JPH10112857A - 画像信号の符号化・復号化方法および装置 - Google Patents

画像信号の符号化・復号化方法および装置

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JPH10112857A
JPH10112857A JP26574296A JP26574296A JPH10112857A JP H10112857 A JPH10112857 A JP H10112857A JP 26574296 A JP26574296 A JP 26574296A JP 26574296 A JP26574296 A JP 26574296A JP H10112857 A JPH10112857 A JP H10112857A
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JP
Japan
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signal
decoding
image signal
frequency
encoding
Prior art date
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JP26574296A
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English (en)
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Masahiro Kageyama
昌広 影山
Hiroshi Yoshiki
宏 吉木
Kazuo Ishikura
和夫 石倉
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 フレームあたりの走査線数が576ラインを
越える順次走査形態の画像信号ビットストリームは、M
P@MLのMPEG2デコードLSIにより復号化でき
ない。 【解決手段】 順次走査形態の入力信号を、分割手段1
により飛び越し走査形態の主信号と補強信号に分割した
のちにそれぞれを符号化手段(2,3)により符号化
し、2組のMP@MLのビットストリームとする。 【効果】MP@MLのデコーダで順次走査形態の画像が
再生できるため、順次走査形態の画像を用いた新サービ
スの普及が容易になる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、画像信号の符号化
・復号化する方法および装置に関し、特に飛び越し走査
形態と順次走査形態の間に互換性を持たせて符号化・復
号化する方法および装置に関する。
【0002】
【従来の技術】画像信号を符号化・復号化する際の国際
標準方式として、MPEG(Moving Picture Experts G
roup)方式が規定されている(参考文献1:例えば,藤
原,「最新MPEG教科書」,アスキー出版局,199
4年)。特に、放送などのように高画質が必要な分野で
は、MPEG2方式が主として用いられる。
【0003】MPEG2方式は、プロファイル(機能別
の分類)とレベル(画像サイズなどによる分類)によっ
ていくつかのクラスに分類されている。現行のテレビジ
ョン方式(NTSC方式やPAL方式)に相当する画質
(例えば、水平704画素×垂直480本、30フレー
ム/秒、飛び越し走査形態、など)の伝送には、メイン
プロファイルのメインレベル(MP@ML)を用いるの
が一般的である。従って、量産されているデコードLS
Iも、MP@MLに対応したものが主流である。
【0004】一方、画像信号をコンピュータで扱う場合
には、変形や回転などの処理が容易な順次走査形態(6
0フレーム/秒、など)が適している。また、順次走査
形態ではラインフリッカ(ちらつき)が生じないため、
飛び越し走査形態に比べて大きく高画質化できる。しか
し、フレームあたりの走査線数が飛び越し走査形態の2
倍になるため、最大576ラインに規定されているメイ
ンレベル(ML)ではサポートできず、ハイレベル(H
L)やハイ1440レベル(H−14)のクラスを用い
る必要がある。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】前述したメインプロフ
ァイル(MP)における各レベル間には、規格により上
位互換性が保たれている。すなわち、MLで符号化した
