JPH09331528A - 画像符号化機能付復号装置 - Google Patents

画像符号化機能付復号装置

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JPH09331528A
JPH09331528A JP14890796A JP14890796A JPH09331528A JP H09331528 A JPH09331528 A JP H09331528A JP 14890796 A JP14890796 A JP 14890796A JP 14890796 A JP14890796 A JP 14890796A JP H09331528 A JPH09331528 A JP H09331528A
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Susumu Takahashi
将 高橋
Masuo Oku
万寿男 奥
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】デコードと簡易エンコードを回路を共用して行
う。 【解決手段】減算加算兼回路6、DCT兼逆DCT回路
7、量子化兼逆量子化回路8、ハフマン符号化兼復号回
路9は、エンコード時とデコード時で逆の処理を行う。
フレームメモリ17,18はデコード時、再生画像を予
測の参照画像として蓄える。エンコード時は、入力画像
を参照画像として蓄え、局部復号のない簡易エンコード
を行う。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は画像符号化復号装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】音声を含んだ動画像の符号化方式として
MPEG2が国際標準化され、実用化が始まっている。
このMPEG2の画像符号器復号器およびLSIの開発
状況に関しては、テレビジョン学会誌第49巻第4号、
435−436頁および518−522頁(1995年
4月)に詳しい。
【0003】MPEG−2では、想定されるアプリケー
ションに合わせていくつかのサブセットを設けている。
このうち、メインプロファイルメインレベルと呼ばれる
サブセットは、現行のテレビジョン方式と同等以上の画
質が得られるサブセットで、ディジタルテレビ放送、デ
ィスクメディア等の規格に採用されている。このサブセ
ットは最大15Mbpsまでのビットレートをカバーして
いるが、放送やパッケージメディアではエンコーダ(符
号器)側で最大限の努力をしてなるべく低いビットレー
トで高い画質を得ようとする。このため、実用的なレベ
ルとしてビットレートは6〜9Mbpsが選ばれている。
ただし、デコーダ(復号器)は規格最大の15Mbpsま
で対応していなければならない。
【0004】上述したアプリケーションはすべてデコー
ダ応用であり、デコーダLSIの開発が進んでいる。こ
れに対し、エンコーダLSIは、アプリケーションが少
ないことや、デコーダに比べて回路規格が大きくなるこ
とのために、デコーダLSIに比べれば開発は進んでい
ない。今後、パソコンへの画像取り込み等の分野で、エ
ンコーダ応用の需要も高まってくると思われる。
【0005】MPEGの画像符号化方式は、動き補償に
よる予測符号化と、DCT(離散コサイン変換)を基本
としている。符号化はマクロブロックと呼ばれる部分画
像を単位として行われ、動きベクトルを検出し、動きベ
クトルによって参照画像をずらせて差分を取り、DC
T、量子化を行って、可変長符号に変換する。エンコー
ダは符号化器であるが、量子化誤差の蓄積を防ぐため、
局部復号器を持って参照画像を作る必要がある。また、
動きベクトルの検出にも大きな回路規模を要する。この
動きベクトルの検出回路の性能は画質を大きく左右し、
大きな回路規模で複雑な処理をすれば画質は向上する。
【0006】しかし、パソコンへの画像取り込み等の場
合は、放送などに比べればコストとの兼ね合いで低画質
も許容される。また、自己圧縮伸長であれば最大限の1
5Mbpsまでビットレートを上げて画質を稼ぐこともで
きる。記録媒体の記録容量も年々向上しており、いずれ
は、それほどビットレートを下げなくてもユーザは不自
由を感じないようになるのであろう。
【0007】また、エンコーダは局部復号器を持つの
