JPS63211987A

JPS63211987A - 予測符号化装置

Info

Publication number: JPS63211987A
Application number: JP62044413A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Kojima; 雄一小島; Naohisa Kitazato; 直久北里
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1988-09-05
Also published as: EP0280574A2; US4853780A; KR880010581A; EP0280574A3

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〕この発明はテレビジョン信号等動画象の高能率符号化方
式に適用して好適な予測符号化装置に関する。

〔発明の概要〕

この発明は複数の予測関数を有し、入力画像に対して適
応的にこの複数の予測関数の中の１つを切換えて使用し
、残差信号の２乗和を小さなものとすることができるよ
うにした符号化方式において、ある時点の入力に対し最
適である予測関数を次の時点で用いることにより、予測
関数の選択制御情報の伝送を不要とし、しかも精度の高
い予測を可焼とし、より一層の情報量の圧縮ができるよ
うにしたものである。

〔従来の技術〕

テレビジョン信号等、動画象の高能率符号化方式・の１
つとして予測符号化方式が知られている。

この予測符号化方式の符号器及び復号器は一般にそれぞ
れ第３図及び第４°図に示すことが出来る。

すなわち、予測符号器は、第３図に示すように、入力端
子（１）と、減算器（２）と、再量子化器（３）と、加
算器（４）と、予測フィルタ（５）と、出力端子（６）
とからなる、そして、予測フィルタ（５）では過去の入
力デジタルデータ、すなわち１つ前のサンプル値である
参照値から予測関数Ｐ　（ｚ）によって現在の値を予測
し、減算器（２）において入力端子（１）を通じた入力
信号とこの予測値との差、すなわち残差信号を求める。

この残差信号は予測精度が高いほど小さくなり、情報量
の圧縮化ができる。この減算器（２）からの残差信号は
再量子化器（３）に供給され、残差信号が量子化され、
出力端子（６）に導出される。また、残差信号は予測フ
ィルタ（５）からの予測値と加算器（４）において加算
される。この加算出力は復号化したものに等しく、これ
は次の入力データサンプルに対する予測のための参照値
として予測フィルタ（５）に入力される。

予測復号器は、第４図に示すように、入力端子（７）、
加算器（８）、予測フィルタ（９）及び出力端子（１０
）からなる。そして、この場合にも予測フィルタ（９）
では過去の入力信号、つまり１サンプル前の復号出力で
ある参照値から予測関数Ｐ　（ｚ）により現在の値を予
測し、その予測値と入力端子（７）を通じた伝送されて
来た差分のデータが加算器（８）において加算されても
とのサンプルデータが復号化され、これが出力端子（１
０）に導出される。

このような符号化方式は、テレビジョン信号の動画象の
場合には、その動きのある部分だけが伝送されることに
なり、非常に高能率で符号化することが出来ることにな
る。こうして、入力信号と予測値との差分のみを伝送す
ることにより、語長の圧縮を可能とするとともに伝送路
に応じてエントロピーエンコーダ／デコーダを配置する
ことにより一屓の情報量の圧縮が可能となる。

ところで、この予測符号化方式においては予測関数Ｐ　
（ｚ）の精度を向上させ、残差信号の２乗和を最小とす
ることは語長の圧縮のためにも、またエントロピーコー
ディング（可変長符号化）の効果的な適用のためにも必
要である。

ところが、一般の放送テレビジョン信号などにこの予測
符号化方式を通用する場合、予測関数が単一であると、
入力信号の種々の統計的性質が時間とともに大きく変動
するため、この単一の予測関数ですべて対応しようとし
ても精度の向上が期待できないという問題がある。

そこで、入力信号の統計的性質にあわせて予測関数の特
性を変化させたり、あるいは複数の予測関数を入力信号
の統計的性質にあわせて切換えて使用する方式が考えら
れている。

この複数の予測関数の切換については °■画画素毎るいは画素ブロック毎に最適な予測関数を
選択し、その選択制御情報を差分データとともに伝送す
る方式 ■この選択制御情報を伝送せずに何等かの方法によりで
きるだけ最適な予測関数を符号器側及び復号器側で選択
する方式に大別できる。

