JPH0748859B2 - テレビジヨン信号の予測符号化方式 - Google Patents
テレビジヨン信号の予測符号化方式Info
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- JPH0748859B2 JPH0748859B2 JP61188012A JP18801286A JPH0748859B2 JP H0748859 B2 JPH0748859 B2 JP H0748859B2 JP 61188012 A JP61188012 A JP 61188012A JP 18801286 A JP18801286 A JP 18801286A JP H0748859 B2 JPH0748859 B2 JP H0748859B2
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- H04N19/50—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding
- H04N19/503—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using predictive coding involving temporal prediction
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Description
【発明の詳細な説明】 （発明の技術分野） 本発明は、商用テレビジョンやテレビ会議システムで用
いられるテレビジョン信号のような画像信号に対し、画
面中の隣接する画素間に存在する強い相関を利用して、
高能率符号化を行う予測符号化方式に係り、各種予測符
号化方式の装置化を実現容易なものとすることができる
テレビジョン信号の予測符号化方式に関する。
いられるテレビジョン信号のような画像信号に対し、画
面中の隣接する画素間に存在する強い相関を利用して、
高能率符号化を行う予測符号化方式に係り、各種予測符
号化方式の装置化を実現容易なものとすることができる
テレビジョン信号の予測符号化方式に関する。
（従来技術とその問題点） 現在の標準的なテレビジョン信号は、１秒間に30枚の割
合で送られるフレームと呼ばれる画面より成り立ってお
り、更に、各フレームは、それぞれ１走査線ごとに飛び
越し走査が行われている関係から、連続する２フィール
ドより成り立っている。又、画面を構成している要素を
“画素”と呼ぶが、ここでは、ディジタル処理を念頭に
おいているので、標本化された１サンプルを画素と呼ぶ
ことにする。従って、この場合には、各画素の画面内で
の位置は、信号をディジタル化する為のサンプリング周
波数に依存することになる。
合で送られるフレームと呼ばれる画面より成り立ってお
り、更に、各フレームは、それぞれ１走査線ごとに飛び
越し走査が行われている関係から、連続する２フィール
ドより成り立っている。又、画面を構成している要素を
“画素”と呼ぶが、ここでは、ディジタル処理を念頭に
おいているので、標本化された１サンプルを画素と呼ぶ
ことにする。従って、この場合には、各画素の画面内で
の位置は、信号をディジタル化する為のサンプリング周
波数に依存することになる。
はじめに、従来の予測符号化方式について説明する。
第１図は、その為の各画素１〜８の位置関係を示す為の
ものである。今、標本化周波数fsは、水平走査周波数の
整数倍にとってあるので、各画素は格子状に、又、飛び
越し走査の関係で、前フィールドFD1中のラインは、現
フィールドFD0中の走査ラインの間に並んでいることに
なる。この時、画素２は、現在の画素１と同一ライン上
で左隣りに位置する画素、画素3,4は同一フィールドFD0
内の１ライン上のラインの中でそれぞれ画素1,2の真上
に位置する画素、画素5,6は１つ前のフィールドFD1の下
のライン中でそれぞれ画素1,2の真下に位置している。
又、画素7,8はそれぞれ現フィールドFD0より１フレーム
前のフィールドFD2にあって、画素1,2と画面中でそれぞ
れ同一の位置にある。
ものである。今、標本化周波数fsは、水平走査周波数の
整数倍にとってあるので、各画素は格子状に、又、飛び
越し走査の関係で、前フィールドFD1中のラインは、現
フィールドFD0中の走査ラインの間に並んでいることに
なる。この時、画素２は、現在の画素１と同一ライン上
で左隣りに位置する画素、画素3,4は同一フィールドFD0
内の１ライン上のラインの中でそれぞれ画素1,2の真上
に位置する画素、画素5,6は１つ前のフィールドFD1の下
のライン中でそれぞれ画素1,2の真下に位置している。
又、画素7,8はそれぞれ現フィールドFD0より１フレーム
前のフィールドFD2にあって、画素1,2と画面中でそれぞ
れ同一の位置にある。
この時、すぐ近くに位置するいくつかの画素について
は、その標本値の間に互いに強い相関があると考えるこ
とができるので、画素１の標本値X1の予測値１をまわ
りの画素の標本値を用いて例えば、１ ＝3/4X2＋X3−（3/4）X4 （１） として作り、この予測値１と真の値X1との差 0X1＝X1−１ （２） を予測誤差とし、これを量子化して符号化を行うことに
より、所要伝送ビット数を減少せしめて、高能率符号化
を行っていた。
は、その標本値の間に互いに強い相関があると考えるこ
とができるので、画素１の標本値X1の予測値１をまわ
りの画素の標本値を用いて例えば、１ ＝3/4X2＋X3−（3/4）X4 （１） として作り、この予測値１と真の値X1との差 0X1＝X1−１ （２） を予測誤差とし、これを量子化して符号化を行うことに
より、所要伝送ビット数を減少せしめて、高能率符号化
