JPH0813143B2 - 画像符号化方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔概要〕 入力信号の予測誤差信号をベクトル量子化器で量子化
し、エントロピーコーダで可変長符号化して伝送する画
像符号化方式に関し、 エッジ部分を含む入力ベクトルに対しても最適なマッ
チングが取れるようにすることを目的とし、 検出されたエッジの個数と位置に応じてベクトル量子
化に使用するコード群又は入力画面を並べ替えてマッチ
ングを取るように構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、画像符号化方式に関し、特に入力信号の予
測誤差信号をベクトル量子化器で量子化し、エントロピ
ーコーダで可変長符号化して伝送する画像符号化方式に
関するものである。

画像のフレーム間又はフレーム内伝送符号化を行う場
合に、情報量の圧縮のため、予測画面を生成し入力画面
との残差信号を符号化して受信側に伝送する画像符号化
方式が近年採用されている。この場合の残差信号は量子
化してから符号化されるが、量子化の手法として圧縮効
率の良いベクトル（ブロック）量子化が多く用いられる
ようになって来ており、より一層効率の良いベクトル量
子化が望まれている。

〔従来の技術〕

第10図は従来から用いられている画像符号化方式を示
すもので、図中、１はベクトル量子化器、２はベクトル
量子化器１から出力されるマッチングコードのインデッ
クスを可変長符号化して伝送路に送出するエントロピー
コーダ、３はベクトル量子化器１の出力を逆量子化して
次の入力画面ブロックに対する予測画面を生成する画面
予測器、そして５はベクトル量子化器１と組み合わされ
たコードブックである。

この従来方式は、第11図に示すように、例えばｎ次元
の入力ベクトルＸ（1,2,…,n）に対し、予め用意された
コードブック４の中のコードY_m（1,2,…,n）を順次比較
し、Ｘ（ｉ）とＹ（ｉ）の差（例えば絶対値差、二乗誤
差等）を累積し（絶対値の場合は、Σ|X（ｉ）−Ｙ
（ｉ）｜）、その歪（累積値）が最小となるようなコー
ドY_m（1,2,…,n）をマッチングしたコードとしてベクト
ル量子化器１からインデックスの形で出力する。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の従来の画像符号化方式では、入力ベクトルの振
幅値が大きいエッジ部分も小さい部分もそのままコード
ブック中のコードの対応する位置で該コードと比較して
いたため、例えば入力ベクトルの中で大きい振幅値を有
するエッジ部分が幾つか在った時、そのエッジ部分の歪
だけに注目してみると、その部分の歪は大きいが、コー
ドの選択（マッチング）方法としては、全体としての歪
が最小のものを選ぶことになるので、振幅値の大きいエ
ッジ部分のマッチングが取れなかったり、或いは反対に
エッジ部分のマッチングを取るために振幅値の小さい部
分のマッチングを取るのが困難になる等、振幅値の大き
いエッジ部分が全体の歪に与える影響が大きいと言う問
題点があった。

従って、本発明は、入力信号の予測誤差信号をベクト
ル量子化器で量子化し、エントロピーコーダで可変長符
号化して伝送する画像符号化方式において、エッジ部分
を含む入力ベクトルに対しても最適なマッチングが取れ
るようにすることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は上記の目的を達成するための第１の本発明に
係る画像符号化方式を概念的に示したもので、１はベク
トル量子化器、２はエントロピーコーダ、３は量子化器
１の出力から予測画面を生成する画面予測器、４はコー
ドブック、５は画面予測器３の予測画面におけるエッジ
を検出するエッジ検出器、そして6aは検出されたエッジ
の個数に対応するコードブック４中のコード群をそのエ
ッジの位置に対応して並べ替える制御器であり、ベクト
ル量子化器１は、並べ替えたコード群に対してマッチン
グをとるものである。

第２図は上記の目的を達成するための第２の本発明に
係る画像符号化方式を概念的に示したもので、第１図と
同一符号は同一部分を示しており、この第２の本発明で
は、該予測誤差信号の画素を該エッジの個数に対応した
量子化器１のコードブック４中のコード群のエッジ位置
に対応して並べ替える制御器6bを設け、ベクトル量子化
器１はそのコード群に対してマッチングを取るようにし
ている。

