JPH0799654A - 高能率符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】データ量が大きい画像に対する符号化において
も画質の劣化を抑制しながら回路規模を低減する。 【構成】ブロックデータはフィールド分離部12において
奇数ブロックと偶数ブロックとに分離する。更に、小ブ
ロック化部13，14によって小ブロックに分割した後夫々
直交変換部15，16に与える。直交変換部15，16は直交変
換係数を係数演算部17に出力する。係数演算部17は奇数
フィールド及び偶数フィールドに対する各直交変換係数
の垂直低域の半分の変換係数同士の和及び差を求めて新
たな変換係数を作成する。係数演算部17からの変換係数
は、入力映像信号の半分の画素数に対応するものとなっ
ている。即ち、入力映像信号の画素数が多い場合でも、
小さい回路規模で符号化が可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【産業上の利用分野】本発明は、直交変換符号化を採用
した高能率符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、画像の高能率符号化が検討されて
いる。高能率符号化技術は、ディジタル伝送及び記録等
の効率を向上させるために、小さいビットレートで画像
データを符号化するものである。この高能率符号化にお
いては、ｍ×ｎ画素を小ブロックとして、この小ブロッ
ク単位でＤＣＴ（離散コサイン変換）処理等の直交変換
を行っている。直交変換は、入力される標本値を空間周
波数成分等の直交成分に変換するものである。これによ
り空間的な相関成分が削減可能となる。

【０００３】図６はこのような直交変換符号化を採用し
た従来の高能率符号化装置を示すブロック図である。

【０００４】ディジタル化された入力映像信号はフレー
ム化メモリブロック切出部１に与える。フレーム化メモ
リブロック切出部１は映像信号をフレーム化して蓄積
し、所定の大きさにブロック化して小ブロック化部２に
出力する。小ブロック化部２は入力されたブロックデー
タを直交変換の単位である小ブロックに分割して直交変
換部３に出力する。

【０００５】直交変換部３は小ブロック単位の映像デー
タを２次元直交変換して変換係数を量子化部４に出力す
る。量子化部４は変換係数を量子化することにより、小
ブロック単位で空間的な冗長度を削減する。量子化部４
からの量子化出力はスキャン変換部５に与える。スキャ
ン変換部５によって、２次元の行列スキャンデータであ
る量子化出力を１次元のジグザグスキャンデータに変換
して可変長符号化部６に出力する。可変長符号化部６は
量子化出力を例えばハフマン符号化する。ハフマン符号
化は、出現確率が高いデータには短い符号を割当て、出
現確率が低いデータには長い符号を割当てることによ
り、符号量を一層削減するものである。可変長符号化部
６の出力を符号化出力として出力する。

【０００６】ところで、高能率符号化においては、１フ
レーム内で直交変換による圧縮（フレーム内圧縮）を行
うだけでなく、フレーム間の相関を利用して時間軸方向
の冗長度を削減するフレーム間圧縮を採用することがあ
る。フレーム間圧縮は、一般の動画像が前後のフレーム
でよく似ているという性質を利用して、前後のフレーム
の差分を求め差分値を直交変換することによって、ビッ
トレートを一層低減させるものである。

【０００７】このように、フレーム間圧縮を採用すると
圧縮率を高くすることができるが、フレームメモリが必
要であると共に、動きベクトルを求める必要から、回路
規模が大きくなって消費電力が増大するという欠点があ
る。また、フレーム間圧縮を採用せずにフレーム内圧縮
のみを採用した場合でも、ＨＤ（高品位画像）等のよう
に、サンプリングレートが高い画像を圧縮すると、処理
するデータ量が多いことから、回路の動作速度を速くし
た場合でも並列処理を採用する必要があり、回路規模が
増大してしまう。そこで、画像のラインを間引いて入力
画素数を低減することにより、符号化回路の規模を低減
することも考えられる。しかし、この場合には、間引く
ことによる画質の劣化が目につきやすい。また、フレー
ム間圧縮を採用することなく、フレーム内圧縮のみによ
って高圧縮率の符号化をするためには、量子化部におけ
る量子化幅を大きくすればよい。しかしながら、量子化
幅を大きくすると、画質の劣化が著しい。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このように、上述した
従来の高能率符号化装置においては、高圧縮率の符号化
を行うために、フレーム間圧縮を採用すると回路規模が
増大するという問題点があった。また、フレーム間圧縮
を採用せずにフレーム内圧縮のみを採用した場合でも、
サンプリングレートが高い画像の圧縮には並列処理を採
用しなければならないことから、回路規模の増大が著し
いという問題点があった。また、回路規模を小さくする
ために入力画像データを間引処理すると、画質劣化が目
についてしまう。また、フレーム内圧縮のみで高い圧縮
率を得るためには量子化幅を大きくする必要があり、画
質の劣化が著しいという問題点もあった。