を行っていた。
量子化は、一般に非線型量子化と線型量子化に分けられ
る。非線型量子化は、表１に示すように予測誤差の入力
範囲の幅（量子化ステップサイズ）が各レベル番号で異
なるもので、伝送符号には固定長符号が通常用いられ
る。一方、線型量子化は、表２に示すように、量子化ス
テップサイズが各レベル番号で全て等しく（表２の場
合、量子化ステップを「５」とした例を示してい
る。）、伝送符号には、予測誤差信号の性質を反映し
て、内側のレベル番号から順に短い符号が割り当てられ
る可変長符号が用いられる。従って、所要伝送ビット数
削減の観点から言えば、後者の方式が優れており、高能
率符号化方式では一般に線型量子化が用いられる。
る。非線型量子化は、表１に示すように予測誤差の入力
範囲の幅（量子化ステップサイズ）が各レベル番号で異
なるもので、伝送符号には固定長符号が通常用いられ
る。一方、線型量子化は、表２に示すように、量子化ス
テップサイズが各レベル番号で全て等しく（表２の場
合、量子化ステップを「５」とした例を示してい
る。）、伝送符号には、予測誤差信号の性質を反映し
て、内側のレベル番号から順に短い符号が割り当てられ
る可変長符号が用いられる。従って、所要伝送ビット数
削減の観点から言えば、後者の方式が優れており、高能
率符号化方式では一般に線型量子化が用いられる。
以上が従来から知られている予測符号化方式である。一
般的に、テレビジョン信号を、実時間性を保持したディ
ジタル処理を行う場合には、極めて高速な演算処理が要
求される。すなわち、１画素の符号化を、その１サンプ
リング周期TS（サンプリング周波数fsの逆数）内で処理
しなければ、実時間性を保持することはできない。例え
ば、放送用テレビジョン信号の場合、信号帯域が4.2MHz
であり、そのサンプリング周波数fsは一般的に10MHz以
上が用いられ、１画素の演算処理時間は100ns以下とな
る。さらに最近の高品位テレビジョンと呼ばれるテレビ
ジョン信号の場合には、サンプリング周波数fsは50MHz
程度になると予想され、１画素の演算処理時間は20ns程
度となる。
般的に、テレビジョン信号を、実時間性を保持したディ
ジタル処理を行う場合には、極めて高速な演算処理が要
求される。すなわち、１画素の符号化を、その１サンプ
リング周期TS（サンプリング周波数fsの逆数）内で処理
しなければ、実時間性を保持することはできない。例え
ば、放送用テレビジョン信号の場合、信号帯域が4.2MHz
であり、そのサンプリング周波数fsは一般的に10MHz以
上が用いられ、１画素の演算処理時間は100ns以下とな
る。さらに最近の高品位テレビジョンと呼ばれるテレビ
ジョン信号の場合には、サンプリング周波数fsは50MHz
程度になると予想され、１画素の演算処理時間は20ns程
度となる。
このような背景から、テレビジョン信号の予測符号化方
式を評価する上で、それをハードウェアとして実現でき
るか否かが重要な要素となる。
式を評価する上で、それをハードウェアとして実現でき
るか否かが重要な要素となる。
この観点から、上述した予測符号化方式について、その
ハードウェアの実現性を、第２図を用いて説明する。
ハードウェアの実現性を、第２図を用いて説明する。
第２図は、従来の予測符号化方式の送信側の構成例で、
第２図（ａ）はブロックダイヤグラムを示し、第２図
（ｂ）はその等価回路を示している。図中21は予測部、
22は入力画素値と予測値との差を作成する予測誤差作成
部、23は予測誤差を量子化する予測誤差量子化部、24は
量子化された予測誤差値と予測値とから入力画素値を復
号する画素復号部、25はテレビジョン信号を蓄えておく
為の記憶部、26は一画素遅延部、27は量子化された予測
誤差値を伝送路上に送出する伝送信号符号化部である。
第２図（ａ）はブロックダイヤグラムを示し、第２図
（ｂ）はその等価回路を示している。図中21は予測部、
22は入力画素値と予測値との差を作成する予測誤差作成
部、23は予測誤差を量子化する予測誤差量子化部、24は
量子化された予測誤差値と予測値とから入力画素値を復
号する画素復号部、25はテレビジョン信号を蓄えておく
為の記憶部、26は一画素遅延部、27は量子化された予測
誤差値を伝送路上に送出する伝送信号符号化部である。
本構成例は第２図（ｂ）より、フィードバック法を基本
とした方式であることが分かる。
とした方式であることが分かる。
第２図（ａ）から、１つの画素を符号化する為に要する
演算量、及び手順は以下のようになる。
演算量、及び手順は以下のようになる。
（１） 記憶部25に蓄えられている既に復号済みの画素
（例えばフィールド内予測の場合はX2,X3,X4）を読み出
す。
（例えばフィールド内予測の場合はX2,X3,X4）を読み出
す。
演算量をTRとする。
（２） 予測部21において、予測値を作成する。
演算量をTPとする。
（３） 予測誤差作成部22において、入力画素と予測値
から予測誤差を作成する。
から予測誤差を作成する。
演算量をTSとする。
（４） 予測誤差量子化部23において、量子化代表値を
作成する。
作成する。
演算量をTQとする。
（５′） 伝送信号符号化部27において、量子化代表値
を、所要の伝送符号に変換する。
を、所要の伝送符号に変換する。
（５） 画素復号部24において、予測値と量子化代表値
から復号値を作成する。
から復号値を作成する。
演算量をTAとする。
（６） 復号値は、次入力画素の予測の為に記憶部25に
蓄えられる。
蓄えられる。
演算量をTWとする。
これらの演算のうち、（５′）を除く（１）〜（６）の
処理が一画素標本間隔（標本化周波数fsの逆数で与えら
れる。）内に完了しなければ、実時間でテレビジョン信
号を符号化し、伝送することが困難となり、ハードウェ
