JPS62145987A

JPS62145987A - 画像符号化方式

Info

Publication number: JPS62145987A
Application number: JP60285833A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Kato; 洋一加藤; Hideo Hashimoto; 秀雄橋本; Takehiro Moriya; 健弘守谷
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1985-12-20
Filing date: 1985-12-20
Publication date: 1987-06-30
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: JPH0683444B2

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】（発明の属する技術分野）本発明は、テレビジョン信号を効率よく符号化する画像
符号化方式に関するものである。

（従来の技術）従来より、音声あるいは画像信号を高能率に符号化する
方法としてベクトル量子化器が知られている。

この方式では、複数個のサンプルによりブロックを構成
し、ブロック内サンプル値を要素とする入力ベクトルと
、予め定めである代表ベクトルの中で最も距離が小さく
なるベクトルを各入力ベクトル毎に選択し、その識別符
号を伝送することにより、受信側では送られてくる識別
符号から信号再生を行うものである。

符号化情報量Ｒ（ビット／サンプル）は、ブロック内サ
ンプル数をＭ、代表ベクトル数をＮ（＝２Ｌ）とすると
き、Ｒ＝−（１）で与えられ、例えば、（４Ｘ４）ブロックに対して２５
６（＝２’）個の代表ベクトルを用いるベクトル量子化
器ではＲ＝８／（４ｘ４）＝０．５ビツト／サンプルとなる。

他の高能率符号化の例としての予測符号化におけるサン
プル単位の予測誤差信号をスカラー量子化する場合に比
べて、また、同じくブロック単位で符号化処理を行う変
換符号化においても、変換係数をスカラー量子化する場
合に比べてベクトル量子化器は高い符号化効率を達成し
、Ｒａｔｅ　−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ限界に最も近い符
号化速度が得られることが知られている。

ベクトル量子化器の符号化効率は（１）式で示される符
号化情報量と量子化によって生じる符号化歪量で定まり
、平均符号化歪が最小となる代表ベクトルの集合（コー
ドブック）の作成法がその良否を左右する。

トレーニングデータを用いてコードブックを作成するア
ルゴリズムが提案されているが、高い符号化率を得るこ
とを目的として、入力信号の統計的性質に基づいたコー
ドブックを作成するためには、コードブックに含まれる
ベクトル数の１０倍以上のトレーニングデータを用いた
計算を必要とする。

Ｒａｔａ　−Ｄｉｓｔｏｒｔｉｏｎ理論からブロック内
サンプル数が多い、従ってベクトル次元数が高い程、符
号化効率を高められることが知られているが、それに応
じてコードブックの大きさく２′）と同時にトレーニン
グデータの数を増加させる必要がある。

しかしながら、現状の計算機の計算能力及び演算精度の
点からブロックサイズを大きくとることには限界があり
、（４Ｘ４）ブロックに対して５１２〜１０２４（＝２
’〜２１０）程度のサイズのコードブックを作成するの
が現実的である。

ブロックサイズ及びフードブック数を増大することによ
って符号化効率を高めると共に、平均符号化歪を小さく
する量子化法として、第１段の量子化として代表バク１
〜ルを求め１次いで分散バク１−ル辞害等を用い、各代
表バク１〜ルを中心にベクトル成分毎、独立に第２の量
子化を行う発明がある（特願昭５７−２０４８４９号）
。

しかし、上記発明では第１段の量子化に割当てられるビ
ット数と第２段の量子化ビット数の和が一定となるよう
に構成されており、テレビジョン信号のフレーム間符号
化の例に見られるように、被写体の動きの大小に依存し
て情報量が変化する場合、ブロック当りの情報発生量を
制御することにより、大きな画品質劣化を避ける符号化
方式の構成には、そのまま適用できないという欠点があ
った・（発明の目的）本発明の目的は、ブロック単位の符号割当てを制御する
ことにより、平均符号化歪を軽減することを特徴とする
ベクトル・スカラー量子化法を用いた画像符号化方式を
提供することにある。

（発明の構成）（発明の特徴と従来の技術との差異）本発明は、画像信号をブロック化しブロック毎にベクト
ル量子化を行った後にベクトル量子化誤差を符号化する
場合において、誤差信号の符号化に割当てられるビット
数を過去の符号発生量及び現ブロックの誤差信号の大き
さに基づいて制御し、時間的平均値としての情報発生量
を一定値に保つと共に、画像の精細度、動き等が変化し
ても再生画像の大幅な画品質劣化を引き起こすことなく
。