で、デコーダの機能を兼ね備えさせることができる。し
かし、エンコーダはデコーダに比べはるかに回路規模が
大きいので、それだけではエンコーダの回路を十分に活
かしているとは言えない。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、エン
コーダは局部復号器が必要であり、動きベクトルの検出
回路の回路規模も大きいため、安価なエンコーダは実現
できていない。
【0009】本発明の目的は、エンコードとデコードで
回路を共用することにより、小さな回路規模で高画質の
デコードと簡易的なエンコードを行い、より広い用途に
対応した装置を提供することにある。
【0010】また、従来の技術では、回路規模の大きい
エンコーダにデコーダの機能を合わせ持たせることがで
きるが、回路を十分に活かしていない。
【0011】本発明の他の目的は、エンコードとデコー
ドで回路を共用することにより、エンコーダに、より高
いデコード機能を持たせることにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明では、エンコード時には直交変換を行い、デ
コード時には逆変換を行うソース符号化兼復号手段と、
エンコード時には可変長符号化を行い、デコード時には
その復号を行うエントロピー符号化兼復号手段と、エン
コード時には入力画像を蓄え、デコード時には再生画像
を蓄える画像メモリ手段と、画像メモリ手段に蓄えられ
た画像を参照して予測を行い、エンコード時には入力画
像と予測値の差分値をソース符号化兼復号手段へ入力
し、デコード時には再生差分値と予測値を加算して再生
画像とする予測手段を備え、局部復号を行わない簡易エ
ンコードを行うようにした。
【0013】また、より高いデコード機能を持たせるた
め、エンコード時には符号化処理を行い、デコード時に
は復号処理を行う手段と、エンコード時には局部復号処
理を行い、デコード時には復号処理を行う手段と、エン
コード時には入力画像の順序入れ替えを行い、デコード
時には参照画像の蓄積を行う手段と、エンコード時には
局部復号画像の蓄積を行い、デコード時には参照画像の
蓄積を行う手段を設け、2チャンネルのデコードを行う
ようにした。
【0014】
【発明の実施の形態】図1は本発明による画像符号化機
能付復号装置の実施例を示すブロック図であって、1は
画像データ入力端子、2は圧縮データ出力端子、3は圧
縮データ入力端子、4は画像データ出力端子、5はスイ
ッチ、6は減算加算兼回路、7はDCT兼逆DCT回
路、8は量子化兼逆量子化回路、9はハフマン符号化兼
復号回路、10はバッファメモリ、11はエンコード/
デコード切り換え回路、12は情報制御回路、13は表
示選択回路、14は動きベクトル検出回路、15は前方
向動き補償回路、16は双方向動き補償回路、17,1
8はフレームメモリである。
【0015】本実施例はエンコードモードとデコードモ
ードの二つの動作モードを持ち、エンコードモードにお
いては画像データ入力端子1に画像データが入力され、
圧縮データ出力端子2から圧縮符号化された画像データ
が出力される。一方、デコードモードでは圧縮データ入
力端子3に圧縮符号化された画像データが入力され、画
像データ出力端子4から復号された画像データが出力さ
れる。エンコード/デコード切り換え回路11からスイ
ッチ5、減算加算兼回路6、DCT兼逆DCT回路7、
量子化兼逆量子化回路8、ハフマン符号化兼復号回路
9、バッファメモリ10へ制御信号が供給されており、
これによりエンコードモードとデコードモードの切り替
えを行う。
【0016】まず、デコードモードの動作を説明する。
同図で、ハフマン符号化兼復号回路9は入力された圧縮
データのハフマン符号を復号し、DCT係数の量子化値
および動きベクトルを得る。量子化兼逆量子化回路8は
量子化値から元のDCT係数値を復元し、DCT兼逆D
CT回路7は逆DCT変換によりDCT係数値から画像
データの差分値を復元する。減算加算兼回路6は双方向
動き補償回路16の出力に差分値を加算し、画像データ
値を得る。復元された画像データは参照画像としてフレ
ームメモリ17または18に蓄えられる。双方向動き補
償回路16はフレームメモリ17および18から読み出
した参照画像に対して動きベクトルに基づく動き補償を
行い、減算加算兼回路6へ供給する。動きベクトルは、
