JPS6162286A - 画像信号帯域圧縮方式 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、画像信号のアナログ伝送やアナログ記録に適
用できる画像信号帯域圧縮方式に関わるものである。

（従来の技術） 一般に、画像信号の伝送や記録を行う場合１周波数の有
効利用の点からは、ディジタル方式よりもアナログ方式
が有効である。このため、例えば放送衛星を利用した高
品位テレビジョンの放送もＦＭ方式で行われる見通しで
ある。高品位テレビジョン信号の周波数帯域は２０　Ｍ
Ｈｚもめるため。

これをＦＭ伝送するには＋３０　ＭｆＩＺ　８度の周波
数帯域を必要とする。ところが、衛星放送用の周波要と
し、不経済である。

高品位テレビジョン信号の周波数帯域を９　ＭＨ２以下
、すなわち４５％以下に圧縮できれば、１チヤンネルに
よる伝送が可能となるため、そのような帯域圧縮技術の
開発が強く望まれていた。ＮＨＫにエフ開発され、テレ
ビジョン学会技術報告。

ＴＥＥＳ　９５−２　（１９８４年８月）における二百
、大板および和泉による四高品立テレビの衛星１チャン
ネル伝送方式（ＭＵＳＥ）　１・と題する文献において
報告されているＭＵＳＥ方式は、高品位テレビジョン信
号の帯域を８．１ＭＨｚに圧縮できる之め、衛星１チヤ
ンネルによる高品位テレビジョン放送を可能とする方式
として世界的に注目されているが、これには画像の動い
ている部分の解像度が低下するという大きな問題点があ
る。以下ではＭＵＳＥ方式を従来方式と呼び第２図を用
いてなぜそのような問題点が生じるかを説明する。

第２図は従来方式の原理を示すサンプリングパターンで
ある。第２図中の実線は偶数フィールドの走査線、破線
は奇数フィールドの走査線を示す。

ｎを整数とするとき、○印は４ｎ番目のフィールドのサ
ンプリング点、ｒ：Ｊ印は（＋ｎ＋１）番目のフィール
ドのサンプリング点、Ｏ印ｆｌ（４ｎ＋２）番目のフィ
ールドのサンプリング点、−印は（４ｎ＋８〕番目のフ
ィールドのサンプリング点、ｘ印は伝送されないサンプ
リング点である。まず高品位テレビジョン信号を６４．
８　ＭＨｚのサンプリング周波数でサンプリングした後
、公知の技術にＬり×印の画素を間引くと画素数が捧に
減少する。この間引きによる画質低下は、信号の帯域に
比べて　　ｔｉ・□、１１ もとのサンプリング周波数が十分に高いｃともあって、
殆ど問題とならない。次に、残った画素を第２図に示す
ように４フイールドに分割して伝送すると、伝送画素の
時間間隔は／１６．２ＭＨ２となる几め、　ａ、ｌ　Ｍ
ｎ２の周波数帯域の信号となる。このとき、どのフィー
ルドにおいても画素は一様に更Ｋｙ２に間引かれている
。受信部では動き領域の検出を行い、静止領域について
は、４フイールドに分割して伝送しｌｃ画素をフレーム
メモリで合成して表示する７’Ｃめ、十分な解像度の画
像が復元できる。ところが動き領域では、そのフィール
ドにおいて伝送され友画素から不足の画素の値を推定し
、補間して画像を復元するため、精細な部分を復元でき
ず解像度が低下することとなる。

（見切が解決しようとする問題点） このように従来の帯域圧縮方式は１画素番分解してゆっ
くり伝送した後、フレームメモリを用いて合成すること
によって画像の復元を行うため、静止画伝送には都合が
よいが、動画の帯域圧縮伝送装置や録画装釘、静止画を
２碌するスチルビデオ等に適用することには問題があつ
ｔｏ（問題点を解決するための手段） 本発明は、静止画像のみならず、従来の技術では低い解
像度しか得られなかつ几動画像についても、高品質の復
元画像が得られる画像信号帯域圧縮方式を提供すること
を目的とするものである。

