JPH0646403A - マルチレベル信号符号化方法および画像シーケンス統合方法 - Google Patents

マルチレベル信号符号化方法および画像シーケンス統合方法

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JPH0646403A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ビデオ信号のようなマルチレベル信号のセッ
トを符号化する。 【構成】 マルチレベル信号のセットをマルチレベルサ
ブバンド信号からなる複数のセットへとフィルタリング
するステップと、サブバンド信号の第１のセットを符号
化する際に使用するために第１量のビットを割り当てる
ステップと、割り当てられた第１量のビットのうちから
０個以上を使用してマルチレベルサブバンド信号の第１
のセットを符号化するステップと、マルチレベルサブバ
ンド信号の第１のセットを符号化する際に使用されなか
った第１量のビットのうちの０個以上からなる第２量の
ビットを、サブバンド信号の第２のセットを符号化する
際に使用するために割り当てるステップと、割り当てら
れた第２量のビットのうちの０個以上を使用してマルチ
レベルサブバンド信号の第２のセットを符号化するステ
ップとからなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、多値信号の効率的ディ
ジタル符号化に関し、特に、各ビデオフレームに対して
速度が固定されている場合の低速のビデオ信号のディジ
タル符号化に関する。
【０００２】
【従来の技術】高品質、低ビット速度ビデオ符号化は、
現在および将来のネットワークによる電子会議や、ＣＤ
−ＲＯＭ記憶装置のようなアプリケーションに必要であ
る。
【０００３】サブバンドディジタル符号化技術は周知で
ある。（例えば、Ｎ．Ｓ．ジェイヤント、Ｐ．ノル著
「波形のディジタル符号化：その原理と音声およびビデ
オへの応用」（１９８４年）参照。）
【０００４】サブバンド符号化技術は、３次元時空間サ
ブバンド構成における画像符号化に使用されている。こ
れは、Ｇ．カールソン、Ｍ．ヴェタリ「ビデオの３次元
サブバンド符号化」プロシーディングズＩＣＡＳＳＰ
（１９８８年）１１００〜１１０３ページに記載されて
いる。これに記載されている技術は、いわゆる直交ミラ
ーフィルタを使用して時空間周波数バンドまたはサブバ
ンドを生成するために多次元フィルタリングを使用す
る。直交ミラーフィルタは、例えば、Ｊ．Ｄ．ジョンス
トン「直交ミラーフィルタバンドで使用するために設計
されたフィルタ群」プロシーディングズＩＣＡＳＳＰ
（１９８０年）に記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】効率的な低速符号器
は、画像シーケンスのうち知覚的に非重要な成分ととも
に、時間的および空間的相関による冗長性を除去すべき
である。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、人間の視覚系
の知覚基準に基づく動的ビット割当を決定する際に、３
次元サブバンド構成を利用する。これは、個々のサブバ
ンドの相対的重要度、および、サブバンド内の局所空間
領域の重要度の両方によってなされる。以下で、本発明
の３つの実施例を説明する。
【０００７】例えば、本発明の第１実施例では、画像シ
ーケンスは異なる時空間周波数バンドに分離される。時
間相関は、フレーム間のサブバンドデータへの条件付き
補充を使用することによって利用される。サブバンド
が、そのサブバンド内の低信号エネルギー成分によって
測定される知覚的非重要情報のために廃棄されなけれ
ば、条件付き補充がピクセルごとまたはブロックごとに
データに適用される。最低時空間周波数成分に対応する
サブバンドは、サブバンド内に存在する高信号エネルギ
ーのため、および、ビデオデータに対する知覚的重要度
のために、正確に符号化される必要がある。最低時空間
周波数バンドは、一様量子化器でＰＣＭを使用して量子
化される。
【０００８】全信号エネルギーによって測定される知覚
的に重要な上位サブバンドは、幾何学的ベクトル量子化
（米国特許出願第０７／５０３，６５９号（譲受人：Ａ
Ｔ＆Ｔ、出願日：１９９０年４月３日）および本願と同
日の特許出願（整理番号：９３００１３）に記載）、ま
たは、一様量子化器を使用した従来のＰＣＭによって符
号化される。
【０００９】符号化すべき重要上位周波数サブバンドの
領域は、本発明の適応ビット割当方式を使用して選択さ
れる。
【００１０】
【実施例】［Ａ．第１実施例］図１に、一様量子化器ま
たは幾何学的ベクトル量子化によるＰＣＭに基づく条件
付き補充および量子化とともに本発明の適応ビット割当
を使用する画像符号器を示す。同様に、図２に、同じく
本発明の技術に基づく画像復号器を示す。以下で、各シ
ステム要素について個別に説明する。
【００１１】図１は、図形画像の表現、例えばビデオ画
像の順次フレームを示す。この例の画像符号化アプリケ
ーションで使用されるサブバンドフィルタリングは時間
フィルタリングに２タップを使用するため、ブロック３
００の入力信号の２つの連続するフレームを格納するの
が便利であることが分かる。特定例として、画像の各フ
レームは、共通中間フォーマット（ＣＩＦ）として知ら
