JPH0671237B2 - 高能率符号化方式 - Google Patents

高能率符号化方式

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JPH0671237B2
JPH0671237B2 JP23330788A JP23330788A JPH0671237B2 JP H0671237 B2 JPH0671237 B2 JP H0671237B2 JP 23330788 A JP23330788 A JP 23330788A JP 23330788 A JP23330788 A JP 23330788A JP H0671237 B2 JPH0671237 B2 JP H0671237B2
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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、高能率符号化方式に係り、特に小さな変換ブ
ロツクでも効率の良い符号化が行なえる高能率符号化方
式に関する。
（従来の技術） テレビジョン信号で代表される中間調画像信号は、膨大
な情報を持っている。従って、これを伝送するには広帯
域の伝送路が必要であり、また記録するにも大容量のメ
モリを要する。
一方、画像信号の冗長度、即ち自己相関性が大きいの
で、この冗長度を抑圧して能率よく画像を伝送（あるい
は記録）しようとする高能率符号化の研究，開発が進め
られている。
冗長度抑圧の基本的な考え方には、予測符号化，変換符
号化等がある。
予測符号化は、差分符号化やdifferentialPCMとも呼ば
れ、すでに符号化した画素の値から現在の値を予測し、
それとの誤差を符号化する方式である。
変換符号化は、原信号の持つ特徴に適合した相互に独立
な変換軸に変換して、その変換成分を符号化する方式で
ある。
以下、変換符号化について説明する。
画像信号では、低周波成分は電力的に大きな役割を占め
る。又、高周波成分は電力的には大きくないが、情報的
には重要である。
従って、画像信号をこのような成分に変換して、それぞ
れの成分に適した量子化を行ない、受像側で逆変換すれ
ば、全体として効率的な符号化ができる。
変換符号化では、適当な数の画素をブロックとして画面
を分け、このブロック毎に標本値から成る数値列を直交
変換する。即ち、原画像信号の持っている特徴に適合し
た、相互に独立な変換軸で線形変換する。
よって、変換された各項は、もとの標本値に比べ、より
独立に（より夢相関に）なる。これにより冗長な情報は
抑圧される。
予測符号化が時間軸上の操作で相関を除去するのに対し
て、変換符号化は周波数軸上の操作であるといえる。
この結果、画像信号の統計的性質から特定の成分に電力
が集中する。そこで、視覚特性も考慮しつつ、電力の大
きな成分に多くのビットを割り当て、低電力の成分は少
ないビット数で粗く量子化する。これにより、ブロック
当りのビット数を低減させる。
直交変換として、フーリエ交換が親しみ易いが、画像信
号処理の分野では、離散コサイン変換（DTC）が主に用
いられる。
又、変換の次数は、例えば4,8,16等が用いられており、
一般的に次数が高い程、より効率的な符号化が行なわれ
る。
これらの変換符号化については、例えば日刊工業新聞社
発行の吹抜敬彦著「画像のディジタル信号処理」（P179
〜P196）にも記されているので、詳細は省略する。
（発明が解決しようとする課題） しかし、変換の次数が高くなると、数値的な効率は確か
に高くなるが、実際に目で見た主観画質は必ずしも良く
はならないという問題点があった。
この原因は、ブロック歪が、変換の次数に従って大きな
ブロック形状となり目立ち易く、又、エッジ周辺部で広
範囲に誤差が発生し、平坦部まで広がるため画質が劣化
して見える場合が多い。
さらに、直交変換により、細線等の細かい絵柄が、各成
分に分散して消失し易く画質が劣化してしまう。
又、変換の次数が高くなると、復号化側と符号側（受像