すなわち本発明画像信号帯域圧縮方式は画像を構成する
画素の一部を抽出し、こ７″Ｌをもとの画素間隔エフも
広い間隔に配列する帯域王権方式において、送信側では
、抽出する前記画素の一部を、あらかじめ位置が定めら
れ７′ｃ基本画素と、画像の性質に応じてその抽出する
位置が変化する追加画素とに分離し、前記追加画素の位
置情報がなくとも前記基本画素と前記追加画素が区別で
きるよう配列して送信し、受信側では、前記画像の復元
に際し、前記位置情報に誤りがなければ、前記基本画素
と前記画素と前記追加画素との両者を用いて画像を復元
し、前記位置情報に誤りがあれば前記基本画素のみから
画像を復元することを特徴とするものである。

（作用） 本発明では、画像をあらかじめ定め之サンプリングパタ
ーンで粗くサンプリングして画像の基本宿造を表わす画
素（基本画素）を取り出し、次にｒＡりの画素の中から
画像の５１＠さを表わすｔめに必要な画素（追刀口画素
）をその位置情報と共に取り出し、基本画素と追加画素
の和をもとの画素数より少なくし、位置情報がなくても
基本画素と迫力Ｉｌ１画素の区別ができるように両者を
再配列して帯域を圧縮することが特徴でろる。これによ
って。

たとえ位置情報に誤りが生じても１Ｉｉｌｌ像の復元が
可能となる。すなわち１画像の復元に際して位置情報に
誤りかめるかどうかを調べ、誤りがない場合には基本画
素と追加画素の両者を用いて精細な画像を復元し、誤り
がある場合には位は１１７報と無関係に得られる基本画
素から画像をａ元するのでおる。

送用帯域圧縮方式を第１図、第８図、第４図によって説
明する。この実施例では、追加画素の位置決定や画像の
復元に１フレーム前の復元画像信号も利用する。第１図
は本発明の実施例である高品位テレビジョン信号帯域圧
縮方式の送信部（ａ）、受信部中）の基本部分の概略を
示すブロック線図、第３図は本実施例のサンプリング点
の配置を示す説明図、第４図は１フイールドの伝送信号
の形式を示す説明図である。

この実施例では＋　０４．８　ＭＨｚのサンプリング周
波数でサンプリングされ比高品位テレビジョン信号を、
公知の技術によって画素を捧に間引いて第８図（〜のサ
ンプリングパターンとした後、不発明の方法によって画
素を更に捧に減らすことにエフ。

帯域を従来方式と同じ８．１　ＭＨｚに圧縮する。以下
では第８図（ａ）のサンプリングパターンの画像を入力
信号として、帯域を歿に圧縮する方式の構成を説明する
。

第１図（ａ）は本発明による帯域圧縮を行う送信部のブ
ロック線図である。入力端子１にに第８図（（転）のサ
ンプリングパターンを持つ画像信号が入力され　　　ｔ
６゜。。（Ｐｉ　６ｊ　％　！Ｊ　ｖ＊　２　＋　＠え
２え工っ１、　″・１゛偶数フイールドではフィールド
メモＩＪ　ａに、奇数フィールドではフィールドメモリ
４に書き込１れる。スイッチ５．６．　？、　８．９．
１０．１１．１２゜１Ｂ、　１４．１５及び１６は１フ
イールド毎に切り替見られる。一方１画素分離回路１７
により、あらかじめ定められた第３図中）に示されるサ
ンプリングパターンのｒｒＪ素（基本画素）とそれ以外
の画素（間引き画素〕に分離され、前者は端子１８に。

後者は端子１９に出力される。この例では基本面素の割
合は４１間引き画素の割合は４である。

補間回路２０では間引き画素の値をその近傍の基本画素
の荷重平均値で補間する。

一方、後述するように端子ｚ１には１フレーム前の復元
画像信号が出力されているので、その画素を画素分離回
路２２によって基本画素とそれ以外の画素に分離し、前
者を端子ｚ８に、後者を端子２４に出力する。動き領域
検出回路２５では。

