝送するディジタル信号伝送システムなどに適用
して好適な予測符号化回路、特にデータ圧縮後の中高域
特性を改善できる予測符号化回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】直交変換手段の１つである離散コサイン
変換手段（ＤＣＴ）を用いた画像の符号化において伝送
すべき情報量を削減するため、直交変換されれた係数を
量子化して伝送されるようになされた予測符号化回路が
知られている。

【０００３】図６は従来の予測符号化回路特に１フレー
ム間の画像データに基づいて予測するフレーム間予測符
号化回路１０の一例を示す。端子１１に供給された画像
信号（ビデオ信号など）ａは減算器１２に供給されて後
述する予測信号ｂから減算される。画像信号ａは予測さ
れる信号であり、予測信号ｂは１フレーム前の画像信号
から現画像信号ａを予測した信号である。

【０００４】画像信号ａから予測信号ｂを減算すること
によって予測誤差信号ｃが出力され、これが直交変換手
段を構成するこの例ではＤＣＴ回路１３において振幅情
報である予測誤差信号ｃが周波数情報に変換される。Ｎ
画素×Ｎライン（Ｎは８程度）を１ブロックとしたとき
には、このブロックを単位として直交変換処理が行なわ
れる。ＤＣＴ回路１３より出力された８×８個の直交変
換係数（ＤＣＴ係数）ｄは量子化回路１４で非線形量子
化処理が行なわれる。

【０００５】直交変換の場合、その変換係数ｄの電力は
次数の低い周波数成分に集中しやすく、しかも人間の視
覚特性が高い周波数で低下することが知られている（例
えば、「離散コサイン変換（ＤＣＴ）に関する一考察」
電子情報通信学会論文誌、１９８８年１０月 Ｖｏｌ．
Ｊ７１−Ｂ）。この人間の視覚特性をも考慮しながら、
低次側の量子化ステップ幅を小さく、高次側の量子化ス
テップ幅を大きくすることで量子化処理と同時にデータ
の圧縮処理が行なわれる。端子１５に出力された量子化
後のＤＣＴ係数ｅは符号器（図示しない）で符号化され
て伝送信号となされる。

【０００６】量子化されたＤＣＴ係数ｅは予測信号ｂを
生成するのにも使用される。そのため、このＤＣＴ係数
ｅは逆量子化回路１６において量子化する前のＤＣＴ係
数ｄ′（ｄに近いがｄではない）に戻され、その後逆Ｄ
ＣＴ回路（ＩＤＣＴ）１７において予測誤差信号ｃ′
（ｃに近い）に戻される。この予測誤差信号ｃ′は予測
器２０で生成された予測信号ｂと共に加算器１８に供給
されて予測される信号つまり１画素前の画像信号ａ′
（ａに近い）が求められる。この画像信号ａ′は予測器
２０に供給されて次の画像信号に対する予測信号ｂが生
成される。

【０００７】予測器２０は周知のように１フレームの遅
延回路（若しくはメモリ）２１と１フレーム遅延された
画像信号ａ′が供給される動き補償回路２２と、予測係
数を算出するための動きベクトル検出回路２３とで構成
される。動きベクトル検出回路２３には画像信号ａが入
力され、動き補償回路２２ではこの動きベクトルに応じ
て予測係数が算出されて入力画像信号ａに乗算される。
乗算結果が予測信号ｂとして使用される。

【０００８】量子化回路１４では上述したような非線形
量子化が行なわれる。そのため、この量子化回路１４に
は単位ブロックの各次数に対する重み付け係数として図
７Ｂに示すような割り当てビット情報（ビット数）が供
給される。

【０００９】図７を使用してこの非線形量子化方法を説
明する。同図Ａは予測誤差信号ｃを９ビットで構成した
ときの予測誤差振幅が「５」であるときの単位ブロック
内におけるＤＣＴ係数の一例である。ここに、低次は低
域成分側であり、高次にいくにしたがってその周波数成
分が高くなる。