れる２４０×３６０ピクセルを含む。現在の目的には、
この画像は２５６個までの可能な強度レベルを有するマ
ルチレベル画像とみなすことにする。
【００１２】図１で、ビデオ画像の連続フレームが、サ
ブバンド分析フィルタブロック３００に送られる（図３
の説明で詳述する）。ここで、画像の時空間周波数成分
は、時間フィルタリングには２タップハールフィルタを
使用し、空間フィルタリングには、１０タップ１次元直
交ミラーフィルタ（ＱＭＦ）を使用して生成される。後
者のような型のフィルタは、Ｊ．Ｄ．ジョンストン「直
交ミラーフィルタバンクで使用するために設計されたフ
ィルタ群」プロシーディングズＩＣＡＳＳＰ（１９８
０）に記載されている。
【００１３】本発明の典型的な実施例では、サブバンド
構成は、図３のように、１１個の時空間周波数バンドか
らなる。サブバンドフィルタの特定の選択を除いて、こ
れは、Ｇ．カールソン、Ｍ．ヴェタリ「ビデオの３次元
サブバンド符号化」プロシーティングズＩＣＡＳＳＰ
（１９８８年）に記載されている。ＨＰおよびＬＰの語
はそれぞれ高域通過フィルタおよび低域通過フィルタを
意味し、ｔ、ｈ、およびｖはそれぞれ時間、水平および
垂直フィルタリングを表す。
【００１４】信号エネルギー内容が、一般的に低いサブ
バンドは、再構成画像シーケンスの重大な劣化を引き起
こすことなく廃棄される。残りのサブバンドは、時間相
関、および、一様量子化器（例えば、ジェイヤント、ノ
ル著の前掲書に記載されたもの）または幾何学的ベクト
ル量子化（例えば、前記引用の特許出願に記載されたも
の）によるＰＣＭを利用して、条件付き補充を使用して
符号化される。
【００１５】最高の時空間周波数サブバンドは、その全
体的知覚非重要性によって、廃棄される。上記の特定方
式では、図３で９〜１１とラベルされたサブバンドは、
重大な画像品質歪みを引き起こすことなく廃棄される。
一般に、ビット速度、求める品質、およびサブバンド構
成に応じて、任意数の高周波数サブバンドを廃棄するこ
とができる。
【００１６】重要サブバンドは、図１のブロック３１０
ｉのようなスカラー量子化器または幾何学的ベクトル量
子化を使用して符号化される。
【００１７】動的ビット割当は図１のブロック３２０に
よって表される。ビット割当は、適当なサブバンド内の
信号エネルギーによって決定される条件付き補充の量お
よび運動データの量に依存する。
【００１８】条件付き補充は、重要サブバンドのすべて
に適用され、動的ビット割当ブロック３２０の一部であ
る。条件付き補充は、スカラー量子化器を使用するサブ
バンドではピクセルごとに実行され、幾何学的ベクトル
量子化器を使用するサブバンドではブロックごとに実行
される。ブロックサイズは、考えているベクトル量子化
方式で使用されるブロックサイズに対応する。ピクセル
ごとの条件付き補充は次式で記述される。
【００１９】
【数１】 ただし、ｘ（ｉ，ｊ，ｔ）は第ｉ行、第ｊ列および時刻
ｔにおける元のピクセル値であり、ｘq（ｉ，ｊ，ｔ）
は第ｉ行、第ｊ列および時刻ｔにおける量子化ピクセル
値である。Ｑは、括弧内の項の量子化を表し、Ｔcrは経
験的に導出された条件付き補充スカラーしきい値であ
る。
【００２０】Ｔcrの選択は、どれだけのサブバンドデー
タが以前に符号化されたサブバンドから反復されるかを
決定する。典型的なビデオシーケンスに対する例とし
て、Ｔcrの良好な選択は、１０〜２５である。ブロック
ごとに条件付き補充を実行することも、数１の条件がデ
ータブロック内の全ピクセルに対して成立しなければな
らないことを除いては、ピクセルごとの場合と同様であ
る。その条件が成立しない場合はブロックが量子化され
送信されなければならない。
【００２１】条件付き補充が重要情報のサブバンドに対
して実行された後、どのピクセルが前フレームから反復
され、どのピクセルが量子化されたかを示す副次情報が
ブロック３３０（エントロピー符号器）に送信され、符
号化される。エントロピー符号器は、任意の無損失符号
化方式であればよく、この例では適応レンペル−ツィフ
アルゴリズムである。（例えば、Ｔ．Ａ．ウェルチ、
「高性能データ圧縮技術」ＩＥＥＥコンピュータ（１９
８８年）参照。）図１のブロック３３０のエントロピー
符号器が条件付き補充副次情報を符号化するのに必要な
ビット数は、サブバンドデータを符号化するのに利用可
能なビット数を更新するために、動的ビット割当ブロッ
ク３２０に送られる。エントロピー符号化後、画像信号
は、復号器（後述）へ送信するための通信チャネル３４
５上に多重化される。
【００２２】動的ビット割当技術は２つの重要な部分を
有する。第１部分は、知覚重要度に基づいてサブバンド
を順序づけることである。この場合、最低空間周波数バ
ンドは、ほとんどの信号エネルギーおよびほとんどの原
画像構造を含んでいるという意味で、再重要として取り
扱われる。このバンドは、非常に正確に符号化される。
次に重要なサブバンドは運動サブバンドである（図３の
サブバンド８に対応する）。
【００２３】このサブバンドには、運動情報を符号化す
るのに十分なビットが与えられる。残りのビットは、高
空間低時間周波数サブバンドを符号化するために使用さ
れる（図３のサブバンド２〜７に対応する）。運動情報
が高い場合、より多くのビットが運動サブバンドに与え
られ、高空間詳細を符号化するために残るビットは少な