側）で、同じ計算精度でないと、画質の劣化が生じる。
このため、計算精度を高くする必要性がある。
計算精度を高くするためには、ハードウエア処理におい
て処理語長を長くする必要性があり、装置の規模が増加
し、コスト的負担が増大するという問題点もあった。
これらの問題点は、変換の次数を高くすればする程、益
々顕著となっていた。
本発明は、以上の点に着目してなされたものであり、ブ
ロック間，ブロック内で少なくとも合計２度、規格化処
理を行なうことにより符号化の効率を高めているので、
直交変換の次数を比較的小さくでき、従来例の様な主観
画質の劣化も無く、装置も簡単で低コストで出来る高能
率符号化方式を提供することを目的とするものである。
（課題を解決するための手段） 本発明は上記課題を解決するために、 （１）サンプル値入力信号を複数のブロックに分割する
ブロック化変換器と、前記ブロック化変換器の出力信号
をブロック単位で直交変換を行ない、平均成分と変化成
分とを区別して出力する直交変換器と、前記直交変換器
の出力信号である平均成分と変化成分とをそれぞれ複数
のブロックにまたがって同一値で規格化する第１の規格
化器と、前記第１の規格化器の出力信号の変化成分のみ
を各ブロック毎にブロック内で規格化する第２の規格化
器とを有して構成され、前記同一値は前記平均成分の最
小値あるいは平均値、及び前記平均成分と前記変化成分
の振幅値あるいは分散値であることを特徴とする高能率
符号化方式を提供し、 （２）サンプル値入力信号を複数のブロックに分割する
ブロック化変換器と、前記ブロック化変換器の出力信号
をブロック単位で直交変換を行ない、平均成分と変化成
分とを区別して出力する直交変換器と、前記直交変換器
の出力信号である平均成分と変化成分とをそれぞれ複数
のブロックにまたがって同一値で規格化する第１の規格
化器とを有して構成され、前記同一値は前記平均成分の
最小値あるいは平均値、及び前記平均成分と前記変化成
分の振幅値あるいは分散値であり、平均成分はその最小
値あるいは平均値を減算した後に、前記平均成分と前記
変化成分の振幅値あるいは分散値で除算して規格化し、
変化成分はその値を直接前記平均成分と前記変化成分の
振幅値あるいは分散値で除算して規格化することを特徴
とする高能率符号化方式を提供するものである。
（作用） 規格化は、直交変換の係数に対して行なわれ、第１の規
格化は複数のブロックを統合して全係数に対する処理で
あり、ブロック間で相関の高い平均成分や変化成分が共
通に規格化され、ブロック間の相関を利用した規格化処
理が行なわれる。
次に、第２の規格化は、変化成分のみに対して各直交変
換のブロック単位で規格化処理を行なうことにより、第
１の規格化処理より小さなブロックで処理することにな
り、係数のレベルで無駄な領域が取り除かれると共に、
視覚特性に対してより適切な精度の量子化を行なうこと
が出来る。
（実施例） 第１図は本発明の高能率符号化方式の実施例を示すブロ
ック図、第２図は第１図における第１の規格化器を示す
ブロック図、第３図は第２図の動作を説明するための
図、第４図は第１図における第２の規格化器を示すブロ
ック図、第５図は第４図の動作を説明するための図であ
る。併せて説明する。
第１図において、入力端子１よりサンプル値入力信号が
入力し、ブロック化変換器２へ供給されている。
ブロック化変換器２は、画像信号の場合通常ラスタース
キャンの順にサンプリングされたサンプル値入力信号
を、ラインメモリ等を用いて複数のブロックに分け、そ
のブロックの順に出力している。
前記ブロック化変換器２の出力信号は、直交変換器３へ
供給されている。
前記直交変換器３は、ブロック単位で直交変換を行な
い、入力されたサンプル値と同数の係数値を出力する。
係数値のうち１個は平均成分（DC係数）であり、その他
は全て変化成分（AC係数）である。
前記直交変換器３の出力信号であるDC係数及びAC係数
は、それぞれ第１の規格化器４へ供給されている。
前記第１の規格化器４は、後にその動作を詳細に説明す
るが、入力したDC係数及びAC係数を、それぞれ別々の方
