JPH09322164A - 画像信号圧縮装置および画像信号圧縮伸張装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テレビ画面に映らない部分の信号まで符号化
して伝送するので、限られた伝送量の中で無駄があっ
た。 【解決手段】 画像信号を量子化する際、テレビジョン
で表示される表示領域については許容可能な符号量に応
じて量子化部１４が量子化するが、オーバースキャン領
域のように重要な領域とはいえない部分については、量
子化制御部１３が量子化部１４を制御して量子化の重み
を軽くして符号量を減らすことにより、一定の転送レー
トで許容される符号量の範囲で表示領域に多くの符号量
を割り当て、高画質を維持して画像信号の圧縮及び伸張
を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号圧縮装置
および画像信号圧縮伸張装置に関し、特に、ビデオ信号
を量子化して圧縮する画像信号圧縮装置および画像信号
圧縮伸張装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の画像信号圧縮装置では、
伝送されるテレビ信号内の映像区間の全領域を符号化し
ていた。ところで、ＮＴＳＣ信号などのビデオ信号には
実際にはテレビ画面では映らないオーバースキャン領域
がある。そして、このオーバースキャン領域内の無用な
ビデオ信号部分を利用して高画質化の信号を付加し、現
行テレビジョン方式と次世代高画質テレビジョン方式と
を並立させる技術として、特開平４−２８２９９６号や
特開平４−３７３２９３号等に開示された技術が知られ
ている。いずれも基本的にビデオ信号から色信号部分を
分離し、この色信号をオーバースキャン領域へ多重して
いる。これにより、ビデオ信号を表示する際のクロスカ
ラーやクロミナンスの妨害による画質の劣化を抑制し、
画質の向上をはかっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の画像信
号圧縮装置においては、次のような課題があった。前者
に示す、映像区間の全領域を符号化して画像信号を圧縮
する場合、本来、テレビ画面に映らない映像として意味
を持たない信号まで符号化して伝送するので、限られた
伝送量の中で無駄があり、結局は画面全体の平均的画質
を低下させてしまう。後者に示すオーバースキャン領域
を利用する画質の向上化は、画像信号を圧縮するもので
はなく、圧縮化技術を開示するものではない。

【０００４】本発明は、上記課題にかんがみてなされた
もので、オーバースキャン領域の存在を有効に利用して
高画質で圧縮することが可能な画像信号圧縮装置の提供
を目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１にかかる発明は、ビデオ信号を量子化して
圧縮する画像信号圧縮装置であって、映像領域内で量子
化の重みに軽重をつける構成としてある。ビデオ画像の
圧縮は画像を伝送する転送レートによってその画質が決
まってくるため、いかに限られた転送レートの中でデー
タを効率よく転送するかが重要な課題となっている。

【０００６】上述した構成からなる本発明によれば、映
像領域内で重要な部分で量子化の重みを高くするととも
にそうでない部分での量子化の重みを減らすといったこ
とができ、このようにした場合には重要でない部分での
画質を低くすることにより限られた転送レート内でも重
要な部分での画質は高くなる。重要な部分とそうでない
部分との分け方には各種の方法が可能であり、例えば、
映像領域の中心部に向かうほど重要な部分として扱った
り、背景要素が分かる場合には背景部分を重要でない部
分として扱ったり、映像領域の周縁部分を一律に重要で
ない部分として扱うようなことが可能である。

【０００７】ここにおいて、一例として請求項２にかか
る発明は、請求項１に記載の画像信号圧縮装置におい
て、映像領域内のオーバースキャン領域で量子化の重み
を減らす構成としてある。ビデオ信号の場合は上述した
ようにテレビ画面に映らない領域まで映像信号に入って
おり、水平方向及び垂直方向に存在するオーバースキャ
ン領域の量子化の重みを減らしても画質には全く影響し
ない。量子化の重みを増やしたり減らしたりする方法は
各種の方法が可能であるが、少なくとも量子化後の符号
量が増減すればよい。

