JPH06508014A - 非常に低いデータ転送速度の画像の二重基準符号化方法およびこの方法を実施するための符号化／復号化装置 - 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】 非常に低いデータ転送速度の画像の二重基準符号化方法およびこの方法を実施す るための符号化／復号化装置本発明は、非常に低いデータ転送速度の画像の二重 基準符号化方法、およびこの方法を実施するための符号化／複合号化装置に関す るものである。

それはとくに、６４にビット以下のデータ転送速度における差動符号化装置また は符号化／複合化装置の製造に応用される。

このような符号化／複合化装置においては、動画を非常に低いデータ転送速度で 伝送するために、伝送データの圧縮装置を採用することに加えて、画像信号の空 間解像力と時間解像力を制限するための技術を開発することを要する。空間解像 力の制限は、垂直方向および水平方向に画像をサブサンプリングすることにより 行われる。

この分野においては、ＣＩＦフォーマットとＱＣＩＦフ中−マットを使用する方 法が知られている。これらは、それぞれ、「共通中間フォーマット」および「共 通中間フォーマットのクォーター」の略字である。ＣＩＦフォーマットにおいて は、輝度における１ライン当りの点の数は３５２に等しく、クロミナンスにおけ る１ライン当りの点の数は、Ｄｒ酸成分Ｄｂ酸成分対してそれぞれ１７６、画像 当たりのライン数は輝度信号に対して２８８であり、Ｄｒクロミナンス信号およ びＤｂクロミナンス信号に対してそれぞれ１４４である。ＱＣＩＦフォーマット においては、輝度におけるライン当りの点の数は１７６、クロミナンスにおける ライン当りの点の数は、Ｄｒ酸成分　Ｄｂ酸成分対してそれぞれ８８、画像当た りのライン数は輝度信号に対しては１４４、Ｄｒクロミナンス信号およびＤｂク ロミナンス信号に対してはそれぞれ７２である。

時間解像力の制限は非常に簡単であり、伝送される画像の数を、画像信号源によ り供給される画像の数よりも減少させることにより行われる。実際には、２５Ｈ ｚ（すなわち、１秒間当たり２５画像）におけるＣＩＦ基準に対する画像源が存 在する場合には、画像を１．２５Ｈｚの周波数で符号化して伝送することを可能 にする減少を進めることができる。

現在知られている符号器および復号器は「テレビジョン電話の符号化についての ＣＣＩ　ＴＴ専門化グループ」の勧告Ｈ２６１バージョン１９８９に一般に適合 する。

この文脈において、それらは６４にビット／Ｓの整数倍だけ変化できるデータ転 送速度アプリケーションに非常に良く適合する。それ以下では、良い空間解像力 と良い時間解像力を有する符号器を製造することは非常に困難である。しかし、 非常に低いデータ転送速度（３２にビット／ｓ、１６にビット／Ｓ等）における 画像の伝送は空間領域と時間領域とにおいて画像信号のサブサンプリングを行う ことを強制する。したがって、ＱＣＩＦフォーマットまで低下させられた空間解 像力を得るために５Ｈｚで画像を伝送すること、およびＣＩＦフォーマットまで 低下させられた空間解像力を得るために１．２５Ｈｚで画像を伝送することを選 択できる。しかし、それらの状態においては、むしろＣＩＦｌ、２５Ｈｚ基準が ゆっくり動画のために意図されており、他の基準は動きの多い光景により一層適 切である。

本発明の目的は、非常にゆっくり動く光景の存在する中で、１秒間当り１．２５ 周期のＣＩＦフォーマットを用いることにより空間解像力が支持され、動く光景 に対しては、ＱＣＩＦフォーマットまで低下させられた空間解像力の喪失に対し て１秒間当り５周期まで時間解像力が向上させられるように、二重基準符号化の ための方法を実現することである。

