JPS59152785A - 画像信号の符号化方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は画像信号を低ビツトレートでディジタル伝送
するためにデータ圧縮する画像信号の符号化方式に関す
るものである。

従来のこの種方式として第１図に示すものがあった。図
において（１）はアナログ画像信号をディジタル化する
Ａ／Ｄ変供部、（２）は前記Ａ　／　Ｄ変換部ｉｌ＋の
出力を予測符号するＤＰＣＭ符号化部、（３）は予測誤
差を算出する減算部、（４）は前記予測誤差を所定の団
子化レベルに割シあてるＩｔ子化部、（５）は看子化部
（４）のＤＰＯＭと予測信号を加える加算部、（６）は
予測信号を形成する予測部、（７）は前記ＤＰＯＭ符号
化部（２）の逆演算を行なってＤＰＣ！Ｍ復号化するＤ
ＰＣＭ復号部、（８）はＤ／Ａ変換部である。

次に動作、について説明する。アナログ画像信号（１０
１）を第２図に示す如く２画面上正方格子状にサンプル
抽出してディジタル化し、ディジタル信号系列Ｓ（ｊ、
ｊ）（１−１，２，・・１Ｍまたｊ−１，２，・・・、
Ｎ）に変換する。この場合、１画面上のサンプル抽出点
数はＭＸＮ画素である。

このＡ／Ｄ変換部（１）にてディジタル化された画像信
号Ｓ（１，ｊ）をＰＯＭにて伝送するとデータレートが
高すぎるため、ＤＰＯＭ符号化部（２）ニおいて近隣画
素の相関を利用してデータ圧縮処理を施こす。ここで（
１０２）が画像信号Ｓ（’　＋　ｊ）ｔ（１０３）を予
測信号ｐ　（１、、）　）　、　（１０４）をＤＰＣＭ
惰号”；　（ｉ　、　ｊ　）　、　（１０５）を再生画
成信号−８（ｉ　。

ｊ）、予測係数ａ１およびａ　２　ｔおよび縫子化部（
４）が団子化レベル数を減少するために発生する団子化
にイを音ｑＮとすると ？（ｉ、ｊ）−８（ｉ、ｊ）　−Ｐ（ｉ、ｊ）＋ｑＮＳ
（ｉ、ｊ）＝ε（１，、ｊ）＋Ｐ（ｉ、ｊ）−８（ｉ、
ｊ）−Ｉ−ｑＮＰ（１，，１）＝ａ、−８（１−１、ｊ
）＋ａ２−８（１，ｊ−１）にて、団子化レベル数を減
少したＤＰＯＭ信号（１０４）を形成できる。すなわち
１画像信号（１０２）の近隣画素間相関が強いという性
質を利用して近隣画素信号から予測される予測信号（１
０３）からの予測誤差信号を団子化すれば滑子化レベル
数を減少したＤ’ＰＣ！Ｍ信号（１０４）が得られ、低
ビツトレートの伝送が可能となる。

受信側においては、送信されてくるＤＰＣＭ信号（１０
４）からＤＰＯＭ復号部（７）にてＤＰＣＭ復号化を行
ない、再生画像信号（，１０５）を復号する。すなわち
。

Ｓ（１，ｊ）−ε（ｉ、ｊ）＋Ｐ（１，ｊ）−８（１，
ｊ）＋ｑＨＰ（Ｌ、ｊ）−ａ　−５（ｉ−１，ｊ）＋ａ
２・Ｓ（ｉ、ｊ−１）にて再生画像信号（１０５）を復
号する。これをＤ／Ａ変換部（８）にてアナログ信号に
変換しアナログ画像信号（１０（Ｓ）を再生する。なお
、誤りの伝搬、成子化誤差の蓄積を防ぐため１時折Ｐ（
１，ｊ）−０として、？（１，ｇ−ｓ（１，、））を伝
送し、リセ′ン卜する事も行なわれる。

従来の符号化方式は以上のような原理に基づし１ている
ので、サンプリング周波数のレートで予氾１１計算を行
なうため、雑音に弱く、符号化能率乃；低いという欠点
があった。

この発明は上記のような従来のものの欠点を除去するた
めになされたもので２画像信号をサンフ。

リング抽出してディジタル化した後２画１■上空１１］
的に連、洸する複数の画素をまとめて１プロ゛ツクとし
、ブロックを単位として空間的には同位置にあたる１フ
レ一ム周期前のブロックとの差分をとりブロック内部の
直流分と振幅を計算して、その結果を閾値と比較するこ
とによってこのプロ′ツク内部では前フレームに対し有
意な変化か生じたか否かを判断し、有意な変化が認めら
れた場合にのみ。