〔作用〕

第１図に示した第１の本発明の画像符号化方式におい
ては、画面予測器３で再生された画面中のエッジ分布を
エッジ検出器５によって検出し、制御器6aは検出された
エッジの個数に対応するコード群をコードブック４から
読み出し且つ検出されたエッジの位置に合わせて並べ替
える。そして、ベクトル量子化器１はこれらのコード群
の中から入力ベクトルとのマッチングをとるようにす
る。

第２図に示した第２の本発明の画像符号化方式におい
ては、制御器6bは、エッジ検出器５で検出されたエッジ
の位置に対応する予測誤差信号としての入力ベクトルを
並べ替えて、検出されたエッジの個数に対応するコード
値の大きいコードブック４中のコード群のエッジ位置と
一致させて、ベクトル量子化器１はこれらのコード群の
中から入力ベクトルとのマッチングをとる。

このように、コードブックの一部のコード群又は入力
ベクトルをエッジの検出結果に応じて並べ替えることに
より、入力のエッジ部分にコードブックのコード値の大
きい部分を当て、エッジでない部分にコード値の小さい
部分を当てるようにしてマッチングを取り易くしてい
る。

〔実 施 例〕

以下、本願発明に係る画像符号化方式の実施例を説明
する。

第１の本発明の実施例の説明 第３図は第１図に示した第１の本発明の画像符号化方
式の一実施例を示しており、この実施例では、制御器6a
が、コードブック４中の選択されたコード群を並べ替え
る並べ替え部61と、並べ替えたコード群を記憶するメモ
リ62とを含んでおり、画面再生器３は、元の順序に並べ
替える並べ替え部31と、予測画面を記憶するフレームメ
モリ32と、フレームメモリ32に記憶された画面データと
並べ替え部31（逆ベクトル量子化器を含むもの）で並べ
替えられたコードデータとを加算する加算器33と、で構
成されている。

また、コードブック４は、例えば第４図に斜線で示す
コードの値の大きい部分（エッジに相当する部分）と斜
線の無い小さい部分（エッジでない部分）とに分けて各
コード群を同一エッジ個数毎に記憶している。即ち、エ
ッジが無い時に使用されるコードをn₀個、エッジが１つ
ある時（値の大きいものをＰ個の画素のうち１個持つも
の）に使用されるコードをn₁個、エッジが２つある時
（値の大きいものをＰ個の画素のうち２個持つもの）に
使用されるコードをn₂個、というようにしてエッジがＰ
個全てある時に使用されるコードをn_pとして用意する。
但し、図示のように必ずしも分けなくてもよい、その場
合にはエッジに当たる部分とそうでない部分とが何処に
あるのかを予め決めておく必要がある。

次にこの実施例の動作を、原画の画面を４×４の画素
（値は省略）のブロックに区切って伝送する場合を例に
とって第５図に示した説明図を参照しながら説明する。

伝送しようとするブロックは、例えば第５図（１）の
ようになる。また、フレームムメモリ32に記憶されてい
る既に伝送した１つの前のブロックから予測したブロッ
ク画面の画素の値が第５図（２）に斜線で示すようにエ
ッジに相当する程大きなものであるとしてエッジ検出器
４で検出されたと仮定する。この第５図（２）に示され
た例では、エッジ画素が４つ検出されており、これら16
個の画素をスキャン（走査）する順序を第５図（３）の
ように予め決めておくと、第５図（２）のブロック画素
は第５図（４）に示すようにイメージ的に表すことがで
きる。

一方、第４図に示したコードブック４におけるエッジ
画素が４個のコード群（コードがn₄個ある）の一例を第
５図（５）に示すようなものとすると、値ａ〜ｄまでが
値の大きいエッジ部に相当し、値ｅ〜ｐが値の小さな部
分に相当している。制御器6aの並べ替え部61では、この
第５図（５）に示されたコード群を第５図（６）に示す
ように第５図（４）のエッジ位置に対応して並べ替えて
メモリ62に記憶する。但し、この時、並べ替えても各コ
ードのインデックスはそのままであり変わらない。