ア実現は困難となる。従って、予測符号化方式のハード
ウェア実現を満足する条件は次式で与えられることにな
る。
処理が一画素標本間隔（標本化周波数fsの逆数で与えら
れる。）内に完了しなければ、実時間でテレビジョン信
号を符号化し、伝送することが困難となり、ハードウェ
ア実現は困難となる。従って、予測符号化方式のハード
ウェア実現を満足する条件は次式で与えられることにな
る。
前述したように、テレビジョンの標本化周波数fsは、映
像信号帯域の２倍以上でなければならず、放送用テレビ
ジョン信号を例にとると、通常10MHz以上の周波数が用
いられている。これにより一標本間隔は100ns以下とな
る。一方、前記符号化演算量に関しては、TR,TS,TQ,TA,
TWは各種予測符号化方式のいかに拘わらず、固定の演算
量となるのに対して、予測値の演算量TPは予測方式に依
存する。従って、符号化装置実現条件である式（３）を
満足する為、従来技術では予測方式の簡略化を図り、例
えばフィールド予測値を１ ′＝X2 （４） として作成し、TPの演算量を削減する方式が取られてき
た。しかしながら、この場合には、予測誤差が大きくな
り、符号化効率が低下してしまう問題が残る。
像信号帯域の２倍以上でなければならず、放送用テレビ
ジョン信号を例にとると、通常10MHz以上の周波数が用
いられている。これにより一標本間隔は100ns以下とな
る。一方、前記符号化演算量に関しては、TR,TS,TQ,TA,
TWは各種予測符号化方式のいかに拘わらず、固定の演算
量となるのに対して、予測値の演算量TPは予測方式に依
存する。従って、符号化装置実現条件である式（３）を
満足する為、従来技術では予測方式の簡略化を図り、例
えばフィールド予測値を１ ′＝X2 （４） として作成し、TPの演算量を削減する方式が取られてき
た。しかしながら、この場合には、予測誤差が大きくな
り、符号化効率が低下してしまう問題が残る。
又、高品位テレビジョンのような映像信号帯域が放送テ
レビジョンの５倍以上となる場合には、標本化周波数が
極めて高いものとなり、 が成り立つ、予測方式の簡易化を図っても符号化装置の
実現が困難となる。この場合に、通常考えられる対策と
して、予測符号化回路を複数個用意し、並列処理を行う
ことにより、等価的に符号化演算量の削減を図る方式が
上げられるが、ハードウェア規模が極めて大きなものと
なり、本質的な解決にはつながらない。
レビジョンの５倍以上となる場合には、標本化周波数が
極めて高いものとなり、 が成り立つ、予測方式の簡易化を図っても符号化装置の
実現が困難となる。この場合に、通常考えられる対策と
して、予測符号化回路を複数個用意し、並列処理を行う
ことにより、等価的に符号化演算量の削減を図る方式が
上げられるが、ハードウェア規模が極めて大きなものと
なり、本質的な解決にはつながらない。
（発明の目的と特徴） 本発明は、以上の従来技術の欠点に鑑みなされたもの
で、符号化効率の低下及びハードウェア規模の増大をな
くして、符号化に要する演算量を大幅に削減でき、結果
的に符号化装置実現を容易とするテレビジョン信号の予
測符号化方式を提供することを目的とする。また、その
特徴は、ある入力画素を符号化する際に、既に符号化さ
れている画素の情報から該入力画素の予測値を得るとと
もに、該予測値の大きさに応じて前記入力画素の量子化
代表値を決定し、該量子化代表値と前記予測値の差分を
そのまま符号化することにある。
で、符号化効率の低下及びハードウェア規模の増大をな
くして、符号化に要する演算量を大幅に削減でき、結果
的に符号化装置実現を容易とするテレビジョン信号の予
測符号化方式を提供することを目的とする。また、その
特徴は、ある入力画素を符号化する際に、既に符号化さ
れている画素の情報から該入力画素の予測値を得るとと
もに、該予測値の大きさに応じて前記入力画素の量子化
代表値を決定し、該量子化代表値と前記予測値の差分を
そのまま符号化することにある。
（発明の構成と作用） 本願発明によるテレビジョン信号の予測符号化方式は、
テレビジョンのような画像信号に対し、画面中の隣接す
る画素間に存在する強い相関を利用して高能率符号化を
行う予測符号化方式であって、 符号化すべき現画素を相異なる複数の量子化ステップサ
イズを有した量子化特性により量子化した複数の量子化
出力をとり出す量子化手段と、 後記余り情報に対応するように予め定められている複数
の量子化特性による複数の代表値の一つを前記複数の量
子化出力から選択して前記現画素の量子化代表値として
出力する量子化信号選択手段と、 該量子化代表値を順次記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶された複数の前記量子化代表値を用い
て前記現画素の予測値を作成する予測手段と、 該予測値を前記量子化ステップサイズで割った余りを前
記余り情報として出力する余り作成手段と、 前記量子化代表値と前記予測値との差を量子化予測誤差
として出力する予測誤差作成手段と、 該量子化予測誤差を伝送するために符号化する伝送信号
符号化手段 とを備えた構成を有している。
テレビジョンのような画像信号に対し、画面中の隣接す
る画素間に存在する強い相関を利用して高能率符号化を
行う予測符号化方式であって、 符号化すべき現画素を相異なる複数の量子化ステップサ
イズを有した量子化特性により量子化した複数の量子化
出力をとり出す量子化手段と、 後記余り情報に対応するように予め定められている複数
の量子化特性による複数の代表値の一つを前記複数の量
子化出力から選択して前記現画素の量子化代表値として
出力する量子化信号選択手段と、 該量子化代表値を順次記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶された複数の前記量子化代表値を用い