【０００８】一例として請求項３にかかる発明は、請求
項１または請求項２に記載の画像信号圧縮装置におい
て、量子化の重みを減らすときに一律に低減値に変更さ
せる構成としてある。例えば、オーバースキャン領域に
ついては一律にデータをゼロにしてしまうようにするこ
とにより、量子化の重みを減らすことになる。また、結
果として符号量が増減すればよいから、映像領域に応じ
て量子化を行ったり行わなかったりしても良いし、映像
領域ごとに対応する所定の重みで量子化しても良い。

【０００９】ここにおいて、請求項４にかかる発明は、
請求項１〜請求項３に記載の画像信号圧縮装置におい
て、量子化の重みに軽重を付ける領域を指定する領域指
定手段と、指定された領域ごとに所定の重みで量子化す
る量子化手段とを具備する構成としてある。すなわち、
領域指定手段が指定する領域ごとに、量子化手段は指定
されて重みで量子化する。例えば、オーバースキャン領
域では殆ど符号量が発生しないような重み付けで量子化
すればよいし、テレビ画面に映る領域では大きな重み付
けで量子化する。むろん、映像領域に応じて量子化の重
みを増減するにあたっては、信号の入力タイミングを利
用したり、周波数成分を利用することなどが可能であ
る。

【００１０】一方、請求項５にかかる発明は、ビデオ信
号をデジタル化して取り込むためのＡ／Ｄ変換部と、デ
ジタル化されたビデオ信号を輝度成分および色差成分に
分離をするビデオデコード部と、輝度成分と色差成分に
ついてそれぞれ離散コサイン変換により周波数成分に変
換するＤＣＴ演算部と、ＤＣＴ演算部にて出力された周
波数成分データについてビデオ信号のオーバースキャン
領域について量子化を粗くして量子化する量子化部と、
量子化後のデータを所定の転送レートに応じた符号量で
符号化する可変長符号化部と、可変長復号部と、逆量子
化を行う逆量子化部と、逆離散コサイン変換を行う逆Ｄ
ＣＴ演算部と、逆離散コサイン変換演算された輝度成分
と色差成分に基づいてディジタルのビデオ信号へ変換す
るビデオエンコード部と、ディジタルのビデオ信号をア
ナログのビデオ信号へ変換するＤ／Ａ変換部とを具備す
る構成としてある。

【００１１】かかる構成によれば、ビデオ信号の圧縮時
には、Ａ／Ｄ変換部にてビデオ信号をデジタル化して取
り込むと、ビデオデコード部はデジタル化されたビデオ
信号を輝度成分および色差成分に分離し、ＤＣＴ演算部
はこの輝度成分と色差成分についてそれぞれ離散コサイ
ン変換により周波数成分に変換する。このＤＣＴ演算部
にて出力された周波数成分データについて、量子化部は
ビデオ信号におけるオーバースキャン領域については量
子化を粗くし、そうでない領域については転送レートな
どに応じた所定の重みで量子化する。

【００１２】従って、限られた転送レート内であればオ
ーバースキャン領域について符号量が減った分だけそれ
以外の領域での量子化の重みは高くできる。その後、可
変長符号化部は量子化後のデータを所定の転送レートに
応じた符号量で符号化する。この可変長符号化部は転送
レートに応じて転送可能な符号量となるように符号化す
るため、オーバースキャン領域の符号量を減らした分だ
け確実にそれ以外の領域での符号量の余裕ができ、高画
質となる符号化を実行する。

【００１３】一方、かかる符号化を行われた画像データ
を再生する場合、可変長復号部は可変長データで符号化
されたデータを復元し、逆量子化部は逆量子化を行う。
さらに、逆ＤＣＴ演算部は逆離散コサイン変換演算を行
うと輝度成分と色差成分に分離され、ビデオエンコード
部は各成分に基づいてディジタルのビデオ信号へ変換す
る。そして、最後にＤ／Ａ変換部はディジタルのビデオ
信号をアナログのビデオ信号へ変換して出力する。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面にもとづいて本発明の
実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態にか
かる画像信号圧縮装置を含む画像信号圧縮伸張装置をブ
ロック図により示している。図１において、ビデオ入力
端子ＶｉｎからのＮＴＳＣ方式のビデオ信号をデジタル
化し取り込むためのＡ／Ｄ変換部１０と、そのデジタル
化されたビデオ信号を輝度成分および色差成分に分離す
るＮＴＳＣデコード（ビデオデコード）部１１と、分離
した輝度成分と色差成分についてそれぞれ離散コサイン
変換（Discrete Cosine Transform:ＤＣＴ）によって周
波数成分に変換するＤＣＴ演算部１２とを備えている。
これらは量子化のための一般的な準備回路構成である。