第６図は制御器6aの並べ替えアルゴリズムを示したフ
ローチャートで、入力をＸ（ｐ）（第５図の例ではｐ＝
16）、コードブック４からのコードをＹ（ｐ）、エッジ
検出器５からのエッジ情報をＥ（ｐ）、このエッジ情報
Ｅ（ｐ）から分かるエッジ個数をｕとし（ステップS
1）、ｉ＝1,j,k＝０を初期値として（同S2）、まず、エ
ッジ情報Ｅ（１）により入力Ｘ（１）がエッジ位置に対
応するか否かをチェックし（同S3）、エッジ位置に対応
しない時にはそのエッジ個数ｕ分だけ後方にずらし（同
S4）、エッジ位置に対応する時にはコードのエッジ部の
先頭に入れる（同S5）。これを16個分実行して（同S6,
7）、第５図（６）に示すように並べ替えられたコード
群をメモリ62に格納する（同S8）。

この後、ベクトル量子化器１ではメモリ62に格納され
たコード群と入力ベクトルとのマッチングを取り、その
選択されたコードのインデックスをエントロピーコーダ
２で符号化して伝送する。

受信側で、第３図に示す画面予測器３での再生動作と
同様であり、並べ替え部31でコードのインデックスによ
りコードブック４から当該コードを読み出し、上記と同
様にエッジ検出器５のエッジ情報に従って並べ替えを行
い、フレームメモリ32に格納されていた前画面に加算器
33で加算して予測・再生画面を生成する。

従って、送振側からは並べ替えに伴う情報は受信側に
送る必要はない。

第２の本発明の実施例の説明 第７図は第２図に示した第２の本発明の画像符号化方
式の一実施例を示しており、この実施例では、制御器6b
が、エッジ位置に対応する入力画面ブロックの画素を並
べ替える並べ替え部63と、並べ替えた画素を記憶するメ
モリ64とを含んでおり、この点が第３図に示した第１の
本発明の実施例と異なり、その値の点については第３図
と同様であるので説明は省略する。

次にこの実施例の動作を、やはり原画の画面を４×４
の画素（値は省略）のブロックに区切って伝送する場合
を例にとって第８図に示した説明図を参照しながら説明
する。

伝送しようとするブロックは、例えば第８図（１）の
ようになる。また、フレームメモリ32に記憶されている
既に伝送した１つ前のブロックから予測したブロック画
面の画素の値が第８図（２）に斜線で示すようにエッジ
に相当する程大きなものであるとしてエッジ検出器４で
検出されたと仮定する。この第８図（２）に示された例
では、やはりエッジ画素が４つ検出されており、これら
16個の画素をスキャン（走査）する順序を第８図（３）
のように予め決めておくと、第８図（２）のブロック画
素は第８図（４）に示すようにイメージ的に表すことが
できる。

一方、第４図に示したコードブック４におけるエッジ
画素が４個のコード群（コードがn₄個ある）の場合、第
８図（１）の画素d,f,g,iが第８図（２）に斜線で示す
値の大きいエッジ部に対応し、値ａ〜c,e,h,j〜ｐが値
の小さな部分に対応している。制御器6bの並べ替え部63
では、この第８図（５）に第８図（１）の入力画素をイ
メージ的に示したものを第８図（６）に示すように第４
図に示したコードのエッジ位置に対応して並べ替えてメ
モリ64に記憶する。

第９図は制御器6bの並べ替えアルゴリズムを示したフ
ローチャートで、第６図のフローチャートと異なるの
は、ステップS4′とS5′であり、これらのステップでは
コードの場合と同様に入力画面の方を並べ替えており、
その他のステップは第６図と同様である。

この後、ベクトル量子化器１ではメモリ64に格納され
た入力ベクトルとコードブック４のうちから選択された
コード群（検出されたエッジ個数の同じもの）とのマッ
チングを取り、その選択されたコードのインデックスを
エントロピーコーダ２で符号化して伝送する。

