JPS61164389A - 画像符号化装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像符号化装置に係り、特に動き補償方式画像
符号化装置の画像信号のデジタル符号化に関するもので
ある。

〔従来の技術〕

第６図は、従来の動き補償方式画像符号化装置の構成を
示すブロック図である。図中（１）は、入力されたアナ
ログの画像信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器
、（２）は前記Ａ／Ｄ変換器（１）より出力されるデジ
タル信号系列を画像上で接近したＫ（ＩＩ（Ｋは２以上
の整数）毎にブロック化して出力するブロック構成部、
（３）は現入力信号よりも１フレーム前の画像信号を記
憶しているフレームメモリ、（４）は現入力信号系列を
含む入力ブロックと画像上で同一位置にくるブロックを
含む複数のブロックの信号系列を前記フレームメモリ（
３）より読み出す参照信号生成部、（５）は、前記入力
ブロックの信号系列と前記複数ブロックの信号系列との
歪を演算し、最小歪を与えるブロックの位置情報及びそ
の時の信号系列を出力する歪演算部、（６）は前記入力
ブロックの信号系列と前記最小歪を与えるブロックの信
号系列との差信号系列を得る為の減算器、（７）は前記
差信号系列を量子化符号化する量子化符号化部、（８）
は前記最小歪を与えるブロックの位置情報と前記量子化
符号化出力を可変長符号化して伝送路Ｔに出力する符号
化制御部、（９）は前記量子化符号化された信号から前
記差信号系列を再生する量子化復号化部、Ｑｌは前記量
子化復号化出力と前記最小歪を与えるブロックの信号系
列を加算して画像信号を再生し、前記フレームメモリ（
３）に書き込む加算器である。

次に動作について説明する。まず、アナログの画像信号
がＡ／Ｄ変換器（１）に入力されデジタル信号系列に変
換される。この信号系列をブロック構成部（２）によっ
て画像上近接したに個毎にブロック化し、信号系列の並
びを変換して出力する。通常は画像上で長方形（又は正
方形）を成すようにブロックを構成する。一方、フレー
ムメモリ（３）には、現入力信号よりも１フレーム前の
画像信号が記憶されており、参照信号生成部（４ンによ
って現入力プロ・ツタと画像上で同一位置にくるブロッ
クを含む複数ブロックの信号系列が入力信号系列と同期
して、読出され歪演算部（５）に送られる。第７図にこ
の時の現入力ブロックＡ（同図（ａ））と、上記現入力
ブロックＡと画像上で同一位置に（るプロ・ツクａを含
む読出された複数ブロックＭａ（同図（ｂ））との位置
関係の例を示す。歪演算部（５）では、入力ブロックの
信号系列とフレームメモリ（３）からの複数ブロックの
信号系列との歪を計算する。歪計算としては、例えばユ
ークリッド歪や絶対値歪などが使用される。この計算結
果より、入力ブロックに対して最小歪を与えるブロック
が選び出される。

計算対象となるブロックの数をＭ個（Ｍは２以上の整数
）とし、最小歪を与えるブロックがこの中の１番目（β
＝１．　２．・・・Ｍ）のものだとすると、歪演算部（
５）ではこのｌの値及びそのブロックの信号系列を出力
する。減算器（６）では、入力信号系列と、この最小歪
を与える信号系列との差信号系列を出力する。量子化符
号化部（７）では、この差信号系列を量子化符号化する
。量子化符号化された信号と前記位置情報としてのｌは
、符号化制御部（８）へ送られ可変長符号化されて実際
の伝送路Ｔ側へ送出される。一方、量子化復号化部（９
）によって復号化された前記差信号系列と、歪演算部（
５）からの最小歪を与えるブロックの信号系列とは、加
算器（１０）によって加算され、画像信号として再生さ
れてフレームメモリ（３）に書込まれる。

以上の様にして、入力された画像信号はプロ・ツク化さ
れ、前フレームのどの位置のブロックと最もイ以かよっ
ているかという情報と、そのプロ・ツクとの誤差成分を
量子化したものとに符号化される。

〔発明が解決しようとする問題点〕 従来の該画像符号化装置は以上の様に構成されており、
歪演算の結果非常に近似度の高いプロ・ツクが存在する
ような場合でも、差信号系列に対して無条件に量子化符
号化を行なう為、不必要な情報量の増加を招いたり、せ
っかく近似度の高いブロックが存在するのにそのブロッ
クに対して量子化誤差の加わった差信号系列を加えるこ
とによつて量子化誤差が蓄積され、画像の歪みを大きく
してしまうなどの問題点があった。