【０００９】本発明は、直交変換後に視覚上目につきに
くいデータを削減することにより、小さい回路規模で、
データ量が大きい画像であっても間引処理を行うことな
く、また、フレーム内圧縮のみでも量子化幅を大きくす
ることなく、画質劣化が小さい高圧縮率の符号化を可能
とすることができる高能率符号化装置を提供することを
目的とする。

【００１０】［発明の構成］

【課題を解決するための手段】本発明に係る高能率符号
化装置は、フレーム化された入力映像信号をブロック化
すると共に、奇数フィールドの画素から成る奇数ブロッ
クと偶数フィールドの画素から成る偶数ブロックとに分
離する分離手段と、前記奇数ブロック及び偶数ブロック
を夫々変換単位である水平ｎ画素垂直ｍ画素から成る小
ブロックに分割する小ブロック化手段と、前記奇数フィ
ールドの小ブロックと偶数フィールドの小ブロックとを
夫々直交変換してｎ行ｍ列の奇数フィールドに対する変
換係数とｎ行ｍ列の偶数フィールドに対する変換係数と
を出力する直交変換手段と、この直交変換手段からの奇
数フィールドに対する変換係数のうちの所定の（（ｍ×
ｎ）／２）個の変換係数とこれらの変換係数に夫々対応
する位置の偶数フィールドに対する変換係数とを用いて
ｎ行ｍ列の変換係数を作成する係数再配置手段とを具備
したものである。

【００１１】

【作用】本発明において、分離手段はブロックを奇数ブ
ロックと偶数ブロックとに分離する。小ブロック化手段
によって小ブロック化された奇数ブロック及び偶数ブロ
ックは直交変換手段に与えて直交変換する。係数配置手
段は直交変換手段からの奇数フィールドの変換係数のう
ちの半分の変換係数と対応する位置の偶数フィールドの
変換係数とを用いて新たな変換係数を作成する。即ち、
係数再配置手段からの変換係数は、入力映像信号の画素
数の１／２に対応する個数の変換係数が入力されること
になり、変換係数の量子化処理以降の処理回路の規模は
小さくなる。

【００１２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て説明する。図１は本発明に係る高能率符号化装置の一
実施例を示すブロック図である。図１において図６と同
一の構成要素には同一符号を付してある。

【００１３】本実施例は図６の従来例に採用されている
直交変換部３と同一構成の直交変換部を用いて、図６の
入力映像信号の画素数の２倍の画素数を有する入力映像
信号を符号化する例である。

【００１４】フレーム化メモリブロック切出部１には、
ディジタル化された入力映像信号を入力する。フレーム
化メモリブロック切出部１は入力映像信号をフレーム化
して蓄積し、垂直２Ｍ×水平Ｎ画素のブロック単位で出
力する。このブロックデータはフィールド分離部12に与
える。フィールド分離部12は、ブロックを奇数フィール
ドの画素から成るＭ×Ｎ画素の奇数ブロックと偶数フィ
ールドの画素から成るＭ×Ｎ画素の偶数ブロックとに分
離して、夫々小ブロック化部13，14に出力する。小ブロ
ック化部13は奇数ブロックを垂直ｍ×水平ｎ画素の小ブ
ロック単位に分割して直交変換部15に与え、小ブロック
化部14は偶数ブロックをｍ×ｎ画素の小ブロック単位に
分割して直交変換部16に与える。