【００１５】このＤＣＴ演算部１２の後段を説明する前
に、効果的な圧縮の概念を説明する。図２はビデオ信号
の内容を概略図により示しており、図３はビデオ信号と
表示イメージとの関係を概略図により示している。通
常、ビデオ信号はＮＴＳＣ信号とも呼ばれ、図２に示す
ように、水平信号ではカラーバースト区間と映像区間に
大別される。テレビジョンではオーバースキャンされて
映像が撮られることになっており、ＣＣＩＲ等の規格で
決められているデジタルの映像区間（ａ）よりもテレビ
ジョンで実際に表示されている区間（ｂ）の方が短くな
っている。従って、映像区間（ａ）から表示区間（ｂ）
を引いたオーバースキャン領域の区間は実際のテレビジ
ョンででは見えていない部分となり、カットしても見栄
え上は問題がない。

【００１６】量子化制御部１３は、このような意味でビ
デオ信号における垂直方向と水平方向でのオーバースキ
ャンとなる領域をパラメータとして与えられることによ
り、オーバースキャン領域を無効領域とすると共にそれ
以外の表示領域を有効領域とし、有効領域と無効領域に
対応したスイッチ信号を出力するようになっている。

【００１７】量子化部１４はＤＣＴ演算部１２から出力
された周波数成分データを量子化するものであり、後述
する可変長符号化部１５からの指令に応じた重みで量子
化すべく量子化テーブルを切り替える。また、上述した
量子化制御部１３からのスイッチ信号によっても量子化
の重みを制御され、上述した無効領域では量子化の重み
を減らし、粗くすることによってＤＣＴ演算部１２から
出力された周波数成分データをカットする。これに対
し、有効領域については上述した可変長符号化部１５か
らの指令に応じた量子化テーブルを使用して所定の重み
で量子化する。

【００１８】可変長符号化部１５は、出力された量子化
後のデータをジグザグスキャンしてハフマン符号を割り
当てる。また、作成された符号量を転送レートに対照
し、転送可能な範囲であるか否かを判別しつつ、その結
果として符号量の大小を判別するための信号を量子化部
１４に出力する。すなわち、量子化部１４は転送レート
に応じて転送可能な程度の量子化を行わなければなら
ず、符号化後に転送可能な程度の重みで量子化を行って
いる。

【００１９】一方、この逆の過程でビデオ信号を再現す
るため、可変長復号部１６と、逆量子化を行う逆量子化
部１７と、逆離散コサイン変換演算を行う逆ＤＣＴ演算
部１８と、逆離散コサイン変換で演算された輝度成分信
号と色差成分信号とに基づいてディジタルのビデオ信号
へ変換するＮＴＳＣエンコード部（ビデオエンコード
部）１９と、ディジタルのビデオ信号アナログのビデオ
信号へ変換するためのＤ／Ａ変換部２０とを備えてい
る。

【００２０】次に、上記構成からなる本実施形態の動作
を説明する。ＮＴＳＣ方式のビデオ信号は、先ず入力端
子から入力され、Ａ／Ｄ変換部１０にてデジタルデータ
に変換される。次に、このデジタル化されたビデオ信号
はＮＴＳＣデコード部１１のローパスフィルタ等によ
り、デジタル的に輝度信号成分データと色差信号成分デ
ータに分離される。これらの輝度信号成分データと色差
信号成分データはそれぞれＤＣＴ演算部１２へ送られ、
上述した離散コサイン変換演算にて処理される。このＤ
ＣＴ演算部１２はＭＰＥＧ等で用いられる離散コサイン
変換の演算処理と同じ処理を実行するものであり、この
演算によって輝度信号成分データと色差信号成分データ
は、周波数成分データに変換される。