本発明は上記の様な問題点を解消する為になされたもの
で、歪演算の結果、非常に近似度の高いブロックが存在
するような場合に、余分な情報が発生するのを押さえ、
且つその近似度の高いブロックに対して量子化誤差の蓄
積を押えることができる画像符号化装置を提供すること
を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明に係る画像符号化装置は、ブロック化手段を介し
て入力される最新の画像信号における大カブロックの信
号系列とこの人力ブロックに対応して読出し手段により
画像信号記憶手段から読出される複数ブロックの各信号
系列との歪を演算し、最小歪及びその最小歪を与えるブ
ロックの位置情報と信号系列を出力する歪演算手段と、
上記最小歪の値と所定のしきい値とを比較する比較手段
と、上記入力ブロックの信号系列と最小歪を与えるブロ
ックの信号系列との差信号系列を量子化符号化する量子
化符号化手段と、上記比較手段の比較結果にもとづき最
小歪の値が所定のしきい値より大きい場合に上記最小歪
を与えるブロックの信号系列に量子化符号化出力から量
子化復号化手段を介して再生された差信号系列を加算し
て画像信号記憶手段に書込む書込み手段と、同じく最小
歪の値が所定のしきい値より大きい場合に最小歪を与え
るブロックの位置情報と量子化符号化出力とを可変長符
号化して伝送路に出力する符号化制御手段を備えたもの
である。

〔作用〕

本発明においては、歪演算手段からの最小歪の値が比較
手段により所定のしきい値と比較され、上記最小歪の値
が所定のしきい値より大きい場合のみ、符号化制御手段
により歪演算手段からの最小歪を与えるブロックの位置
情報と、差信号系列の量子化符号化出力が可変長符号化
されて伝送路に出力されるとともに、書込み手段により
最小歪を与えるブロックの信号系列に量子化符号化出力
から再生された差信号系列が加算されて画像信号記憶手
段に書込まれる。

〔実施例〕

以下、本発明を第１図ないし第５図に示す実施例にもと
づき説明する。

第１図は本発明の一実施例の動き補償方式画像符号化装
置の構成を示すブ・・・り図である。図中（１）は入力
されたアナログの画像信号をデジタル信号に変換するＡ
／Ｄ変換器、（２）は前記Ａ／Ｄ変換器（１）より出力
されるデジタル信号系列を画像上で近接したに個（Ｋは
２以上の整数）毎にブロック化して出力するブロック化
手段としてのブロック構成部、（３）は現入力信号より
も１フレーム前のデータを記憶している画像信号記憶手
段としてのフレームメモリ、（４）は現入力信号系列を
含む入力ブロックと画像上で同一位置にくるブロックを
含む複数のブロックの信号系列を前記フレームメモリ（
３）より読出す読出し手段としての参照信号生成部、（
１１）は前記入力ブロックの信号系列と前記複数ブロッ
クの信号系列との歪を演算し、最小歪を与えるブロック
の位置情報、その時の歪の値、及びその信号系列を出力
する歪演算手段としての歪演算部、（６）は前記入力ブ
ロックの信号系列と前記最小歪を与えるブロックの信号
系列との差信号系列を得る為の減算器、（７）は前記差
信号系列を量子化符号化する量子化符号化手段としての
量子化符号化部、（１２）は歪演算ＩａｌＤの出力する
最小歪の値と所定のしきい値とを比較して比較結果を出
力する比較手段としての比較部、（１３）は前記最小歪
を与えるブロックの位置情報と前記量子化符号化出力を
比較部１りの出力の制御下で可変長符号化して伝送路Ｔ
に出力する符号化制御手段としての符号化制御部、（９
）は前記量子化符号化された信号から前記差信号系列を
再生する量子化復号化手段としての量子化復号化部、（
１４）は前記量子化復号化出力嗟信号系列）と前記最小
歪を与えるブロックの信号系列の加算を比較部（１２）
の出力の制御下で行なって前記フレームメモリ（３）に
書込む書込み手段としての加算器である。

