JPS6127950B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はテレビジヨン信号等の画像信号の予測
符号化装置に関する。テレビジヨン信号等の画像
信号は画面の水平方向および垂直方向および時間
軸方向に対して相関が強いので、画像信号を直接
伝送する代りに伝送しようとする画像信号の近傍
の画素信号から予測信号を作り、伝送しようとす
る信号と予測信号との差信号、すなわち、予測誤
差信号を伝送することによつて伝送情報量を節約
することができる。このような符号化方法は予測
符号化と呼ばれ、予測信号を同一フレーム内の画
素信号から得るフレーム内予測符号化、１フイー
ルド前の画素信号から得るフイールド間予測符号
化、１フレーム前の画素信号から得るフレーム間
予測符号化あるいはこれらを組合せた複合予測符
号化などが知られている。フレーム内符号化は、
平坦な画像やぼけた画像に対しては予測的中率が
高く、従つて、能率が良い。フレーム間符号化は
動きの少ない画像に対して能率が良く、フイール
ド間符号化や複合符号化はこれらの中間的な性質
となる。従来の予測符号化装置においては、一般
にこれらのうちの一つの予測方式を用いている
が、伝送しようとする画像信号が、例えば、放送
テレビジヨン信号のように動きが少ない場合もあ
れば多い場合もあり平坦な画像も複雑な画像もあ
るような場合には、予測方式を固定にしておくと
常に能率の良い符号化を行なうことができないと
いう欠点がある。一方、フレーム内予測とフレー
ム間予測の両方の予測信号を作り、どちらが能率
が良いかをあらかじめ調べて能率の良い方を撰択
するという予測切換え方式も提案されているが、
この場合には、どちらの予測方式を選択したかを
示す情報を伝送しなければならず、装置が複雑に
なるばかりでなく、必らずしも全体の情報量が減
らないという欠点がある。

本発明の目的はどの予測方式を選んだかを示す
情報を特別に伝送することなくしかも画素単位に
なるべく能率の良い予測方式が選択できるように
制御を行なう予測符号化装置を提供することにあ
る。すなわち、本発明のテレビジヨン信号の予測
符号化装置は、複数の予測信号を得る手段と、こ
れらの予測信号の１つを選択して入力信号との差
である予測誤差信号を得る手段と、予測誤差信号
と選択された予測信号とから局部復号信号を得る
手段と、局部復号信号と前記複数の予測信号との
差をそれぞれ計算し相互に比較し次の予測信号の
選択を決定し前記スイツチを制御する手段とから
構成される。

本発明の予測符号化装置を採用すれば、どの予
測信号を選択したかは現在伝送した予測誤差信号
の大きさと、すでに伝送され復号された復号信号
とから一義的に決定されるので、予測方式を示す
特別な信号を伝送する必要がなく、また装置が簡
単である。また、局部復号信号（入力信号とほゞ
等しい信号）と各予測信号との差がそれぞれ相互
に比較され、その結果により次の予測信号が決定
されるので、例えば、差が最も小さくなる予測信
号を次に選択するようにしておけば、画面内容が
変つても適応的に予測が切換わるので符号化能率
の良い予測符号化が実現できる。

次に図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す予測符号化装
置の送信側の構成のブロツク図である。端子１に
印加された画像信号はアナログ／デジタル変換器
（Ａ／Ｄ変換器）２によりデジタル信号に変換さ
れる。このようにデジタル変換された画像信号は
減算器３において予測信号１５だけ減算され、減
算器３は減算結果である予測誤差信号４を出力す
る。この予測誤差信号４は一般に量子化回路５に
より量子化され、とり得るレベル数が制限され
る。なお、本発明において量子回路５は情報量の
圧縮をより効果的に行なうために用いている。量
子化された予測誤差信号１４は符号変換回路６に
より必要な形態の符号に変換され、伝送路７に送
出される。ここで符号変換回路６は量子化回路５
の出力信号のパターンの統計的な偏り対応させ
て、これを可変長符号に変換する回路である。量
子化された予測誤差信号１４と予測信号１５とは
加算器９で加算され、局部復号信号１６が作られ
る。局部復号信号１６は第１および第２の予測器
１０および１１に与えられ、これらの出力信号に
それぞれ予測信号が得られる。このあと、スイツ
チ回路１２により予測器１０および１１からの予
測信号のいずれかが選択されて予測信号１５とな
る。ここでは、説明を簡単にするため予測器の数
を２個としたが、原理的には何個あつても良い。
参照数字１０および１１で表わした予測器は、例
えば、それぞれフレーム内予測器およびフレーム
間予測器である。フレーム内予測器の具体的な例
としては、前値予測、すなわち、１サンプル遅延
素子を用いることができる。この他にも前走査線
予測（１水平走査遅延素子）やそれらを組合せた
平面予測などを用いることもできる。フレーム間
予測器の具体的な例としては１フレーム遅延素子
を用いることができる。