【００１０】同図Ｂに示す割り当てビット数は、ＤＣＴ
係数の上位何ビットまでを使用して量子化するかを示す
もので、図の例は低域成分を重視した割り当て方であ
る。そして、例えばそのブロック内に示された画素ｒ
（直流成分）の割り当てビット数「９」は対応する次数
のＤＣＴ係数ｄの上位９ビットまで使用して量子化する
ことであるから、その場合には同図Ｃのように量子化後
であってもＤＣＴ係数ｅは「４８」のままである。

【００１１】これに対して、画素ｓ（水平、垂直とも最
高次数で、最高周波数を示す）の割り当てビット数
「２」は、対応する次数のＤＣＴ係数ｄの上位２ビット
まで使用して量子化されることを意味するので、この場
合にはＤＣＴ係数「５」は「０」に量子化される（同図
Ｃ）。したがって、量子化後のＤＣＴ係数ｅは同図Ｃの
ようになる。

【００１２】このような割り当てビット数を基準にして
非線形量子化すると、特に中高域の周波数領域での符号
化すべき情報量が削減されるため、全体として情報量の
圧縮が可能になる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】ところで図７に示す量
子化方法によれば、非線形量子化によって圧縮された画
像データは、復号系において元のＤＣＴ係数に逆変換さ
れるものであるが、その逆量子化処理では、量子化後の
ＤＣＴ係数に対して、割り当てビット数によって削減し
たビット数分だけその最下位ビット側に論理「０」を付
加して逆量子化するものであるから、図７ＤのようなＤ
ＣＴ係数ｄ′となる。

【００１４】したがって、元のＤＣＴ係数ｄ（図７Ａ）
と復号したＤＣＴ係数ｄ′（同図Ｄ）とでは、同図Ｅに
示すような量子化誤差が残る。量子化誤差は中域周波数
から高域周波数にかけて顕著である。量子化誤差は再現
画像のノイズとなって表れる。特に、図６のように予測
誤差信号ｃに対してＤＣＴ処理を行なう場合には、ＤＣ
Ｔ係数ｄの低次への集中性が低下し、高域成分が増加す
るため情報量削減のために粗く量子化した場合の画像の
劣化が著しい。

【００１５】そこで、この発明はこのような従来の課題
を解決したものであって、予測誤差信号ｃに対してＤＣ
Ｔ処理を行なう場合であっても、特に中域から高域に至
るまでの周波数領域に対する劣化が少なくなるようにし
て画質の改善を図った予測符号化回路を提案するもので
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の課題を解決するた
め、この発明においては、直交変換を用いた予測符号化
回路において、直交変換回路より出力された直交変換係
数に対する量子化回路と、上記直交変換係数の単位ブロ
ック内の最小ＤＣＴ係数検出手段と、この最小ＤＣＴ係
数と上記ブロック内の各直交変換係数の差分をとる差分
回路とが設けられ、この差分の直交変換係数が上記量子
化回路で量子化されるようになされたことを特徴とする
ものである。

【００１７】

【作用】ＤＣＴ係数の分布は図５のような曲線となるの
で、ＤＣＴ係数ｄのうち最小ＤＣＴ係数ｆを求め、この
最小ＤＣＴ係数ｆを足切り係数として元のＤＣＴ係数ｄ
との差分を求める。図３Ａの例では最小ＤＣＴ係数ｆが
「５」であるからその差分のＤＣＴ係数ｇは同図Ｂとな
り、この差分ＤＣＴ係数ｇに対して割り当てビット数に
より量子化が行なわれる（同図Ｄ）。量子化後のＤＣＴ
係数ｈと最小ＤＣＴ係数ｆとがマルチプレクスされた状
態で符号化される。

【００１８】復号系では、量子化された差分ＤＣＴ係数
ｈが逆量子化されるが、この逆量子化したのちこれに最
小ＤＣＴ係数ｆが加算され、加算後のＤＣＴ係数ｄ″が
復号されたＤＣＴ係数として利用される。最小ＤＣＴ係
数ｆを加算した状態の逆量子化後のＤＣＴ係数ｄ″の一
例を図３Ｅに示す。

【００１９】したがって、量子化誤差は同図Ｆのように
少なくなり、特に中域から高域にかけてその量子化誤差
が少なくなっている。図７Ｅと比較すれば中高域の改善
状態が一目瞭然である。