そのために、本発明の主題は、伝送すべき画像を、誤差信号予測のための少なく とも１つの定量化（ｑ　ｕ　ａ　ｎｔｉｆｉｅｒ）回路を含む符号化装置により 符号化することより成る、低い空間ＱＣＩＦ解像力および高い時間解像力の画像 を第１の基準に従って伝送し、高い空間ＣＩＦ解像力および低い時間解像力の画 像を第２の基準に従って伝送するための、画像を非常に低いデータデータ転送速 度で差動符号化するための方法であって、一定量化回路により用いられる定量化 過程の平均値を計算する過程と、 −得られた平均値を第１の所定のしきい値、および第１のものより高い第２の所 定のしきい値と比較する過程と、 −および時間の経過類に、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より低い 時に、第１のＱＣＩＦ基準で画像を符号化する過程と、 −それから、定量化過程の平均値が第２の所定のしきい値より低い限り、第１の 基準で画像を符号化する過程と、 −それから、定量化過程の平均値が第２の所定のしきい値より高い時に、第２の 基準で画像を符号化する過程と、 −それから、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より高い限り、第２の 基準で画像を符号化する過程と、 −それから、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より低い時に、第１の 基準で画像を符号化する過程と、 で構成される、画像を非常に低いデータ転送速度で差動符号化するための方法で ある。

本発明の目的は、上記方法を実施するための符号化／複合化装置を提供すること にもある。

本発明の主な利点は、データ転送速度低下手順中に、適応するように実行される 基準の選択および変更を行えることである。第１の基準はゆっくり動く画像のた めに意図され、第２の基準は高い運動度の光景のためにより一層適切である。し たがって、第１の場合には空間解像力を低下させることが好ましく、第２の場合 には、符号器への入力端子における画像の時間周波数を高くすることが好ましい 画像間運動の伝送である。符号化された画像に対して２つの所定のしきい値で計 算される、定量化過程の平均値の比較を基にする基準変更の基準は、基準の変更 時に２つの符号化モードの間で符号器を安定に動作させることを可能にする。し たがって、行われる、ヒステリシスを持つ、しきい値化が、符号器が新しい基準 に置かれるたびに、画像の伝送中に基準変更手順を禁止することを可能にする。

これは非常に低いデータ転送速度における符号化の文脈において、符号器を、２ つの上記特定の基準を使用することにより処理せねばならない光景の内容に適応 することを許す。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面に関して与えられる以下の説明の 助けにより分かるであろう。

−図１は、本発明の符号器の実施例である。

−図２は、本発明の復号器の実施例である。

−図３は、符号化すべき画像の基準を図１に表されている符号器の定量化過程の 関数として変更するために本発明により採用される比較法を示すグラフである。

図１に表されている本発明の符号化装置は、閉じられた破線内に表されている符 号化器１を含む。この符号化器は、たとえば、テレビジョンカメラ３で発生した ビデオ信号を獲得するための装置２と伝送チャネル４との間に結合される。符号 化器１は画像予測器５と、定量化器（ｑｕａｎｔ　ｉ　ｆ　１ｅｒ）６と、伝送 された画像を再構成するための装置７と、可変長符号化装置により形成された符 号割当て器８とを備える。伝送すべきビデオ画像は画像獲得装置２によりライン ／ブロック変換装置９を介して、減算器回路１０の第１の入力端子へ供給される 。

減算器回路１０の他の入力端子は画像予測器５の出力端子へ結合される。減算器 回路１０の出力端子は余弦変換計算装置１１を介して定量化器６の入力端子へ結 合される。予測器５は予測値ｐを減算器回路１０の第１の入力端子へ供給する。

符号化すべき多値Ｘは、余弦変換計算装置１１−により変換された後で、差ａ＝ ｘ−ｐの態様で定量化器６の入力端子へ加えられる。各定量化レベルに対して、 符号割当て器８は、バッファメモリー２に記憶されている符号Ｃを、伝送チャネ ル４へ送られる前に結合する。多重化回路１３がバッファメモリー２への符号Ｃ １の伝送を行う。定量化回路６の出力端子において得られる定量化された信号は 、定量化解除回路１４と逆余弦変換計算装置１５を介して再構成回路７の第１の 入力端子へ加えられる。再構成回路７の第２の入力端子は経路指定回路１６の予 測回路５の出方端子へ結合される。

