JP2692899B2 - 画像符号化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は画像情報を符号化する画像符号化装置に関す
るものである。

〔従来の技術〕

従来から、この種の画像情報伝送方式として、例えば
テレビジヨン信号の高能率符号化方式が知られている。
このテレビジヨン信号高能率符号化方式では、伝送帯域
を狭くする必要性から、１画素当りの平均ビツト数を小
さくする所望MIN−MAX法が採られている。以下、このMI
N−MAX法について説明する。

テレビジヨン信号は強い時空間の相関を有している。
そして、画像を微小なブロツクに分割すると、各ブロツ
クは局所的相関により、小さなダイナミツクレンジしか
持たないことが多い。従って、各ブロツクでダイナミツ
クレンジを求め、適応的に符号化することにより非常に
効率の良い情報圧縮ができることになる。

そこで、この符号化について具体的に図面を参照して
説明していく。

第３図は、従来技術の一例としての画像情報伝送シス
テムの概略構成を示す図である。図中の101は入力端子
であり、例えばテレビジヨン信号等のラスタースキヤン
されたアナログ画像信号を所定の周波数で標本化し、１
サンプル当りｎビツトのデータにデイジタル化されたデ
イジタル画素データが入力される。この2ⁿ階調のデイジ
タル画素データは、画素ブロツク分割回路102に供給さ
れる。

第４図は一画面分の全画素データを画素ブロツクに分
割する様子を示す図である。画素ブロツク分割回路102
においては、一旦、一画面分の全画素データをメモリ等
に記憶し、第４図に示すように、水平方向（以下、Ｈ方
向と称す）にｌ画素、垂直方向（以下、Ｖ方向と称す）
にｍ画素の（ｌ×ｍ）個の画素より構成される画素ブロ
ツク単位で画素データを読み出す。即ち、この各画素ブ
ロツクのデータ毎に出力が行われる。

第５図は各画素ブロツクの構成を示す。図中、Ｄ_1,1
〜Ｄ_m,lは各画素データを示している。画素ブロツク分
割回路102より出力される画素データは最大値検出部10
3,最小値検出部104並びにタイミング調整部105に入力さ
れる。これによって各画素ブロツク内の全画素データ
（Ｄ_1,1〜Ｄ_m,l）中、最大値を有するもの（D_max）と最
小値を有するもの（D_min）が検出部103,104により検出
され、出力される。

一方、タイミング調整部105においては最大値検出部1
03並びに最小値検出部104でD_max,D_minを検出するのに必
要な時間だけ全画素データを遅延させ、各画素ブロツク
毎に予め定められた順序で画素データを分割値変換部10
6に送出する。例えば、各画素ブロツク毎に、Ｄ_1,1,D
_2,1,D_3,1，…,D_m,1,D_1,2，…,D_m,2，…,
D_{1,（ｌ−１）}，…,D_{m,（ｌ−１）},D_1,l…,D_m,lという
具合に送出する。

このようにして各画素ブロツク内の全画素データ（Ｄ
_1,1〜Ｄ_m,l）及びこれらの最大値（D_max）及び最小値
（D_min）は分割値変換部106に入力され、各画素データ
について、D_maxとD_minの間を2^k分割した量子化レベルと
比較されたｋビツトの分割符号（Δ_1,1〜Δ_m,l）を得
る。ここでｋはｎより小さい整数であり、その量子化の
様子を第６図（ａ）に示す。

第６図（ａ）にて示したようにΔ_i,jはｋビツトの２
値符号として出力される。このようにして得たｋビツト
の分割符号Δ_i,j及びｎビツトのD_max及びD_minはそれぞ
れパラレル−シリアル（Ｐ−Ｓ）変換器107,107′,10
7″にてシリアルデータとされ、データセレクタ108にお
いて、第７図に示す如きシリアルデータとされる。な
お、第７図においては１つの画素ブロツクに対する伝送
データを示している。