法でブロック間の規格化処理を行ない、規格化処理され
たDC係数及びAC係数を出力している。
なお、規格化処理の具体的方法や考え方については、本
出願人による先願特願昭61-202164号及び特願昭61-2065
99号で詳細に述べられているので、ここでは省略する。
前記第１の規格化器４の出力信号であるDC係数は、量子
化器５へ供給され、量子化されて出力端子６よりDC情報
として複合側へ供給される。
前記第１の規格化器４の出力信号であるAC係数は、第２
の規格化器７へ供給されている。
前記第２の規格化器７は、後にその動作を詳細に説明す
るが、入力したAC係数をブロック内の規格化処理を行な
い、規格化処理されたAC係数を出力している。
前記第２の規格化器７の出力信号であるAC係数は、量子
化器８へ供給され、量子化されて出力端子９よりAC情報
として複合側へ供給される。
又、最大値や最小値などの情報は複合側でも必要となる
ので、前記第１の規格化器４及び前記第２の規格化器７
からは、それぞれ出力端子10,11を介して、量子化され
た規格化情報が復号側へ供給されている。
以下、第１の規格化器４の動作を第２図，第３図に基づ
き説明する。
第２図において、前記直交変換器３の出力信号であるDC
係数及びAC係数は、それぞれ入力端子12及び13に入力さ
れる。
DC係数とAC係数は、性質が異なるため、別々の方法で処
理を行なう必要がある。
まず、DC係数は、ブロック内の平均値であるので、通常
のサンプル値に対する規格化処理と同様な方法で、最大
値と最小値により処理する。
一方、AC係数は、複数の係数を見た場合、平均値は零に
近くなるので考慮せず、その絶対値について処理する。
例えば、１次元４の直交変換では、第３図（Ａ）に示す
ように複数（ここでは４個）の各ブロック毎に、１個の
DC係数と３個のAC係数が、直交変換器３より出力され
る。
以下、この場合を例として動作を説明する。第３図
（Ｂ）はDC係数のみを示している。
前記DC係数は、最小値検出器14及び最大値検出器15へ供
給され、シリアルに入力するブロックのDC係数のうちで
最小値及び最大値が検出される。そして、次のサンプル
値入力のために、リセット信号によりリセットされる。
前記最小値及び最大値は、それぞれ減算器16へ供給さ
れ、最大値から最小値が減算され、第３図（Ｂ）に示す
差分値d1が得られる。
一方、前記AC係数は、絶対値化器17へ供給され、４個の
ブロックについて統合された12個のAC係数が絶対値化さ
れ、さらに絶対値化によりピーク値が約半分になるため
２倍されて、第３図（Ｃ）に示すように出力される。
前記絶対値化器17の出力信号は、最大値検出器18へ供給
され、第３図（Ｃ）に示すように、シリアルに入力する
各ブロックのAC係数のうちで最大値d2が検出される。そ
して、次のサンプル値入力のために、リセット信号によ
りリセットされる。
DC係数の差分値d1とAC係数の最大値d2は、どちらも振幅
を表わしており、振幅値であるが、別の表現をすると変
動分（変動値）を表わしており（以下、変動値の名称で
説明する。）、類似した性質を有するので、共通化する
ことが可能であり、それぞれNAM19へ供給され、どちら
か大きな方が選択され、変動値d3となる。
NAMは、Non Additive Mixerの略であり、同時に入力す
る２信号のうち大きな方を出力するように動作する。
この変動値d3と前記最小値検出器14の最小値（代表レベ
ル値）の２値は、それぞれベクトル量子化器20へ供給さ
れ、量子化され、情報量が削減される。
なお、この量子化については、本出願人による先願特願
昭61-206599号で示した考え方により、２次元ベクトル
量子化すれば、さらに少ないビット数で量子化するとが
出来る。
前記ベクトル量子化器20の出力信号である代表レベル値
と変動値は、出力端子10を介して規格化情報として復号
側へ供給されると共に、量子化再生器21へ供給され、量
子化された信号をもとにもどし、情報量の削減された最
