JPH1098711A - 高能率符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、１台の高能率符号化装置により、動
画像と静止画像のような解像度の異なる画像を伝送する
ことを目的とする。 【解決手段】上記の目的を達成するために、本発明は、
少なくとも１画面分のＴＶ信号を蓄積する手段３と、予
め定められた周期でとびとびに上記の蓄積された１画面
分サブサンプルして読みだし、高能率符号化を行った後
に、ＴＶ信号をサブサンプルする位置を異ならせて読み
出すための手段２１〜２６と、サブサンプルして読み出
されたＴＶ信号を高能率符号化する手段５〜７，１０，
１１とを高能率符号化装置に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はテレビ信号の高能率
符号化に係わり、特に１台のＴＶ信号高能率符号化装置
で解像度の異なるＴＶ信号を伝送する方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＴＶ信号は広い周波数帯域を有するの
で、これをディジタル信号に変換してそのまま伝送する
と高い伝送速度が必要となる。この速度を低減するため
にＴＶ信号の冗長性を圧縮するＴＶ信号高能率符号化装
置が開発されてきた。

【０００３】ＴＶ信号の冗長性とは、主に次の２種類に
大別される。

【０００４】(1) 画面内のＴＶ信号同士が互いに似通っ
ていること。特に平坦な画面では隣同士のＴＶ信号間の
差異は極めて小さいことが知られる。

【０００５】(2) 連続する画面間のＴＶ信号が互いに似
通っていること。特に被写体が静止している場合には、
画面間の差異は極めて小さいことが知られる。

【０００６】高能率符号化装置は、これらの相関を活用
し、伝送済みのＴＶ信号から、伝送しようとするＴＶ信
号を予測し、その差分（予測誤差）を高能率符号化する
ものである。

【０００７】伝送すべきＴＶ信号は、人物像等の「動画
像」と書画等の「静止画像」に大別できる。これらは統
計的性質や求められる画像品質（以降画質）が異なる。
そこでＴＶ ＣＯＤＥＣも動画像用と静止画像用との２
種類が開発されてきた。

【０００８】即ち動画像の統計的性質としては、直前に
伝送された画面とこれから伝送しようとする画面との間
には強い相関があることが知られる。また求められる画
質としては、空間的には比較的低い解像度が許容される
が、動きを良く再現するために毎秒伝送する駒数（以降
フレーム周波数）は比較的多く（例えば１０フレーム／
秒）要求される。

【０００９】そこで動画像用ＴＶ ＣＯＤＥＣは、 (1) 前画面と現画面との相関を活用するためにいわゆる
フレーム間予測（原画面のＴＶ信号を伝送する代わり
に、前画面から予測した値との差分、即ち予測誤差を伝
送）を採用する。

【００１０】(2) 解像度は比較的低くして１画面毎に発
生する信号量を削減し、その代わりにフレーム周波数を
向上させる。

【００１１】静止画像はこれとは逆の統計的性質を持
ち、一般に直前の画面との間には相関が無いことが知ら
れる。また画質は、書画の内容を十分に伝送するために
比較的高い解像度が要求される。

【００１２】そこで静止画像用高能率符号化装置は、 (1) 前画面との相関を用いない、いわゆるフレーム内予
測を採用し、伝送済みの直上の走査線や符号化している
走査線の信号から予測した値との差分を伝送する。

【００１３】(2) １画面を伝送終了するまでの時間が長
くなることを許容して、解像度は高く設定する。

【００１４】以上のように、静止画像では前画面との相
関を活用できず、かつ、解像度は高いので１画面を伝送
する時間が長くなり、受信者に心理的な負担を与える場
合が多い。そこで、例えば特開昭60−127875（ファクシ
ミリ画像の符号化方式）が知られる。

【００１５】(1) 図３に例示するように、画像信号をサ
ブサンプルして◇で表した画像信号のみを伝送し、(2)
次に伝送された画像信号◇から補間操作により伝送され
なかった画像信号○，△，×を予測し、その予測値と真
値との差文（予測誤差）を伝送する。

【００１６】(3) 受信側では最初のサブサンプルして伝
送された画像信号◇を表示することにより、概要を早期
に受信者に通知できるので受信者の心理的な負担を低減
できる。