画像再構成回路７により再構成された画像サンプルは画像メモリ１７に記憶され る。それらのサンプルは動作補償装置１８を介して予測回路５へ次に加えられる 。制御装置９により３つの符号化モードへのモード切り替えを行えるようにされ る。それら３つの符号化モードは、画像内符号化モードと、符号化すべき画像の 現在のブロックと先行する画像中の対応するブロックとの差をそれに従って符号 化するような画像間符号化モードと、現在のブロックと先行する画像中の移動さ せられたブロックとの間の、最良の予測を表す、差を符号化する、動きを補償さ れた画像間符号化モードとである。バッファメモリ１２の一杯になった状態に従 って、余弦変換により変換される画像ブロックの係数は定量化過程により、定量 化器６により定量化され、定量化解除器１４により定量化を解除される。それは 調整段２ｏにより計算される。符号割当て器８により行われる可変長符号化は符 号語を、伝送すべき情報の統計的特性に一致させる。ひとたび符号化されると、 たとえば、用いられる符号化の型、補償されたモードにおける変位ベクトル等を 表す他の情報が係数へ乗ぜられ、全体がバッファメモリ１２内へ送られる。バッ ファメモリ１２の一杯にされた状態に従って、調整されたデータ転送速度を得る ように、係数の定量化は多少とも粗に行われる。動作補償装置１８は現在の画像 ブロックを用い、それを、再構成された先行する画像を含む画像メモリ１７中の ブロックと比較する。このメモリは、定量化の後で再構成装置７により再構成さ れた画素を受け、係数を逆変換する。変位がひとたび評価されると、動作補償装 置１８は、符号化された運動ベクトルｒＶＪをマルチプレクサ１３へ送るととも に、現在のブロックおよびそれの予測の間の差を計算および符号化するために、 先行する画像中の変位させられたブロックを差し引くように、変位値を予測器５ へ送る。このように図１に表されている符号化装置は符号化を演鐸的に行うこと 、すなわち、本来の符号化へ進む前に符号化モードについて決定することを可能 にする。

対応する復号化装置が図２に表されている。それはバッファメモリ２２と、定量 化回路２４へ結合された可変長符号語復号器２３と、逆余弦変換計算回路２５と を含む。素子２２〜２５はこの順に直列に結合される。それは再構成された画像 メモリ２６も含む。画像再構成回路２７が素子２２〜２５により復号された信号 を第１の入力端子に受け、第２の入力端子に動作補償装置２８を介してメモリ２ ６へ読込まれる信号を受ける。制御装置２９が、画像再構成回路２７を、画像内 符号化モード、または画像間符号化モード、あるいは補償された画像内符号化モ ードに置くために、復号化装置により受けられる符号語に応じて画像メモリ２６ の動き補償の制御を行う。

もちろん、本発明の方法の実施には、画像信号源と再構成された画像との間で、 基準変更のための基準と画像の管理に関してデータ転送速度を調整するために、 バッファメモリ１２．２２のサイズの問題に特有である特定の構成を必要とする 。

バッファメモリ１２．２２のサイズは、５つの周期と、たとえば、１６にビット ／Ｓのデータ転送速度を持っＱＣＩＦ画像を符号化するために十分でなければな らない。このサイズは、もちろん、両方の基準に対して一定でなければならない 。実際に、ｃＩＦ画像に対しては、ＱＣＩＦフォーマットに符号化された画像の 伝送時間を長くすることがないように、この例の場合には、３．２にビット／　 Ｓ　％クォーター画像、に固定せねばならない。

符号化装置の入力端子における各折しい画像をＱＣＩＦフネーマット３０へ、ま たはＣＩＦフォーマット３１へ処理できるように、再構成された画像メモリ１７ は両方のフォーマットを含むように編成される。この目的のために、符号化装置 の内部ループは、図１に表されているように、符号化がＱＣＩＦフォーマットで 行われる時に、対応するＣＩＦ画像を得るためのＱＣＩＦ画像オーバー標本化器 ３２と、符号化がＣＩＦフォーマットで行われる時に、ＱＣＩＦフォーマットに 対して、対応する画像を得るためのＣＩＦ画像サブ標本化器３２とを含む。

基準ＱＣＩＦ画像３０または基準ＣＩＦ画像３１の選択は、調整段２０へ結合さ れているしきい値型制御装置２１により制御される。２つのＣＩＦ画像フォーマ ットおよびＱＣＩＦ画像フォーマットを符号化ループ中に永久に保持する必要性 は、基準の変更が存在すると、符号化装置は画像間モードおよび動きを補償され た予測モードの使用を続行できねばならない、という事実により正当化される。