て前記現画素の予測値を作成する予測手段と、 該予測値を前記量子化ステップサイズで割った余りを前
記余り情報として出力する余り作成手段と、 前記量子化代表値と前記予測値との差を量子化予測誤差
として出力する予測誤差作成手段と、 該量子化予測誤差を伝送するために符号化する伝送信号
符号化手段 とを備えた構成を有している。
以下、図面を用いて本発明を詳細に説明する。
第３図に本発明の一実施例を示す。第３図（ａ）はブロ
ック図、第３図（ｂ）は基本部分の等価回路である。な
お、説明では、量子化ステップサイズが「３」である例
について述べる。図中、31は入力画素値を量子化する量
子化部、32,37,38,40は一画素遅延部、33は予測値を量
子化ステップサイズで割った余りの情報から最終的な入
力画素の量子化代表値を得る量子化信号選択部、34はテ
レビジョン信号を蓄えておく為の記憶部、35は予測部、
36は予測値の余りを計算する余り作成部、39は復号値
（量子化代表値）と予測値との差分値を求める予測誤差
作成部、41は予測誤差値を伝送路上に送出する伝送信号
符号化部である。また、信号100は、余り作成部36が量
子化信号選択部33を制御するための制御信号、信号102
は、遅延された量子化信号101から制御信号100に従って
量子化信号選択部33により選択される最終的な入力画素
の量子化代表値を示す。
ック図、第３図（ｂ）は基本部分の等価回路である。な
お、説明では、量子化ステップサイズが「３」である例
について述べる。図中、31は入力画素値を量子化する量
子化部、32,37,38,40は一画素遅延部、33は予測値を量
子化ステップサイズで割った余りの情報から最終的な入
力画素の量子化代表値を得る量子化信号選択部、34はテ
レビジョン信号を蓄えておく為の記憶部、35は予測部、
36は予測値の余りを計算する余り作成部、39は復号値
（量子化代表値）と予測値との差分値を求める予測誤差
作成部、41は予測誤差値を伝送路上に送出する伝送信号
符号化部である。また、信号100は、余り作成部36が量
子化信号選択部33を制御するための制御信号、信号102
は、遅延された量子化信号101から制御信号100に従って
量子化信号選択部33により選択される最終的な入力画素
の量子化代表値を示す。
先ず、画素の標本値は、１画素ごとに逐次量子化部31へ
入力される。この量子化部31は、量子化ステップサイズ
を「３」とした場合、第４図に示すような、３つの量子
化特性を有し、その特性ごとに１つの量子化代表値を出
力する。すなわち、第４図において、入力レベルが
「４」である標本値が入力されたとすると、Q0はその量
子化代表値として「３」を出力し、Q1は「４」を出力
し、Q2は「５」を出力する。この３つの量子化代表値
は、後述するように、入力画素の最終的な量子化代表値
102の候補である。
入力される。この量子化部31は、量子化ステップサイズ
を「３」とした場合、第４図に示すような、３つの量子
化特性を有し、その特性ごとに１つの量子化代表値を出
力する。すなわち、第４図において、入力レベルが
「４」である標本値が入力されたとすると、Q0はその量
子化代表値として「３」を出力し、Q1は「４」を出力
し、Q2は「５」を出力する。この３つの量子化代表値
は、後述するように、入力画素の最終的な量子化代表値
102の候補である。
このような量子化部31は、３つの量子化器を並設する
か、演算手法によって構成することが出来る。
か、演算手法によって構成することが出来る。
この後は、基本的に次の手順により、符号化が行われ
る。
る。
記憶部34に蓄えられている既に復号済みの画素（例
えばフィールド内予測の場合はX2,X3,X4）を読み出す。
えばフィールド内予測の場合はX2,X3,X4）を読み出す。
予測部35において、予測値を作成する。
余り作成部36において予測値を量子化ステップサイ
ズ（Δ）で割った余りの数（MOD）を求める。正し、MOD
＝０〜（Δ−１）なので、Δ＝３であるこの場合は、0,
1,2となる。
ズ（Δ）で割った余りの数（MOD）を求める。正し、MOD
＝０〜（Δ−１）なので、Δ＝３であるこの場合は、0,
1,2となる。
余り作成部36はMOD＝０の時はQ0の量子化代表値
が、MOD＝１の時は、Q1の量子化代表値が、MOD＝２の時
は、Q2の量子化代表値が、それぞれ量子化信号選択部33
の出力信号102となるように、量子化信号選択部33へ情
報100を送り制御する。
が、MOD＝１の時は、Q1の量子化代表値が、MOD＝２の時
は、Q2の量子化代表値が、それぞれ量子化信号選択部33
の出力信号102となるように、量子化信号選択部33へ情
報100を送り制御する。
予測誤差作成部36において、量子化出力値102と予
測値103との差により量子化予測誤差値104を作成する。
測値103との差により量子化予測誤差値104を作成する。
′ 量子化予測誤差値104を伝送信号符号化部41にお
いて所要の伝送符号に変換する。
いて所要の伝送符号に変換する。
量子化出力値102は、次入力画素の予測の為に記憶
部34に蓄えられる。
部34に蓄えられる。
なお、一画素遅延部32,37,38および40は、本方式をハー
ドウェアとして実現する際に、１画素を符号化を１標本
間隔1/fs内で行うのではなく、いわゆるパイプライン方
式による演算処理を行わせるための遅延手段である。す
なわち、これら遅延部32,37,38,40の存在により、１画
素の符号化演算が、量子化部31の演算、予測部35,
余り作成部36,量子化信号選択部33、および記憶部34の
演算、予測誤差作成部39の演算、伝送信号符号化部