■の方法の場合、画素毎に選択制御情報を伝送すること
とすれば、画素毎に最適な予測関数が選択され、残差信
号の２乗和は最少となるが、選択制御情報を伝送する分
、伝送量が大きくなってしまう。

この選択制御情報の伝送量を抑制しようとすれば、複数
の画素からなるブロック毎に最適な予測関数を選択すれ
ばよいが、その場合には選択された予測関数がブロック
毎に１つとなり、個々の画素について最適になるとは限
らない。つまり換言すれば、ブロックを大きくすれば選
択制御情報伝送量が減少するが、残差信号の伝送量が増
加し、逆にブロックを細かく設定すれば残差信号伝送量
は減るが選択制御情報伝送量が増加する、という　　　
−訳でいずれの場合も好ましくない問題点を残す。

そこで、ブロックの大きさを可変にすることも考えられ
るが、可変にした場合にはハードウェアの実現性の点で
困難がある。

一方、■の方法は、選択制御情報を伝送せずに、画素毎
に最適、もしくは最適に近い予測関数を符号器側及び復
号器側で選択することが可能になり、特に放送品質に近
い高品質の伝送について■の場合の欠点を補なうほか、
ハードウェアの実現性の点でも有望であると考えられる
。

しかしこの場合には複数の予測関数の選択のアルゴリズ
ムが問題となる。

この選択のアルゴリズムの一例として、複数の予測関数
でそれぞれ予測された予測値の振幅方向の大小関係に注
目し、その中間の値を出力する予測関数を符号器側及び
復号器側で選択する方式が提案されている（電子通信学
会信学技法、　ＩＥ８３−８３参照）第５図及び第６図はこの従来の予測符号器および復号器
の構成の一例を示すもので、それぞれ第３図及び第４図
の予測フィルタ（５）および予測フィルタ（９）の部分
に対応する予測フィルタ装置に特徴があり、他は第３図
及び第４図と同様である。すなわち、予測符号器側の予
測フィルタ装置ｉ１　（５０）においては、例えば３種
類の予測フィルタ（５１）（５２）および（５３）が設
けられる。予測復号器側もこれに対応して予測フィルタ
装ｆｆ　（９０）に予測フィルタ装置（９１）　（９２
）および（９３）が設けられる。

これら、予測フィルタ（５１）〜（５３）及び（９１）
〜（９３）に用いられる予測関数としては、例えば動画
象についての予測符号器及び復号器の場合、例えば（Ａ）フィールド内予測（動きの激しい画面に適する）（Ｂ）フレーム間予測（動きの少ない画面に適する）（Ｃ）フィールド間予測（（Ａ）と（Ｂ）の中間のの性
質をもつ）の３つの予測関数Ｐ　１　（ｚ）　、　Ｐ　２　（ｚ）
　、　　Ｐ　３　（ｚ）を予測ライルタ（５１）　（５
２）および（５３）　、更には予測フィルタ（９１）　
（９２）及び（９３）　として使用する。

そして、予測フィルタ（５１）　（５２）および（５３
）の出力である予測値はセレクタ（５４）に供給すると
ともに比較器（５５）に供給する。比較器（５５）は、
これら３つの予測フィルタ（５１）〜（５３）の出力予
測値の中間の値を選択するようにセレクタ（５４）を選
択制御する信号をセレクタ（５４）に供給する。従って
、予測フィルタ装置（５０）からは予測フィルタ（５１
）　（５２）および（５３）の予測値の中の中間の値の
予測値が得られるようになる。

同様に、予測復号器側の予測フィルタ装置（９０）にお
いては、予測フィルタ（９１）　（９２）および（９３
）の出力予測値がセレクタ（９４）に供給されるととも
に比較器（９５）に供給され、セレクタ（９４）は３つ
の予測フィルタ（９１）　（９２）および（９３）の予
測出力値の振幅方向の中間の値が出力されるように選択
制御される。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上述べた第５図および第６図のような複数の予測フィ
ルタの選択制御のアルゴリズムは最悪の予測値が選択さ
れないように考慮したものである。