スイツチ回路１２は制御信号１３によつて制御
されるが、その制御方法を次に述べる。まず、走
査線の始まりの時刻はテレビジヨン信号の場合、
同期信号期間であり、フレーム間予測の的中率が
高いので、スイツチ回路は第２の予測信号、すな
わち第２の予測器１１の出力を選択する。この状
態における入力信号の振幅をｘ、予測信号の振巾
をそれぞれx₁，x₂とすれば、選択された予測信号
１５の振幅はｘ＾はｘ＾＝x₂であり、予測誤差信号４
の振幅はｘ−ｘ＾＝ｘ−x₂である。量子化器５で発
生する量子化誤差振幅をｑとすれば、量子化され
た予測誤差信号１４の振幅はｘ−ｘ＾＋ｑ＝ｘ−x₂
＋ｑであり、加算器９の出力１６の振幅はｘ＋
ｑ、すなわち、入力信号ｘに量子化誤差が加わつ
たものである。

このような予測符号化装置では受信側で再生さ
れる信号はｘ＋ｑとなるので、加算器９の出力を
局部復号信号と呼んでいる。

さて、次の予測信号としてx₁とx₂のどちらを選
択するかは、局部復号信号１６と第１及び第２の
予測信号２１，２２の相互演算比較により決定す
るがその具体的方法は次の様にいくつか考えられ
る。なお、以下の記述は予測器が２個以上となつ
た場合にも適用できるような表現にしておく。

(1) 局部復号信号と各予測信号の差の絶対値をそ
れぞれ比較し最小となる予測信号を次の予測信
号として選択する。但し、最小となるものが複
数個あつた場合には、あらかじめ定められた優
先順位に従う。

(2) 局部復号信号と各予測信号の差の絶対値をそ
れぞれ比較し最小値を求め、この最小値に微少
な一定量を加えた値が量子化された予測誤差の
絶対値よりも小さい場合は最小値を与える予測
信号を次の予測信号として選択し、これ以外の
場合は現在選択されている予測信号を次の予測
信号に選択する。

第１図において、参照数字２０で示される判定
回路は上述の(1)又は(2)のような判定を行ない、そ
の結果は１サンプル遅延素子３０により１サンプ
ル遅延されて次のサンプル時刻における予測信号
を選択する制御信号１３となる。(1)における判定
回路２０の具体的構成例を第２図に示す。第１お
よび第２の予測信号２１および２２は局部復号信
号１６とそれぞれ減算器３１および３２で減算さ
れ、その結果はそれぞれ絶対値回路３３および３
４にて絶対値に変換される。比較器３５はこれら
の絶対値、すなわち、1x−x₁＋q1と1x−x₂＋q1
の大小を判定する。もし、1x−x₁＋q1＜1x−x₂
＋q1であれば次の予測信号として第１の予測信
号２１が選択され、逆の場合は第２の予測信号２
２が選択される。一般に量子化誤差ｑは信号ｘに
比べて小さいので、量子化誤差を無視して考える
と、上述の予測信号の選択法は常に現サンプルに
対する予測誤差が最小であつたか否かを判定し、
もし、そうでない場合には次の予測信号として誤
差の最小のものを選択するものであり、画面内容
に変化があつても、自動的に予測的中率の高い予
測方式を選択していくことになる。

(2)の選択方法は、(1)と類似であるが、現在選択
されている予測方式に重みづけをしたものであ
る。画像信号は時間的空間的に画素間の相関が非
常に強いので、ある予測方式があるサンプル時刻
で最も良いことに定まれば、その後の数サンプル
もその予測方式が適しているケースが多い。しか
しながら、(1)の選択方式では、量子化誤差等によ
つて、一時的に予測が最小にならない場合も、た
だちに他の予測方式に切換えられてしまい、かえ
つて全体の予測誤差を増大させる場合がある。(2)
ではそのような併害を取り除くことを目的とする
もので現在選択されている予測信号による予測誤
差が他の予測信号の予測誤差に比べて明らかに大
きくなつている場合のみ次の予測を切換えるもの
である。なお、具体的実現方法及び回路について
は第２図より容易に推定できるので省略する。