【００２０】

【実施例】続いて、この発明に係る予測符号化回路の一
例をビデオ信号のディジタル処理系に適用した場合に付
き図面を参照して詳細に説明する。

【００２１】図１はこの発明を適用したフレーム間予測
符号化回路１０の一例であるが、説明の便宜上まず図３
以下を参照して本発明の概要を説明する。

【００２２】以下説明する例でも、８×８のブロックを
単位ブロックとしてＤＣＴ処理が行なわれる場合を考え
る。ＤＣＴ係数ｄは図３Ａに示すように６４個とし、そ
れぞれ符号ビットを除き９ビットでＤＣＴ係数が表わさ
れているものとする。

【００２３】ＤＣＴ係数ｄを図４に示すように低次から
高次方向にジグザグスキャンして８×８の単位ブロック
に並べ替えてみると、図２ＡのようなＤＣＴ係数の配列
となる。これは入力画像に大きな動きがある場合などに
よくみられる分布である。

【００２４】この同図Ａに示すＤＣＴ係数ｄに対してこ
の発明ではそのうちで最小のＤＣＴ係数ｆが検出され、
検出されたこの最小ＤＣＴ係数ｆ（図では「５」）を足
切り係数としてＤＣＴ係数ｄとの差分を求める。ＤＣＴ
係数ｄの分布曲線に注目すると図５Ａのようになってい
るから、差分ＤＣＴ係数ｇは同図Ｂのようになる。

【００２５】同図Ｂに示す差分ＤＣＴ係数ｇに対して割
り当てビット数（同図Ｃ）に基づいた非線形量子化処理
が行なわれる。量子化された差分ＤＣＴ係数ｈ（同図
Ｄ）と最小ＤＣＴ係数ｆとがマルチプレックスされた状
態で符号化処理が施される。つまり、差分ＤＣＴ係数ｇ
のみならず最小ＤＣＴ係数ｆまでも復号系に伝送され
る。

【００２６】復号系では、先ず差分ＤＣＴ係数ｇに基づ
いて逆量子化され、これに最小ＤＣＴ係数ｆが加算され
たものが逆量子化されたＤＣＴ係数として使用される。
図３Ｅがこの最小ＤＣＴ係数ｆを加味したＤＣＴ係数
ｄ′を示す。最小ＤＣＴ係数ｆを加味したこのＤＣＴ係
数ｄ′と元のＤＣＴ係数ｄとを比較すると、同図Ｆに示
す量子化誤差となる。

【００２７】この量子化誤差にあっては、直流成分およ
び最高周波数成分に対する量子化誤差はゼロである。ま
た、中域から高域に至る周波数領域でも量子化誤差が従
来（図７Ｅ）よりも小さくなっており、中高域での周波
数特性が大幅に改善されていることが判る。このように
単位ブロック内での最小ＤＣＴ係数ｆを用いて差分をと
りながら、この最小ＤＣＴ係数ｆを用いて復号すること
によって中高域領域での周波数特性を改善できる。

【００２８】図１はこの発明の一例であるフレーム間予
測符号化回路１０の具体例を示す。この例においてもフ
レーム間の予測符号化であるから、図６に示す構成と同
一の部分には同一の符号を付しその説明は省略する。

【００２９】この例ではＤＣＴ回路１３より出力された
ＤＣＴ係数に対してその最小値を検出するため最小変換
係数検出回路３１が設けられ、単位ブロック内での最小
ＤＣＴ係数ｆが検出される。検出された最小ＤＣＴ係数
ｆは差分回路として機能する減算器３２に供給されてＤ
ＣＴ係数ｄとの差分が求められ、この差分ＤＣＴ係数ｇ
が量子化回路１４で非線形量子化される。量子化回路１
４には上述したように割り当てビット数が供給される
が、この割り当てビット数はＲＯＭなどにテーブル化さ
れて収納され、順次そのデータｍがリードされる。量子
化回路１４における非線形量子化処理として本例では、
（９−ｍ）ビットのシフト演算処理が行なわれる。