ところが、このようにした場合、最悪の予測値は選択さ
れないけれども、最良の予測値が選択される確率も画像
の内容によっては低くなる。

その上、予測関数の数を増して精度を上げようとしても
、中間の値を選択するものであるから、本質的に効果が
期待出来ない。つまり予測関数の数を増やしてもあまり
意味がない。

さらに、予測関数の数を増やした場合には、特に比較器
（５５）及び（９５）の部分のハードウェアの負担が太
き（なるという欠点もある。

又、この従来例の場合、一画素の入力毎に要する処理が
多くなり、ハードウェアに高速性がそれぞれに要求され
、ＩＣ化を考えた場合不利になる。

すなわち、例えば第５図において、予測フィルタ（５１
）　（５２）　（５３）の遅延時間をτ１．セレクタ（
５４）での遅延時間をτ２．比較器（５５）での遅延時
間をτ３．減算器（２）でのそれをτ今、再量子化器（
３）でのそれをτ５．加算器（４）でのそれをτＧとす
ると、τ１＋τ２＋τ３＋τ４＋τ５＋τ６の遅延時間
が一画素の処理時間内に納まるようにしなければならな
い。特に放送品質に近い画質を得るために、標本化周波
数が１０ＭＨｚ程度必要であるとすれば、この遅延時間
は１００ｎｓｅｃ以内にならなければならないことにな
り、ハードウェアの実現性の点で不利となる。

この発明は以上のような欠点を一掃できるようにした予
測符号化装置を提供しようとするものである。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明においては、異なる予測関数の複数の予測フィ
ルタ（５１）〜（５３）又は（９１）〜（９３）を設け
、少なくとも１サンプル前のこれら複数の予測フィルタ
（５１）〜（５３）又は（９１）〜（９３）の出力予測
値と参照値とを比較し、その差が最も小さいものとなっ
ている予測フィルタを現時点ての予測フィルタとして選
択するようにする。

〔作用〕

１サンプル前において、差分が最も小さい、したがって
最適である予測フィルタがその入力サンプルについても
用いられる。連続するデータが互いに相関があるもので
あれば、その選択された予測フィルタはその入力サンプ
ルについても最適である確率は高い。したがって、情報
量の圧縮は効果的に行なわれる。

〔実施例〕

この発明の一実施例の予測符号化装置を適用した予測符
号器、および予測復号器をそれぞれ第１図および第２図
に示す。

この場合、この例はテレビジョン信号を高能率符号化す
る場合で、カラーテレビジョン信号は輝度信号Ｙと２つ
の色差信号Ｒ−Ｙ、Ｂ−Ｙに分離され、それぞれ例えば
輝度信号Ｙは１３．５ＭＨｚ、赤および青の色差信号Ｒ
−Ｙ及びＢ−Ｙはそれぞれ６．７５Ｍｔｌｚの標本化周
波数で８ビツトのＰＣＭ信号に標本化されたもの（いわ
ゆる４：２：２デジタル規格）を予測符号化方式によっ
て伝送する場合である。

第１図および第２図の例において、前述した従来例に対
応する部分には同一符号を付すことにする。

上述したことからも明らかなように予測符号器と予測復
号器の予測フィルタ装置、すなわち予測符号化部分は全
く同一の構成を有するものであるので、以下の説明にお
いては予測符号器側の予測フィルタ装置（５０）の部分
を説明し、復号器側の説明は省略する。なお、予測符号
器の予測フィルタ装置（５０）では５０番台の番号を付
し、これに対応するものを復号器側の予測フィルタ装置
（９０）では９０番台の番号を付すことにする。

第１図の予測符号器の予測フィルタ装置（５０）におい
て、予測フィルタ（５１）　（５２）および（５３）は
前述の第５図の例と同様で、予測フィルタ（５１）はフ
ィールド内予測の予測関数Ｐ　１　（ｚ）、予測フィル
タ（５２）はフレーム間予測の予測関数Ｐ２（Ｚ）１予
測フイルタ（５３）はフィールド間予測の予測関数Ｐ　
３　（ｚ）を用いることにする。