現フィールドの基本画素と１フレーム前の基本画素の値
の差より、基本画素で囲まれた画家の微小な領域が静止
領域か動き領域かを判別する。補間値決定回路２６では
、動き領域検出の結果に従って、間引き画素の補間値を
次のように決定する。

′すなわち、動き領域では補間回路２０で得られた値を
出力しくフィールド内袖間）、静止領域では端子２４か
ら得られる前フレームの値を出力する（フレーム間補間
〕。こうして得られた間引き画素の補間値はメモリ書き
込み回路ｚ７に工って。

偶数フィールドの場合にはフ・ｒ−ルドメモリ２８へ、
奇数フィールドの場合にはフィールドメモリ２９に書き
込まれる。

同時に、減算回路ａｏｒこ工っで、補間値と端子１９か
ら得られる実際の値との差（補間誤差）が求められる。

補間誤差の大さいものから順に、全体の４の画素を追加
して取り出すこととし、追刀口画素位置決定回路３１で
その位置を決定する。

このとき、各フィールドの画素を小さなブロック〔例え
ば４画素×４・画素〕に分割し、ブロック単位で追加画
素を取り出してもよい。例えば補間誤差の絶対値をブロ
ック内で加算し、その値の大きい偽のブロックからは追
加画素をとり、それ以外の誂のブロックからは追刀口画
素をとらないと丁れば、全体のスの画素が追加画素とし
て取り出される。このように決定さｎｆｃ位置情報は記
憶回路８ｚに一時的に蓄えられる。位置情報はこの例で
は１ブロツク当たｆ）１ピツトであり、後述するように
各フィールドの垂直帰線期間に時分割多重伝送すること
が十分可能である。

フィールドメモリ８に画素が書き込筐れているとき、フ
ィールドメモリ４からはメモリ読み出し回路８３によっ
て基本画素と追加画素が読み出されている。位１ら、情
報がなくても基本画素と追加画素の区別ができるように
、読み出しの順序は、例えばまず基本画素が読み出され
、次に追加画素が位置情報に従って読み出される。多重
回路３４では、第４図に示す工うに基本画素と迫力口画
素からなるアナログ４９号と位置情報が時分割多重され
、端子８５に出力される。ここで基本画素数と追加画素
数の和にもとの画素数のＡになっているため。

帯域が外に圧縮されることとなる。

一方、基本ｉｉ！ｉｉ素と追加画素はメモリ書き込み回
路８６に裏って、偶数フィールドではフィールドメモリ
８７に、奇数フィールドではフィールドメモリ８８に書
き込まれる。今、基本画素と追加画素がフィールドメモ
リ８８に啓き込１れているとする。ｌフィールドを構成
する残りの捧の画素の値として、フィールドメモリ２９
に蓄えられている補間値をメモリ読み出し回路８９で読
み出し。

フィールドメモリ８８に書き込めば、１フイールド前の
画像信号が復元されることとなる。しｔがってフィール
ドメモリ８７にＵ２フィールドすなわち１フレーム前の
復元画像信号が蓄えられていので、それをメモリ読み出
し回路４０で読み出すと、前述したように端子２１に１
フレーム前の復元画像信号が得られる。