ハフマン符号化兼復号回路9で復号された値が用いられ
る。表示選択回路13は減算加算兼回路6、フレームメ
モリ17および18の出力の中から表示すべきフレーム
のデータを選択して出力する。
【0017】図2はフレームメモリ17および18の書
込み、読出しと表示選択のタイミングチャートである。
図中、Iとあるのは独立して符号化が行われたIフレー
ム、Pとあるのは最も最近のIまたはPフレームからの
前方向予測により符号化されたPフレーム、Bとあるの
は前後のIまたはPフレームからの双方向予測により符
号化されたBフレームで、数字は表示順を示している。
未来からの予測を用いているため、圧縮データは参照し
ている未来のフレームから先に送られてくる(1B,2
Bより3Iが、4B,5Bより6Pが)。フレームメモ
リ17および18はIおよびPフレームを交互に蓄え、
これを用いてBおよびPフレームの予測を行う。例え
ば、3Iと6Pから4Bと5Bの予測を行う。
【0018】次に、エンコードモードの動作を説明す
る。画像データ入力端子1から入力された画像データ
は、まず、減算加算兼回路6で前方向動き補償回路15
の出力との差分がとられる。得られた差分値はDCT兼
逆DCT回路7によってDCT係数に変換され、量子化
兼逆量子化回路8によって量子化値に変換される。得ら
れた量子化値はハフマン符号化兼復号回路9でハフマン
符号に変換される。情報量制御回路12はバッファメモ
リの充満度をチェックして、量子化兼逆量子化回路8の
量子化の粗さをコントロールすることにより、情報量を
制御する。
【0019】入力画像は、参照画像としてフレームメモ
リ17に蓄える。動きベクトル検出回路14は入力画像
と参照画像から動きベクトルを求める。前方向動き補償
回路15はこの動きベクトルを用いて参照画像の動き補
償を行う。
【0020】動きベクトルはハフマン符号化兼復号回路
9でDCT係数の量子化値と合わせて符号化される。
【0021】図3はフレームメモリ17の書込み、読出
しのタイミングチャートである。1フレーム前のデータ
を出力し、前方向の予測のみを行う(1Iから2P、2
Pから3P)。
【0022】以上のように、この実施例では、回路を共
用することにより、小さな回路規模で高画質のデコード
と簡易的なエンコードを行うことができる。
【0023】図4はフレームメモリを三つに増やし、エ
ンコード時にBフレームを1枚挿入するようにした実施
例のブロック図である。19はフレームメモリ、20は
スイッチである。デコードの動作は図1に示した実施例
と同じである。
【0024】エンコード時もフレームメモリ17と18
の両方に参照画像を蓄えて、双方向の予測を行う。フレ
ームメモリ19は、双方向予測を行うBフレームを、参
照する未来のフレームより後に符号化するように遅らせ
るためのメモリである。動きベクトル検出回路14は、
符号化するフレームのデータとフレームメモリ17,1
8のデータから動きベクトルを計算し、双方向動き補償
回路16に送る。
【0025】図5はフレームメモリ17,18,19の
書込み、読出しのタイミングチャートである。Iまたは
Pフレームの間に1枚だけBフレームが入っている。フ
レームメモリ19は、Bフレームを2フレーム遅らせ
る。フレームメモリ17と18は、IおよびPフレーム
を交互に蓄え、それらを用いて、遅らせたBフレームの
双方向の予測を行う。
【0026】本実施例では、双方向予測を用いてさらに
効率の良い簡易エンコードを行うことができる。
【0027】図6は本発明の画像符号化機能付復号装置
を用いたディジタル画像システムの実施例を示すブロッ
ク図であり、36は画像符号化機能付復号回路、37は
アンテナ、38はディジタル放送チューナ、39はビデ
オディスク、40はビデオディスクプレーヤ、41はハ
ードディスク、42はデータストリーマ、43は入力選
択器である。画像符号化機能付復号回路36は本発明に
よる画像符号化機能付復号回路である。
【0028】同図で、放送されてきた画像を復号する場
合には、アンテナ37に入来した放送電波をディジタル
放送チューナ38で受信し、入力選択器43がこれを選
択して画像符号化機能付復号回路36へ供給し、復号が
行われる。ビデオディスクの画像を復号する場合には、
ビデオディスクプレーヤ40がビデオディスクプレーヤ
39を再生し、入力選択器43がこれを選択して画像符
号化機能付復号回路36へ供給し、復号が行われる。こ