【００２１】量子化制御部１３には、ビデオ信号のオー
バースキャンとなる垂直および水平の有効領域と無効領
域について外部からパラメータとして与える。かかるパ
ラメータを与えられると、量子化制御部１３はこの無効
領域か有効領域かを示すスイッチ信号を量子化部１４に
出力する。

【００２２】量子化部１４は、この量子化制御部１３か
らのスイッチ信号をもとに、無効領域ではＤＣＴ演算部
１２からのデータをすべて「０」にしてしまう量子化テ
ーブルを選択する。また、量子化テーブルとしては量子
化のあらさに対応した何段階かに対応して備えており、
有効領域では後段の可変長符号化部１５からフィードバ
ックされた信号に応じて量子化テーブルを切り替え、目
的の転送レートに合うように制御される。すなわち、可
変長符号化部１５で得られた符号量が転送レートを越え
たか越えないかの度合いに応じて同量子化部１４に対し
て信号を出しており、越えないようにする程度の重みと
なるように量子化テーブルが切り換えられている。

【００２３】可変長符号化部１５では量子化されたデー
タをジグザグスキャンし、「０」になったデータのラン
数と「０」にならなかった量子化後のデータの組み合わ
せをハフマン符号のように可変長符号化をおこなう。そ
して、符号化されたデータは量子化テーブルとともに符
号入出力部ＤＴから伝送路上に出力される。なお、可変
長符号化部１５は、符号化されたデータを転送レートと
比較して転送レートよりも低いか高いかを数段階に分け
た情報を得ている。この情報は、次の処理ブロックの量
子化テーブルをあらくするか細かくするべきかの好適な
情報となり、上述したように数段階のレベルで量子化部
１４へ出力されている。

【００２４】符号化されたデータは、オーバースキャン
領域のデータを全て「０」にしてしまう量子化を経て出
力されたものであり、オーバースキャン領域に限って言
えば符号量が低下している。一方、全体的には限られた
転送レートに応じた符号量となっているため、他の領域
に対応する符号量は増えている。すなわち、表示領域に
ついてはたくさんの符号量を割り当てたことになるので
高画質となっている。

【００２５】すなわち、オーバースキャンされて実際の
テレビジョンの表示では見えない部分については量子化
部１４で「０」にされるので、事実上カットされ、ここ
で符号化されなかった符号量は有効領域の符号量へにま
わされることにより、テレビジョンで見えている部分の
符号の割り当て量が限られた転送レートであっても増
え、画質が向上する。

【００２６】また、外部からパラメータでオーバースキ
ャン領域を与えられているため、必要に応じて従来のビ
デオ信号を圧縮する際にも画質向上がはかれる。ところ
で、図４に示すように、映画をビデオにする際に横長の
１６：９の画面を４：３のテレビジョン画面に納めるた
め、映像の上部と下部とを黒くしているものが多くあ
る。この場合も、上部と下部の黒い部分をパラメータで
指示することにより、カットでき、カットされた部分の
符号量を中の映像部分へ割り当てることができ、画質を
向上できる。

【００２７】以上は、ビデオ信号を圧縮する時の説明で
あり、これに対してデータを伸張してビデオ信号を得る
場合には次のようになる。符号入出力部ＤＴから入力さ
れた符号データは、可変長復号部１６により復号され、
逆量子化部１７では伝送された量子化テーブルをもとに
逆量子化される。ついで、逆ＤＣＴ演算部１８にてもと
の輝度信号データと色差信号データに復元され、ＮＴＳ
Ｃエンコード部１９では同輝度信号データと色差信号デ
ータから元のＮＴＳＣデータに変換された後、Ｄ／Ａ変
換部２０にてアナログ信号へ戻されてビデオ出力端子Ｖ
ｏｕｔから出力される。

【００２８】上述した実施形態は本発明の好適な実施の
一例に過ぎず、本発明はこれに限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実
施可能である。例えば、上述した実施例においては、映
像区間をオーバースキャン区間と表示区間とに分けて有
効領域と無効領域としているが、量子化の軽重の付け方
としては、かかる分類だけに限らない。例えば、画面中
央に近い部分ほど量子化の重みを重くし、端に近い部分
ほど量子化の重みを減らすようにしてもよい。この場
合、オーバースキャン部分については同様に量子化の重
みを減らすことになる。