基準の変更基準は、ＣＩＦ基準またはＱＣＩＦ基準で符号化された画像にわたっ て計算された定量化過程の平均値の考察を基にしている。したがって、平均化過 程の低い値に対しては、用いられるのは１．２５ＨｚにおけるＣＩＦ基準であり 、他の基準は高い値に対して用いられる。図３に示されているような第１のしき い値Ｓと第２のしきい値Ｓ＋ａ　Ｓにより形成されたしきい値ヒステリシスで得 られた平均値の間の比較を行うしきい型制御装ｆｆ１２１により判定が行われる 。基準の変更時に生ずる発振を避けるために、ヒステリシスを持つしきい値が用 いられる。その場合に、新しい基準への変更が行われると、動作を一層安定させ るために第１の画像中に基準変更手順を禁止することができる。図３において、 Ｑ−ｍｉｎは定量化過程の最小値を示し、Ｑ−ｍａｘは定量化過程の最大値を示 す。ＣＩＦ基準において、Ｑ−ｍｉｎ過程値からしきい値Ｓ＋ｄ　ｓへ変化する 定量化過程に対して、ＣＩＦ基準が用いられる。しきい値Ｓ＋ｄ　ｓを超えると 、用いられるのはＱＣＩＦ基準である。それから、しきい値Ｓと定量化過程。＝ ｍａｘの間の範囲の定量化過程において、符号器は。ＣＩＦ基準に留まる。しき い値Ｓ以下では符号器はＣＩＦ基準符号化モードへ戻る。ヒステリシスがしきい 値範囲ｄｓにおいて起きる。その範囲においては符号器は現在の基準内に留まる 。

ＦＩＧ、１

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．伝送すべき画像を、誤差信号予測のための少なくとも１つの定量化（ｑｕａ ｎｔｉｆｉｅｒ）回路を含む符号化装置により符号化することより成る、低い空 間ＣＩＦ解像力および高い時間解像力の画像を第１の基準に従って伝送し、高い 空間ＣＩＦ解像力および低い時間解像力の画像を第２の基準に従って伝送するた めの、画像を非常に低いデータデータ転送速度で差動符号化するための方法であ って、 −定量化回路により用いられる定量化過程の平均値を計算する過程（２１）と、 −得られた平均値を第１の所定のしきい値、および第１のものより高い第２の所 定のしきい値と比較する過程と、 −および時間の経過順に、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より低い 時に、第１のＱＣＩＦ基準で画像を符号化する過程（８、３０）と、−それから 、定量化過程の平均値が第２の所定のしきい値より低い限り、第１の基準で画像 を符号化する過程（８、３０）と、 −それから、定量化過程の平均値が第２の所定のしきい値より高い時に、第２の 基準で画像を符号化する過程（８、３１）と、 −それから、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より高い限り、第２の 基準で画像を符号化する過程と、 −それから、定量化過程の平均値が第１の所定のしきい値より低い時に、第１の 基準で画像を符号化する過程（８、３０）と、 で構成されることを特徴とする、画像を非常に低いデータ転送速度で差動符号化 するための方法。
2. ２．請求の範囲１記載の方法であって、画像をブロックヘ分解する過程と、現在 の画像の各ブロックに対する予測誤差を計算する過程（１０）と、予測誤差を定 量化の前に余弦変換により変換する過程（１１）とで構成される方法。
3. ３．請求の範囲２記載の方法であって、定量化されたデータを可変長符号に従っ て符号化する過程（８）で構成されることを特徴とする方法。
4. ４．請求の範囲１〜３のいずれか１つに記載の方法であって、動作予測誤差を補 償する過程で構成されることを特徴とする方法。
5. ５．符号化装置が、画像予測器（５）と、定量化器（６）と、伝送される画像を 再構成する装置（７）と、符号割当て器（８）と、画像を１つの基準または他の 基準に従って画像を符号化するためにしきい値型制御装置（２１）を介して予測 誤差計算装置（１０）ヘ結合される調整装置（２０）とを備えることを特徴とす る請求の範囲１〜４のいずれか１つに記載の方法を実施するための符号化／複合 化装置。
6. ６．請求の範囲５記載の符号化／複合化装置であって、一方では、定量化解除回 路（２４）と逆余弦変換計算回路（２５）ヘ結合される可変長復号器（２３）と 、他方では、第１の入力端子が、１つまたは他の基準に従って制御される予測装 置（２７）ヘ結合され、第２の入力端子が逆変換計算回路（２５）ヘ結合される 画像再構成装置（２７）とを備えることを特徴とする符号化／復合化装置。