くなる。高い運動活動は、高空間詳細の損失をマスクす
べきである。運動活動が低下すると、可視となる高空間
詳細を符号化するためにより多くのビットが残される。
【００２４】動的ビット割当の第２部分は、符号化する
画像の重要領域を探索することである。これは、符号化
する最高平均エネルギーを有するブロックを選択するこ
とによって、全サブバンドにわたってなされる。
【００２５】最低時空間周波数サブバンド（サブバンド
１）は、多くの基本画像構造およびほとんどの信号エネ
ルギーを含むため、このサブバンドを正確に符号化する
ことが重要である。従って、本実施例はまず、ＰＣＭお
よび一様量子化器を使用して最低時空間周波数バンドを
符号化する。典型的な画像方式では、一様量子化器は６
〜８ビットからなる。最低周波数サブバンドの信号が一
様でない確率密度関数を有するデータを含む場合、ＰＣ
Ｍは、その信号の確率密度関数に適合する量子化器とと
もに適用される。
【００２６】信号の確率密度関数に適合する量子化器を
適用することは従来技術であり、例えば前掲のジェイヤ
ントとノルの文献に記載されている。ＰＣＭおよび一様
量子化器を使用して最低時空間周波数バンドを符号化す
るのに必要なビット数はブロック３２０（動的ビット割
当）に送られ、高時空間周波数バンドを符号化するため
に利用可能なビット数を更新する。
【００２７】次に符号化されるバンドは、高時間周波数
成分および低空間周波数成分を含むサブバンドに対応す
る。図３の構成に与えられる例では、これはサブバンド
８に対応する。この周波数サブバンドは、ビデオ信号の
運動情報の多くを含む。このサブバンドの信号エネルギ
ーは、与えられた時刻におけるビデオシーケンスの運動
の量の良好な指示を与える。サブバンド８は、局所エネ
ルギーが次式によって与えられるような所定しきい値を
超過するブロック内のデータを量子化することによって
符号化される。
【００２８】
【数２】 ただし、和はデータのブロックにわたって実行され、Ｎ
はブロックサイズであり、Ｔmは所定のスカラー運動し
きい値である。この例では、良好なＴmの値は１００で
ある。平均エネルギーがしきい値Ｔmを超過する運動サ
ブバンドのブロックは、２または３レベルの幾何学的ベ
クトル量子化（前掲の米国特許出願第０７／５０３，６
５９号に記載）を使用して符号化される。運動データを
正確に符号化するのに必要なビット数は、ブロック３２
０（動的ビット割当）に送り返され、残りのサブバンド
を符号化するために残されたビット数を更新する。
【００２９】最後に符号化されるサブバンドは、低時間
周波数成分および高空間周波数成分に対応する。図３の
例の構成では、これは２〜７とラベルされたサブバンド
に対応する。サブバンド２〜７を符号化するために残さ
れたビットは、数２で定義される最大局所エネルギーを
有する残りのすべてのサブバンドにわたるブロックに分
配される。ブロックは幾何学的ベクトル量子化を使用し
て符号化することができる。これらの残りのブロックの
うちの任意のブロック、特に、より低い空間周波数に対
応するブロック（例えば図３のサブバンド２〜４）は、
最低時空間周波数バンドのところで説明したスカラー量
子化器を使用して符号化することもできる。この場合、
最大絶対値のピクセルが符号化される。
【００３０】図２に、図１の符号器に対応する復号器を
示す。チャネルから受信された符号化信号は、まず装置
４００で多重化解除される。副次情報は、サブバンドの
どの領域が条件付き補充によって与えられる以前の符号
化サブバンドから反復され、どの領域が量子化され、ど
の領域が０にされたかを決定するために、量子化解除制
御装置４２０によって使用される。４１０ｉとラベルさ
れた量子化解除装置は、幾何学的ベクトル量子化器によ
って与えられたベクトル添字および大きさの情報からデ
ータを再構成する。サブバンド統合装置４３０は、画像
を再構成するために、サブバンド分析装置３００とは逆
の動作を実行する。
【００３１】上記の実施例は、どのサブバンドが知覚的
に最重要であり、画像のどの領域が知覚的に最重要であ
るかをさらに制御することが可能な、図３以外の他の構
成にも適合可能である。
【００３２】［Ｂ．第２実施例］本発明の第２実施例
は、ビデオフレームシーケンスを最大制約ビット速度で
符号化する。この実施例は、指定された一定の、また
は、時間変化するビット速度の媒体で伝送され、また
は、そのような媒体に格納される符号化ビデオを提供す
る。
【００３３】［１．符号器］図４に、本発明によるビデ
オ符号器の実施例を示す。入力ビデオ画像シーケンス
は、サブバンド分析フィルタブロック３００によって時
間および空間サブバンドに分解される。サブバンド構造
は、図４に示すように、前掲の米国特許出願第０７／５
０３，６５９号と同一である。サブバンドフィルタの出
力は厳しくサンプリングされ、バンド７、９、１０、お
よび１１は０にセットされる。
【００３４】従って、分解されたビデオシーケンスは、
元の入力画像シーケンスの半数のサンプルを含む。０に
されたバンドは一般的に非常に低いエネルギーを含むた
め、これらのバンドを０にすることは、再構成ビデオシ
ーケンスをほとんど劣化することはない。２タップ時間
フィルタが遅延を最小化するために使用され、１０次直
交ミラーフィルタが空間分解のために使用される。本実
施例では、カラービデオシーケンスの輝度成分について