ビットストリーム(データ列)は、HLやH−14のデ
コードLSIにより復号化することが可能である。
【0006】しかし、下位互換性が保たれているハイプ
ロファイル(HP)などとは異なり、MPでは下位互換
性が保たれていないため、HLやH−14で符号化した
ビットストリームは、既に量産されているMP@MLの
一般的なデコードLSIでは復号化できない。
【0007】従って、順次走査形態の画像信号を伝送す
る新たなサービス(放送やパッケージソフト化など)を
開始しようとしても、HLやH−14に対応したデコー
ドLSIの開発・普及を待つ必要があり、新サービスの
普及が阻害される危険性がある。
【0008】あるいは、HLやH−14のビットストリ
ームとMLのビットストリームを別々に両方用意し、こ
れらを同時に放送(配布)するなどの工夫が必要にな
り、伝送コストなどの点で不経済である。
【0009】従って、本発明の目的は、既存の低レベル
(MLなど)のデコードLSIをそのまま用いても復号
化できるように、低レベルのビットストリームと完全互
換性を保ったまま、高レベル(HLやH−14など)の
画像を符号化・復号化する方法および装置を提供するこ
とにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、符号化の際には、順次走査形態の入力画像信号を飛
び越し走査形態の主信号と補強信号に分割する分割手段
と、主信号および補強信号をそれぞれ符号化して第1お
よび第2のビットストリームを生成する第1および第2
の符号化手段を用いる。復号化の際には、第1および第
2のビットストリームをそれぞれ復号化して飛び越し走
査形態の主信号と補強信号を再生する第1および第2の
復号化手段と、再生した主信号と補強信号を合成して順
次走査形態の出力画像信号とする合成手段を用いる。
【0011】前記分割手段は周波数分割手段および走査
線間引き手段から成り、前記合成手段は走査線挿入手段
と周波数合成手段から成る。この周波数分割および合成
は、垂直周波数と時間周波数のどちらか一方で表される
1次元周波数領域、あるいは両方で表される2次元周波
数領域における分割および合成である。
【0012】前記分割手段は、前記主信号に垂直周波数
の低域成分と時間周波数の低域成分をともに含むように
分割する。また、前記補強信号に、垂直周波数の低域成
分あるいは時間周波数の低域成分の少なくともどちらか
一方は含まないように分割する。
【0013】なお、前記第1のビットストリームのビッ
トレートに比べて、前記第2のビットストリームのビッ
トレートが小さくなるように、前記第1および第2の符
号化手段の符号化効率をそれぞれ設定してもよい。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
例を説明する。
【0015】図1に、本発明の一実施例の構成図を示
す。まず、HLやH−14に相当する順次走査形態の入
力画像信号を、後述の分割手段1により、MLに相当す
る飛び越し走査形態の主信号と補強信号に分割する。こ
の際、主信号には、垂直周波数の低域成分と時間周波数
の低域成分をともに含むように分割する。すなわち、補
強信号を使用せず、主信号だけを再生した場合でも、一
般の画像として出力できるように分割する。また、補強
信号には、垂直周波数の低域成分あるいは時間周波数の
低域成分の少なくともどちらか一方を含まないように分
割する。
【0016】この主信号と補強信号を、MPEG2方式
のMP@MLに準拠した第1の符号化手段2および第2
の符号化手段3によりそれぞれ符号化して第1および第
2のビットストリームとし、伝送する。伝送にあたって
は、第1のビットストリームは画像信号用のチャネルで
伝送し、第2のビットストリームはデータ信号用のチャ
ネル等で補助的に伝送してもよい。
【0017】分割手段1は、補強信号の垂直周波数の低
域成分あるいは時間周波数の低域成分の少なくともどち
らか一方を含まないように分割することにより、パワー
を抑えて視覚的に目立たなくすることができる。そのた
め、画質劣化を抑えながら第2の符号化手段3の符号化
効率を上げることができる。
【0018】とくに、補強信号に垂直周波数の低域成分
を含まないように分割した場合にはDCT(離散コサイ
ン変換)の垂直低周波項の係数が小さくなり、また時間
周波数の低域成分を含まないように分割した場合にはフ
レーム間相関が高くなるため、どちらの場合にもさらに
符号化効率を上げることができる。