41の演算とに独立せしめることが可能となり、それぞれ
の演算処理を１標本間隔1/fs内で終了すればよいことと
なり、演算精度を向上させることができるほか、比較的
演算処理の遅い素子によっても、等価的に高速演算を可
能とし、ハードウェアの実現を容易にする。演算時間に
ついては後に詳述する。
ドウェアとして実現する際に、１画素を符号化を１標本
間隔1/fs内で行うのではなく、いわゆるパイプライン方
式による演算処理を行わせるための遅延手段である。す
なわち、これら遅延部32,37,38,40の存在により、１画
素の符号化演算が、量子化部31の演算、予測部35,
余り作成部36,量子化信号選択部33、および記憶部34の
演算、予測誤差作成部39の演算、伝送信号符号化部
41の演算とに独立せしめることが可能となり、それぞれ
の演算処理を１標本間隔1/fs内で終了すればよいことと
なり、演算精度を向上させることができるほか、比較的
演算処理の遅い素子によっても、等価的に高速演算を可
能とし、ハードウェアの実現を容易にする。演算時間に
ついては後に詳述する。
次に、本符号化方式が前記従来方式と同じ復号画像を得
て、符号化損失がないことを証明する。
て、符号化損失がないことを証明する。
まず、従来方式の復号値について解析する。
今、入力画素値をxiとし、xiに対する予測値をｉとす
る。又、従来方式で用いられる線形量子化器の量子化ス
テップサイズをΔとし、予測誤差信号の量子化代表値を
Ｑ（xi−ｉ）で与える。
る。又、従来方式で用いられる線形量子化器の量子化ス
テップサイズをΔとし、予測誤差信号の量子化代表値を
Ｑ（xi−ｉ）で与える。
この時、xiの復号値ｉは次式で与えられる。ｉ ＝ｉ＋Ｑ（xi−ｉ） （６） 又、Ｑ（xi−ｉ）＝miΔ（mi:整数） （７） が成立する為、ｉは、ｉ ＝ｉ＋miΔ （８） となる。一方式（８）においてｉを、ｉ ＝niΔ＋εｉ （εｉはｉをΔで割った余りを示し、εｉ＝０〜（Δ
−１）,niは整数） （９） で示すと、ｉは次式となる。ｉ ＝（mi＋ni）Δ＋εｉ（εｉ＝０〜Δ−１） ＝xi＋qi （10） 但し、qiは量子化を示し （ここで、〔 〕は小数点以下切捨てを意味する。） これに対して、本符号化方式の復号値ｉ′は入力画素
を直接量子化することにより得られ、量子化特性は、予
測値ｉを量子化ステップサイズΔで割った余りεｉに
より決まり、もし、 となる。
−１）,niは整数） （９） で示すと、ｉは次式となる。ｉ ＝（mi＋ni）Δ＋εｉ（εｉ＝０〜Δ−１） ＝xi＋qi （10） 但し、qiは量子化を示し （ここで、〔 〕は小数点以下切捨てを意味する。） これに対して、本符号化方式の復号値ｉ′は入力画素
を直接量子化することにより得られ、量子化特性は、予
測値ｉを量子化ステップサイズΔで割った余りεｉに
より決まり、もし、 となる。
式（10），（11）よりｉ −ｉ′＝（mi＋ni−ni′）Δ＝qi−qi′ （12） となり、一方 が成立する。これを満足するmi＋ni−ni′は唯一０の時
だけである為、次式が成立する。
だけである為、次式が成立する。
ni′＝mi＋ni （14） これより、式（11）からｉ′＝（mi＋ni）Δ＋εｉと
なり、ｉとｉ′は全く等しくなり、本符号方式と従
来方式とは等価であることが示された。
なり、ｉとｉ′は全く等しくなり、本符号方式と従
来方式とは等価であることが示された。
次に本符号化方式のハードウェア実現が、どの程度従来
方式に比べて容易になるかを演算量（時間）から検証す
る。
方式に比べて容易になるかを演算量（時間）から検証す
る。
この第３図（ａ）に示すように本符号化方式では、４つ
の一画素遅延部32,37,38,40が含まれており、各遅延部
間の演算量が一標本化間隔（1/fs）内で完了すれば、実
時間符号化伝送が行え、符号化装置の実現が可能とな
る。これら演算量を具体的に求める。
の一画素遅延部32,37,38,40が含まれており、各遅延部
間の演算量が一標本化間隔（1/fs）内で完了すれば、実
時間符号化伝送が行え、符号化装置の実現が可能とな
る。これら演算量を具体的に求める。
まず入力画像信号から見て最初の遅延部32までの演算
は、量子化部31のみとなり、これに要する演算量は従来
方式における量子化部の演算量と同じTQとなる。
は、量子化部31のみとなり、これに要する演算量は従来
方式における量子化部の演算量と同じTQとなる。
遅延部32から遅延部37,38までの演算は、量子化信号選
択部33,記憶部34,予測部35及び余り作成部36となり、こ
れに要する演算量（T1）は、量子化信号選択部33での演
算（演算量をTDSとする），記憶部34からの書込み
（TW）と読み出し（TR），予測部35での演算（TP）及び
余り作成部36（演算量をTMとする）となり、 T1＝TDS＋TW＋TR＋TP＋TM （15） となる。
択部33,記憶部34,予測部35及び余り作成部36となり、こ
れに要する演算量（T1）は、量子化信号選択部33での演
算（演算量をTDSとする），記憶部34からの書込み
（TW）と読み出し（TR），予測部35での演算（TP）及び
余り作成部36（演算量をTMとする）となり、 T1＝TDS＋TW＋TR＋TP＋TM （15） となる。
また、遅延部37,38から遅延部40までの演算は、予測誤
差作成部39のみとなり、これに要する演算量はTSとな
る。
差作成部39のみとなり、これに要する演算量はTSとな
る。
遅延部40から出力画像信号までの演算量は伝送信号符号
化部41のみとなり、これに要する演算量をTTとする。
化部41のみとなり、これに要する演算量をTTとする。
これら演算量のいずれもが、一標本化間隔内で完了する
ことが本符号化方式における実時間符号化伝送の為の必