のみ説明しているが、本発明がカラーシーケンスの彩度
成分に適用される場合にも同様の効果がある。
【００３５】フィルタブロック３００による分解は、縮
小された空間冗長度を有するサブバンドを生成する。し
かし、低時間サブバンド内の時間冗長度およびサブバン
ド間の空間相関は残る。条件付き補充の技術が、符号化
信号から時間冗長度を除去するために使用され、それに
よって、指定された符号化速度で、より高い復号ビデオ
品質を達成する。サブバンド相関は、量子化解除器ブロ
ック６１０ｉおよび量子化解除器制御ブロック６２０に
よって、復号ビデオの品質をさらに改善するために利用
される。
【００３６】ビデオ信号内の対象のピーク運動中、利用
可能な符号化速度は、知覚的に重要なサブバンドサンプ
ルのすべての符号化するのに不十分なことがある。従っ
て、本実施例は、知覚される符号化歪みを最小化するよ
うにサブバンド内およびサブバンド間で符号化ビットを
割り当てる。量子化誤差は、サブバンド１で最も顕著で
ある。その理由は、サブバンド１はほとんどの基本画像
構造を含むためである。また、量子化誤差は、ビデオシ
ーケンスの運動領域に対してはバンド８でも最も顕著で
ある。
【００３７】バンド１、２、３、および４内のサンプル
は、他のバンドの２倍でサブサンプリングされる。これ
らのバンドの量子化誤差は、より高い空間バンドの量子
化誤差よりもより可視的である。その理由は、それらの
サンプルは再構成中に付加的因子によって補間されるた
め、サンプル誤差が符号化ビデオフレーム内のより大き
な領域を占有するためである。バンド４は通常非常に低
いエネルギーを有するため、典型的なビデオシーケンス
の場合バンド５および６より知覚的に重要ではない。図
６に、誤差の知覚される可視性の順序に配列したサブバ
ンドを示す。
【００３８】この順序は、各サブバンド量子化器ブロッ
ク３１０ｉに利用可能なバンド幅を割り当てる優先度を
決定するために使用される。バンド幅すなわちビットの
割当は、動的ビット割当ブロック５２０によって実行さ
れる。異なるバンドを符号化するのに要するバンド幅は
相関しているため、残りのバンド幅の固定比率が、割当
の各段階でサブバンドに割り当てられる。これらの比率
は経験的に決定されている。図７に、ブロック５２０に
よって実行されるビット割当を説明するグラフを示す。
グラフの各節点は、サブバンドのうちの１つに対応し、
各辺には、より低いサブバンド節点に割り当てられる先
行するサブバンドから残ったビットの比率がラベルされ
ている。
【００３９】バンド１および８を量子化した後に残って
いるビットは、サブバンド２、３、５、および６に均等
に割り当てられる。等しいバンド幅が低優先度バンド５
および６に割り当てられるが、これらのバンドはより多
くのサンプルを含むため、これらのバンドに割り当てら
れるビットはサンプルあたりでは少なくなる。このよう
にビットを割り当てる利点は、バンド１および８の量子
化器と、バンド２、３、５、および６の量子化器が、並
列に実行され、動作時の効率が向上することである。
【００４０】バンド１、２、３、４、５、および６内の
時間冗長度は、対応する前に伝送された値から所定しき
い値以下だけ異なるサブバンドサンプルを選択的に反復
することによって除去される。この技術は条件付き補充
と呼ばれ、上記の第１実施例で説明したものである。条
件付き補充は、サブバンド分析構成において適用され
る。最高可視性を有するサブバンドに優先度ごとに補充
用のバンド幅を割り当てることによって良好な効果が得
られる。これは、知覚的に改善された復号品質を生じ
る。
【００４１】どのサブバンドサンプルが反復されるべき
かを決定するため、量子化中のサブバンドサンプルと、
前に量子化されたビデオフレームの対応するサンプルの
大きさの差が計算される。各量子化器ブロック５１０ｉ
は、前に量子化されたサブバンドサンプルを含むメモリ
を有する。サンプルは線形８ビットコードで表現される
ため、誤差絶対値は（０，２５６）の範囲内にある。
【００４２】誤差値の生起のヒストグラムが、サブバン
ド内の各サンプルに対して、対応する誤差値の各生起に
対してインクリメントされる２５６個のメモリ位置のう
ちの１つへのアドレスとして、量子化器３１０ｉによっ
て効率的に生成される。符号化誤差しきい値は、そのヒ
ストグラムから、最大誤差から始めて最低誤差へ向かっ
て各誤差値に対する生起数を加算し、その和によって示
されるサンプル数を量子化するのに要するバンド幅が利
用可能な符号化バンド幅に等しくなるまでその加算をす
ることによって、決定される。
【００４３】加算が終了したときにアクセスされている
位置のアドレスは、符号化誤差しきい値に等しい。この
しきい値は、復号ビデオシーケンスにおいて可視でない
誤差より大きいように制限される。この最小値は、サブ
バンド１、２、および３に対しては経験的に３と決定さ
れている。決定されたしきい値より大きい誤差を有する
サンプルは符号化され復号器へ伝送される（後述）。し
きい値以下のサンプルの位置は、エントロピー符号器５
３０によって実行されるランレングス符号化、および、
そのランレングスのエントロピー符号化（例えばハフマ
ン符号化）を使用して効率的に符号化される。ヒストグ
ラム法によって決定される誤差しきい値が最小可視しき
い値以下である場合には、超過ビットが、低優先度サブ
バンドに割り当てられるために利用可能である。