【００１５】直交変換部15，16は、夫々入力された小ブ
ロックのデータを２次元直交変換によって、画素値のデ
ータを周波数平面上のデータに変換し、変換係数を水平
及び垂直の低周波数成分から高周波数成分に向かって２
次元行列に配列して係数演算部17に出力する。

【００１６】ところで、画像はフィールド間で相関を有
する。この点に着目して、特開平４−７９６８８号公報
においては、垂直ｍ×水平ｎで２次元直交変換された信
号に対し、奇数フィールドと偶数フィールドの対応する
周波数成分の和と差を計算して２ｎ行ｍ列の行列を構成
して高能率符号化する提案が開示されている。また、一
般的には隣接する画素間では相関が強いことから、直交
変換係数は低周波数成分に大きな電力が集中する。しか
も、一般的な画像の高周波成分は低周波成分よりも視覚
上の影響が小さい。

【００１７】これらの理由から、本実施例においては、
係数演算部17は、入力された各フィールドの変換係数の
垂直方向の高周波成分、例えば第（ｍ／２＋１）乃至第
ｍ行の変換係数を削除する。更に、係数演算部17は、例
えば、奇数フィールドに対する第１乃至第ｍ／２行の低
周波数の変換係数と偶数フィールドに対する第１乃至第
ｍ／２行の低周波数の変換係数との間で和と差を求め
て、ｎ行ｍ列の変換係数を作成するようになっている。
即ち、係数演算部17は第１行から第ｍ／２行までの各列
の係数を、奇数フィールドと偶数フィールドの第１行か
ら第ｍ／２行までの対応する各列の変換係数の和で構成
し、第（ｍ／２＋１）行から第ｍ行までの各列の係数
を、奇数フィールドと偶数フィールドの第１行から第ｍ
／２までの対応する各列の変換係数の差で構成する。即
ち、係数演算部17は視覚上の影響が比較的小さい方法
で、ｎ行ｍ列の２つのフィールドの変換係数ブロックを
ｎ行ｍ列の１つの変換係数ブロックに削減している。

【００１８】係数演算部17からのｎ行ｍ列の変換係数は
量子化部４に与える。量子化部４は入力された変換係数
を所定の量子化幅で量子化して量子化出力をスキャン変
換部５に出力する。スキャン変換部５はｎ行ｍ列の量子
化出力を垂直及び水平の低周波数成分から高周波数成分
に向かってジグザグスキャンして１次元のデータ列に変
換して可変長符号化部６に与える。可変長符号化部６は
入力されたデータを例えば２次元ハフマン符号化によっ
て可変長符号に変換し、符号化出力として出力するよう
になっている。

【００１９】次に、このように構成された実施例の動作
について図２及び図３の説明図を参照して説明する。図
２はフィールド分離部12の動作を説明するためのもので
あり、図３は係数演算部17の動作を説明するためのもの
である。

【００２０】ディジタル入力映像信号はフレーム化メモ
リブロック切出部１に与えてフレーム化して蓄積する。
フレーム化メモリブロック切出部１は、図２（ａ）に示
すように、入力データを垂直２Ｍ×水平Ｎ画素のブロッ
ク単位で出力する。なお、図２において、斜線部は奇数
フィールドのラインを示している。このブロックデータ
はフィールド分離部12に与え、フィールド分離部12は、
図２（ｂ）に示すように、奇数フィールドの画素と偶数
フィールドの画素とを分離し、奇数フィールドの画素か
ら構成される垂直Ｍ×水平Ｎ画素の奇数ブロック（斜線
部）を小ブロック化部13に与え、偶数フィールドの画素
から構成される垂直Ｍ×水平Ｎ画素の偶数ブロックを小
ブロック化部14に与える。

【００２１】小ブロック化部13，14は夫々各フィールド
のブロックデータを水平ｎ×垂直ｍ画素単位の小ブロッ
クに分割して直交変換部15，16に出力する。直交変換部
15，16はｎ×ｍの２次元直交変換によって座標軸成分を
周波数成分に変換する。例えば、ｍ＝８とすると、直交
変換部15，16は夫々図３（ａ），（ｂ）に示す水平ｎ×
垂直８画素で２次元に配列された変換係数を係数演算部
17に出力する。