次に第１図［有］）の受信部を説明する。端子４１にに
送信部の端子８５からの出力信号が入力される、入力信
号は多重分離回路４２によって分離され。

位置情報は端子４８に、追加画素は端子４４に、基本画
素は端子４５に出力される。基本画素と追　　ゝ、ヮゆ
７８．□い。□６よ工つ工、ａｉ　　　’ｌフィールド
の場合にはフィールドメモリ４７に、奇数フィールドの
場合にはフィールドメモリ４８に省き込まれる。第１図
（１））中の破線で囲まれた部分の構成は第１図（ａｌ
中の破線で囲まれ皮部分と同じであるので、その説明は
省略するが、フィールドメモ１Ｊ５７，５８にそれぞれ
偶数フィールド奇数フィールドの間引き画素の補間値が
蓄えられている。誤り訂正及び検出回路６３では位１謡
１１Ｖ報の誤り訂正及び検出を行う。位置情報に誤りが
なければ、メモリ読み出し回路６４・に工って、基本画
素と追加画素及び間引き？ｉ！ｉＩ素の補間値を位ｆ、
ｔ　ｆｌ！報を利用してもとの配列となるように読み出
し、端子６５に復元画像信号を出力てる。もし位置情報
に訂正できない誤りがある場合には、迫力口画素は用い
ず、基本画素と間引き画素の１１１１間値を読み出して
画像信号を復元する。

なお、本実施例では一様に−に間引いた画素を基本画素
としたが、帯域圧縮率以下の値であれば＼以外の比率で
もよく、まｔ一様ではなく、画面の中央部では密に、周
辺部では粗となるようにしてもよい。また、本実施例は
Ｊ力ｏ　ｉ＋！Ｊｉ累の位置法延及び画像信号の復元に
１フレーム前の復元画像信号も利用する構成となってい
るが、これを利用しない構成も可能である。更に、本実
施例は伝送する追加画素の値として画素値を用いる構成
となっているが、画素値の代わりに第１図（ａ）中の減
算回路３０の出力である補間誤差を用いる初成も可能で
ある。このように追加画素の値として補間誤差を用いる
とき、補間誤差の振幅分布が０近傍に集中しそのその値
の大部分が狭い振幅範囲に含まれることを利用して、伝
送時に迫力口画素の振幅多重を行えば、伝送可能な追加
画素数を増加させることができる。

本実施例によれば、高品位テレビジョン信号の帯域を８
．１ＭＨｚに圧縮できるので、放送衛星を用いた１チヤ
ンネル伝送が可能となる。また全画面の５の領域では常
に全画素が伝送され、かつ１フレーム前の復元画像信号
を用いてフレーム間補間を行っているため、静止画像は
Ｂフレームたてば忠実に復元することができる。このよ
うに本発明は、従来方式と同じ長所を有する上に、フィ
ールド毎に画像の精細さを表わす追加画素を伝送してい
る窺め、動画岱の品質が従来方式より格段に向上する。

第５図は本発明の効果の一例を示すグラフでおる。横軸
は画面の中で静止領域の占める割合、縦＠は帯域圧縮に
よって生じるひずみの二乗平均値（ひずみ電力）の相対
値である。横軸の値がＯというのは画面全体が動いてい
る場合（動画像）、１００％というのは画面全体が静止
している場合（静止画像〕である。１７′ｃ、フレーム
間補間を行わない場合に横軸の値が０の場合に相幽する
。本発明によれば、画面全体が動いている場合でも従来
方式に比べて約７　（ｉＢという大福なひずみの改善効
果がある。この改善効果は、静止領域の割合が増加する
に従って更に著しくなジ、特に静止領域の割合が名以上
の場合には、本発明ではひずみをＯとでることができる
。これに対して、従来方式では動いている領域では常に
精細さが失われてひずみが生じるため、完全な静止画像
以外ではひずみをＯとすることはできない。