【００４４】バンド１、２、３、および４で伝送される
サンプル値は、スカラー量子化器を使用して符号化され
る。バンド５および６で伝送されるサンプル値は、スカ
ラー量子化器またはベクトル量子化器（特に、前掲の特
許出願に記載される幾何学的ベクトル量子化器）を使用
して符号化される。スカラー量子化器またはベクトル量
子化器のいずれを使用するかの決定は、サブバンド５お
よび６に割り当てられるバンド幅にしきい値を適用する
ことによってなされる。
【００４５】経験的に決定されたしきい値以下の割当
は、ビデオシーケンス内の高い運動度を示す。知覚され
る歪みは、ベクトル量子化器が最大割当の６０％以下の
バンド幅割当に使用される場合に最小となることが経験
的に決定されている。この方法によれば、ベクトル量子
化器によって導入される歪みは、ビデオシーケンス内の
運動によってマスクされるため、良好な効果が達成され
る。これによって、この量子化器の効率が高くなるほ
ど、多数のサンプルが符号化される。バンド幅割当がし
きい値以上に増加した場合、従って、ビデオシーケンス
内の運動によって得られるマスキングの程度が減少した
場合、ベクトル量子化器によって導入される誤差を縮小
するためにスカラー量子化器が使用される。
【００４６】［２．幾何学的ベクトル量子化］この節で
は、サブバンド５、６、および８で使用される幾何学的
ベクトル量子化の効率的実現を説明する。この実現は、
与えられたサブバンドを符号化するのに必要なバンド幅
を制約する手段を提供し、ヌルベクトルを検索する効率
的技術を提供する。
【００４７】ヌルベクトルは、バンド５および６では反
復サンプルに対応し、バンド８では０値サンプルを指
す。米国特許出願第０７／５０３，６５９号に記載され
る幾何学的ベクトルコードブックは、ヌルベクトルおよ
び非ヌルベクトルを識別するためにほぼ等しい複雑さを
必要とする。サブバンドサンプルの大部分は一般的にヌ
ルベクトルとして符号化されるため、ベクトル検索の複
雑さの大幅な縮小は、効率的なヌルベクトル検索技術に
よって達成される。
【００４８】ヌルベクトルは、まず、バンド８では最大
絶対値を有する各ベクトルにおいて、またバンド５およ
び６（条件付き補充が使用される）では最大絶対値差を
有する各ベクトルにおいて、サンプルを決定することに
よって識別される。符号化しきい値は、上記のヒストグ
ラム法によって、バンド８では最大絶対値を使用して、
またバンド５および６では最大絶対値差を使用して、決
定される。
【００４９】符号化しきい値以下となる最大絶対値を有
するベクトルはヌルベクトルと識別される。残りのベク
トルは、上記米国特許出願に記載される効率的コードブ
ック検索技術を使用して符号化される。ヌルベクトルの
位置は、ランレングス符号化およびそのランレングスの
エントロピー符号化（例えばハフマン符号化）を使用し
て符号化される。バンド８の符号化しきい値は、最小値
６に制限される。符号化値がヒストグラム法によって６
未満であると決定される場合、超過符号化バンド幅が低
優先度バンドに割当可能となる。
【００５０】伝送されたサンプル値は、量子化器ブロッ
ク５１０ｉ内の各サブバンドサンプルメモリの対応する
位置に書き込まれる。チャネルマルチプレクサブロック
３４０は、量子化器ブロック５１０ｉからの情報をフォ
ーマットし、その情報が適当な媒体へ伝送または格納さ
れるようにする。この情報は、ランレングス符号化され
た反復サンプル位置および伝送された量子化サンプルで
ある。スカラー量子化またはベクトル量子化のいずれが
符号化プロセスで使用されたかを指定するために、副次
情報がバンド５および６に対して与えられる。
【００５１】［３．復号器］図５に、本発明による復号
器の実施例を示す。チャネルデマルチプレクサブロック
４００は、図４のマルチプレクサ３４０と逆に動作し
て、符号化されたサブバンド情報を分離する。この情報
は、各サブバンドの量子化解除器ブロック６１０ｉに送
られる。バンド５、６、および８におけるベクトル量子
化の場合、量子化解除器は、米国特許出願第０７／５０
３，６５９号に記載されるベクトルサンプルを再構成す
る。
【００５２】バンド８内の残りのサンプルは０にセット
される。量子化解除器ブロック６１０ｉは、サブバンド
１、２、３、４、５、および６に対応して、前に量子化
解除されたサブバンドサンプルを含むメモリを有する。
符号器によって符号化され伝送されたサンプルは、これ
らのサブバンドメモリ内の対応するサンプルと置換し、
残りのサンプルは反復される。サブバンド１で、伝送さ
れたサンプルと前に格納されたサンプルの差が、後述の
ように使用するために計算され格納される。
【００５３】復号器におけるサブバンドサンプルの選択
的修正は、再構成されるビデオ信号の知覚される品質を
改善する。これは、以下のようにして、量子化解除器ブ
ロック６１０ｉおよび量子化解除器制御ブロック６２０
によって実現される。知覚可能しきい値以上の誤差です
べてのサブバンドサンプルを伝送するのに不十分なバン
ド幅しか存在しないように符号化速度が制約されている
場合、復号されるビデオシーケンスには反対すべき誤差
が生じる。
【００５４】この条件下では、条件付き補充を使用する
復号器サブバンドは、３種類のサンプルを含む。すなわ
ち、（ｉ）反復された低誤差サンプル、（ｉｉ）新たに
受信されたサンプル、および（ｉｉｉ）復号されるビデ