次に動作について詳細に説明する。アナログの画像信号
が入力されるとＡ／Ｄ変換器（１〕によりデジタル信号
系列に変換され、さらにブロック構成部（２）によって
、画像上近接したに個毎にブロック化される。ブロック
化によって信号系列の並びが変換される様子の例を第２
図に示す。第２図は信号系列の順序を矢印で示したもの
であり、同図（ａｌはブロック化前、同図（ｂｌはブロ
ック化後を示し、Ａはブロック化されたブロックである
。一方、フレームメモリ（３）には、現入力信号よりも
１フレーム前の画像信号が記憶されており、参照信号生
成部（４）によって現入力ブロックと画像上で同一位置
にくるブロックを含む複数ブロックの信号系列が入力信
号系列に同期してフレームメモリ（３）より読出され歪
演算ｍｌ　１）に送られる。

歪演算制御）の詳細構成例を第３図に示す。同図におい
て、（１５）は歪演算回路、（１６）は各歪演算口［１
５）７）演算結果を比較する比較器である。入力信号系
列及び参照信号生成部（４）の出力の内の１つのブロッ
クの信号系列が同期して各歪演算回副５）に入力される
。各歪演算口［１５′ｒ？：！は、所定の歪演算（例え
ばユークリッド歪や絶対値歪など）を行なって、その歪
の値、入力された参照信号ブロックの位置情報、及びそ
の信号系列の３種の信号を後段の比較器１６）に出力す
る。比較部ｑ６ハは、各歪演算回前団から入力される歪
の値を比較して最小のものを選び出し、その歪の値とそ
の時の参照信号ブロックの位置情報及びその信号系列の
３種の信号を出力する。こうして出力された最小歪を与
えるブロックの信号系列は、第１図に示した減算器６に
入力され、歪演算部１１）を通らずに入力された人力信
号系列との差信号系列が出力される。ここまでの処理で
、ブロック化された入力信号系列が、フレーム前の画像
の内のどのブロックに近（以しているかという情報と、
そのブロックに対する差信号系列が得られたことになる
。

さて、減算器（６）から出力された差信号系列は、量子
化符号化部（７）で量子化され、情報量が圧縮ささるこ
ととなる。量子化符号化の方法は種々提案されているが
、本実施例では適応形ベクトル量子化を用いている。適
応形ベクトル量子化の詳細は「電子通信学会技術報告Ｉ
Ｅ８４−１ｉ！！応形ベクトル量子化方式フレーム間符
号化、村上他」に掲載されているが、まずベクトル量子
化の原理について、簡単に説明する。

今、差信号系列をに個まとめて入力ベクトル１＝　χ１
．χ２・・・χｋ　とする。このとき、Ｋ次元ユークリ
ッド信号空間Ｒｋ（χεＲｋ）のＮ個の代表点（これを
出力ベクトルと呼ぶ）ｉｔ　＝ｙｉ＋　Ｙｉ２．・・・
ｙｉｋ　　のセットをＹ＝ｙｔｙ２・・・７Ｎとする。

出力ベクトルｚｉを代表点（例えば重心）とするＲｋの
各分割をＲＩ　Ｒ２・・・ＲＮとし、ｙｉのインデック
スセント１ＬＩ＝（１，２・・・Ｎ〕とするとベクトル
量子化Ｑは、符号化Ｃと復号化りの縦続接続として表わ
される。

Ｑ（１）ミｙｊ　　ｉｆ　　Ｚ←Ｒｉ 、Ｃ：　１−ｉ　　　ｉｆ　　ｄ　（Ｚ、　ｚｉ）　＜
　ｄ　（工、３！ｊ）ｏｒＶｊ Ｄ：１−ｙｉ ここで歪ｄ（ｚ、Ｙｉ）は入出力ベクトル間の距離を表
わし、絶対値歪で定義すると、 となる。

さて、適応形ベクトル量子化は、この入力ベクトル１に
対し正規化、即ち Ｓｊ　＝　−（χｊ　−ｍ） σ （平均値） なる変換を行なった５＝ｆｓｔ　、Ｓ２・・・Ｓｋ３な
るベクトルを入力ベクトルとするものである。

σの３値に量子化されることとなる。ここで第１図に示
す量子化符号化部（７）の詳細構成例を第４図に示す。

同図において、（１７）は差信号系列１の平均値ｍ演算
部、（１８）は分散σ演算部、（１９）は演算結果のｍ
、σを用いて差信号系列１を旦に変換する正規化部、（
２０）は演算結果のｍ、σと所定のしきい値を用いて、
所定の条件による判別を行なう、判別部、（２１）は出
力ベクトルが複数格納されているベクトル格納部、（２
２）は正規化された差信号系列五とベクトル格納部２１
）の出力ベクトル群との歪演算を行なって、最も歪の小
さい出力ベクトルのインデックスｉを出力する歪演算部
である。次にその動作を説明すると、差信号系列工はま
ず平均値演算黴１７）に入力され平均値ｍの演算を行な
う。