この例の場合、これら予測フィルタ（５１）　（５２）
および（５３）の出力はセレクタ（５４）に供給される
と同時にランチ回路（５６）に供給される。また、この
ラッチ回路（５６）には加算器（４）からの予測データ
に再量子化した先の差データが加えられたもの、すなわ
ち、第２図の復号器の出力と等しい参照値がこのラッチ
回路（５６）に供給される。このラッチ回路（５６）の
ラッチパルスとしては入力端子（１）に供給されるデー
タの１サンプル周期に同期したサンプルクロックが供給
される。従って、このラッチ回路（５６）には入力デー
タサンプルに対して１サンプル前の予測フィルタ（５１
）　（５２）　（５３）の出力値と加算器（４）からの
１サンプル前の参照値がラッチされることになる。

これらランチ出力はそれぞれ差検出回路（５７）に供給
される。この差検出回路（５７）では１サンプル前の参
照値と各予測フィルタ（５１）　（５２）および（５３
）の出力予測値とのそれぞれの差ｄｉ＋ｄ２＋ｄ３が求
められ、これらの差ｄｉ、ｄ２．ｄ３が比較器（５８）
に供給される。

比較Ｗ　（５８）ではトーナメント方式で順次これらの
差ｄ１．ｄ２．ｄｘを比較してゆき、最も小さい差とな
っている予測フィルタを選択するようにセレクタ（５４
）に比較器（５８）よりセレクト信号が供給される。

比較器（５８）では１つ前のサンプルではどの予測関数
からの予測値が参照値にもっとも近いかを判定している
ことになる。

つまり比較は１サンプル前の比較であり、この１サンプ
ル前において最適であった予測フィルタを次の入力デー
タに対して予測出力として用いることになる。

しかし、画像データのように３次元的に近傍の画素同志
の相関が一般に高い場合、このように１サンプル前のデ
ータについて最適な予測関数は次のサンプルについても
最適な予測関数である可能性が高い。従ってこのように
すれば情報圧縮の点で効果が高くなるものである。

さらに、特に放送品質のように高い品質を得るためには
、標本化周波数も高くしているので、この相関の度合は
とくに強くなり、１サンプル前の最適な予測関数が次の
時点でも最適である可能性はさらに高くなる。

そして、このように構成した場合、予測関数の数がより
多くなった場合には、従来例のように中間値を出力する
予測関数の選択にくらべて有利になる。すなわち、１サ
ンプル前の最適な予測関数を選択するというものである
から、予測関数の数が増えればそれだけ予測関数の特性
の制御をきめ細かく行えることになり、情報圧縮の点で
効果が高くなるものである。また、比較器（５８）でト
ーナメント方式で差の大小を比較する場合、４種類もし
くは８種類の予測関数の選択も容易に実現できる。この
場合、２のべき乗個の予測関数を持つと、このトーナメ
ント方式の差の検出を合理的に行う事が出来る。

また、この発明の場合、予測関数の数を増やすことで精
度の向上も望める。このことは従来のような中間値選択
方式の場合、３つ以上の予測関数を設けるとハードウェ
ア構成が一気に複雑となり、処理時間も長くなり、その
上性能向上がそれほど期待できないことと対称的な特徴
である。

さらに、この発明の方式の場合、予測フィルタにおける
遅延τ１と、ラッチ回路（５６）　、検出回路（５７）
および比較器（５８）の３つの回路での合計の遅延時間
τ２′とのどちらが大きい方の時間が処理時間として必
要になり、従来例の場合、両者の時間を必要とする場合
に比べて処理時間を短かくできる。すなわち、この場合
は、ｌサンプル当たりについて必要とする処理時間は（
τ１．τ２′の大きい方の値）＋τ３＋τ鴫＋τ５　＋
τＢとなり、時間がτ１又はτ２の分だけ従来より短く
なる。

これは、ラッチ回路（５６）で１サンプル前のデータを
ラッチして、その１サンプル前のデータについての最適
な予測関数を選択する結果としての効果である。

なお、１サンプル前について最適予測フィルタを検出す
るのではなく、２サンプル、３サンプル前のデータにつ
いて最適予測フィルタを検出し、その結果に基づいて、
現時点での予測フィルタを選択するようにしてもよい。