要条件となる。これを式で示すと、次式で与えられる。
ことが本符号化方式における実時間符号化伝送の為の必
要条件となる。これを式で示すと、次式で与えられる。
Max｛TQ,T1,TS,TT｝≦1/fs （16） 現在のIC素子の演算処理速度をみると、演算量T1が最も
大きくなることより、上式は T1＝TDS＋TW＋TR＋TP＋TM≦1/fs （17） となる。更に、予測値の余りを作成する余り作成部36
は、量子化部31と同様にROM（Read Only Memory）で実
現出来ることにより、TM＝TQとなる。従って、本符号化
方式の最終的なハードウェア実現の為の条件は次式で与
えられる。
大きくなることより、上式は T1＝TDS＋TW＋TR＋TP＋TM≦1/fs （17） となる。更に、予測値の余りを作成する余り作成部36
は、量子化部31と同様にROM（Read Only Memory）で実
現出来ることにより、TM＝TQとなる。従って、本符号化
方式の最終的なハードウェア実現の為の条件は次式で与
えられる。
T1＝TDS＋TW＋TR＋TP＋TQ1/fs （18） 式（３）と式（18）により、本符号化方式と、従来方式
とのハードウェア実現性に関する比較が行える。すなわ
ち、両方式の演算量の差Ｔを求めると、 Ｔ＝T0−T1＝TS＋TA−TDS （19） となる。
とのハードウェア実現性に関する比較が行える。すなわ
ち、両方式の演算量の差Ｔを求めると、 Ｔ＝T0−T1＝TS＋TA−TDS （19） となる。
これを代表的な高速ICであるFAST−TTL−ICでの各種演
算素子の演算時間で具体的に求めると、 となる為、従来方式に比べて、本符号化方式が29ns演算
量が少ないと言える。
算素子の演算時間で具体的に求めると、 となる為、従来方式に比べて、本符号化方式が29ns演算
量が少ないと言える。
換言すれば、例えば従来方式においてハードウェア実現
の為、予測方式を式（４）で示したフィールド内予測方
式（X1′）に簡略化せざるを得ない場合でも、本符号化
方式では式（１）で示した簡略化しないフィールド内予
測方式（X1）が実現出来ることになる。
の為、予測方式を式（４）で示したフィールド内予測方
式（X1′）に簡略化せざるを得ない場合でも、本符号化
方式では式（１）で示した簡略化しないフィールド内予
測方式（X1）が実現出来ることになる。
更に、代表的な標本周波数であるfs＝13.5MHzの場合で
は、従来方式はX1′の予測方式でもハードウェア実現が
不可能であるのに対して、本符号化方式ではX1の予測方
式でもハードウェアの実現が可能となる。
は、従来方式はX1′の予測方式でもハードウェア実現が
不可能であるのに対して、本符号化方式ではX1の予測方
式でもハードウェアの実現が可能となる。
次に、本発明の符号化方式に対向して配置される復号化
方式について簡単に説明する。
方式について簡単に説明する。
復号化手段については、符号化手段に比べて演算量が少
ない。従って、従来方式による復号化手段によっても、
本発明の符号化手段に対向する手段を実現することがで
きる。但し、前述のように高品位テレビジョンのように
極めて高速演算を求められる場合には、符号化手段で述
べたように、一画素遅延手段を利用して、演算処理を分
割することが有効な手法となる。
ない。従って、従来方式による復号化手段によっても、
本発明の符号化手段に対向する手段を実現することがで
きる。但し、前述のように高品位テレビジョンのように
極めて高速演算を求められる場合には、符号化手段で述
べたように、一画素遅延手段を利用して、演算処理を分
割することが有効な手法となる。
第５図は、このための具体例を示すもので、図中、51は
伝送信号復号化部、52は一画素遅延部、53は基本的に加
算手段で実現できる画素復号部、54はすでに復号化し出
力した画素のうち予測値作成のために必要な画素を記憶
する記憶部、55は復号化画素の予測値を作成する予測部
である。
伝送信号復号化部、52は一画素遅延部、53は基本的に加
算手段で実現できる画素復号部、54はすでに復号化し出
力した画素のうち予測値作成のために必要な画素を記憶
する記憶部、55は復号化画素の予測値を作成する予測部
である。
受信信号は、伝送信号復号化部51で復号化され、符号化
手段の差分値に相当する信号となる。この信号は１標本
間隔の期間だけ、一画素遅延部52に記憶されるととも
に、この記憶期間中に、予測部55によりその画素の予測
値を求める演算が行われる。さらに、次の１標本間隔に
おいて、これらの差分値と予測値が、画素復号部53にお
いて加算され、出力画素信号を得る。この画素信号は、
予測値作成のため必要期間中、記憶部54に記憶される。
手段の差分値に相当する信号となる。この信号は１標本
間隔の期間だけ、一画素遅延部52に記憶されるととも
に、この記憶期間中に、予測部55によりその画素の予測
値を求める演算が行われる。さらに、次の１標本間隔に
おいて、これらの差分値と予測値が、画素復号部53にお
いて加算され、出力画素信号を得る。この画素信号は、
予測値作成のため必要期間中、記憶部54に記憶される。
（発明の効果） 以上詳説したように、本発明によれば、入力画素の標本
値を量子化する際に、その画素の予測値の大きさを考慮
して量子化特性を変更することによって、予測値と量子
化値との差分値を小ならしめることができ、差分値の量
子化操作を不要として、高能率な信号の伝送が可能とな
る。また、本発明の構成によっては、１標本間隔内で演
算すべき処理を複数の標本間隔に分散することが可能と
なり、高速演算を必要とする装置の実現を容易にするこ
とができる。
値を量子化する際に、その画素の予測値の大きさを考慮
して量子化特性を変更することによって、予測値と量子