【００２２】垂直低域から垂直高域に向かって８分割さ
れた変換係数を夫々第１乃至第８垂直成分と表すと、係
数演算部17は、各フィールドの第５乃至第８垂直成分を
削除する。そして、係数演算部17は、図３（ｃ）に示す
ように、奇数フィールドの第１乃至第４垂直成分の各変
換係数と偶数フィールドの第１乃至第４垂直成分の対応
する各変換係数との和を求めて第１乃至第４垂直成分と
し、奇数フィールドの第１乃至第４垂直成分の各変換係
数と偶数フィールドの第１乃至第４垂直成分の対応する
各変換係数との差を求めて第５乃至第８垂直成分とす
る。

【００２３】ところで、奇数フィールドの画像と偶数フ
ィールドの画像とが相関を有するものとすると、各フィ
ールド同士の同一列の画素値は略一致し、差は略０とな
る。ここで、ブロックデータをｆで表わし、直交変換行
列をＣとし、直交変換行列の転置行列をＣT で表わすも
のとすると、直交変換部15，16からの直交変換係数Ｆは
下記式（１）によって表現することができる。

【００２４】 Ｆ＝Ｃ・ｆ・ＣT …（１） 奇数フィールドのブロックデータをｆ1 、偶数フィール
ドのブロックデータをｆ2 とすると、フィールド間で差
を求めて直交変換した場合の変換係数Ｆd は下記式
（２）で表わすことができる。

【００２５】 Ｆd ＝Ｃ・（ｆ1 −ｆ2 ）・ＣT …（２） 式（２）を変形すると下記式（３）が得られる。

【００２６】 Ｆd ＝Ｃ・ｆ1 ・ＣT −Ｃ・ｆ2 ・ＣT …（３） この式（３）から明らかなように、画素値の差分に対す
る直交変換結果と、直交変換後の変換係数の差分とは同
一の結果となる。従って、係数演算部17からの変換係数
の第５乃至第８垂直成分は比較的小さいレベルとなる。
なお、係数演算部17からの変換係数の第１乃至第８垂直
成分については、実際には１／２にして出力している。

【００２７】こうして、量子化部４にはｎ行ｍ列の変換
係数が与えられ、量子化部４は所定の量子化幅で変換係
数を量子化する。量子化出力はスキャン変換部５によっ
て１次元のデータ列に変換して可変長符号化部６に与
え、例えばハフマン符号化によって可変長符号化に変換
して符号化出力として出力する。

【００２８】この符号化出力を復号化する場合には、先
ず、可変長復号化を行って可変長符号化前の符号に戻
す。次に、逆量子化処理を行って、変換係数を求める。
この変換係数の第１垂直成分と第５垂直成分との和をと
って奇数フィールドの第１垂直成分の変換係数を求め
る。また、変換係数の第１垂直成分と第５垂直成分との
差を２で割ることにより偶数フィールドの第１垂直成分
の変換係数を求める。同様にして、第２乃至第４垂直成
分と第６乃至第８垂直成分との和及び差を求めることに
より、奇数フィールド及び偶数フィールドの第１乃至第
８垂直成分の変換係数を復元する。これらの各フィール
ドの変換係数を夫々逆直交変換した後、奇数ブロック及
び偶数ブロックを得る。そして、奇数ブロックと偶数ブ
ロックとを元のフレームのブロックに戻し、ブロックデ
ータをフレーム化して元の画像信号を復元する。

【００２９】このように、本実施例においては、フィー
ルド分離部12によって奇数フィールドのブロックと偶数
フィールドのブロックに分離して直交変換を行った後、
係数演算部17によって垂直高域の成分を削除して各フィ
ールドの低域の変換係数の和及び差を求めて変換係数を
得ており、２つのｎ行ｍ列の変換係数行列を１つのｎ行
ｍ列の変換係数行列に変換して量子化処理以降の処理を
行っている。従って、回路規模を著しく低減することが
できる。なお、係数演算部17は垂直高域成分を削除する
ことにより処理ブロック数を１／２にしており、量子化
部での量子化が特に粗くならないため、視覚に与える影
響は比較的小さい。