【0019】このように、第1のビットストリームのビ
ットレートに比べて、第2のビットストリームのビット
レートが小さくなるように第1の符号化手段2および第
2の符号化手段3の符号化効率をそれぞれ設定できるた
め伝送路を有効に用いることができる。
【0020】さらに、補強信号の水平周波数帯域を制限
すれば、画質劣化は少なく、第2のビットストリームの
ビットレートをさらに小さく抑えることができる。
【0021】伝送された第1のビットストリームは、低
レベル受像機5によって、MP@MLに準拠した第1の
復号化手段4により、そのまま復号化して画像再生でき
る。
【0022】高レベル受像機9では、第1および第2の
ビットストリームを両方用い、MP@MLに準拠した第
1の復号化手段6および第2の復号化手段7を用いてそ
れぞれ復号化し、飛び越し走査形態の主信号と補強信号
を再生したのちに、後述の合成手段8により両者を合成
し、順次走査形態の出力画像信号とする。
【0023】なお、MPEG方式では、フレーム内符号
化を行うIピクチャ、フレーム間順方向予測符号化を行
うPピクチャ、双方向予測符号化を行うBピクチャの3
タイプが規定されている。図2に示すように、第1の符
号化手段2および第2の符号化手段3に対して、共通の
I、P、Bピクチャを割り当ててもよい。これにより、
例えば、IピクチャやPピクチャのフレームだけを抜き
出して再生するなどの特殊再生処理が容易になる。
【0024】第1の符号化手段2、第2の符号化手段
3、第1の複合化手段4および6、第2の復号化手段7
の構成は、例えば前記参考文献1などにより公知である
ため、図示は省略する。
【0025】図3および図4に、分割手段1および合成
手段9の構成例をそれぞれ示す。この分割手段1および
合成手段9として、SSKF(Symmetrical Short Kern
el Filter)などの完全再構成フィルタバンクをそのま
ま用いることができる(参考文献2:D.L.Gallほか,
“Sub-Band Coding of Digital Images Using Symmetri
c Short Kernel Filters and Arithmetic Coding Techn
iques”,ICASP'89,2,M2.3,pp.761-764(1989))。以
下、この動作を簡単に説明する。
【0026】図3において、順次走査形態の入力画像信
号を、フィルタ10(H0)およびフィルタ11(H
1)によりそれぞれ帯域制限したのち、走査線間引き回
路12および13を用いて飛び越し走査形態の主信号と
補強信号に分割する。このとき、主信号には垂直周波数
の低域成分と時間周波数の低域成分をともに含むように
分割することにより、主信号だけを再生した場合でも、
MLに相当する一般の画像として出力できるようにな
る。
【0027】図4において、再生された主信号と補強信
号を、零走査線挿入回路14および15によりそれぞれ
順次走査形態に変換し、フィルタ16(G0)およびフ
ィルタ17(G1)によりそれぞれ帯域制限したのち、
加算器18により合成して出力画像信号とする。
【0028】参考文献2に示されているように、フィル
タ10(H0)、フィルタ11(H1)、フィルタ16
(G0)、フィルタ17(G1)を、次のZ変換式が成
り立つように定めれば、入力画像信号と出力画像信号の
間に歪みが生じない。
【0029】 G0(z)=−2H1(−z) …(1) G1(z)=2H0(−z) …(2) H0(−z)H1(z)−H0(z)H1(−z)=1…(3) 図5に、これらのフィルタ群の具体的なタップ係数(イ
ンパルス応答)の一例を示す。
【0030】同図(a)および(b)は、ライン差(LD)を
補強信号とし、垂直周波数の低域成分を抑えている。
(a)単純LD方式ではフィルタ10(H0)をスルーに
して主信号にフィルタを掛けないのに対し、(b)SSK
F方式では主信号に垂直ローパスフィルタを掛ける。
【0031】同図(c)および(d)は、フレーム差(FD)
を補強信号とし、時間周波数の低域成分を抑えている。
(c)逐次FD方式では常に前フレームとの差を補強信号
としているのに対し、(d)フレーム完結FD方式では複
数(例えば、2や3など)のフレームからなるフレーム
群ごとに独立した処理となるように、前フレームと後ろ
フレームを適宜切り替えて差分をとり、補強信号とす
る。
【0032】同図(e)および(f)は、ライン差(LD)と
フレーム差(FD)の混合方式であり、垂直周波数と時