化値との差分値を小ならしめることができ、差分値の量
子化操作を不要として、高能率な信号の伝送が可能とな
る。また、本発明の構成によっては、１標本間隔内で演
算すべき処理を複数の標本間隔に分散することが可能と
なり、高速演算を必要とする装置の実現を容易にするこ
とができる。
第１図は従来の予測符号化方式を説明するための画素配
置略図、第２図（ａ）（ｂ）は従来の予測符号化方式の
構成例を示すブロック図とその等価回路、第３図（ａ）
（ｂ）は本発明の実施例を示すブロック図とその等価回
路、第４図は本発明における量子化動作を説明するため
の略図、第５図は本発明による符号化出力を復号するた
めの復号手段の１例を示すブロック図である。 21……予測部、22……予測誤差作成部、23……予測誤差
量子化部、24……画素復号部、25……記憶部、26……一
画素遅延部、27……伝送信号符号化部、31……量子化
部、32,37,38,40……一画素遅延部、33……量子化信号
選択部、34……記憶部、35……予測部、36……余り作成
部、39……予測誤差作成部、41……伝送信号符号化部、
51……伝送信号復号化部、52……一画素遅延部、53……
画素復号部、54……記憶部、55……予測部、100……制
御信号、101……遅延された量子化信号、102……最終的
な入力画素の量子化代表値、103……予測値、104……量
子化予測誤差。
置略図、第２図（ａ）（ｂ）は従来の予測符号化方式の
構成例を示すブロック図とその等価回路、第３図（ａ）
（ｂ）は本発明の実施例を示すブロック図とその等価回
路、第４図は本発明における量子化動作を説明するため
の略図、第５図は本発明による符号化出力を復号するた
めの復号手段の１例を示すブロック図である。 21……予測部、22……予測誤差作成部、23……予測誤差
量子化部、24……画素復号部、25……記憶部、26……一
画素遅延部、27……伝送信号符号化部、31……量子化
部、32,37,38,40……一画素遅延部、33……量子化信号
選択部、34……記憶部、35……予測部、36……余り作成
部、39……予測誤差作成部、41……伝送信号符号化部、
51……伝送信号復号化部、52……一画素遅延部、53……
画素復号部、54……記憶部、55……予測部、100……制
御信号、101……遅延された量子化信号、102……最終的
な入力画素の量子化代表値、103……予測値、104……量
子化予測誤差。
Claims (1)
- 【請求項１】テレビジョンのような画像信号に対し、画
面中の隣接する画素間に存在する強い相関を利用して高
能率符号化を行う予測符号化方式であって、 符号化すべき現画素を相異なる複数の量子化ステップサ
イズを有した量子化特性により量子化した複数の量子化
出力をとり出す量子化手段と、 後記余り情報に対応するように予め定められている複数
の量子化特性による複数の代表値の一つを前記複数の量
子化出力から選択して前記現画素の量子化代表値として
出力する量子化信号選択手段と、 該量子化代表値を順次記憶する記憶手段と、 該記憶手段に記憶された複数の前記量子化代表値を用い
て前記現画素の予測値を作成する予測手段と、 該予測値を前記量子化ステップサイズで割った余りを前
記余り情報として出力する余り作成手段と、 前記量子化代表値と前記予測値との差を量子化予測誤差
として出力する予測誤差作成手段と、 該量子化予測誤差を伝送するために符号化する伝送信号
符号化手段 とを備えたことを特徴とするテレビジョン信号の予測符
号化方式。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188012A JPH0748859B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | テレビジヨン信号の予測符号化方式 |
| US07/081,112 US4802004A (en) | 1986-08-11 | 1987-08-03 | Predictive coding system for TV signals |
| DE19873726601 DE3726601A1 (de) | 1986-08-11 | 1987-08-10 | Voraussehendes kodiersystem fuer fernsehsignale |
| GB8718941A GB2195062B (en) | 1986-08-11 | 1987-08-11 | Predictive coding system for tv signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61188012A JPH0748859B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | テレビジヨン信号の予測符号化方式 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6343483A JPS6343483A (ja) | 1988-02-24 |
| JPH0748859B2 true JPH0748859B2 (ja) | 1995-05-24 |
Family
ID=16216106
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61188012A Expired - Lifetime JPH0748859B2 (ja) | 1986-08-11 | 1986-08-11 | テレビジヨン信号の予測符号化方式 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4802004A (ja) |