ブロックに含まれる信号系列を符号化伝送し、有意な変
化なしと判断された場合はその情報を符号化伝送し、受
信側では復号化後、有意な変化の生じたブロックに該当
する部分の信号系列を更新し。

そうでないブロックについては前フレームの信号系列に
遅延を与えたものを出力とすることによって、閾値の制
御によってテータ圧縮度の制御ができ雑音に強い高品質
の画像伝送を実現する画像信号の符号化方式を提供する
ことを目的としている。

以下、この発明の一実施例を図について説明する。＠３
図においてｔｌ）はアナログ画像信号をディジタル化す
るＡ／Ｄ変換部、（９）は前記Ａ／Ｄ変換部ｉｌｌの出
力をブロックのシーフェンスに従って並びかえるラスタ
／ブロック変換部、（ｌ〔は（Ｗ号に１フレ一ム周期の
遅延を与える遅延部、Ｕはラスタ／ブロック変換部（９
）の出力から遅延部ｆｉｎの出力を減じる減算部、ｕ力
は減算部１ｌｌ）の出力を演算し、前フレームに対して
書き換えを必要とする程現フレームにおいて変化が生じ
たかどうかをブロック単位で検出する検出部、　＋１３
！は検出部０２１の出力に従い。

ラスタ／ブロック変換部（９）の出力であるディジタル
信号系列ないしは「変化なし」の情報を符号化する符号
化部、（１４は符号化部（１弥の逆演算を行ない信号を
復号化する復号化部、ａっはラスタ／ブロック変換部（
９）の逆の並びかえを行なうブロック／ラスタ変換部、
（８）はＤ　／　Ａ変換部である。また、第４図は検出
部ａ渇の一例を詳細に示したものである。

第４図において（Ｉｌｌｉｌは減算部住０の出力から、
ブロックの直流分（ブロック内のサンプル値の平均）を
計算し、王の直流分と、ブロック内のサンプル値から直
流分を減じた直流分離信号系列とを出力する直流分離部
、αＤは直流分離部Ｑ６１から出力される直流分離信号
系列のブロック内の振幅の嗟漁値を計算する振幅計算部
、ｕ８は前記直流分及びプロ′ンク内の振幅を、各々所
定の闇値と比較する比較部である。

次にこの発明における画像信号の符号化方式の原理につ
いて説明する。画像信号がテレビジョン信号である場合
１通常飛び越し走査を行ない、２゛フイールドで１フレ
ームを構成する。以下、この場合は説明文中のフレーム
がフィールドに該当する。なお、このとき連続するフレ
ームは厳密には画面上の同位置を走査しない。このとき
１走査線のずれを許容して同位置といり定義を用いると
。

この発明で用いる時間方向の相関の強さという゛性質は
保存されている。ので、以下テレビジョン信号の場合は
この定義に従う。

アナログ画像信号（１０１）をサンプル抽出してディジ
タル信号系列に変換する。このとき、１フレーム上のサ
ンプル抽出点数をＬ画素とする。このＡ　／　Ｄ変換部
ｆｉ＋にてディジタル化されたディジタル信号系列（１
０２）を、第５図に示す如く水平方向にｍｔ！Ｌ垂直方
向にｎ個連続する。総計量−ｎ個の画素で１ブロツクと
定義する。これによシ、１フレームは　７ｍ、ｎ個のブ
ロックで構成されることになる。第５図ではｍ　−ｎ　
−４の例を示しである。

ラスタ／ブロック変換部（９）では信号系列（１０２Ｘ
−ブロック内のシーフェンスに従って並へなおす。

第５図では４Ｘ４−１６個のブロックに対し、シーフェ
ンスの設定例を示しである。以下、１ｇ号をブロック単
位で扱うのであるフレームにおいて画面上の同位置にあ
たるブロック内の信号系列を第ｆフレームについてＳｆ
、（ＩＪ（１−１、２、・・Ｋただしに−ｍ　−ｎ以下
同じ）で表わすものとする。１ｔ′。

検出部Ｑ２において、あるブロックに、第ｆ−ｉフレー
ムに対する有意な変化が生じたことを検出した場合につ
いて説明する。ここで（１０’７）を並べかえられた画
像信号５ｆ４１）　、　（１０８）を前フレームの再生
画像信号５ｆ−１（１）　、　（１０９）をフレーム間
差分信号Ｅｆ印とすると。