第３図は本発明の一実施例を示す受信側の構成
のブロツク図であり、伝送路４７を介して伝送さ
れてきた信号は符号逆変換器４６により送信側の
逆変換が行なわれ、送信側の量子化出力信号１４
に相当する信号１４′に変換される。この信号１
４′は加算器４９においてスイツチ回路１２′で選
択された予測信号１５′と加算され、復号信号１
６′となりＤ／Ａ変換器４２で元のアナログ信号
に変換される。復号信号１６′は第１及び第２の
予測器１０′および１１′に入りその出力に予測信
号２１′および２２′が得られスイツチ回路１２′
でどちらかが選択される。判定回路２０′は復号
信号１６′、予測信号２１′および２２′から次の
予測信号がいづれであるかを判定し、その結果を
１サンプル遅延回路３０′を通じてスイツチ回路
１２′の制御信号１３′として供給する。ここで予
測器１０′，１１′、スイツチ回路１２′、判定回
路２０′、１サンプル遅延回路３０′はそれぞれ送
信側のそれと全く同じ機能を有する。

走査線の始まりにおいて、スイツチ回路１２′
は第２の予測信号２２′を選択するものとすれ
ば、この時刻における予測信号１５′の振幅ｘ＾は
ｘ＾＝x₂である。伝送路を通じて伝送され符号逆変
換された予測誤差信号１４′の振幅はｘ−x₂＋ｑ
であるから復号信号１６′の振幅はｘ＋ｑとな
る。この復号信号と第１及び第２の予測信号x₁お
よびx₂が判定回路２０′に入り、送信側と全く同
じ判定を行なえば次の予測信号として、送信側で
選択されたものと同じものを受信側で選択できる
ことは明らかであり、従つて復号信号１６′には
送信側の局部復号信号１６と同じ信号が再現され
る。

本発明は予測信号の数を任意に増やすことがで
きるが、その一実施例として動き予測を次に示
す。１フレーム遅延素子を用いたフレーム間予測
は静止している画面に対しては的中率が高いが、
例えば画面が左右に動くと予測的中率が悪くな
る。例えば、前フレームの画面に対して現フレー
ムの画面が１画素右に動いた場合は、（１フレー
ム−１）画素遅延した信号を予測信号とすれば予
測的中率が高くなる。第４図はこのような動き予
測ができる予測器の構成を示すブロツク図であ
る。参照信号１６は局部復号信号で、これが（１
フレーム−３）画素遅延素子１８に入力される。
１フレームの画素数をＦとすれば、その出力には
（Ｆ−３）画素遅延した予測信号ｘ_F-3が得られ
る。この信号をさらにシフトレジスター１９で１
画素ずつ遅させれば、その出力にはｘ_F-2〜ｘ_F+3
の各予測信号が得られる。したがつて、第１図及
び第３図におけるフレーム間予測器１０および１
０′の代りに第４図に示す動き予測器を用い、ス
イツチ回路１２および１２′、判定回路２０およ
び２０′を２つの予測信号に対するものから９つ
の予測信号に対するものに拡張すれば、画面の動
きに対応した自動動き予測を実現でき効率の良い
予測符号化ができる。また、上下および斜めの動
きに対しては１ライン延遅素子を複数個用いるこ
とにより更に予測信号を増やせば良いことは明ら
かである。

なお、上述の符号変換回路６および４６には例
えば1975年に社団法人電子通信学会から発行の刊
行物「4MTV電話用フレーム間符号化方式の構成
−通信方式研究会資料（CS75−68）」の第５頁図
６および第５頁図７に詳しく示されている構成の
ものをそれぞれ採用すればよい。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図および第３図は本発明の一実施
例を実すブロツク図ならびに第４図は本発明の他
の実施例を示すブロツク図である。 図において、２……Ａ／Ｄ変換器、３，３１，
３２……減算器、５……量子化回路、６，４６…
…符号変換器、９，４９……加算器、１０，１
０′……フレーム内予測器、１１，１１′……フレ
ーム間予測器、１２，１２′……スイツチ回路、
２０，２０′……判定回路、３０，３１……１サ
ンプル遅延回路、４２……Ｄ／Ａ変換器、３３，
３４……絶対値回路、３５……比較器、１８……
遅延回路、１９……シフトレジスターである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ テレビジヨン信号の予測符号化装置におい
   て、複数の予測信号を得る手段と、前記複数の予
   測信号の１つを選択するスイツチと、入力信号と
   前記選択された予測信号との差である予測誤差信
   号を得る手段と、前記予測誤差信号と選択された
   予測信号とから局部復号信号を得る手段と、局部
   復号信号と前記複数の予測信号との差をそれぞれ
   計算し相互に比較し次の予測信号の選択を決定し
   前記スイツチを制御する手段とを具備することを
   特徴とする予測符号化装置。