れらの媒体の圧縮符号は6〜9Mbpsのビットレートで
符号化されている。
【0029】一方、画像データ入力端子1から入力され
た画像データは、画像符号化機能付復号回路36で簡易
的に符号化され、ハードディスク41あるいはデータス
トリーマ42へ記録される。簡易的な符号化のため放送
やビデオディスクに比べて画質が劣るので、ビットレー
トを15Mbps程度まで上げて画質を稼いでもよい。記
録したデータも入力選択器43で選択して、復号でき
る。
【0030】本実施例では、放送あるいはビデオディス
クの高画質の圧縮符号のデコードと、外部入力画像の簡
易的なエンコードとそのデコードを行うことができる。
【0031】図7は2チャンネルのデコーダで局部復号
有りのエンコードを行うようにした実施例のブロック図
である。圧縮データ入力端子21、画像データ出力端子
22、加算回路26、逆DCT回路27、逆量子化回路
28、ハフマン復号回路29、バッファメモリ30、表
示選択回路31、双方向動き補償回路33、フレームメ
モリ34,35は、デコード時には、圧縮データ入力端
子2、画像データ出力端子4、減算兼加算回路6、DC
T兼逆DCT回路7、量子化兼逆量子化回路8、ハフマ
ン符号化兼復号回路9、バッファメモリ10、表示選択
回路13、双方向動き補償回路16、フレームメモリ1
7,18と同じ働きをし、合わせて2チャンネルのデコ
ードを行う。
【0032】エンコード時は、加算回路26、逆DCT
回路27、逆量子化回路28、双方向動き補償回路3
3、フレームメモリ34,35は量子化兼逆量子化回路
8の出力をデコードする局部復号を行う。一方、フレー
ムメモリ17,18は入力画像の連続する2枚のBフレ
ームを蓄え、3フレーム遅延する。減算兼加算回路6で
用いる予測値は、局部復号した画像データを用いる。動
きベクトル検出回路32は、符号化しようとする画像デ
ータとフレームメモリ34,35の画像データから計算
する。
【0033】図8はフレームメモリ17,18,34,
35の書込み、読出しのタイミングチャートである。I
およびPフレームの間に2枚のBフレームが挟まったエ
ンコードを行う。フレームメモリ17,18は入力画像
中のBフレームを3フレーム遅延する。フレームメモリ
34,35は局部復号されたIおよびPフレームを交互
に蓄える。これら局部復号された2枚の参照画像を用い
て、双方向予測を行う。
【0034】本実施例によれば、回路を共用化すること
により、少ない回路規模で高画質のエンコードと2チャ
ンネルのデコードを行うことができる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、エンコードとデコード
で回路を共用することにより、小さな回路規模で高画質
のデコードと簡易的なエンコードを行うことができる。
さらに、エンコードとデコードで回路を共用することに
より、小さな回路規模で高画質のエンコードと2チャン
ネルのデコードを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による画像符号化機能付復号装置の一実
施例を示すブロック図。
【図2】図1におけるデコード時のメモリ動作を示した
タイミングチャート。
【図3】図1におけるエンコード時のメモリ動作を示し
たタイミングチャート。
【図4】双方向予測のエンコードも行う実施例を示すブ
ロック図。
【図5】図4におけるエンコード時のメモリ動作を示し
たタイミングチャート。
【図6】本発明による画像符号化機能付復号装置を用い
たディジタル画像システムの一例を示すブロック図。
【図7】通常エンコードと2チャンネルデコードを行う
実施例を示すブロック図。
【図8】図7におけるエンコード時のメモリ動作を示し
たタイミングチャート。
【符号の説明】
1…画像データ入力端子、 2…圧縮データ出力端子、 3,21…圧縮データ入力端子、 4,22…画像データ出力端子、 5,20,23,24,25,44…スイッチ、 6…減算加算兼回路、 7…DCT兼逆DCT回路、 8…量子化兼逆量子化回路、 9…ハフマン符号化兼復号回路、 10,30…バッファメモリ、 11…エンコード/デコード切り換え回路、 12…情報量制御回路、 13,31…表示選択回路、 14…動きベクトル検出回路、 15…前方向動き補償回路、 16,33…双方向動き補償回路、 17,18,19,34,35…フレームメモリ、 18…画像データ出力端子。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】エンコードモードとデコードモードの二つ