データセレクタ108より出力されたデータはフアース
トイン・フアーストアウト・メモリ（FIF0メモリ）109
にて一定のデータ伝送レートとなるように時間軸処理さ
れ、更に同時付加部110により同期信号が付加され、出
力端子111より伝送路（例えばVTR等の磁気記録再生系）
に送出される。ここで同期信号の付加については、各画
素ブロツク毎、複数の画素ブロツク毎に行えばよい。な
お、上述各部の動作タイミングはタイミングコントロー
ル部112より出力されるタイミング信号に基づいて決定
される。

第８図は、第３図に示したデータ送信側に対応する受
信側の概略構成を示すブロツク図である。第８図におい
て、121は前述した送信側にて高能率符号化された伝送
データが入力される端子である。入力された伝送データ
中の同期信号は同期分離部122により分離され、タイミ
ングコントロール部123へ供給される。このタイミング
コントロール部は、同期信号に基づいて、この受信側の
各部の動作タイミングを決定している。

他方、データセレクタ124においては前途の伝送デー
タ中ｎビツトのデータD_max,D_minと、各画素データをD
_max,D_min間でｋビツト量子化した符号Δ_i.jとに振り分
けられる。これはそれぞれシリアル−パラレル（Ｓ−
Ｐ）変換器125,125′にてパラレルデータに変換され
る。Ｓ−Ｐ変換器125にてパラレルデータとされた各画
素ブロツク内の最大値データD_max、及び最小値データD
_minはそれぞれラツチ回路126,127にてラツチされ、ラツ
チされた最大値データD_max及び最小値データD_minはそれ
ぞれ分割値逆変換部128に出力される_ｎ他方、各画素ブ
ロツク内の各画素データに係る分割符号Δ_i.jは前述し
たような所定の順序でＳ−Ｐ変換器125′により出力さ
れ、分割値逆変換部128に供給される。

第６図（ｂ）は分割符号Δ_i.j及びD_max,D_minから元の
画素データに係る代表値データＤ′_i.jを復号する様子
を示す図で、図示の如く、代表値は例えばD_max,D_minを2
^k分割して各量子化レベルの中間に設定する。このよう
にして分割値逆変換部128より得たｎビツトの代表値デ
ータ（Ｄ′_1,1〜Ｄ′_m,l）は、前述の順序で各画素ブロ
ツク毎に出力されることになる。スキヤンコンバータ部
129においては分割値逆変換部128の出力データを、ラス
タースキヤンに対応する順序に変換し、復号画像データ
として出力端子130に出力することになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来例では、画像の２次元空間の
みの相関性を利用している。そのため、静止画像または
動きの少ない画像を伝送する場合、伝送情報に時間軸の
冗長度が生じ、同じ情報を繰り返し伝送することによ
り、伝送効率を悪化させているという欠点がみられる。

本発明は斯かる背景下に於て、高品位の画像情報を効
率よく伝送することができる画像符号化装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の画像符号化装置は、一画面分が複数の画素デ
ータにより構成されている画像情報を符号化する画像符
号化装置であって、前記一画面の複数の画素データを所
定数の画素データ毎に複数のブロックに分割する分割手
段と、前記分割手段により分割されたブロックの動きを
判定する判定手段と、画面間符号化を行う画面間符号化
モードと画面内符号化を行う画面内符号化モードとを有
し、前記ブロックの画素データを符号化する符号化手段
と、前記判定手段により判定結果に応じて前記符号化モ
ードを切換える切換手段と、前記画面間符号化モードが
所定回数連続しないように、最新の判定結果に応じた前
記符号化手段の符号化モードを前記画面内符号化モード
にするように前記切換手段を制御する制御手段とを有す
ることを特徴とする。

〔作 用〕

上述の構成により、画像情報の状態に応じて適応的な
伝送を行う事により、高能率な画像情報の伝送を行う事
ができるものである。

〔実施例〕

以下、本発明の本発明の一実施例を用いて説明する。

第１図および第２図は、本発明の一実施例としての画
像情報伝送システムの概略構成を示す図である。ここ
で、第１図は送信系を、第２図は受信系を示す。なお、
第１図および第２図において前記第３図および第８図と
同様の構成については同じ符番を付し詳細な説明を省略
する。