【００１７】このような特徴を持つため、動画像用と静
止画像用の高能率符号化装置は別々に開発され、実用化
されてきた。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】動画像と静止画像とを
切り換えて両方伝送する場合が実用上多い。この時は従
来は、動画像用と静止画像用の２台の高能率符号化装置
を用意し、これを切り替え高能率符号化する必要があっ
た。このためコストや設置面積が増大する問題点があっ
た。

【００１９】本発明は、１台の高能率符号化装置によ
り、動画像と静止画像のような解像度の異なる画像を伝
送することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、少なくとも１画面分のＴＶ信号を蓄積
する手段、予め定められた周期でとびとびに上記の蓄積
されたＴＶ号を読みだす（サブサンプル）手段、サブサ
ンプルして読み出されたＴＶ信号を高能率符号化する手
段、１画面分サブサンプルして読みだし、高能率符号化
を行った後に、ＴＶ信号をサブサンプルする位置を異な
らせて読み出し、高能率符号化する手段、とを有するこ
とを特徴とする。

【００２１】上記の手段により、低解像度用に設計され
た比較的安価な高能率符号化装置により、低解像度の場
合には１画面に対して一度の読み出しで高能率符号化が
完了する。高解像度の画像を伝送する場合には低解像度
で必要な回数だけ位置を異ならせながらサブサンプルし
て読み出すことにより、伝送することが可能になる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、図１を用いて本発明の実施
例を説明する。図に於て、点線に囲まれた範囲のみが本
発明に関わり、他の部分は従来から知られるフレーム間
予測符号化装置のブロック構成である。先ず、従来の部
分の全体構成を簡単に述べる。

【００２３】(1) ＴＶカメラ１で撮像されたＴＶ信号
は、走査線方向に操作され、アナログ／ディジタル変換
器２によりディジタル信号に変換されて、一時記憶メモ
リ３に格納される（以降はディジタル化されたＴＶ信号
を単純にＴＶ信号と呼ぶ）。

【００２４】(2) 参照フレームメモリ４に格納されてい
る前フレームのＴＶ信号と該一時記憶メモリ３のＴＶ信
号とは、減算回路５により差分が計算され、予測誤差が
求められる。その予測誤差は量子化回路６により量子化
される。

【００２５】(3) 量子化信号は可変長符号回路７により
それの発生頻度に対応した最適な符号語長が割り当てら
れる。この符号語はバッファメモリ８により時間方向に
平滑化されて一定の速度で伝送路９に送出される。

【００２６】(4) 上記の処理と同時に、量子化回路６に
より量子化された信号は、逆量子化回路１０により逆量
子化された後に加算回路１１により上記の前フレームの
ＴＶ信号に加算され、参照フレームメモリ４に格納され
る。格納された信号は、後の画面の予測に用いられる。

【００２７】次に、従来の静止画像高能率符号化装置の
全体構成を図２により簡単に説明する。尚、図１と同一
番号を付記したものは同一の機能を有する。

【００２８】(1) ＴＶカメラ１で撮像されたＴＶ信号
は、走査線方向に走査され、アナログ／ディジタル変換
器２によりディジタル信号に変換されて画素信号とな
り、一時記憶メモリ３に格納される。

【００２９】(2) 予測回路１２は、遅延回路１３により
遅延された誤走査線内の伝送済みの信号や走査線遅延回
路１４により遅延された伝送済みの直上の走査線の信号
から予測信号を生成する。差分回路５は、該一時記憶メ
モリ３のＴＶ信号と誤予測値との差分を計算する。その
差分は量子化回路６により量子化される。

【００３０】(3) 量子化信号は可変長符号化回路７によ
りそれの発生頻度に対応した最適な符号語長が割り当て
られる。この符号語はバッファメモリ８により時間方向
に平滑化されて一定の速度で伝送路９に送出される。

【００３１】(4) 同時に量子化回路６により量子化され
た信号は、逆量子化回路１０により逆量子化された後
に、加算回路１１により上記の予測値に加算され遅延回
路１３や走査線遅延素子１４に格納される。これらの信
号は以降のＴＶ信号の予測に用いられる。