オシーケンスに障害を引き起こす大誤差サンプル、であ
る。この大誤差は、低バンド幅割当優先度のサブバンド
で最も頻繁に生じる。この誤差は、一般的に、運動物体
の後ろに残るエッジとして現れる。
【００５５】サブバンド１は最高バンド幅割当優先度を
有するため、サブバンド１における量子化誤差は小さく
とどまる。このことは、サブバンド間の空間相関ととも
に、大誤差を有する上位サブバンドのサンプルを識別す
るために使用される。この技術は、上記のバンド１差信
号を、経験的に決定されたしきい値と比較する。バンド
１の強度値の範囲（０，２５６）に対して、有用なしき
い値は１２である。差がしきい値より大きい場合、さら
に、サブバンド２、３、４、５、および６内の対応する
空間サンプルがテストされる。
【００５６】サブバンド１は、分析フィルタ３００で付
加的因子２によって分けられているため、サブバンド１
の各サンプルは、サブバンド５および６の４このサンプ
ルに対応する。対応する上位サブバンドサンプルが符号
器によって伝送されなかった場合、そのサンプルは、大
誤差を有すると仮定され、生じる歪みを縮小するために
さらに処理される。運動領域上の追跡エッジを除去する
ために有用な技術は、これらのサンプルを０にセットす
ることである。これらのサンプルを低誤差サンプル間で
補間するような他の技術も、画像の平滑領域では有効で
ある。この技術は、追加の副次情報を復号器に伝送する
ことなく、知覚される符号化歪みを縮小することができ
るという効果を有する。
【００５７】生じるサブバンドサンプルは最終的にサブ
バンド統合ブロック４３０に送られ、サブバンド統合ブ
ロック４３０はビデオフレームのシーケンスを再構成す
る。
【００５８】［Ｃ．第３実施例］図８に、本実施例の符
号器の全体構造を示す。ビデオフレームの列がサブバン
ド分析フィルタバンク３００に送られる。サブバンド分
析フィルタバンク３００は、周波数スペクトルをサブバ
ンドに分割する。サブバンド分析の出力は動的ビット割
当器７２０によって使用される。
【００５９】動的ビット割当器７２０は、全利用可能ビ
ット速度のうちのどれだけが各サブバンドに割り当てら
れるべきかを決定するためのものである。また、動的ビ
ット割当器７２０は、どの空間領域が各サブバンド内で
符号化するために重要であるかをも決定する。この情報
は、サブバンド分析３００の出力とともに、量子化器７
１０ｉに送られる。ある状況では、エントロピー符号器
からのフィードバックが、サブバンドを符号化するのに
要する正確なビット速度を決定するために必要となるこ
とがある。生じるビットストリームは多重化され（３４
０）、チャネル３４５を通じて伝送される。動的ビット
割当器７２０は、各フレームがシステムに入る際に固定
速度が利用可能であることを仮定するが、この速度は次
のフレームが入るときには変化してもよい。
【００６０】効果的な符号化は、サブバンドを領域に分
割し、知覚的により重要であるとみなされる領域により
多くのビットを割り当てることによって達成される。知
覚的重要度の定義は、異なるアプリケーションに対して
は異なる。知覚的に重要な領域を決定する従来の方法
は、高域通過時間低域通過空間サブバンド（図９のサブ
バンド８）をブロックに分割し、各ブロックのエネルギ
ーを次式を使用して計算するものである。
【００６１】
【数３】 ただし、ｘi,j,tは第ｉ列第ｊ行のピクセルの時刻ｔに
おける強度値を表す。各ブロックｅk,l,tに対して計算
されたエネルギー値は、降順にソートされ、複数のグル
ープに分類される。例えば、２クラス（高エネルギーお
よび低エネルギー）のブロックが仮定される。図８で、
サブバンド分析フィルタバンク３００からの出力は動的
ビット割当器７２０に送られる。動的ビット割当器７２
０は、エネルギーグルーピングを決定するものである。
【００６２】サブバンド８から高エネルギーブロックお
よび低エネルギーブロックが決定されると、この空間情
報は、符号化されるサブバンドのすべてを量子化するた
めに使用される（図９）。例えば、ブロックが高エネル
ギーブロックとして分類された場合、対応するブロック
は、符号化される各サブバンドにおいて精細な量子化器
を使用して量子化される。符号化されるすべてのサブバ
ンドでそのブロックの高品質を保存することによって、
再構成画像は、対応するブロックにおいて高いＳＮＲを
有する。これは、運動領域で、より多くの空間詳細を要
求するアプリケーションの理想である。
【００６３】このようなアプリケーションは、例えば、
米国手話法（通常、耳の不自由な人々によって使用され
る）を使用する人の画像シーケンスの符号化である。他
方では、運動が起こるところでの空間詳細が不要なアプ
リケーションでは、こうした領域にはより少ないビット
が割り当てられる。サブバンド８で識別される高エネル
ギーブロックおよび低エネルギーブロックの数は任意で
ある。
【００６４】運動活動度が低い場合、サブバンド画像は
高運動領域および低運動領域に分離されない。この場
合、サブバンド画像の全領域が均等に重要であるとして
扱われる。運動活動度は、バンド８の全エネルギーの極
値の履歴を保持することによって決定される。例えば、
現フレームに対するサブバンド８の全エネルギーが、そ
のサブバンドの全エネルギー履歴のダイナミックレンジ
の下から３分の１以内である場合、運動活動度は低いと