平均符号化歪を最小化することを最も主要な特徴とする
。

従来の技術とは、ベクトル量子化誤差信号の符号化に割
当てられるビット数を可変とすること及びその制御法が
異なる。

（実施例）第１図は本発明をテレビジョン信号の動き補償フレーム
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す図
であって、１は信号入力端子、２は走査変換回路、３は
動きベクトル検出回路、４は可変遅延回路、５はフレー
ムメモリ、６は遅延回路、７は減算器、８は有意ブロッ
ク検出回路、９はベクトル量子化器、１０は減算回路、
１１はバク１〜ル量子化誤差算出回路、１２は符号割当
て制御回路、１３はスカラー量子化器、１４．１５は加
算回路、１６は遅延回路、１７は多重化回路、１８はバ
ッファメモリ、１９はコードブック記憶回路、２０は信
号出力端子である。

まず、ラスク走査順序によって信号入力端子１より入力
されるディジタル化された画像信号は、走査変換回路２
によって、例えば４Ｘ４，８Ｘ８゜１６　Ｘ　１６等の
ブロックサイズに従ってブロック走査順序に並べ替えら
れる。

ブロック化された画像信号は動きベクトル検出回路３に
入力され、フレームメモリ５に記憶されている前フレー
ムの再生画像を参照にして、ブロック単位にフレーム間
の被写体の変位を示す動きベクトルが検出される。

可変遅延回路４では、検出された動きベクトルに基づき
フレーム間予測に用いるフレームメモリ５からの参照画
像ブロックを遅延させて減算器７に出力する。

一方、走査変換回路２からの画像ブロックは、遅延回路
６において動きベクトル検出に要する演算遅延時間と可
変遅延回路４の遅延時間の和に相当する時間だけ遅延さ
れて、対応する前フレーム中の参照画像ブロックと遅延
調整された状態で減算器７に入力される。

減算器７ではブロック内の画素単位に減算が行われ、そ
の減算結果を用いて有意ブロック検出回路８で符号化伝
送すべき画像ブロックが選択される。

例えば、減算結果のブロック内絶対値累積和が小さく、
無効ブロックと識別された画像ブロックに対しては無効
ブロックを示す識別符号のみが伝送され、以後の符号化
処理は適用されない。

ベクトル量子化器９では、有意ブロックに対してコード
ブック記憶回路１９に記憶されている代表ベクトル（コ
ードワード）との間でブロックマツチング処理を行い、
両者間の距離が最小となる代表ベクトルを示す符号（イ
ンデックス）を多重化回路１７に送出すると共に、選択
された代表ベクトルを減算回路１０へ送出する。

減算回路１０ではベクトル量子化器９の人出力ベクトル
間で画素単位の減算が行われ、減算結果のベクトル量子
化誤差信号が次段のスカラー量子化器１３へ送られる。

同時にベクトル量子化誤差信号はベクトル量子化誤差算
出回路１１において、例えばブロック内誤差信号電力が
計算され、これとバッファメモリ１８の情報記憶量の状
態を示す信号を用いて、符号割当て制御回路１２におい
て符号化中のブロックに割当てるべき符号量の総数と、
これをブロック内画素の各々に配分するビット配分表を
決定する。

スカラー量子化器１３ではベクトル量子化誤差信号をビ
ット配分表に基づいて画素単位に量子化し、その量子化
レベルを表わす符号を多重化回路１７へ送出する。

また、量子化出力信号には加算回路１４においてベクト
ル量子化器９で選択された代表ベクトルが加算されて、
有意ブロックに対する動き補償フレーム間差分信号が再
生される。

さらに、加算回路１５では動き補償された前フレーム中
の参照ブロックがブロック当りの符号化処理時間に相当
するだけの遅延時間を有する遅延回路１６を経て加算さ
れ、入力信号が再生される。再生画像ブロックはフレー
ムメモリ５に記憶され、次フレーム画像の動き補償フレ
ーム間予測参照画像ブロックとして用いられる。

多重化回路１７では、動きベクトル、有意／無為ブロッ
ク識別ベクトルインデックス、ビット割当て制御符号、
及び画素単位の量子化レベルを示す符号化が時分割多重
化されてバッファメモリ１８へ送出される。