例えば、３サンプル前までの最適予測フィルタを検出し
、２回以上同じフィルタが選択されていれば、そのフィ
ルタを選択し、３回とも異なるフィルタを選択していれ
ば、１サンプル前の最適フィルタを、選択するようにす
る。

また、以上はこの発明をテレビジョン画像等の動画デー
タについて適用した場合について説明したが、この発明
はこのようなデータに限らず、例えばオーディオ信号、
その他の情報信号の伝送にも適用できることは言うまで
もない。

〔発明の効果〕

この発明によれば、少なくとも１サンプル前についての
予測値と参照値との差がもっとも小さくなるような最適
な予測関数を次のサンプルにおいて使用することにより
、よりきめの細かい予測フィルタの制御ができ、情報圧
縮性能を向上させることができる。しかも、この場合、
選択制御情報の伝送が必要ないキいう特徴を有する。

また、この発明の場合、ハードウェアの構成が容易とな
り、しかも処理速度の制約も小さく、ＩＣ化に好適であ
るという特徴もある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による予測符号化装置を適用した予測
符号器の一例の構成図、第２図は同様に予測復号器の構
成図、第３図は予測符号化方式の予測符号器側の一例の
ブロック図、第４図はその予測復号器側のブロック図、
第５図は従来の予測符号器の一例のブロック図、第６図
はその予測復号器の一例のブロック図である。（５１）　、　（５２）　、　（５３）及び（９１）　
、　（９２）　、　（９３）は予測フィルタ、（５４）
及び（９４）はセレクタ、（５６）及び（９６）はラッ
チ回路、（５７）及び（９７）は差検出回路、（５８）
及び（９８）は比較器である。ｆヲ則符号春予漠ＩＩ　’ＩＩ号界＋　ｊｌｌ　？１！し一雪１ト第３図第５図予１１’ｌ’ｌＬ！尋第４図第６図手続補正書昭和６２年　７月１７日特許庁長官　　小　川　邦　夫　　　殿、ｊ１、事件の
表示昭和６２年特　許　願　第　４４４１３号３、補正をす
る者事件との関係　　　特許出願人住　所　東１京部品用区北品川６丁目７番３５号名称（
２１８）ソニー株式会社代表取締役　大　賀　典　雄４、代理人 −・５、補正命令の日付　　昭和　　年　　月　　日゛Ｓ；
（１１明細書中、３真７行Ｆ化したもの」を１した値」
に６１゛止する。（２）　　同、同頁宋行［画家の・・・・部分た番）」
を１画像の場合には、その隣接サンプル間の差分のみ」
に訂正する。（３）　　同、４真ｌ〜２行「ことになり、・・・・こ
とになる、」を「ことになる、」に訂正する。（４）　　同、同真４行「伝送路」を「差分信号の確率
密度分布」に謹１正する。（５）　　同、７１ｊｔｌｉ行「設けられる。」の後に
下記を加入する。１”（５９）　、　　（９９）はそれぞれ遅延用のメモ
リ回路で、各予測フィルタ（５１）〜（５３）及び（９
１）〜（９３）が必要とする遅延を経たサンプルを出力
する。」（６）同、間ｊｔ１４行「画家」をｌ−Ｍ像」に訂正す
る。（７）　　同、９頁末行「τ２」を「τ３」に訂正する
。（８）　　同、１０頁１行「τ３」を「τ２」に訂正す
る。（９）　　図面中、第１図、第２図、第５図及び第６図
を別紙のように訂正する。以　　　」ニ予浸１符号嬰第１図す漫り’ｆ１号葛第２図＋測袴引）（慣来例）予預り１号！！）０匙来倒ノ

Claims

【特許請求の範囲】

異なる予測関数の複数の予測フィルタを有し、少なくと
も１サンプル前の上記複数の予測フィルタの出力値と上
記予測フィルタの入力端に加えられる参照値とを比較し
、その差が最も小さいものとなっている予測フィルタを
現時点での予測フィルタとして選択するようにしてなる
予測符号化装置。