小値（代表レベル値）ｍと変動値ｄが得られる。
前記量子化再生器21の出力信号である最小値ｍは、減算
器22へ供給される。
又、前記入力端子12よりのDC係数は、遅延器23へ供給さ
れ、全ての係数に対しての処理が終了するまでの適当な
時間だけ遅延された後、減算器22へ供給されている。
前記減算器22は、遅延器23より供給されるDC係数から、
量子化再生器21より供給される最小値ｍを減算し、DC係
数ａを得ている。
この動作により、DC係数ａは、最小値が０となり、全体
的にレベルがシフトされ、余分な情報量が削減される。
前記減算器22の出力信号であるDC係数ａと、前記量子化
再生器21の出力信号である変動値ｄは、割り算器24へ供
給され、ａ÷ｄの割り算が行なわれ、０〜１間の数値に
正規化されて、出力端子25より規格化されたDC係数出力
が得られる。
又、前記入力端子13よりのAC係数は、遅延器26へ供給さ
れ、全ての係数に対しての処理が終了するまでの適当な
時間だけ遅延されている。
前記遅延器26の出力信号であるAC係数ｂは、割り算器27
へ供給され、ここで前記量子化再生器21の出力信号であ
る変動値ｄにより、ｂ÷ｄの割り算が行なわれ、０〜１
間の数値に正規化されて、出力端子28より規格化された
AC係数出力が得られる。
即ち、第１の規格化器は、平均成分（DC係数）と変化成
分（AC係数）とを、それぞれ複数のブロックにまたがっ
て同一値（代表レベル値ｍと変動値ｄ）で規格化してい
る。
次に、第２の規格化器７の動作を第４図，第５図に基づ
き説明する。
第４図において、前記第１の規格化器４の出力信号であ
るAC係数は、入力端子29に入力されて絶対値化器30へ供
給され、絶対値化される。
前記絶対値化器30の出力信号は、最大値検出器31へ供給
され、第５図に示すようにシリアルに入力するAC係数の
うち各ブロック単位で最大値d4が検出される。そして、
次のサンプル値入力のために、リセット信号によりリセ
ットされる。
この最大値d4は、量子化器32へ供給され、量子化され、
情報量が削減される。
なお、第２の規格化器では、AC係数のみなので、規格化
情報はブロック当り１値しかなく、従って、その量子化
もベクトル量子化ではなく、スカラー量子化となるので
簡単な構成となる。
処理は、各ブロックの係数の絶対値の最大値が一定にな
る様に行なわれ、これにより、第１の規格化に併せてブ
ロック単位で、より性格な規格化処理が行なわれること
になる。
前記量子化器32の出力信号は、出力端子11を介して規格
化情報として復号側へ供給されると共に、量子化再生器
33へ供給され、量子化された信号をもとにもどし、情報
量の削減された変動値ｅが得られる。
前記量子化再生器33の出力信号である変動値ｅは、割り
算器35へ供給される。
又、前記入力端子29よりのAC係数は、遅延器34へ供給さ
れ、適当な時間だけ遅延されている。
前記遅延器34の出力信号であるAC係数ｆは、割り算器35
へ供給され、ここで前記量子化再生器33の出力信号であ
る変動値ｅにより、ｆ÷ｅの割り算が行なわれ、変動値
ｅで正規化されて、出力端子36より規格化されたAC係数
出力が得られる。
即ち、第２の規格化器は、変化成分（AC係数）のみを各
ブロック毎にブロック内で規格化している。
結果的に、変化成分に対する規格化は２度行なわれるこ
とになり、第１及び第２の規格化器での処理は、１度だ
けの場合より精度の低いもので良く、従って、規格化情
報の量はさほど多くはならない。
なお、第２図に示した本発明の第１の規格化器の実施例
においては、最小値を代表レベル値として、ベクトル量
子化器へ供給したが、最大値又は平均値でも良いことは
勿論であり、周知のことであるが、代表レベル値として
平均値を用いた場合には、変動値としては振幅値の変わ
りに分散値を用いることが多いのは勿論である。
本発明の高能率符号化方式によれば、従来直交変換にお
いて検討されていたブロックサイズより小さなブロック
サイズで直交変換しても、同等の効率が得られることに
なる。
さらに、直交変換のブロックサイズで規格化情報を持つ