受信側では、第７図に示す画面予測器３での再生動作
と同様であり、並べ替え部31でコードのインデックスに
よりコードブック４から当該コードを読み出し、上記と
同様にエッジ検出器５のエッジ情報に従って並べ替えを
行い、フレームメモリ32に格納されていた前画面に加算
器33で加算して予測・再生画面を生成する。

従って、この実施例においても送信側からは並べ替え
に伴う情報は受信側に送る必要はない。

また、検出されたエッジの個数により使用するコード
群は変わるので、そのコード群の中でのインデックスを
伝送するだけでよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明に係る画像符号化方式によれ
ば、検出されたエッジの個数と位置に応じてベクトル量
子化に使用するコード群又は入力画面を並べ替えてマッ
チングを取るように構成したので、マッチングが取り易
く歪の少ない符号化が実現できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の本発明に係る画像符号化方式の原理ブロ
ック図、 第２図は第２の本発明に係る画像符号化方式の原理ブロ
ック図、 第３図は第１の本発明に係る画像符号化方式の一実施例
を示すブロック図、 第４図は本発明に用いるコードブックの構成例を示す
図、 第５図は第１の本発明に係る画像符号化方式の実施例に
おける並べ替えを説明するための図、 第６図は第１の本発明に係る画像符号化方式の実施例に
おける並べ替えを説明するためのフローチャート図、 第７図は第２の本発明に係る画像符号化方式の一実施例
を示すブロック図、 第８図は第２の本発明に係る画像符号化方式の実施例に
おける並べ替えを説明するための図、 第９図は第２の本発明に係る画像符号化方式の実施例に
おける並べ替えを説明するためのフローチャート図、 第10図は従来の画像符号化方式の一例を示すブロック
図、 第11図は従来のマッチング方式の一例を示すフローチャ
ート図、である。 第１図及び第２図において、 １……ベクトル量子化器、 ２……エントロピーコーダ、 ３……画面予測器、 ４……コードブック、 ５……エッジ検出器、 6a、6b……制御器。 尚、図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松田 喜一 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内 (72)発明者 津田 俊隆 神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地 富士通株式会社内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入力信号の予測誤差信号をベクトル量子化
   器（１）で量子化し、エントロピーコーダ（２）で可変
   長符号化して伝送する画像符号化方式において、 該量子化器（１）の出力から予測画面を生成する画面予
   測器（３）と、 該画面予測器（３）の予測画面におけるエッジを検出す
   るエッジ検出器（５）と、 該エッジの個数に対応する該量子化器（１）のコードブ
   ック（４）中のコード群を該エッジの位置に対応して並
   べ替える制御器（6a）と、 を備え、該量子化器（１）は、並べ替えたコード群に対
   してマッチングをとることを特徴とした画像符号化方
   式。
2. 【請求項２】前記制御器（6a）が、並べ替えたコード群
   を記憶するメモリを含んでいる特許請求の範囲第１項に
   記載の画像符号化方式。
3. 【請求項３】前記コードブック（４）は、該エッジ個数
   に応じて値の大きい部分と小さい部分に分けて各コード
   群を記憶している特許請求の範囲第１項に記載の画像符
   号化方式。
4. 【請求項４】入力信号の予測誤差信号をベクトル量子化
   器（１）で量子化し、エントロピーコーダ（２）で可変
   長符号化して伝送する画像符号化方式において、 該量子化器（１）の出力から予測画面を生成する画面予
   測器（３）と、 該画面予測器（３）の予測画面におけるエッジを検出す
   るエッジ検出器（５）と、 該予測誤差信号の画素を該エッジの個数に対応した該ベ
   クトル量子化器（１）のコードブック（４）中のコード
   群のエッジ位置に対応して並べ替える制御器（6b）と、 を備え、該量子化器（１）は、該コード群に対してマッ
   チングをとることを特徴とした画像符号化方式。
5. 【請求項５】前記制御器（6b）が、並べ替えたコード群
   を記憶するメモリを含んでいる特許請求の範囲第４項に
   記載の画像符号化方式。
6. 【請求項６】前記コードブック（４）は、個数に応じて
   値の大きい部分と小さい部分に分けて各コード群を記憶
   している特許請求の範囲第４項に記載の画像符号化方
   式。