【００２９】このように、画像信号を量子化する際、テ
レビジョンで表示される表示領域については許容可能な
符号量に応じて量子化部１４が量子化するが、オーバー
スキャン領域のように重要な領域とはいえない部分につ
いては、量子化制御部１３が量子化部１４を制御して量
子化の重みを軽くして符号量を減らすことにより、一定
の転送レートで許容される符号量の範囲で表示領域に多
くの符号量を割り当て、高画質を維持して画像信号の圧
縮及び伸張を図ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、映像領域
全体で均一に行われていた量子化の重みに軽重を付ける
ことにより、限られた転送レートの範囲内で重要部分の
画像を高画質にすることが可能な画像信号圧縮装置を提
供することができる。また、請求項２にかかる発明によ
れば、テレビ画面に映らないオーバースキャン領域の画
質を落とすことにより、結果として全く画質の落ちる部
分を生じさせることなく高画質化することができる。

【００３１】さらに、請求項３にかかる発明によれば、
重要でない領域について一律の低減値に変更してしまう
ことにより、極めて簡易かつ効果的に画像信号を圧縮す
ることができる。さらに、請求項４にかかる発明によれ
ば、領域を指定して量子化の重みを変化させるため、
４：３の受像器において１６：９の映像を表示するよう
な場合にも容易に不要部分の量子化の重みを減らすとい
ったことができる。さらに、請求項５にかかる発明によ
れば、オーバースキャン領域の量子化をあらくすること
により、高画質のまま圧縮と伸張を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態にかかる画像信号圧縮伸張
装置のブロック図である。

【図２】ビデオ信号の内容を示す概略図である。

【図３】ビデオ信号を表示イメージの関係を示す概略図
である。

【図４】映画の画像を例とした圧縮の概念を示す概略図
である。

【符号の説明】

１０…Ａ／Ｄ変換部 １１…ＮＴＳＣデコード部 １２…ＤＣＴ演算部 １３…量子化制御部 １４…量子化部 １５…可変長符号化部 １６…可変長復号部 １７…逆量子化部 １８…逆ＤＣＴ演算部 １９…ＮＴＳＣエンコード部 ２０…Ｄ／Ａ変換部

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ビデオ信号を量子化して圧縮する画像信
   号圧縮装置であって、映像領域内で量子化の重みに軽重
   をつけることを特徴とする画像信号圧縮装置。
2. 【請求項２】 上記請求項１に記載の画像信号圧縮装置
   において、映像領域内のオーバースキャン領域で量子化
   の重みを減らすことを特徴とする画像信号圧縮装置。
3. 【請求項３】 上記請求項１または請求項２に記載の画
   像信号圧縮装置において、量子化の重みを減らすときに
   一律に所定値に変更させることを特徴とする画像信号圧
   縮装置。
4. 【請求項４】 上記請求項１〜請求項３に記載の画像信
   号圧縮装置において、量子化の重みに軽重を付ける領域
   を指定する領域指定手段と、指定された領域ごとに所定
   の重みで量子化する量子化手段とを具備することを特徴
   とする画像信号圧縮装置。
5. 【請求項５】 ビデオ信号をデジタル化して取り込むた
   めのＡ／Ｄ変換部と、デジタル化されたビデオ信号を輝
   度成分および色差成分に分離をするビデオデコード部
   と、輝度成分と色差成分についてそれぞれ離散コサイン
   変換により周波数成分に変換するＤＣＴ演算部と、ＤＣ
   Ｔ演算部にて出力された周波数成分データについてビデ
   オ信号のオーバースキャン領域について量子化を粗くし
   て量子化する量子化部と、量子化後のデータを所定の転
   送レートに応じた符号量で符号化する可変長符号化部
   と、可変長復号部と、逆量子化を行う逆量子化部と、逆
   離散コサイン変換を行う逆ＤＣＴ演算部と、逆離散コサ
   イン変換演算された輝度成分と色差成分に基づいてディ
   ジタルのビデオ信号へ変換するビデオエンコード部と、
   ディジタルのビデオ信号をアナログのビデオ信号へ変換
   するＤ／Ａ変換部とを具備することを特徴とする画像信
   号圧縮伸張装置。