【００３２】静止画像は、一般に解像度が高いので、１
画面を伝送するためには長時間を要し、受信者に多大の
心理的負担を与える場合が多い。

【００３３】そこで静止画像では、階層的符号化と呼ば
れる下記の手法が知られる。

【００３４】(1) 高解像度でＴＶ信号を一時記憶メモリ
３に読み込み。

【００３５】(2) これを、先ず、低い解像度でサブサン
プルして読み出す。そして量子化回路６で量子化し、可
変長符号化回路７で可変長符号化された後に伝送する。

【００３６】(3) (2)で量子化された信号は、逆量子化
回路１０で逆量子化された後に予測値と加算回路１１に
より加算され、フレームメモリ１５に格納される。

【００３７】(4) 補間回路１６は、フレームメモリに格
納されたＴＶ信号を用いて伝送されなかったＴＶ信号を
補間により予測する。その結果はスイッチ１７を通して
読み出され、(2)で伝送されなかったＴＶ信号との差分
が減算回路５で計算され高能率符号化される。以降の動
作は(2)と同一である。

【００３８】(5) 受信側では、(2)で伝送された信号を
表示することにより、受信者にＴＶ信号の概要を早期に
通知できるので、受信者の心理的負担を軽減できる。

【００３９】以上、従来の動画像用と静止画像用の高能
率符号化装置の全体構成を簡単に述べた。これらの図か
ら、動画像用と静止画像用高能率符号化装置は互いに類
似度が高いと言える。

【００４０】次に、本発明に係わる図１の点線内を詳し
く述べる。上記の説明では、簡単のために、一時記憶メ
モリ３と参照フレームメモリ４をお互いに同じ解像度の
ＴＶ信号を格納できることを仮定した。それに対して本
発明では一時記憶メモリ３は、参照フレームメモリの例
えば水平／垂直方向に各々２倍、全体では計４倍の解像
度のＴＶ信号を格納するものとする。

【００４１】又、従来の一時記憶メモリや参照フレーム
メモリ４の水平アドレスカウンタ２１と垂直アドレスカ
ウンタ２２は水平／垂直方向に各々０，１，２，３，…
と１ずつ歩進する。

【００４２】それに対して、本発明の一時記憶メモリ３
のアドレスカウンタは各々０，２，４，６，…と２ずつ
歩進するものとする。

【００４３】この条件において、本発明では、低解像度
の場合には、スイッチ２３，２４はいずれも“０”側に
接続され、加算回路２５，２６には“０”が入力される
ので、アドレスカウンタの値が直接一時記憶メモリ３に
入力される。従って、偶数番地のＴＶ信号のみ（図３で
は◇）がサブサンプルして読み出され、高能率符号化さ
れる。

【００４４】高解像度の場合にも最初は低解像度と同様
に、スイッチ２３，２４はいずれも“０”に接続され、
偶数番地のＴＶ信号のみ（図３では◇）がサブサンプル
して読み出される。読み出された信号は参照フレームメ
モリ４に格納されている前フレームのＴＶ信号との差分
を計算され、量子化回路６により量子化され、可変長符
号化回路７により符号語割当された後に伝送路９に送出
される。

【００４５】量子化された信号を逆量子化回路１０によ
り逆量子化し、参照フレームメモリ４から読み出された
前フレームのＴＶ信号と加算回路１１により加算し、再
び参照フレームメモリ４に格納してもよい。簡単のため
にこの操作を省略してもよい。

【００４６】次に例えばスイッチ２３のみが“１”に接
続され、水平方向は奇数番地、垂直方向は偶数番地のＴ
Ｖ信号のみ（図３では○）がサブサンプルして読み出さ
れる。読み出された信号は参照フレームメモリ４に格納
されているＴＶ信号との差分を計算され、量子化，符号
語割当された後に伝送路９に送出される。

【００４７】この操作を繰り返すことにより、一時記憶
メモリ３に格納された高解像度ＴＶ信号（図３の◇，
○，△，×）を全て読み出し、高能率符号化して伝送で
きる。

【００４８】ここで受信側が最初にサブサンプルして伝
送された信号を表示し、以降位置に異ならせてサブサン
プルされた信号を順次表示すると、従来の静止画像の階
層的符号化と同様に早期に書画の概要を受信者に通知で
きるもので、心理的な負担を軽減できる。