以下の説明においては、従来例と異なる所のみを説明
する。

第１図において、１は画素ブロツク分割回路102の出
力からフレームメモリ10の出力を減算する減算器、２は
減算器１の出力の最大値を求める最大値検出部、３は同
じく最少値を求める最少値検出部、４は最大値検出部２
から分割値変換部５への伝達時間を調整するタイミング
調整部、６は最大値検出部２および最小値検出部３の出
力より動きを判定し、動きデータを出力する動き検出
部、15は前記動き検出部６において画素ブロツク単位に
検出される所定の動きデータを各画素ブロツク毎にカウ
ントするカウンタ回路、16は前記カウンタ15におけるカ
ウント値に応じて、前記動き検出部６より出力される動
きデータを変換する動きデータ変換部、７は上記各部2,
3,5それぞれの出力を切り換える切り換え器、８は分割
値逆変換部128とフレームメモリ10の出力を加算する加
算器、９はフレームメモリ10への入力として加算器８の
出力／画素ブロツク分割回路102の出力を切り換える切
り換え器、10は切り換え器９からの信号を記憶する上記
フレームメモリ、11は最大値検出部103,最小値検出部10
4,分割値変換部106それぞれの出力を切り換える切り換
え器、12は切り換え器7,11どちらかの信号をＰ−Ｓ変換
器13に入力するための切り換え器、13は切り換え器12か
らの信号をパラレル−シリアル変換し、動きデータ変換
部16の出力を付加する上記Ｐ−Ｓ変換器、14は各回路の
タイミングをコントロールするタイミングコントロール
部である。

第２図において、20は入力部121からの信号をシリア
ル−パラレル変換するＳ−Ｐ変換器、21は分割値逆変換
部128の出力とフレームメモリ23の出力を加算する加算
器、22はスキヤンコンバータ129の入力として分割値逆
変換部128あるいは加算器21の出力を選択する切り換え
器、23は切り換え器22からの信号を記憶するフレームメ
モリ、24はＳ−Ｐ変換器20の出力から動き信号を分離す
る動き信号分離部、25は同期分離部122の出力から各回
路のタイミングをコントロールするタイミングコントロ
ール部である。

次に、第１図に示した送信系の動作を説明する。

第１図の入力端子101より入力された画像デジタルデ
ータは、画素ブロツク分割回路102によりブロツク単位
に並びかえられ、フレーム間差DPCMとMIN−MAX法を用い
る信号処理部と、MIN−MAX法のみを用いる信号処理部と
に入力される。前記信号処理部ではフレームメモリ10を
有し、前フレームと現フレームとの差分値を減算器１に
より求め、得られた値を最大値検出部2,最少値検出部3,
タイミング調整部4,分割値変換部５及び切り換え器７よ
り成るMIN−MAX法符号器により再符号化する。再符号化
された信号は、分割値逆変換部128によりデコードさ
れ、フレームメモリ10の出力と加算器８により加算され
る。さらに、切り換え器９を介してフレームメモリ10に
新しい画素データが書き換えられる。

このデコード・書き換え操作によりフレームメモリの
内容を更新し、また、受信側フレームメモリと内容を一
致させることができる。これらの信号処理により、フレ
ーム間差DPCMとMIN−MAX法符号化が行われる。

また、各画素ブロツクが動き状態にあるか静止状態に
あるかは動き検出部６により検出される。

動き検出部６には各画素ブロツク毎に、前記最大値検
出部２において検出された最大値データと、前記最小値
検出部３において検出された最小値データとが入力され
ており、動き検出器６は入力された最大値データと最小
値データとの差分値を算出し、算出された差分値を予め
設定されている閾値と比較する事により各画素データに
対して１ビツトの動きデータを出力する。

すなわち、前記最大値データと最小値データとの差分
値が前記閾値と同じか、前記閾値よりも大きい場合に
は、その画素ブロツクが動き状態であると判断し、“1"
を表わす動きデータを出力し、また差分値が前記閾値よ
りも小さい場合にはその画素ブロツクが静止状態である
と判断し、“0"を表わす動きデータを出力する様になっ
ている。