【００３０】直交変換部15，16及び量子化部４として図
６の従来の直交変換部３及び量子化部４と同一構成のも
のを採用した場合には、図６の入力信号に対して垂直方
向の画素数が２倍の入力映像信号に対する符号化処理が
可能である。入力映像信号の画素数が２倍になっても量
子化部以降の回路で処理するデータはｎ行ｍ列のデータ
であり、動作速度及び符号化回路数を変更する必要はな
く、回路規模の増大を抑制することができる。例えば、
ＨＤ等のサンプリングレートが高い画像を符号化する場
合でも、サンプリングレートが小さいＮＴＳＣ又はＰＡ
Ｌ等用の符号化回路を用いて対応することができる。ま
た、入力映像信号の画素数が図６の４倍となった場合に
は、従来例では図６の回路を４つ並列に設ける必要があ
ったが、本実施例では図１の回路を２つ並列に接続して
用いることにより対応可能である。

【００３１】また、例えば、フレーム単位又は複数のブ
ロック単位の符号量が設定符号量以内となるようにレー
ト制御する場合において、画素数が図６の２倍の入力映
像信号に対する設定符号量が図６の設定符号量と同一あ
って図６に比して圧縮率を２倍にするときでも、量子化
部４に与えられる変換係数の数は従来の半分であるの
で、量子化幅を特別に大きくする必要はなく、量子化誤
差による画質の劣化を比較的抑えることができる。

【００３２】図４及び図５は本発明の他の実施例を説明
するための説明図である。本実施例は係数演算部の処理
が図１の実施例と異なるのみである。図４は係数演算部
の処理を説明するためのものであり、図４（ａ）は奇数
フィールドの低域成分の変換係数を示し、図４（ｂ）は
偶数フィールドの低域成分の変換係数を示し、図４
（ｃ），（ｄ）は係数演算部からの変換係数出力を示し
ている。図５（ａ）乃至（ｃ）は夫々図４（ａ）乃至
（ｃ）に対応している。

【００３３】本実施例ではｎ＝ｍ＝８である例について
説明する。奇数フィールド及び偶数フィールドに対する
直交変換部の出力は、夫々水平及び垂直方向の低域から
高域に向かって８×８の行列スキャン状態で出力され
る。これらの各６４個の変換係数のうち、係数演算部は
低域の（ｍ×ｎ／２）＝３２個の変換係数の和及び差を
用る。即ち、本実施例の係数演算部は、図４（ａ），
（ｂ）の空白部に示すように、水平及び垂直方向よりも
視覚的に劣化が目立ちにくい斜め方向の高周波成分を削
除する。なお、図４では、奇数フィールドと偶数フィー
ルドの削除していない変換係数の対応する周波数成分同
士には同一の符号を付している。

【００３４】いま、変換係数の各周波数成分を水平及び
垂直方向の周波数位置（ｉ，ｊ）（１≦ｉ，ｊ≦８）で
表わすものとする。係数演算部は、図４（ｃ）に示すよ
うに、奇数フィールドと偶数フィールドの対応する周波
数成分（ｉ，ｊ）同士の和を周波数成分（ｉ，ｊ）と
し、奇数フィールドと偶数フィールドの対応する周波数
成分（ｉ，ｊ）同士の差を周波数成分（９−ｉ，９−
ｊ）とする。こうして、係数演算部は２つのフィールド
の８×８の変換係数を１つの８×８の変換係数に変換し
て出力する。

【００３５】本実施例においても図１の実施例と同様の
効果が得られることは明らかである。更に、本実施例に
おいては、視覚的に劣化が目立ちにくい斜め方向の高周
波数分を削除して変換係数の数を削減しており、画質の
劣化を一層抑制することができるという効果を有する。

【００３６】なお、本実施例では、奇数フィールドと偶
数フィールドの対応する周波数成分（ｉ，ｊ）同士の和
と差を図４（ｃ）に示す配置としたが、配置方法はこれ
に限定されるものではない。例えば、図１の実施例と同
様に、和と差とを垂直方向に２分割した図４（ｄ）に示
す配置を採用してもよい。