Ｅｆ（１）　＝＝Ｓｆ（１）−Ｂｆ−１（１１にてＦｉ
、（１）を得る。この場合、１フレ一ム周明後。

（１１２）及び（１０８）に符号化部α３）、伐号化部
０４）を経た５ｆ（１）である再生画像信号Ｓ　、（Ｉ
Ｊが送られる。１の符号部、復号化部で用いられる符号
化方式は何ら特定の方式を要するものではなＧ′）が、
同えばベクトル最子化のようなブロック符号化を用い、
ブロックの取り方を符号化と変化検出において共通のも
のとすることによって適合をよくすることができる。次
に、ブロックに、第ｆ−１フレームに対する有意な変化
が検出されなかった場合は、符号化部θ漕は「変化なし
」の信号を符号化する。このとき（１１２）は復号化さ
れた「変化なし」の信号であシ、１フレーム周期１（１
１２）Ｋ送られる第ｆフ人 レームの再生画像信号Ｓ　、（１）は で得られるものとなる。すなわち、遅延部［１はブロッ
ク単位の変化検出結果に従って、第ｆ−１フレームの遅
延信号を、第ｆフレームの信号が符号化復号化された後
の信号で書き換えながら出力する働きをする。画像信号
は連続するフレームにおいて強い相関を持つので、前フ
レームに対し、有意な変化の生じたブロックについての
み画像信号を符号化伝送するという方式によれば、有意
な変化の生じなかった場合の（ｆｉ号をハフマン符号化
することによって符号化能率を非常に高めることができ
る。また、差分信号ではなく画像信号を符号化伝送する
ため、伝送誤りが同一画面上ではブロックの範囲をこえ
て影響を及ぼすことはなく２時間方向にも伝搬しないと
いう雑音に対する強さを持つ。次にブロック単位で変化
を検出する方法について説明する。画面上のあるブロッ
クに含まれる部分が、連続するフレームにおいて変化し
ない場合、フレーム間差分信号は雑音成分だけになる。

これをブロック内で平均するとほとんどＯＫなる。

言い換えればフレーム間差分信号のブロック内平均を計
算すれば、その値が０に近いかどうかでブロック内部の
画面の変化を検出することができる。

ただし、非対称なパターンがブロック内で回転するよう
な変化をする場合には検出できないので。

第２の条件として差分信号から、前記のブロック内平均
を減じた信号の振幅を調べる。この振幅と前記のブロッ
ク内平均とを、各々所定の閾値と比較することによって
、ブロック内の画面の変化を検出することができる。ま
た、前記閾値を制御することによって伝送する情報量を
制御することができる。第４図に即して説明する。

フレーム間差分信号Ｅｆ（１）は、前記のように２画像
信号５ｆ（１）から前フレームの再生画像信号５ｆ−１
（ＩＪを減じたものである。直流分離部ａｅではフレー
ム間差分信号Ｅ　、Ｊｌ）を、直流分と直流分離信号と
に分離する。ここで、　（１０９）はＥ　ｆ（１）とし
、　（１１３）を直流分離信号Ｅｆ（１）、　（１１４
）を直流分ｍ、とすると。

ｇｆ（１）−Ｅｆ（１）−ｍ、　　　（１−１，２，−
＝、Ｋ）によって直流分離が実現される。すなわち、直
流分はブロック内の差分信号値の平均である。直流分離
信号は０を中心として振幅を持っておシ、その振幅はブ
ロック内で様々な値をとる。振幅計埠部なηではブロッ
ク内の振幅の標準値りを計算し。

（１１５）Ｋ出力する。δ、の計算手法の例を幾つか示
す。

比較部（１１９では前記の直流分（１１４）及び振幅δ
ｆ（１１５）を、所定の閾値と比較し１両者が閾値より
Ｏに近い場合はそのブロックは「変化なし」のブロック
であり、逆の場合は「変化のある」ブロックであると判
断し、その結果を出力する。

受信側では、まず伝送されてくる符号化信号配列（ＩＮ
）を復号化する。遅延部ａ呻は、送信側の遅延部と同様
に、復号化信号（１１２）が、第ｆ−１フレームに対し
て有意な変化が生じた第ｆフレームの信号であるならば
、第ｆフレームの信号を再生画像信号Ｓ　、（１）（１
０８）として出力し、復号化４３号（１１２）が「変化
なし」の信号であるならば第ｆ−１フレームの再生画像
信号Ｅｌ、、（１）を、第ｆフレームの再生画像信号５
ｆ（１）（１０８）として出力すると共に引き続き保存
する働きをする。再生画像信号（ｉｎｓ）はブロック／
ラスタ変換部ミツによって前記ラスク／ブロック変換部
ｆ９ｔの逆の並び換えを行ない、　Ｄ／Ａ変換部（８）
においてアナログ画像信号（１０６）Ｋ変換する。