ことにより、それを利用した適応量子化が可能となる。
（発明の効果） 本発明の高能率符号化方式は、以上のような構成からな
るものであり、ブロック間，ブロック内で少なくとも合
計２度規格化処理を行なうことにより符号化の効率を高
めているので、直交変換の次数を比較的小さくでき、従
来例の様な主観画質の劣化も無く、装置も簡単で低コス
トで出来る等、実用上極めて優れた効果がある。
即ち、本願の高能率符号化方式は、代表レベル値を減算
した後に、ブロック間変化の程度が規格化されており、
平均成分のブロック間相関が適切に排除される。
又、変化成分は、まず１段目で複数ブロック間で規格化
され、相関の高くなるブロック内で２段目の規格化が行
われるが、２段目の規格化は１段目で残った相関分を規
格化するだけなので簡単で情報量の少ないものでよく、
いきなりブロックで規格化するよりも規格化情報量が少
なくなる。
さらに、平均成分のブロック間変化の程度と、変化成分
の変化の程度を共通に見て、同一値で１段目の規格化を
行っており、規格化情報量が合理的に削減される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の高能率符号化方式の実施例を示すブロ
ック図、第２図は第１図における第１の規格化器を示す
ブロック図、第３図は第２図の動作を説明するための
図、第４図は第１図における第２の規格化器を示すブロ
ック図、第５図は第４図の動作を説明するための図であ
る。 1,12,13,29……入力端子、２……ブロック化変換器、３
……直交変換器、４……第１の規格化器、5,8,32……量
子化器、6,9,10,11,25,28,36……出力端子、７……第２
の規格化器、14,15,18,31……最大値検出器、16,22……
減算器、17,30……絶対値化器、19……NAM、20……ベク
トル量子化器、21,33……量子化再生器、23,26,34……
遅延器、24,27,35……割り算器、ａ……DC係数、ｂ……
AC係数、d,d3,e……変動値、d1……差分値、d2,d4……
最大値、ｍ……最小値（代表レベル値）。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】サンプル値入力信号を複数のブロックに分
    割するブロック化変換器と、 前記ブロック化変換器の出力信号をブロック単位で直交
    変換を行ない、平均成分と変化成分とを区別して出力す
    る直交変換器と、 前記直交変換器の出力信号である平均成分と変化成分と
    をそれぞれ複数のブロックにまたがって同一値で規格化
    する第１の規格化器と、 前記第１の規格化器の出力信号の変化成分のみを各ブロ
    ック毎にブロック内で規格化する第２の規格化器とを有
    して構成され、 前記同一値は前記平均成分の最小値あるいは平均値、及
    び前記平均成分と前記変化成分の振幅値あるいは分散値
    であることを特徴とする高能率符号化方式。
  2. 【請求項２】サンプル値入力信号を複数のブロックに分
    割するブロック化変換器と、 前記ブロック化変換器の出力信号をブロック単位で直交
    変換を行ない、平均成分と変化成分とを区別して出力す
    る直交変換器と、 前記直交変換器の出力信号である平均成分と変化成分と
    をそれぞれ複数のブロックにまたがって同一値で規格化
    する第１の規格化器とを有して構成され、 前記同一値は前記平均成分の最小値あるいは平均値、及
    び前記平均成分と前記変化成分の振幅値あるいは分散値
    であり、平均成分はその最小値あるいは平均値を減算し
    た後に、前記平均成分と前記変化成分の振幅値あるいは
    分散値で除算して規格化し、変化成分はその値を直接前
    記平均成分と前記変化成分の振幅値あるいは分散値で除
    算して規格化することを特徴とする高能率符号化方式。
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