尚、前記閾値を極端に大きな値に設定すると、伝送効
率は向上にするが、再生画像において、特に動きのある
画像には画質の劣化が生じてしまい、また、前記閾値を
極端に小さな値に設定すると、画質劣化は改善されるが
伝送効率は低下する事になるので、再生画質と伝送効率
とを考慮し、予め適切な値を設定する様にする。

以上の様にして動き検出部６より発生された動きデー
タはカウンタ回路15,動きデータ変換部16に供給され
る。

カウンタ回路15は第９図に示す様に前記画素ブロツク
分割回路102において分割される１画面分の画素ブロツ
クの数に相当する数のカウンタ15−b₁〜15−b_n,入力さ
れる動きデータを対応するカウンタに供給する入力切換
回路15−a,各カウンタより出力される信号を順次切換え
て出力する出力切換回路15−ｃにより構成されている。

以下、カウンタ回路15の動作について第９図を用いて
説明する。

第９図に示す様に動き検出部６からカウンタ回路15に
入力される動きデータは入力切換回路15−ａに入力され
る。入力切換回路15−ａにはタイミングコントロール回
路14より発生されている画素ブロツク同期信号BSが供給
されており、該入力切換回路15−ａは該画素ブロツク同
期信号BSに同期して入力された動きデータを対応するカ
ウンタのリセツト端子Ｒに順次供給する。

また、カウンタ15−b₁〜15−bnにはタイミングコント
ロール部14より発生されている画素ブロツク同期信号BS
がクロツク入力端子CKに、垂直同期信号VSがデータ入力
端子Ｄに供給されており、各カウンタは垂直同期信号VS
が入力される毎にカウントアツプされ、該カウント値が
“K"に達するまではクロツク入力端子CKから入力される
画素ブロツク同期信号BSに同期して“O"の変換制御信号
を出力変換回路15−ｃに出力し、該カウント値が“K"に
達したら“1"の変換制御信号を出力切換回路15−ｃに出
力すると共にリセツト端子Ｒに供給し、カウンタをリセ
ツトする様になっている。

そして、各カウンタより出力される変換制御信号は出
力切換回路15−ｃに入力され、タイミングコントロール
部14より出力される画素ブロツク同期信号に同期して順
次動きデータ変換部16に出力される。

すなわち、カウンタ回路15は各画素ブロツクに夫々対
応している動きデータを監視し、静止画状態すなわち
“0"を表わす動きデータが“K"画面期間連続した事を検
出した場合には“1"の変換制御信号を出力し、それ以外
の時は“0"の変換制御信号を出力し、動きデータ変換部
16に供給する。

そして、動きデータ変換部16は動き検出部６より入力
される動きデータを前記カウンタ回路15から供給されて
いる変換制御信号が“0"の時はそのまま出力し、該変換
制御信号が“1"の時には動き状態を表わす“1"に変換し
出力する。

以上の動作により、動きデータ変換部16から出力され
る動きデータはＫ画面期間以上連続して静止状態を示す
“0"となる事はなくなる。

次に、MIN−MAX法のみによる信号処理は、最大値検出
部103,最小値検出部104,タイミング調整部105,分割値変
換部106,切り換え器11より成るMIN−MAX法符号器により
処理される。

これらの２つの信号処理出力は、動きデータ変換部16
より出力される動きデータに応じてブロツク単位で切り
換えられる。すなわち、動きデータが“0"の時は、フレ
ーム間差DPCMとMIN−MAX法を用いた信号処理を、また動
きデータが“1"である時はMIN−MAX法だけによる信号処
理を切り換え器12を用いて行う。この切り換えと同時
に、切り換え器９によりフレームメモリ10への入力を動
きデータが“1"である時、DPCMされ、MIN−MAX法に基づ
き処理された信号から画素ブロツク分割回路102より出
力される信号に切り換えることで、フレームメモリ10の
内容を新しい値に書き換えることによりDPCMによる符号
化誤差を減少することができる。