この演算結果と差信号系列１は分散演算部（１８）に入
力され分散σの演算を行なう。平均値ｍ１分散σ、及び
差信号系列１は正規化部１９）に入力され、上記差信号
系列１に対して旦＝７（ニーｍ）なる変換を施して出力
する。このＳ　ｆｉる信号系列は、歪演算部２２ニ入力
され、ベクトル格納ｍｌ）にある出力ベクトル群との歪
演算を行なった後、最も歪の小さい出力ベクトルのイン
デックスｉに量子化される。一方、平均値ｍ２分散σは
判別部２０ト入力され、現差信号系列１が有効な情報な
のか、無効な情報なのか即ち、符号化するに足る情報を
有しているかどうかを所定の条件によって判別し、その
判別結果及び平均値ｍ２分散σを出力する。

以上の動作により差信号系列工が、平均値ｍ、分散σ、
インデックス１及び有効／無効の判別結果に量子化符号
化される。

さて、第１図に戻って説明を続ける。同図に示す歪演算
部（１１）によって出力された最小歪の値は比較部２ン
に送られる。比較部１２戻は最小歪の値を所定のしきい
値と比較して、最小歪の値がしきい値以下か、しきい値
より大きいかの情報を符号化制御？）［３）と加算！ｉ
Ｑ４に送る。この情報は、入力信号系列と最小歪を与え
るブロックの信号系列とが十分似かよっているかどうか
の目安を表わすものである。最小歪を与えるブロックの
信号系列が十分似かよっている場合には減算器（ｂ）の
出力である差信号系列を符号化しなくとも十分な品質の
画像が再生できるわけである。

そこで、符号化制御撒１３″ｒ？！は、歪演算部（１１
）の出力である最小歪を与えるブロックの位置情報ｌ、
量子化符号化部（７）の出力である平均値ｍ、分散σ、
インブックスミ、有効／無効の判別結果の計５種類の情
報に比較部（１２）の出力を考慮して符号を割当て、全
体として可変長符号化を行なう。第５図にこの時の制御
条件の１例を示す。同図は、第１図の比較部α２）７）
出力が最小歪の値上しきい値であって、なおかつ有効／
無効情報が有効の時だけ位置情報ｌ、有効／無効情報、
インデックスｉ、平均値ｍ１分散σの全てに符号を割当
て、それ以外の時は位置情報ｌと有効／無効情報にだけ
符号を割当てることを示している。すなわち、これは符
号長の最も短い可変長符号となる。従来の装置は、最小
歪くしきい値で、有効／無効情報が有効の時にも上記！
、有効／無効、ｉ、ｍ、　　σの全てに符号を割当てて
いたので、その分だけ画像再生上不必要な情報を余分に
発生させていたことになる。