【００３０】量子化された差分ＤＣＴ係数ｈが可変長符
号化回路３３において可変長符号化が行なわれる。そし
て、この可変長符号化された差分ＤＣＴ係数ｇと最小Ｄ
ＣＴ係数ｆとがマルチプレックス回路３４においてマル
チプレックスされる。

【００３１】一方、量子化された差分ＤＣＴ係数ｈは逆
量子化回路３６に供給されて差分ＤＣＴ係数ｇ′（ｇに
近い）に戻され、これがさらに加算器３７において最小
ＤＣＴ係数ｆと加算されてＤＣＴ係数ｄ′（ｄに近い）
が得られる。このＤＣＴ係数ｄ′が算出された後の処理
は図６の場合と同様なのでその説明は省略する。

【００３２】図２は差分ＤＣＴ係数ｇを量子化したとき
に使用される復号器４０の一例を示す。同図において、
端子４１には差分ＤＣＴ係数ｇと最小ＤＣＴ係数ｆとが
マルチプレックスされた符号化信号ｏが入力される。こ
の符号化信号ｏは伝送系を経ている場合やＶＴＲ再生系
を経ている場合などが考えられる。

【００３３】符号化信号ｏはデマルチプレックス回路４
２で差分ＤＣＴ係数ｇと最小ＤＣＴ係数ｆとに分離さ
れ、差分ＤＣＴ係数ｇは逆可変長復号器４３を経て逆量
子化回路４４に供給されることによって差分ＤＣＴ係数
ｇに戻される。そして、この差分ＤＣＴ係数ｇと最小Ｄ
ＣＴ係数ｆとが加算器４５で合成されてＤＣＴ係数ｄ″
（ｄに近い）が再現され、これが逆ＤＣＴ回路（ＩＤＣ
Ｔ）などによって構成されたフレーム間予測復号器４６
に供給されて画像信号ａ″（ａに近い）が再現される。

【００３４】上述において、フレーム間予測は一例であ
り、画素間予測やそのほかの手段を用いることができ
る。直交変換手段としてはＤＣＴに限らない。割り当て
ビット数も一例に過ぎない。

【００３５】

【発明の効果】以上のように、この発明に係る予測符号
化回路では、直交変換係数を量子化する際、そのブロッ
ク内の最小変換係数と、各変換係数との差分を量子化
し、これを最小変換係数と共に伝送するようにしたもの
である。

【００３６】これによれば、特に中高域での量子化誤差
が少なくなるために中高域での周波数特性が大幅に改善
され、高品質な画像を再現できる特徴を有する。また、
差分変換係数の量子化後の情報量は従来における量子化
後の情報量よりも少なくなっているから、差分変換係数
の他に最小変換係数を同時に伝送してもトータルの情報
量はそれほど増えないので、伝送レートが劣化すること
もない。

【００３７】したがって、この発明は上述したようにＶ
ＴＲなどのディジタル信号処理系に適用して極めて好適
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る予測符号化回路の一例を示す系
統図である。

【図２】予測復号化回路の一例を示す系統図である。

【図３】この発明による量子化方法の概念を説明するた
めの図である。

【図４】ＤＣＴ係数に対するスキャンの例を示す図であ
る。

【図５】ＤＣＴ係数の分布曲線の一例を示す図である。

【図６】従来のフレーム間予測符号化回路の系統図であ
る。

【図７】従来の量子化方法の概念を示す図である。

【符号の説明】

１０ フレーム間予測符号化回路 １３ ＤＣＴ回路 １４ 量子化回路 ２０ 予測器 ３１ 最小変換係数検出回路 ３３ 可変長符号器 ３４ マルチプレックス回路 ３６ 逆量子化回路 ３８ 逆ＤＣＴ回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 直交変換を用いた予測符号化回路におい
   て、 直交変換回路より出力された直交変換係数に対する量子
   化回路と、 上記直交変換係数の単位ブロック内における最小変換係
   数検出手段と、 この最小変換係数と上記ブロック内の各直交変換係数の
   差分をとる差分回路とが設けられ、 この差分の直交変換係数が上記量子化回路で量子化され
   るようになされたことを特徴とする予測符号化回路。