| JP (1) | JPH0748859B2 (ja) |
| DE (1) | DE3726601A1 (ja) |
| GB (1) | GB2195062B (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6477391A (en) * | 1987-09-18 | 1989-03-23 | Victor Company Of Japan | System and device for predictive coding |
| JPH0314383A (ja) * | 1989-06-13 | 1991-01-23 | Canon Inc | 符号化装置 |
| EP0406508B1 (en) * | 1989-07-04 | 1993-09-29 | Rai Radiotelevisione Italiana | Device for reducing the redundancy in blocks of digital video data in dct encoding |
| US5710790A (en) * | 1995-02-01 | 1998-01-20 | Lucent Technologies Inc. | Communication arrangement with improved echo and noise suppression in a channel containing quantization |
| GB2379821A (en) * | 2001-09-18 | 2003-03-19 | British Broadcasting Corp | Image compression method for providing a serially compressed sequence |
| US20070110151A1 (en) * | 2005-11-14 | 2007-05-17 | Ess Technology, Inc. | System and method for video frame buffer compression |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2905756A (en) * | 1956-11-30 | 1959-09-22 | Bell Telephone Labor Inc | Method and apparatus for reducing television bandwidth |
| JPS56128070A (en) * | 1980-03-13 | 1981-10-07 | Fuji Photo Film Co Ltd | Band compressing equipment of variable density picture |
| JPS5836090A (ja) * | 1981-08-27 | 1983-03-02 | Kokusai Denshin Denwa Co Ltd <Kdd> | テレビジョン信号の中央値予測符号化方式 |
| CA1197005A (en) * | 1981-09-29 | 1985-11-19 | Norio Suzuki | System comprising a preliminary processing device controlled in accordance with an amount of information stored in a buffer |
| JPS5854748A (ja) * | 1981-09-29 | 1983-03-31 | Nec Corp | 予測符号化装置 |
| JPS59141887A (ja) * | 1983-02-03 | 1984-08-14 | Nec Corp | 動画像信号の予測符号化装置 |
| US4691233A (en) * | 1986-09-30 | 1987-09-01 | Rca Corporation | Rate buffer control of difference signal decimation and interpolation for adaptive differential pulse code modulator |
-
1986
- 1986-08-11 JP JP61188012A patent/JPH0748859B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1987
- 1987-08-03 US US07/081,112 patent/US4802004A/en not_active Expired - Lifetime
- 1987-08-10 DE DE19873726601 patent/DE3726601A1/de active Granted
- 1987-08-11 GB GB8718941A patent/GB2195062B/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2195062B (en) | 1990-08-29 |
| DE3726601A1 (de) | 1988-02-25 |
| DE3726601C2 (ja) | 1989-08-24 |
| JPS6343483A (ja) | 1988-02-24 |
| GB8718941D0 (en) | 1987-09-16 |
| GB2195062A (en) | 1988-03-23 |
| US4802004A (en) | 1989-01-31 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |