JPS63122382A - 画像信号帯域圧縮装置 - 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、画像信号の伝送あるいは記録に適用できる画
像信号帯域圧縮装置に関するものである。

（従来の技術） 従来、アナログ伝送用の帯域圧縮技術に関し、テレビジ
ョン学会技術報告ＴＥＢＳ９５−’２　ｒ高品位テレビ
の衛星１チャンネル伝送方式（１４ＵｓＥ）　Ｊに報告
されているＭＵＳＥ方式、電子通信学会通信方式研究会
Ｃ３８４−７ｒ高品位テレビ信号の時間軸変換帯域圧縮
方式」に報告されているＴＡＴ方式という技術が知られ
ている。

ＭＵＳＥ方式は、ＮＨＫにより開発された方式であり、
高品位テレビジョン信号の２０ＭＨｚの帯域を８．１Ｍ
Ｈｚにまで圧縮し、衛星１チヤンネルにより高品位テレ
ビジョン放送を可能とする方式であるが、画像の動いて
いる部分の解像度が低下するという問題点がある。

ＴＡＴ方式は、まず粗いサブサンプリングによって画像
の基本構造を表す基本画素を取り出し、次に残りの画素
の中から画像の精細さを表すために必要な追加画素をと
り、これらを−様な時間間隔に並びかえてアナログ伝送
するものである。これは、画像を小さなブロックに分割
し、プロ・７り内の画像の細かさに応じて第２図＜ａ）
、（ｂ）に示すようにサンプリングパターンを変化させ
ることに相当する。即ち、１つのサンプリングパターン
を１つの間引きおよび補間方法として各ブロックに間引
きおよび補間方法を割り当て、割り当てられた間引きお
よび補間方法に従って画素を間引き帯域圧縮を行う。さ
らに、動静判定を行うことにより静止領域では１フレー
ム前の復元画像信号を用いて画像の補間を行う。ＴＡＴ
方式ではＭＩＪＳＥ方式に比較して動画像についての画
像品質が向上している。

ＴＡＴ方式を用いた装置の概略ブロック図を第７図に示
す。構成としては、動き検出回路３３、モード判定部３
５、フレームメモリ３４からなる。入力された画像信号
は、フレームメモリ３４に書込まれると同時にモード判
定部３５において、動き検出回路３３からの信号により
補間フィルタ３５ａを制御して、基本画素以外の画素か
ら補間誤差の絶対値和を求めブロックの歪みとする。そ
の歪みの大きいものから１７３と残りの２／３の２つの
グループに分ける信号をモード決定回路３５ｂで生成し
フレームメモリ３４に供給する。フレームメモリ３４で
は、その信号によりまず基本画素を読み出し、次に追加
画素を順次読み出しモード判定部３５からのモード情報
と共に出力する。

（発明が解決しようとする問題点） 従来のＴＡＴ方式を用いた装置では各ブロックに対す、
る間引きおよび補間方法の決定において、１種類の間引
きおよび補間方法による補間誤差のヒストグラムを用い
て全間引きおよび補間方法の決定を行っていた。しかし
、同一ブロックであっても間引きおよび補間方法が違え
ば多くの場合補間誤差も異なる。従って基本、追加画素
のみの間引き方法を用いても画面全体での歪み量は十分
には減少せず画質向上が期待できない場合もある。

本発明の目的は、このような従来の欠点を緩和し、基本
画素および追加画素の間引き方法を複数個設けより正確
な、即ち画面全体での歪み量の総和をより小さくできる
間引き補間方法を決定し画素を間引いて圧縮を行い、か
つ、画質向上が期待できる画像信号帯域圧縮装置を提供
することにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明の画像信号帯域圧縮送信装置は、送信側で、画像
を定められた大きさのブロックに分割し、ブロック単位
で画素を間引き、間引き、間引き補間方法を送信し、受
信側で間引かれた画素を送られてきた間引き補間方法に
より補間して画像を復元させる帯域圧縮装置において、
前記ブロック毎の画素の間引き率を、間引き率０、間引
き率１／２、間引き率３／４の３種類とし、間引き率１
／２に対する間引き補間を行う第一の補間回路と、間引
き率３／４に対するフィールド内およびフレーム間の間
引き補間を行う第二の補間回路と、原画像との各補間誤
差を計算する第一および第二の補間誤差回路と、前記ブ
ロック毎の歪み量を算出する第一の歪み計算回路と、間
引き率３／４に対するフィールド内およびフレーム間補
間による歪み量を算出しブロック毎にどちらか歪み量の
小さい方を選択する第二の歪み計算回路と、前記２つの
歪み量を記憶する第一および第二の歪みメモリと、間引
き率３／４に対する全ブロックの歪み量のヒス１〜グラ
ムを作成する第一のヒス１ヘゲラムメモリと、前記第一
のヒストグラムメモリを読み出し画像全体での補間誤差
の総和が最小となるように、かつ、全体の圧縮率が所望
の値となるように、間引き率Ｏと間引き率３／４の２つ
のグループに分ける第一の閾値を発生する第一の閾値決
定回路と、前記第一の閾値決定後前記第−のヒストグラ
ムメモリの内容が・転写される第二のヒス１ヘゲラムメ
モリと、前記第一および第二の歪みメモリの差をとる差
分回路と、前記差分回路からの値が定められた値以上の
ブロックについてヒストグラムを作成する第三のヒスト
グラムメモリと、前記第一の歪みメモリから読み出され
る歪み量が前記第一の閾値より大きいブロックについて
ヒストグラムを作成する第四のヒストグラムメモリと、
前記第三および第四のヒストグラムメモリの内容を読み
出し、間引き率０のブロックは間引き率１／２または３
／４に、間引き率３／４のブロックは間引き率Ｏまたは
１／２に入れ替える入れ替えの中から１つの入れ替えを
行うための第二の閾値を決定する第二の閾値決定回路と
、前記第一および第二の歪みメモリと前記第二の歪み計
算回路と前記第二の閾値によって全ブロックに対して間
引き補間力°法を決定するモード決定回路と、前記モー
ド決定回路で間引き補間方法が決定する面入力画像信号
を遅延する遅延回路と、前記モード決定回路からの間引
き補間方法を示す信号により画素の間引きを行う間引き
回路と、間引き率１／２に対する補間と間引き率３／４
に対するフィールド内およびフレーム間の補間を前記間
引き補間方法を示す信号によりどれか一つを行い復元画
像を生成する第三の補間回路と、前記第三の補間回路か
らの復元画像を遅延する遅延回路とで構成されるもので
ある。

（作用） 本発明においては、画像を定められた大きさのブロック
に分割し、ブロック毎の画素の間引き率として３種類を
用意し、ブロック毎に画素を間引いて画像の帯域圧縮を
行う場合について考える。

動作としては、まず、間引き率０と間引き率３／４の間
引きおよび補間方法に対する補間誤差を用いて画像全体
での補間誤差の総和が最小となるように、かつ、画像全
体の圧縮率が所望の値になるように、全ブロックを間引
き率Ｏと間引き率３／４の２つのグループに分ける。

次に、画像全体の圧縮率が変化しないようにしながら、
各間引きおよび補間方法に対する補間誤差を用いて画像
全体での補間誤差の総和が減少するように、各ブロック
の間引き率を間引き率Ｏのブロックは間引き率１／２ま
たは３／４に、間引き率３のブロックは間引き率０また
は１／２に入れ換える入れ換えの中から１つの入れ換え
を行い、最終的に全ブロックに対して間引きおよび補間
方法を決定する。

このようにすることにより、１種類の間引きおよび補間
方法に対する補間誤差のみを用いて全間引きおよび補間
方法の決定を行うよりも、画面全体での歪み量の総和を
より小さくできる間引きおよび補間方法の決定が可能と
なる。

（実施例） 次に第１図、第３図、第４図、第５図を用いて本発明の
実施例について説明する。

第１図は本発明の一実施例である画像信号帯域圧縮装置
の基本部分の概略を示すブロック図であり、−例として
過去のフレームの復元画像信号をも用いる補間方法を使
用したものを示している。

第１図の破線で囲まれた部分２２は局部復号器であり、
第５図に詳細ブロック図を示す、この実施例では一例と
してフィールド毎に間引きおよび補間方法の決定を行い
画素の数を全体の１／２に間引く場合について示してい
る。また、第３図は本実施例におけるブロック毎の間引
きおよび補間方法を示しており、ブロックの大きさは一
例として４画素×４画素、間引き率は（ａ）　０　、　
（ｂ）　１　／　２、（ｃ）、（ｄ）　３　／　４の３
種類で、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はフィールド内袖間、
（ｄ）はフレーム間補間を用いている。

即ち本実施例は、　（ａ）、　（ｂ）、　（ｃ）、　（
ｄ）４種類の間引きおよび補間方法を各ブロックに割り
当て、それぞれに対応した間引きを行い、帯域圧縮を行
うものである。以下では説明のため（ａ）をモード１．
（ｂ）をモード２．（ｃ）をモード３．（ｄ）をモード
４とする。

モード決定方法はまず、全ブロックを、各モードに対す
る補間誤差を用いて補間誤差の総和が最小となるように
、かつ、全体の圧縮率が所望の値になるように、間引き
率０と間引き率３／４の２つのグループに分ける。次に
、圧縮率が変化しないようにしながら、モード２、モー
ド３、モード４に対する補［ｍ誤差を用いて補間誤差の
総和が増加しないようにしながら、可能な限り、モード
１のブロックをモード２に変え同時にモード３またはモ
ード４のブロックをモード２に変えるか、または、モー
ド１のブロックをモード３またはモード４に変え同時に
モード３またはモード４のブロックをモード２に変えて
いき、最終的に全ブロックに対してモードを決定する。

以下でその詳細な説明を述べる。

入力端子１から入力される画像信号に対し、補間回路２
でモード２の間引きおよび補間が、補間回路３でモード
３とモード４の間引きおよび補間が行われる。補間回路
２．３の出力はそれぞれ補間誤差回路４．５に入力され
、補間信号と現信号との差分が計算される。

その差分信号は歪み計算回路６．７に入力され、差分信
号の絶対値のブロック内の総和、即ちブロック毎の各モ
ードに対する歪み量Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４が計算される。こ
こで、歪み計算回路７においてはモード３とモード４の
２種類のモードに対する歪み量Ｄ３、Ｄ４が計算されて
おり、ブロック毎にどちらか歪み量の小さい方のモード
を選択し、選択したモードに対する歪み量Ｄ５を出力と
し、さらに、モード３とモード４のどちらの方法を選択
したかを記憶しておき最後のモード決定時に参照する信
号５０をモード決定回路１８へ出力する。。

歪み計算回路６．７で計算された各間引き率に対する歪
み量Ｄ２、Ｄ５は、それぞれ歪みメモリ９．１０に入力
され記憶される。同時に、歪み計算回路７で計算された
歪み量Ｄ５を入力として歪み量Ｄ５のヒストグラムをヒ
ストグラムメモリ１１を用”いて作成する。

閾値決定回路１３においては、第４図（ａ）に例示する
ように、ヒストグラムメモリ１１の内容を歪み量の大き
な方から次々に読み出して加算していき、全ブロック数
の１／３以上となったときの歪み量の値を閾値１とする
。同時にヒストグラムメモリ１１の内容をヒストグラム
メモリ１６に転写する。閾値１は、全ブロックを、間引
き率０と間引き率３／４の２つのグループに分けるのに
用いられる。

次に歪みメモリ９．１０の内容を読み出し、歪みメモリ
１０から読み出される歪み量Ｄ５が閾値１より小さいブ
ロックについて、第４図（ｂ）に示すように歪みメモリ
ＩＯから読み出される歪み量Ｄ５から、歪みメモリ９か
ら読み出される歪み量Ｄ２を差し引いた差分Δを差分回
路１２において計算し、ゼロ以上の値を持つΔについ″
てのヒストグラムをヒストグラムメモリ１５を用いて作
成する。同時に、歪みメモリ１０から読み出される歪み
ｌＤ５が閾値１以上のブロックについて、第４図（ｃ）
に示すように歪みメモリ９から読み出される歪み量Ｄ２
についてのヒストグラムをヒストグラムメモリ１４を用
いて作成する。

次に閾値決定回路１７において、次のようにして閾値２
．３．４を決定する。ヒストグラムメモリ１４の内容の
うちＯでない頻度データを持つ歪み量のうちで、最小の
歪み量をａとする。ヒストグラムメモリ１５の内容のう
ちＯでない頻度データを持つ歪み量のうちで最大の歪み
量をｂとし、ヒストグラムメモリ１５の内容のうち歪み
量すの頻度データを１減算し、この時点でヒストグラム
メモリ１５の内容のうち０でない頻度データを持つ歪み
量のうちで最大の歪み量をＣとし、ヒストグラムメモリ
１５の内容のうち歪み量Ｃの頻度データを１減算し、こ
の時点でヒストグラムメモリ１５の内容のうちＯでない
頻度データを持つ歪み量のうちで最大の歪み量をｄとす
る。ヒストグラムメモリ１６の内容のうちＯでない頻度
データを持つ歪み量のうちで、閾値１以上の値を持つ歪
み量のうち最小の歪み量をｅとする。歪みｉｌａ、ｂ、
ｃ、ｄ、ｅについて ａ　＜　ｂ　＋　Ｃかつ、 ａ−（ｂ＋ｃ）≦ｅ−（ｂ十ｃ＋ｄ） の関係があれば、ヒストグラムメモリ１４の内容のうち
歪み量ａの頻度データを１減算し、ｅ　＜　ｂ　十ｃ　
＋　ｄ　　かつ、 ａ　−（ｂ＋ｃ　）　＞ｅ　−（ｂ十ｃ＋ｄ　）の関係
があれば、ヒストグラムメモリ１４の内容のうち歪みＪ
ｌｉａの頻度データを１減算し、ヒストグラムメモリ１
５の内容のうち歪みＩｌｄの頻度データを１減算する。

閾値決定回路１７では、以上の歪みｉａ、ｂ、ｃ、ｄ、
ｅを用いた比較を繰り返してａ≧ｂ＋ｃ　　かつ、 ｅ≧（ｂ十ｃ＋ｄ） となった時点の歪み量ａ、ｂ、ｅの値をそれぞれ閾値３
．２．４とする。閾値決定回路１７においては各ブロッ
クの間引き率の入れ換えが行われたことになる。

次にモード決定回路１Ｂで、歪みメモリ９．１０の内容
と閾値２．３．４の値と歪み計算回路７におけるモード
の決定結果を用いて、全ブロックに対するモードを決定
する。即ち、各ブロックについて、歪みメモリ１０の内
容をｆ、歪みメモリ９の内容をｇ、閾値２の値をり、１
ｌｌＩ値３の値をｉ、閾値４の値をｊとすると、 ｆ≧ｊかつｇ≧ｉならばモード１を、 ｆ≧ｊかつｇ＜ｉならばモード２を、 ｆくｊかつｆ−ｇ＞ｈならばモード２を、ｆ＜ｊかつｆ
−ｇ≦ｈならば歪み計算回路７におけるモードの決定結
果に従いモード３またはモード４に割り当てる。

入力端子１から画像信号が入力されてからモード決定回
路１８で各ブロックに対するモードを決定するまでの間
、入力画像信号をフレーム遅延８で１フレーム遅延させ
ておき、モード決定回路１８の出力であるモード信号５
１を基に、間引き回路１９で１フレーム遅延された入力
画像信号５２の画素の間引きを行う。間引かれた画像信
号５３とモード決定回路１８で決定されたモード信号５
１はそれぞれ出力端子２３．２４から出力される。

また、間引き回路１９で間引かれた画像信号５３とモー
ド決定回路１８で決定されたモード信号５１は局部復号
器２２に入力される。

次に、局部復号器２２について第５図を用いて説明する
。入力された画像信号５３は補間回路２０ａ、２０ｂ、
遅延回路３０ａに供給される。補間回路２０ａではモー
ド２の補間が、補間回路２０ｂではモード３の補間と、
フレーム遅延回路２１からの信号５９を用いてモード４
のフレーム補間が行われ、選択器３１にそれぞれ補間さ
れた画像信号５５．５６として入力される。遅延回路３
０ａ、　３０ｂは、補間回路２０ａ、２０ｂによって生
じる遅延を補償する回路であり、補間された画像信号５
５．５６と画像信号５３およびモード信号５１どの位相
をあわせて信号５４．６０として選択器３Ｉに出力する
０選択器３１では、入力された信号５４．５５．５６を
モード信号６０により制御され、各モードに対応した信
号を選択し復元画像信号５日を生成する。復元画像信号
５８は、フレーム遅延回路２１に入力され１フレーム遅
延された信号５９となり、補間回路３に送られ、１フレ
ーム前の復元画像として使用される。

本発明の実施例における各種回路は、一般に知られてい
る論理集積回路や半導体メモリで実現できることは言う
までもない。

なお、補間回路２．３および間引き回路１９において、
第３図に示される各間引き方法に対応してそれぞれ、折
り返し防止のための帯域制限を行ってもよい。

また、閾値決定回路１３において閾値１を決定する際に
、ヒストグラムメモリ１１の内容の読み出しは歪み量の
小さな方から行ってもよい。ただしその場合には、加算
結果が全ブロック数の２／３を越えた時の歪み量の値を
閾値１とする。

また、閾値決定回路１７における各ブロックの間引き率
の入れ換えにおいて、間引き率Ｏのブロックを間引き率
１／２に変え、同時に間引き率３／４のブロックを間引
き率Ｏに変える入れ換えを加えてもよい。

本実施例によれば、テレビジョン信号の信号帯域を１／
２に圧縮でき、伝送時に必要とする伝送路の帯域は１／
２になり、さらに品質が良い画像信号帯域圧縮装置が可
能となる。なお、画像信号の圧縮率は、ブロック毎の間
引き率あるいは閾値１の値を制御することにより可変と
なる。第６図に画像全体の圧縮率を１／４にする場合の
画素の間引き方法の一例を示す。間引き率は（ａ）　Ｏ
、（ｂ）３／４．（ｃ）７．／８の３種類となっており
、画像全体の圧縮率を１／２にする場合と同様な方法に
より信号帯域を１／４に圧縮できる。

（発明の効果） 以上述べてきたように、本発明によれば間引きおよび補
間方法を複数種類用意することにより、多くの場合にお
いて復元画像全体での歪み量を小さくでき画像の自然さ
を増すことが可能となる。

また、複数種類の間引きおよび補間方法に対する補間誤
差を用いて間引きおよび補間方法を決定することにより
、１種類の間引きおよび補間方法に対する補間誤差のみ
を用いて全間引きおよび補間方法の決定を行うよりも、
復元画像全体での歪み量が小さくなる間引きおよび補間
方法の決定が可能になるため品質が良い画像信号帯域圧
縮装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、第
２図（ａ）、　（ｂ）はＴＡＴ方式のサンプリングパタ
ーンを示す説明図であり、第３図（ａ）〜（ｄ）は本発
明の一実施例における間引きおよび補間方法を示す説明
図であり、第４図（ａ）　、　（ｂ）、　（ｃ）は本発
明の一実施例における間引きおよび補間方法の決定方法
を示す説明図であり、第５図は本発明の局部復号器を示
すブロック図であり、第６図（ａ）。 （ｂ）、（ｃ）は本発明の一実施例における間引き方法
の一例を示す説明図である。第７図はＴＡＴ方式の装置
を示すブロック図である。 図にお°いて、 ２、３．２０・・・補間回路　　４．５・・・補間誤差
回路６．７・・・歪み計算回路　８，２１・・・フレー
ム遅延９．１０・・・歪みメモリ １１．１４．１５．１６・・・ヒストグラムメモリ１１
２・・・差分回路　　　　１３．１７・・・閾値決定回
路１８・・・モード決定回路　１９・・・間引き回路代
理人　升埋士　同厚　背く、耐。 第２図 ＱＯＯ○　　　　×××× ｏｏｏＯｏｘｏ× ００００　　　　　ＸＸＸＸ くａ）　　　　　　　　　　　　　　　　　（ｂ）順　
ＱＸＱＸ ト ｏｏｏｏ。 ｏｏｏｏ　　ν 漸郵 漸動 ○ 憑郵 ｘｘｘｘ ｘｘｏｘ　　＾ ｘｘｘｘ　　” ○　××× く　○　×　ｏ　× ト 八 ｏｏｏｏ　　。 ０００　ｏ　Ｖ ｏｏｏ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、送信側で、画像を定められた大きさのブロックに分
   割し、ブロック単位で画素を間引き、間引き画素と間引
   き補間方法を送信し、受信側で間引かれた画素を送られ
   てきた間引き補間方法により補間して画像を復元させる
   帯域圧縮装置において、前記ブロック毎の画素の間引き
   率を、間引き率０、間引き率１／２、間引き率３／４の
   ３種類とし、間引き率１／２に対する間引き補間を行う
   第一の補間回路と、間引き率３／４に対するフィールド
   内およびフレーム間の間引き補間を行う第二の補間回路
   と、原画像との各補間誤差を計算する第一および第二の
   補間誤差回路と、前記ブロック毎の歪み量を算出する第
   一の歪み計算回路と、間引き率３／４に対するフィール
   ド内およびフレーム間補間による歪み量を算出しブロッ
   ク毎にどちらか歪み量の小さい方を選択する第二の歪み
   計算回路と、前記２つの歪み量を記憶する第一および第
   二の歪みメモリと、間引き率３／４に対する全ブロック
   の歪み量のヒストグラムを作成する第一のヒストグラム
   メモリと、前記第一のヒストグラムメモリを読み出し画
   像全体での補間誤差の総和が最小となるように、かつ、
   全体の圧縮率が所望の値となるように、間引き率０と間
   引き率３／４の２つのグループに分ける第一の閾値を発
   生する第一の閾値決定回路と、前記第一の閾値決定後前
   記第一のヒストグラムメモリの内容が転写される第二の
   ヒストグラムメモリと、前記第一および第二の歪みメモ
   リの差をとる差分回路と、前記差分回路からの値が定め
   られた値以上のブロックについてヒストグラムを作成す
   る第三のヒストグラムメモリと、前記第一の歪みメモリ
   から読み出される歪み量が前記第一の閾値より大きいブ
   ロックについてヒストグラムを作成する第四のヒストグ
   ラムメモリと、前記第三および第四のヒストグラムメモ
   リの内容を読み出し、間引き率０のブロックを間引き率
   １／２または３／４に、間引き率３／４のブロックは間
   引き率０または１／２に入れ替える入れ替えの中から１
   つの入れ替えを行うための第二の閾値を決定する第二の
   閾値決定回路と、前記第一および第二の歪みメモリと前
   記第二の歪み計算回路と前記第二の閾値によって全ブロ
   ックに対して間引き補間方法を決定するモード決定回路
   と、前記モード決定回路で間引き補間方法が決定する間
   入力画像信号を遅延する遅延回路と、前記モード決定回
   路からの間引き補間方法を示す信号により画素の間引き
   を行う間引き回路と、間引き率１／２に対する補間 ■■■■■R／４に対するフィールド内およびフレーム
   間の補間を前記間引き補間方法を示す信号によりどれか
   一つを行い復元画像を生成する第三の補間回路と、前記
   第三の補間回路からの復元画像を遅延する遅延回路で構
   成されたことを特徴とする画像信号帯域圧縮装置。