一方第１図の量子化符号化部（７）より出力された上記
ｉ、ｍ、　　σ有効／無効の各情報は、量子化復号化部
（９）にも入力されて差信号系列が復号される。

量子化復号化部（９）は内部に量子化復号化部（７）に
あるのと同一のベクトル格納部を持ち、入力されたイン
デックスｉから出力ベクトルヱｉを復号する。

さらに平均値ｍ９分散σを用いて なる変換を施してベクトルエを復号する。こうして得ら
れた１は、差信号系列として加算器（１４耽よって、歪
演算部（１１）の出力である最小歪を与えるブロックの
信号系列に加算される。なおこの時、比較部Ｑ２）の出
力が最小歪くしきい値であった場合、即ち最小歪を与え
るブロックの信号系列が入力信号系列に十分似かよって
いる場合には、量子化復号化部（９）の出力、即ち再生
された差信号系列を無視して歪演算部（１１）の出力で
ある最小歪を与えるブロックの信号系列をそのまま出力
する様に制御する。こうすることによって、せっかく近
似度の高い信号系列に量子化符号化、復号化部（７）、
　（９）を通って量子化誤差の加わった差信号系列を加
算して、再生画像に余分な歪みを与えることを避けるこ
とができる。そして、加算器（１４Ｘ７）出力はフレー
ムメモリ（３）に書込まれ、次のフレームの入力信号に
備えることになる。なお、上記実施例では量子化符号化
方法として、適応形ベクトル量子化符号化を採用したが
、ベクトル量子化の様なブロック符号化を用いない場合
に対しても本発明は上記実施例と同様の効果を有する。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、ブロック化手段を
介して入力される最新の画像信号における入力ブロック
の信号系列とこの入力ブロックに対応して読出し手段に
より画像信号記憶手段から読出される複数ブロックの各
信号系列との歪を演算し、最小歪及びその最小歪を与え
るブロックの位置情報と信号系列を出力する歪演算手段
と、上記最小歪の値と所定のしきい値とを比較する比較
手段と、上記人力ブロックの信号系列と最小歪を与える
ブロックの信号系列との差信号系列を量子化符号化する
量子化符号化手段と、上記比較手段の比較結果にもとづ
き最小歪の値が所定のしきい値より大きい場合に、上記
最小歪を与えるブロックの信号系列に量子化符号化出力
から量子化復号化手段を介して再生された差信号系列を
加算して画像信号記憶手段に書込む書込み手段と、同じ
く最小歪の値が所定のしきい値より大きい場合に最小歪
を与えるブロックの位置情報と量子化符号化出力とを可
変長符号化して伝送路に出力する符号化制御手段を備え
たことにより、余分な情報発生や量子化誤差の蓄積を押
えることができる画像符号化装置が得られるという効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例による動き補償方式画像符号
化装置の構成を示すブロック図、第２図は上記実施例の
入力ｆｉ号系列のブロック化を示す説明図、第３図は上
記実施例の歪演算部の詳細構成図、第４図は上記実施例
の量子化符号化部の詳細構成図、第５図は上記実施例に
おける可変長符号化制御例を示す図、第６図は従来例の
構成を示すブロック図、第７図は画像上の入力プロツク
と読出された複数ブロックとの位置関係図である。 （２）・・・ブロック化手段、　（３）・・・画像信号
記憶手段、（４）・・・読出し手段、　　　（７）・・
・量子化符号化手段、（９）・・・量子化復号化手段、
（１１）・・・・・・歪演算手段、（１２）・・・・・
比較手段、　　　（１３と・・・・符号化制御手段、（
１４〉・・・・・書込み手段、 なお図中間−又は相当部分には同一符号を用いている。 代理人　大　岩　増　雄（ほか２名） 第５図 ｘ：８号を１ｎ１うτなし＼

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）画像信号を常時少なくとも１フレーム分記憶する
   画像信号記憶手段と、入力信号系列を複数個毎にまとめ
   てブロック化するブロック化手段と、上記ブロック化手
   段を介して最新の画像信号が入力された時、該入力ブロ
   ックに画像上で対応するブロックを含む複数ブロックの
   信号系列を上記画像信号記憶手段から読出す読出し手段
   と、該入力ブロックの信号系列と上記複数ブロックの各
   信号系列との歪を演算し、最小歪及びその最小歪を与え
   るブロックの位置情報と信号系列を出力する歪演算手段
   と、上記最小歪の値と所定のしきい値とを比較する比較
   手段と、上記入力ブロックの信号系列と最小歪を与える
   ブロックの信号系列との差信号系列を量子化符号化する
   量子化符号化手段と、この量子化符号化出力から上記差
   信号系列を再生する量子化復号化手段と、上記比較手段
   の比較結果にもとづき最小歪の値が所定のしきい値より
   大きい場合に上記最小歪を与えるブロックの信号系列に
   上記再生された差信号系列を加算して画像信号記憶手段
   に書込む書込み手段と、同じく最小歪の値が所定のしき
   い値より大きい場合に、最小歪を与えるブロックの位置
   情報と量子化符号化出力とを可変長符号化して伝送路に
   出力する符号化制御手段とを備えて成ることを特徴とす
   る画像符号化装置。
2. （２）書込み手段は最小歪の値が所定のしきい値以下の
   場合に、上記最小歪を与えるブロックの信号系列をその
   まま画像信号記憶手段に書込むようにしたことを特徴と
   する特許請求の範囲第１項記載の画像符号化装置。
3. （３）符号化制御手段は最小歪の値が所定のしきい値以
   下の場合に、量子化符号化出力に対して符号長の最も短
   い可変長符号を割当てるようにしたことを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の画像符号化装置。