みなされる。
【００６５】高エネルギーブロックおよび低エネルギー
ブロックの決定後、ビットの初期分配が各サブバンドを
符号化するために決定される。一般的な初期分配は、全
ビットの５０％をサブバンド１に、４０％をサブバンド
８に与え、残りの１０％はサブバンド２〜７の間で分割
される。総ビット数は、チャネルバンド幅およびフレー
ム速度によって決定される。
【００６６】本実施例では、サブバンド１が元の信号内
のエネルギーの大部分を含むため、最初にサブバンド１
が符号化される。このサブバンドを符号化するためのビ
ットの初期分配が与えられると、正確に符号化されるピ
クセル数が、そのサブバンドに分配される総ビット数
を、各ピクセルを符号化するのに要するビット数で除算
することによって計算される。各ピクセルを符号化する
のに要するビット数は、伝送されるピクセルのアドレ
ス、符号、および絶対値を表現するのに必要なビットの
和である。アドレスビットおよび符号ビットの数は、サ
ブバンド内では固定されるが、ピクセル絶対値を表現す
るのに必要なビット数は、反復手続き（図１０）を使用
して決定される。
【００６７】この手続きは、現フレームと前フレーム内
の類似アドレスピクセル間の差の絶対値のヒストグラム
を計算することによって開始する。その最大値は保持さ
れる。このヒストグラムは、デッドゾーン量子化器のし
きい値を決定するために使用される。デッドゾーン量子
化器は、しきい値以下となるピクセル値の符号化を自動
的に除去する。デッドゾーンしきい値より大きいサブバ
ンド差は符号化されるが、そのしきい値以下のものは符
号化されず、前フレームから反復される。
【００６８】システムは、実際のデッドゾーンしきい値
の初期予測値として、経験的に導出された最小しきい値
を使用する。チャネルビット速度が３８４ｋｂｓの場
合、バンド１〜８に対する最小しきい値予測値の例は、
３，４，４，５，５，５，５，および５である。続い
て、量子化器のステップサイズは、デッドゾーンしきい
値の２倍にセットされる。単一の未符号化ピクセル（こ
のしきい値以下に入る）によって導入され得る歪みの最
大値はこのしきい値である。この歪みレベルは、符号化
されていないピクセルに対して受容可能であると仮定さ
れるため、デッドゾーンしきい値の２倍にステップサイ
ズをセットすることによって符号化される量子化ピクセ
ルに対して同一の最大歪みが許容される。
【００６９】最小しきい値は、ノイズが顕著になる前に
各サブバンドに導入され得る歪みの量を識別するために
実行される実験に基づく。最小しきい値が導入される理
由は、特定のサブバンドが過剰符号化されることを防ぐ
ためである。
【００７０】初期デッドゾーンしきい値、ステップサイ
ズおよび最大差絶対値が決定されると、量子化レベルの
数が次式によって決定される。 レベル数＝（最大値−しきい値）／ステップサイズ
【００７１】次に、この値は、利用可能なビットに対す
る最大レベル数を生成するために、最も近い２の累乗数
に丸められる。次に、ピクセルを符号化するのに必要な
ビット数が、アドレスおよび符号に必要なビット数を、
この量子化器に必要なビット数に加えることによって評
価される。総ビット数をピクセルあたりのビット数で除
算することによって、そのサブバンド領域内で符号化可
能なピクセル数が決定される。
【００７２】デッドゾーンしきい値以上となるピクセル
数のカウントが、ヒストグラムから計算される。このカ
ウントが許容カウントより小さい場合、量子化器パラメ
ータは固定される。しかし、このカウントが許容カウン
トより大きい場合、デッドゾーンしきい値はインクリメ
ントされ、計算は図１０のように反復される。ステップ
サイズはデッドゾーンしきい値の２倍にセットされてい
るため、デッドゾーンしきい値を増加させることによっ
て、ステップサイズも増加する。
【００７３】従って、このことは最終的に、同一のデー
タを量子化する（より粗くなるが）のに要するビット数
を縮小する。デッドゾーン値は、符号化されるピクセル
数が許容される符号化ピクセル数以下になるまでインク
リメントされる。符号化されるピクセル数が許容される
符号化ピクセル数以下になると、量子化器パラメータは
固定され、量子化器７１０ｉに送られる。
【００７４】次に、量子化器パラメータが、サブバンド
を実際に符号化するために使用される。符号化されるピ
クセル数が許容ピクセル数より小さい場合、サブバンド
１の符号化後にビットが残ることがある。これは、２つ
の状況で起こり得る。第１に、最小デッドゾーンしきい
値が過剰符号化を防ぐために使用された場合は、通常、
実際のカウントは許容カウントより小さい。第２に、ヒ
ストグラムは離散値を使用しているため、所望のカウン
トは許容カウントに正確に一致しないことがある。シス
テムが割り当てられたビット速度以上を使用することを
防ぐため、デッドゾーンのしきい値は、実際のカウント
が許容カウント以下になるまでインクリメントされる。
これら２つの状況下で、残ったビットは、符号化される
次のサブバンドに直ちに再割当される。
【００７５】今の場合、サブバンド８が次に符号化され
る。サブバンド１に対して使用されたのと正確に同一の
手続きがサブバンド８に対して実行されるが、２つのフ
レームの差ではなく元のフレームが使用される。この方
法が選ばれるのは、サブバンド８の連続するフレーム間