    のモードを持ち、エンコードモード時には直交変換を用
    いて画像の空間方向の冗長度を除去し、デコードモード
    時にはその逆変換を行うソース符号化兼復号手段と、エ
    ンコードモード時にはソース符号化兼復号手段により直
    交変換されたデータを可変長符号に変換し、デコードモ
    ード時にはその逆変換を行うエントロピー符号化兼復号
    手段と、エンコードモード時には入力画像データを直接
    蓄え、デコードモード時には再生された画像データを蓄
    える画像メモリ手段と、画像メモリ手段に蓄えられた画
    像データを参照データとして予測を行い、エンコードモ
    ード時には入力画像データと予測値の差分値をソース符
    号化兼復号手段へ入力し、デコードモード時には再生さ
    れた差分値データと予測値を加算して再生画像データと
    する予測手段を備え、エンコードモード時には局部復号
    画像の代わりに入力画像そのものを予測の参照画像とす
    る簡易エンコードモードを行うことを特徴とする画像符
    号化機能付復号装置。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記画像メモリ手段は
    2フレーム分の参照画像を蓄える容量を備え、予測手段
    はエンコードモード時には過去の画像からの予測を行う
    前方向予測だけを行い、デコードモード時には過去の画
    像からの予測と未来の画像からの予測を併用する両方向
    予測を行うようにする画像符号化機能付復号装置。
  3. 【請求項3】エンコードモードとデコードモードの二つ
    のモードを持ち、エンコードモード時には直交変換を用
    いて画像の空間方向の冗長度を除去し、デコードモード
    時にはその逆変換を行うソース符号化兼復号手段と、エ
    ンコードモード時にはソース符号化兼復号手段により直
    交変換されたデータを可変長符号に変換し、デコードモ
    ード時にはその逆変換を行うエントロピー符号化兼復号
    手段と、可変長符号を直交変換データに復号するエント
    ロピー復号手段と、エンコードモード時にはソース符号
    化兼復号手段により直交変換されたデータを逆変換し、
    デコードモード時にはエントロピー復号手段により復号
    された直交変換データを逆変換するソース復号手段と、
    再生された画像データを蓄える第1の画像メモリ手段
    と、第1の画像メモリ手段に蓄えられた画像データを参
    照データとして予測を行い、ソース復号手段により再生
    された差分値データと予測値を加算して再生画像データ
    とする第1の予測手段と、エンコードモード時には入力
    画像データ中の両方向予測を行う画像を蓄えて、参照す
    る未来の画像より時間的に後になるように遅延して出力
    し、デコードモード時には再生された画像データを蓄え
    る第2の画像メモリ手段と、エンコードモード時には第
    1の画像メモリ手段に蓄えられた画像データを参照デー
    タとして予測を行い、入力画像データあるいは第2の画
    像メモリ手段により遅延した画像データと予測値の差分
    値をソース符号化兼復号手段へ入力し、デコードモード
    時には第2の画像メモリ手段に蓄えられた画像データを
    参照データとして予測を行い、ソース符号化兼復号手段
    により再生された差分値データと予測値を加算して再生
    画像データとする第2の予測手段を備え、デコードモー
    ド時には2チャンネルのデコードを行い、エンコードモ
    ード時にはソース復号手段、第1の画像メモリ手段、第
    1の予測手段により局部復号を行う1チャンネルのエン
    コードを行うことを特徴とする画像符号化機能付復号装
    置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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