【００３７】更に、本実施例では斜め方向の高域成分を
削除したが、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すように、
水平又は垂直の高域成分うちの比較的高い周波数成分を
削除するようにしてもよい。この場合にも、図５
（ａ），（ｂ）の符号で示した３２個の各周波数成分同
士の和及び差を求めて、例えば図５（ｃ）に示すよう
に、配置する。即ち、奇数及び偶数フィールドの直交変
換係数のうち、水平、垂直又は斜めの低域成分側の半分
以下の個数の変換係数同士の和及び差から変換係数を求
めて再配置する。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、直
交変換後に視覚上目につきにくいデータを削減すること
により、小さい回路規模で、データ量が大きい画像であ
っても間引処理を行うことなく、また、フレーム内圧縮
のみでも量子化幅を大きくすることなく、画質劣化が小
さい高圧縮率の符号化を可能とすることができるという
効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る高能率符号化装置の一実施例を示
すブロック図。

【図２】図１中のフィールド分離部を説明するための説
明図。

【図３】図１中の係数演算部を説明するための説明図。

【図４】本発明の他の実施例の係数演算部を説明するた
めの説明図。

【図５】本発明の他の実施例の係数演算部を説明するた
めの説明図。

【図６】従来の高能率符号化装置を示すブロック図。

【符号の説明】

12…フィールド分離部、13，14…小ブロック化部、15，
16…直交変換部、17…係数演算部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレーム化された入力映像信号をブロッ
   ク化すると共に、奇数フィールドの画素から成る奇数ブ
   ロックと偶数フィールドの画素から成る偶数ブロックと
   に分離する分離手段と、 前記奇数ブロック及び偶数ブロックを夫々変換単位であ
   る水平ｎ画素垂直ｍ画素から成る小ブロックに分割する
   小ブロック化手段と、 前記奇数フィールドの小ブロックと偶数フィールドの小
   ブロックとを夫々直交変換してｎ行ｍ列の奇数フィール
   ドに対する変換係数とｎ行ｍ列の偶数フィールドに対す
   る変換係数とを出力する直交変換手段と、 この直交変換手段からの奇数フィールドに対する変換係
   数のうちの所定の（（ｍ×ｎ）／２）個の変換係数とこ
   れらの変換係数に夫々対応する位置の偶数フィールドに
   対する変換係数とを用いてｎ行ｍ列の変換係数を作成す
   る係数再配置手段とを具備したことを特徴とする高能率
   符号化装置。
2. 【請求項２】 前記係数再配置手段は、前記直交変換手
   段からの奇数フィールドに対する変換係数のうちの所定
   の（（ｍ×ｎ）／２）個の変換係数とこれらの変換係数
   に夫々対応する位置の偶数フィールドに対する変換係数
   との和及び差を新たな変換係数とすることを特徴とする
   請求項１に記載の高能率符号化装置。
3. 【請求項３】 前記係数再配置手段は、前記直交変換手
   段からの奇数フィールドに対する変換係数のうちの垂直
   低域のｍ／２行の変換係数とこれらの変換係数に夫々対
   応する位置の偶数フィールドに対する変換係数との和及
   び差を求め、和に基づく変換係数を垂直低域の第１乃至
   第ｍ／２行に配置し差に基づく変換係数を垂直高域の第
   （（ｍ／２）＋１）行に配置することを特徴とする請求
   項１に記載の高能率符号化装置。
4. 【請求項４】 前記係数再配置手段は、前記直交変換手
   段からの奇数フィールドに対する変換係数のうちの斜め
   方向の低域の周波数成分から（（ｍ×ｎ／２）個の変換
   係数とこれらの変換係数に夫々対応する位置の偶数フィ
   ールドに対する変換係数との和及び差を求めて新たな変
   換係数とすることを特徴とする請求項１に記載の高能率
   符号化装置。
5. 【請求項５】 前記係数再配置手段は、前記直交変換手
   段からの奇数フィールドに対する変換係数のうちの垂直
   及び水平方向の低域の周波数成分から（（ｍ×ｎ）／
   ２）個以下の変換係数とこれらの変換係数に夫々対応す
   る位置の偶数フィールドに対する変換係数との和及び差
   を求めて新たな変換係数とすることを特徴とする請求項
   １に記載の高能率符号化装置。