の低相関のためである。再び、残ったビットは後続のサ
ブバンドの符号化に利用される。
【００７６】サブバンド１および８が符号化されると、
残りの低域通過時間サブバンド（サブバンド２〜７）が
それぞれ符号化される。これを実行する２つの方法があ
る。第１の方法は、サブバンドを、知覚的に重要な順序
（２，３，５，６，４，７）で処理するものである。サ
ブバンド８の場合のように、前の符号化から残ったビッ
トは現サブバンドの所定ビット割当に加えられる。再
び、差信号に対するデッドゾーン量子化器が、これらの
サブバンドを更新するために使用される。サブバンド１
の場合のように、これらのサブバンドを符号化する際に
は、経験的に導出された最小デッドゾーンしきい値が課
される。第２の方法は、各バンド２〜７を個別にみるの
ではなく、サブバンド２〜７のすべてからの差信号から
最高値を選択するエネルギー基準を使用する。
【００７７】高域通過時間サブバンドのうち、サブバン
ド８のみが符号化される。サブバンド９、１０、および
１１はすべて０にセットされ、符号化されない（上記の
ように、これはフィルタバンク３００によって実行され
る）。
【００７８】本実施例は、上記のＢ．３節で説明した復
号器（図５）を使用する。
【００７９】
【発明の効果】 【図面の簡単な説明】
【図１】ディジタル画像符号器からなる本発明の第１実
施例の図である。
【図２】ディジタル画像復号器からなる本発明の第１実
施例の図である。
【図３】本発明の１つの目的による一般的なサブバンド
フィルタ配置の図である。
【図４】ディジタル画像符号器からなる本発明の第２実
施例の図である。
【図５】ディジタル画像復号器からなる本発明の第２実
施例の図である。
【図６】知覚される誤差の可視度の順に配列されたサブ
バンドの図である。
【図７】ビット割当ブロックによって実行されるビット
割当を説明するグラフである。
【図８】画像符号器からなる本発明の第３実施例の図で
ある。
【図９】例示的な高エネルギー領域およびサブバンド間
でのそのマッピングの指示を含む、サブバンドの図であ
る。
【図１０】量子化パラメータを決定する手順の流れ図で
ある。
【符号の説明】
３００ サブバンド分析フィルタ ３１０ｉ 量子化器 ３２０ 動的ビット割当器 ３３０ エントロピー符号器 ３４０ チャネルマルチプレクサ ３４５ チャネル ４００ デマルチプレクサ ４１０ｉ 量子化解除器 ４２０ 量子化解除制御装置 ４３０ サブバンド統合装置 ５１０ｉ 量子化器 ５２０ 動的ビット割当ブロック ５３０ エントロピー符号器 ６１０ｉ 量子化解除器 ６２０ 量子化解除器制御ブロック ７１０ｉ 量子化器 ７２０ 動的ビット割当器
フロントページの続き (72)発明者 ジョン ハータン アメリカ合衆国 07060 ニュージャージ ー ウォーレン、レッド ヒル ロード 22 (72)発明者 アルノー イー．ジャクアン アメリカ合衆国 10014 ニューヨーク ニューヨーク、エルシー チャールズ ス トリート 135 (72)発明者 トーマス アンドリュー マイケル アメリカ合衆国 07060 ニュージャージ ー ウォッチャング、ビーチウッド プレ ース 33 (72)発明者 クリスティーン アイ．ポディルチャク アメリカ合衆国 08807 ニュージャージ ー ブリッジウォーター、ビューモント ウェイ 182

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 マルチレベル信号のセットを符号化する
    方法において、 マルチレベル信号のセットをマルチレベルサブバンド信
    号からなる複数のセットへとフィルタリングするステッ
    プと、 サブバンド信号の第１のセットを符号化する際に使用す
    るために第１量のビットを割り当てるステップと、 割り当てられた第１量のビットのうちから０個以上を使
    用してマルチレベルサブバンド信号の第１のセットを符
    号化するステップと、 マルチレベルサブバンド信号の第１のセットを符号化す
    る際に使用されなかった第１量のビットのうちの０個以
    上からなる第２量のビットを、サブバンド信号の第２の
    セットを符号化する際に使用するために割り当てるステ
    ップと、 割り当てられた第２量のビットのうちの０個以上を使用
    してマルチレベルサブバンド信号の第２のセットを符号
    化するステップとからなることを特徴とするマルチレベ
    ル信号符号化方法。
  2. 【請求項２】 符号化されたサブバンド画像信号に基づ
    いて画像のシーケンスを統合する方法において、 サブバンド画像のうちの、通信チャネルから受信される
    信号によって指示される符号化部分を復号するステップ
    と、 符号化されていないサブバンド画像の部分に対して、そ
    の部分として、以前に統合されたサブバンド画像の対応
    する部分を採用するステップと、 １個以上の前記復号された部分および１個以上の前記採
    用された部分を組み合わせることによってサブバンド画
    像を統合するステップと、 統合された複数のサブバンド画像に基づく画像のシーケ
    ンスを統合するステップとからなることを特徴とする画
    像シーケンス統合方法。
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