バッファメモリ１８はブロック単位に不均一に発生する
符号を記憶すると共に、信号出力端子２０を介して伝送
路へ一定速度で送出する。

また、バッファメモリ内の記憶情報量を監視し。

その状態を示す制御信号を符号割当て制御回路１２へ送
出する。

符号割当て制御回路１２ではバッファメモリ１８の情報
記憶量の状態を示す変数８０とベクトル量子化誤差算出
回路１１で得られる誤差電力εｖ０を変数とする式（１
）に示す関数／（ＳＯ，ε９゜）からビット配分のスケ
ーリング係数ηを求める。

η：／（３ｏ、εＶ（１）　　　　　　　　　（１）第
２図はビット配分を定めるスケーリング係数とベクトル
量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量との関係
を示す図である。

式（１）は定性的に第２図で示され、ε９゜が大きい程
、またＢ。が小さい程、スケーリング係数ηは大きくな
る。

第３図はスケーリングによるスカラー量子化ビット配分
の制御法を示す図であり、サンプルデータを用いて、予
め定めである代表ベクトルのビット割当て表の各要素毎
に、スケーリング係数ηを乗じて、改めてビット割当て
表をブロック毎に作成する。

以上述べた実施例において、ベクトル量子化器のブロッ
クマツチングに用いる歪測度関数として任意の形式が可
能である。

また、受信部へ伝送するビット割当て制御符号としての
スケーリング係数は、必ずしも式（１）に限定されるこ
となく１例えば、バッファメモリの状態のみで決定する
ことも可能であるし、その制御周期をブロック単位の代
りにフレーム単位等にできることは容易に類推できる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明では、ベクトル量子化とス
カラー量子化の２段の量子化過程を設け。

第２段のスカラー量子化に割当てるビット数を適応的に
制御できることから、激しい被写体の動きを含むテレビ
ジョン信号のフレーム間符号化方式に適用した場合でも
、大きい画品質劣化を伴うことなく、入力信号に追随し
た符号化処理が可能な高能率・高品質符号化方式を実現
できるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明をテレビジョン信号の動き補償フレーム
間符号化方式に適用した場合の一実施例の構成を示す図
、第２図はビット配分を定めるスケーリング係数とベク
トル量子化誤差信号及びバッファメモリ記憶情報量との
関係を示す図、第３図はスケーリングによるスカラー量
子化ビット配分の制御法を示す図である。１　・・・信号入力端子、２・・・走査変換回路、３　
・・・動きベクトル検出回路、４　・・・可変遅延回路、５　・・・　フレームメモリ
、６　・・・遅延回路、７　・・・減算器、８・・・有
意ブロック検出回路、９　・・・ベクトル量子化器、１０・・・減算回路。１１・・・ベクトル量子化誤差算出回路、１２・・・符
号割当て制御回路。１３・・・スカラー量子化器、１４．１５・・・加算回
路、１６・・・遅延回路、１７・・・多重化回路、１８
・・・バッファメモリ、１９　　・・　コードブック記憶回路、２０・・・信号
出力端子。特許出願人　日本電信電話株式会社代　理　人　　　星　　野　　恒　　司　　゛：二二岩　　上　　昇　　−−−″ 、′。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）画像信号または画像信号にフレーム内もしくはフ
レーム間予測を行って得られる予測誤差信号を複数サン
プル単位にブロック化し、そのブロック単位に符号化処
理を実行する画像符号化方式において、ブロック内のサンプル値を成分として構成されるベクト
ルに対するベクトル量子化器と、ベクトル量子化器誤差をベクトル成分毎に量子化するス
カラー量子化器と、発生符号量と伝送路への送出符号量を整合させるための
バッファメモリ及び符号割当て制御回路を具備し、過去の符号化済みブロックの情報発生量に基づくバッフ
ァメモリの状態、及び現在符号化中のブロックのベクト
ル量子化誤差の大きさを用いて、符号割当て制御回路に
おいて前記ブロックのスカラー量子化に割当てるビット
数を制御することを特徴とする画像符号化方式。
（２）入力信号の属する集合内サンプルデータを用いて
、ベクトル量子化器の各代表ベクトル毎にベクトル成分
の分散値を求め、その分散値を用いてベクトル量子化誤差成分に対するビ
ット配分を予め定めておき、バッファメモリの状態、及び、ベクトル量子化誤差によ
って定まるスケーリング係数を用いて上記サンプルビッ
ト配分値を増減することにより、スカラー量子化に割当
てられるビット数をブロック毎に制御することを特徴と
する特許請求の範囲第（１）項記載の画像符号化方式。