間周波数の両方の低域成分を抑えている。(e)固定混合
方式では両者の混合比を一定(例えば1/2)としてい
るのに対し、(f)動き適応混合方式では、エンコーダ側
とデコーダ側でそれぞれ画像の動き検出を行い、その結
果に応じて適応的に混合比を変えている。このとき、例
えば図6のように、主信号だけから動き検出を行うなど
して、エンコーダ側とデコーダ側で同一特性にすれば、
出力画像に歪みは生じない。動き検出回路19および2
0は、フレーム差信号の絶対値を動き量kとするなど、
一般的な動き検出方法を用いることができるため、図示
は省略する。
【0033】以上、本発明をMPEG2方式のMP@M
Lに適用した場合を例に上げて説明したが、本発明はこ
れに限定されるわけではなく、走査線数の多い画像を走
査線数の少ない複数の画像に分割し、それぞれを符号化
した際のビットストリームに完全互換性(上位互換性と
下位互換性の両方)を持たせる場合に適用できる。
【0034】
【発明の効果】本発明によれば、既に普及している飛び
越し走査形態用のデコードLSIをそのまま用いて、高
画質化した順次走査形態のビットストリームを復号化で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例の構成図である。
【図2】本発明の一実施例の構成を変形した図である。
【図3】本発明に用いる分割手段の回路の構成図であ
る。
【図4】本発明に用いる合成手段の回路の構成図であ
る。
【図5】本発明に用いる回路の特性例を示した図であ
る。
【図6】本発明に用いる回路の構成図である。
【符号の説明】
1…分割手段、2,3…符号化手段、4,6,7…復号
化手段、5…低レベル受像機、8…合成手段、9…高レ
ベル受像機、10,11,16,17…フィルタ、1
2,13…走査線間引き回路、14,15…零走査線挿
入回路、18…加算器、19,20…動き検出回路。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】順次走査形態の入力画像信号を、垂直周波
    数と時間周波数のどちらか一方で表される1次元周波数
    領域あるいは両方で表される2次元周波数領域において
    周波数分割したのちに、それぞれを走査線間引きして飛
    び越し走査形態の主信号と補強信号とし、主信号および
    補強信号をそれぞれ符号化して第1および第2のビット
    ストリームを生成することを特徴とする、画像信号の符
    号化方法。
  2. 【請求項2】前記分割手段は、前記主信号に垂直周波数
    の低域成分と時間周波数の低域成分をともに含むように
    分割し、前記補強信号に垂直周波数の低域成分あるいは
    時間周波数の低域成分の少なくともどちらか一方を含ま
    ないように分割することを特徴とする、請求項1記載の
    画像信号の符号化方法。
  3. 【請求項3】前記第1のビットストリームのビットレー
    トに比べて、前記第2のビットストリームのビットレー
    トが小さくなるように設定したことを特徴とする、請求
    項1記載の画像信号の符号化方法。
  4. 【請求項4】第1および第2のビットストリームをそれ
    ぞれ復号化して飛び越し走査形態の主信号と補強信号を
    再生し、主信号と補強信号を合成して順次走査形態の出
    力画像信号とすることを特徴とする、画像信号の復号化
    方法。
  5. 【請求項5】順次走査形態の入力画像信号を、垂直周波
    数と時間周波数のどちらか一方で表される1次元周波数
    領域あるいは両方で表される2次元周波数領域において
    周波数分割し、それぞれを走査線間引きして飛び越し走
    査形態の主信号と補強信号を生成する分割手段と、主信
    号および補強信号をそれぞれ符号化して第1および第2
    のビットストリームを生成する第1および第2の符号化
    手段を備えたことを特徴とする、画像信号の符号化装
    置。
  6. 【請求項6】第1および第2のビットストリームをそれ
    ぞれ復号化して飛び越し走査形態の主信号と補強信号を
    再生する第1および第2の復号化手段と、再生した主信
    号と補強信号を合成して順次走査形態の出力画像信号と
    する合成手段を備えたことを特徴とする、画像信号の復
    号化装置。
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