また、この実施例では変化を検出したブロックについて
２画像信号を符号化伝送したが、差分信号を符号化伝送
することも可能である。その際。

符号化方式として直流分離正規化ベクトル量子化を用い
れば、送信側の検出部ａ２を符号化部（１階の一部とし
て組み込むことも可能である。

以上のように、この発明によれば、ブロック単位で前フ
レームとの差分を計算し、有意な変化の検出された場合
にのみ画像信号を符号化伝送するので、データ圧縮度が
高く、入力信号の雑音成分を低減し、伝送路の雑音によ
る伝送誤りの影響が伝搬しない２等の特徴を持つ、高能
率かつ高品質の画像伝送が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の画像信号の符号化方式の構成図。 第２図はサンプル抽出画素の画面上での配列を示す説明
図、第３図はこの発明の一実施例による画像信号の符号
化方式の構成図、第４図はこの発明の一実施例による画
像信号の符号化方式における検出部の構成図、第５図は
この発明の一実施例による画像信号の符号化方式におけ
るブロックの構成を示す説明図である。 図中、（Ｉ）・・・Ａ／Ｄ変換部、（２）・・ＤＰ（、
Ｍ符号化部。 （３）・・・減算部、（４）・・・滑子化部、（５）・
・・加算部、（６）・・・予測部、（７）・・ＤＰＯＭ
復号化部、（８）・・・Ｄ／Ａ変換部。 （９）・・・ラスタ／ブロック変換部、ａＯ）・・・遅
延部、（１ト・・減算部、（１ｚ・・・検出部、０湧・
・・符号化部、α４）・・・復号化部、ａ９・・・ブロ
ック／ラスタ変換部、（１ｅ・・・直流分離部、０７）
・・・振幅計算部、（１０・・・比較部。 なお１図中同一あるいは相当部分には同一符号を付して
示しである。 代理人　　葛　野　信　−

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）入力される画像信号を常時少なくともｔフレーム
   分（ｔは正の整数）記憶することのできる遅延部を持ち
   、入力信号系列をに個（Ｋは複数）毎にまとめてブロッ
   ク化した最新の画像信号が入力されたとき前記遅延部か
   らそのｔフレーム前の画面上で同一位置に対応する位置
   の、ブロック化されたｔフレーム前の信号を読み出して
   フレーム間差分信号系列を算出し、ブロック化されたフ
   レーム間差分信号系列のブロック内平均と標準偏差とを
   算出して閾値よシ零に近い場合は当該ブロックはｔフレ
   ーム前の同一位置に対応するブロックに対して変化なし
   とのコードを符号化伝送し、逆の場合はブロック化され
   た最新の両縁信号を符号化伝送し、受信側では復号され
   る画像信号を常時少なくともｔフレーム分記憶すること
   のできる遅延部を持ち、復号化された信号が、当該ブロ
   ックはｔフレーム前の同一位置に対応するブロックに対
   して変化なしだと示すコードである場合は遅延部に記憶
   している４５号の当該ブロック分を出力し。 復号化された信号が最新の画像信号であった場合は、前
   記遅延部に記憶している（Ｎ号の当該ブロック分を前記
   の最新の画像イｇ号で書き換え、出力することを特徴と
   する画像信号の符号化方式。
2. （２）入力される画像信号系列をに個（Ｋは複数）毎に
   まとめてブロック化した最新の画像信号が入力されたと
   き、遅延部に記憶されているｔフレーム（ｔは正の整数
   ）前の画面上で同一位置に対応する位置のブロック化さ
   れたｔフレーム前の信号とのフレーム間差分信号信号系
   列を算出し、ブロック化されたフレーム間差分信号系列
   のブロック内平均と、平均に対する偏差成分の絶対値の
   平均とを算出し、前記閾値との比較によって、当該ブロ
   ックの、ｔフレーム前の同一位置に対応するブロックに
   対しての変化を検出することを特徴とする特許請求の範
   囲第（１）項記載の画像信号の符号化方式。
3. （３）前記の、ブロック化されたフレーム間差分信号系
   列からｔフレーム（ｔは正の整数）前の画面上で同一位
   置に対応する位置のブロックに対する現フレームのブロ
   ック化された画像信号系列の変化を検出する場合、ブロ
   ック化されたフレーム間差分信号系列のブロック内平均
   と、ブロック内部で信号のとる最大値と最小値との差と
   を算出して前記閾値と比較することを特徴とする特許請
   求の範囲第［１１項記載の画像信号の符号化方式。
4. （４）前記の、ブロック化されたフレーム間差分信号系
   列からフレーム間の変化を検出する場合。 前記閾値を制御することＫよって伝送する情報数を制御
   することを特徴とする特許請求の範囲第ｍ〜第（３）項
   記載の画像信号の符号化方式。