【００４９】尚、以下の変形例も本発明に含まれるのは
明かである。

【００５０】(1) 上記の実施例では、フレーム間符号化
を前提としたが、フレーム間の被写体の動き量などを測
定し、その動き量を補償した後にフレーム間予測を行な
う「動き補償フレーム間予測」でも同様の結果が得られ
る。

【００５１】(2) フレーム間予測後の予測誤差信号を複
数個まとめてブロック化し、該ブロックを直交変換した
後に量子化してもよい。

【００５２】(3) 上記実施例では高解像度と低解像度の
ＴＶ信号の解像度の比率を水平・垂直ともに２対１とし
たが、この値は任意に定められる。

【００５３】

【発明の効果】回路規模を検討すると以下の通りであ
る。

【００５４】(1) 本発明によれば低解像度用の高能率符
号化装置の一時記憶メモリ３を大容量化し、このメモリ
のアドレスの制御方法を変更することのみにより、他の
部分は全く変更しないで、高解像度のＴＶ信号を伝送で
きる。近年の半導体メモリ技術の向上により一時記憶メ
モリの大容量化は比較的容易になっている。従って回路
規模の増加は小さい。

【００５５】(2) 「階層的符号化を用いる静止画像用高
能率符号化装置」と比較すると、階層的符号化では必須
な「低解像度で伝送したＴＶ信号から伝送していないＴ
Ｖ信号を補間する補間回路１６ｊが、本発明では不要と
なる利点が有る。

【００５６】次に伝送された画像の品質や受信者の心理
的負担を検討すると次の通りである。

【００５７】(1) 高解像度のＴＶ信号を伝送する場合、
本発明でも先ず低い解像度でＴＶ信号を伝送しているの
で、階層的符号化と同じように受信者の心理的負担を軽
減できる。

【００５８】(2) 動画像から静止画像へ切り替える時に
は、まず動画像モードで書画の位置決めを行い、次に静
止画像モードで書画を高解像度で伝送する場合が実用上
多い。

【００５９】本発明によると、動画像モードにより参照
フレームメモリ４には伝送すべき画面と同一位置のＴＶ
信号（但しサブサンプルして読み出されているので低解
像度）が格納されているので、静止画像モードに切り替
わった時にもこの参照フレームメモリ４との差分のみを
伝送すれば良い。従って静止画像のＴＶ信号を前フレー
ムとの差分を計算せずにそのまま伝送するよりも高能率
に符号化できる。この結果、より短い時間で静止画像を
受信側に伝送でき、受信者の心理的な負担を軽減でき
る。

【００６０】以上の検討により、本発明は実用上効果が
大きいと言える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の動画像符号化装置のブロッ
ク構成図。

【図２】従来の静止画像用符号化装置のブロック構成
図。

【図３】階層的符号化を説明するための、伝送するＴＶ
信号の順番を示す図。

【符号の説明】

１…ＴＶカメラ、２…アナログ／ディジタル変換器、３
…一時記憶メモリ、４…参照用フレームメモリ、５…差
分回路、６…量子化回路、７…可変長符号化回路、８…
バッファメモリ、９…伝送路、１０…逆量子化回路、１
１…加算回路、１２…予測回路、１３…遅延回路、１４
…走査線遅延回路、１５…フレームメモリ、１６…補間
回路、１７…スイッチ、２１…水平アドレスカウンタ、
２２…垂直アドレスカウンタ、２３，２４…スイッチ、
２５，２６…加算回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも１画面分のテレビジョン入力信
   号（以降ＴＶ信号と略す）を蓄積する手段、予め定めら
   れた周期で上記の蓄積されたＴＶ信号をサブサンプルし
   て読み出す手段、読み出されたＴＶ信号を高能率符号化
   する手段、１画面分サブサンプルして読み出し、高能率
   符号化を行った後に、サブサンプルする位置を異ならせ
   て再び読み出し、高能率符号化する手段、とを有するこ
   とを特徴とする高能率符号化装置。