なおこのひずみの解析結果について、以下に第６図、第
７図、第８図をあげ１発明の効果を理解するための一助
とする。

サブサンプリングのサンプリング密度、丁なわ　。

ち第８図中）の基本画素の第３図（ａｌに対するサンブ
リング比をＲ２（＜　１　）とじ、補間誤差の大きい部
分はすべて追加画素とし、フレーム間補間および補間誤
差の多重伝送を行わない場合の、ひずみ電力りとＲ２の
関係を第６図に示す。こ＼でＲはもと■帯域で規格化さ
れた帯域幅、ρは隣接画素間の相関係数、Ｘは信号電力
である。Ｒ８には各Ｒ毎にＤを最小とする最適値が存在
するが、最適値近傍ではＤ（ＯＫ化は小さい。Ｒ２を最
適値に選んだときの、Ｄと只の関係を第７図に示す。画
面に静＋ｈ部分がある場合には、第８図に示すようにフ
レーム間補間にエフＤが改善される。第８図は第７図で
Ｒ＝棒の場合である。Ｄは、静止部分か２０チ　　　ｔ
ろれは４ｄＢ、４０％あれば１３　ｄＢ減少する。補　
　９．．１間誤差の多重伝送を行えば、伝送できる画素
数が増加するのでＤが改善される。丁なわちＲ＝＋７４
のとき、２画素分を１サンプルに多重すれば２０（ｉＢ
、８画素を２サンプルに多重すれば７ｄＢがさらに改善
される。

なお第５図の本発明の曲線ではＲ８はｏ、２５としてい
る。

〔発明の効果〕

多くの両会例について、動画像の場合を想定して本発明
と従来方法の帯域圧縮のシミュレーションを行い、復元
された画像をモニターテレビ上で比較・検討した。その
結果１本発明によるものではもとの画像との差が殆ど検
出されなかったが。

従来方式では画像の精細な部分に明確なぼけが認められ
、画質においても本発明の方が格段に優れていることが
判明し友。このように本発明に工れば、従来方式の大き
な問題点である動画像の解像度低下をほぼなくすことが
でき、その効果は極めて大きい。

また本発明をビデオテープレコーダやビデオディスクに
適用てれば録画時間の増大や画質の向上という効果が期
待できる。更に、本発明では、１フレーム前の復元画像
信号を利用せずに帯域圧縮を行っても、画面全体が精細
な画像を除いては帯域圧縮による劣化は殆どないので、
スチルビデオの高品質化等にも適用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例としての高品位テレビジョン信
号帯域圧縮方式の基本部分の概略を示すブロック線囚で
、（ａ）は送信部Φ）は受信部でらり、第２図は従来方
式の原理を示すサンプリングパターン。 第８図は本発明実施例高品位テレビジョン信号□帯域圧
縮方式のテン１リング点の配置を示す説明図で、（〜は
帯域圧縮前の画素配置、□□□）は基本画素の配置であ
り。 第４図は本発明における１フイールドの伝送信号形式を
示す説明図であり。 第５図は本発明の効果を示すひずみ電力のＪＪ　論計算
値を示す図であり。 第６図はひずみ電力ＣＤ）とサンプリング密度（Ｒ２）
の関係を、 第７図はひずみ電力ＣＤ）と伝送帯域幅（Ｒ）の関係を
、 第８図は静ｆヒ部分の割合とひずみ電力（Ｄ）の関係を
示す図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、画像を構成する画素の一部を抽出し、これをもとの
   画素間隔よりも広い間隔に配列する帯域圧縮方式におい
   て、送信側では、抽出する前記画素の一部を、あらかじ
   め位置が定められた基本画素と、画像の性質に応じてそ
   の抽出する位置が変化する追加画素とに分離し、前記追
   加画素の位置情報がなくとも前記基本画素と前記追加画
   素が区別できるよう配列して送信し、受信側では前記画
   像の復元に際し、前記位置情報に誤りがなければ、前記
   基本画素と前記追加画素との両者を用いて画像を復元し
   、前記位置情報に誤りがあれば前記基本画素のみから画
   像を復元することを特徴とする画像信号帯域圧縮方式。 ２、前記画像を復元する信号を記憶回路に一時的に蓄積
   しておき、現フレームの追加画素の位置決定および画像
   信号の復元に、過去のフレームの復元画像信号をも使用
   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
   信号帯域圧縮方式。 ３、前記追加画素の復元値を、現フレームの追加画素値
   ではなく、前記基本画素信号および前記過去のフレーム
   の復元画像信号から導出される間引き画素値（２６の出
   力）と現フレームの間引き画素値（１９）との差の送信
   信号を受信して復元することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項または第２項何れか記載の画像信号帯域圧縮方
   式。