Ｐ−Ｓ（パラレル−シリアル）変換器13では、パラレ
ルに入力されたパラレル画素ブロツクデータをシリアル
画素ブロツクデータに変換し、さらに動きデータ変換部
16から出力される動きデータ１ビツトを各画素ブロツク
データに付加した後、以下、従来例と同様に処理され出
力される。

次に、第２図に示した受信系の動作を説明する。

第２図の入力端子121には、前述した送信側にて高能
率符号化された伝送データが入力される。入力されたデ
ータ中の同期信号は同期分離部122により分離され、タ
イミングコントロール部25へ供給される。このタイミン
グコントロール部25は、同期信号に基づいて、各部の動
作タイミングを決定する。

他方、Ｓ−Ｐ（シリアル−パラレル）変換器20では、
入力されたシリアル画素ブロツクデータをパラレル画素
ブロツクデータに変換し、動きデータは、動きデータ分
離部24により分離される。そして、前記Ｓ−Ｐ変換器20
によりパラレルデータとされた各画素ブロツクデータは
最大値ラツチ回路126,最小値ラツチ回路127,分割値逆変
換部128により画素ブロツク毎にデコードされる。

そして、前記動きデータ分離部24において分離された
動きデータが“1"の時は、動き分離部24の出力により、
切り換え器22は前記分割値逆変換部128によりデコード
された信号をスキヤンコンバータ129に直接供給し、動
きデータが“0"の時は、加算器21により、フレームメモ
リ23の出力と前記分割値逆変換部128によりデコードさ
れた信号とを加算した後スキヤンコンバータ129に供給
され、フレームメモリ23には、スキヤンコンバータ129
に供給された信号と同じ信号が入力される。この様にフ
レームメモリ23に記憶されている信号と前記分割値変換
部128によりデコードされた信号とを加算する事によ
り、分割値変換部128によりデコードされた信号であ
る。フレーム間の画素データの差分値は元の画素データ
に復元される。以下、従来例と同様に処理される。

ここで、フレーム間DPCMとMIN−MAX法を併用すること
により、伝送ビツト数が減少することについて説明す
る。

画像の時間軸の冗長性を利用して、画素データのフレ
ーム間差分をとると、得られるデータのダイナミツクレ
ンジは減少する。

尚、この傾向は冗長性が強い程、つまり画像が静止状
態である程強く現われる。

そこで、本実施例では動き検出部６により各画素ブロ
ツクにおける画素データのフレーム間差分値のダイナミ
ツクレンジの大きさに応じて、その画素ブロツクが静止
状態であるか動き状態であるかを決定し、静止状態であ
る画素ブロツクに対してはフレーム間DPCMとMIN−MAX法
とを併用し、かつ、フレーム間差分値の最大値を表わす
最大値データとフレーム間差分値の最小値を表わす最小
値データ、及び該最大値と最小値により決まるダイナミ
ツクレンジを分割する分割数を小さくする事により伝送
ビツト数を減少させる事ができる。

以上の説明より明らかなように、フレーム間DPCMとMI
N−MAX法を併用すると、データ圧縮率を大幅に向上させ
る事ができる。例えば、各画素ブロツク内の画素数をｌ
×ｍ（ｌ＝ｍ＝３）、１画素当り８ビツトとし、フレー
ム間DPCMとMIN−MAX法を併用し変換する場合には第７図
において3,k＝２とすると、各画素ブロツク内の画素デ
ータの総ビツト数は（８×３×３＝）72ビツト、フレー
ム間DPCMとMIN−MAX法を併用し、変換した場合の総ビツ
ト数は（３×２＋２×３×３＝）24ビツトとなり、デー
タの圧縮率は1/3となる。

上述した画像情報伝送システムにあっては、画像が静
止状態である場合は圧縮率を高め、動き状態である場合
には通常の圧縮率にして、画像情報を適応的に伝送する
様にしたことにより、過剰な情報を伝送せず、伝送効率
を向上させることができる。

また、本実施例においてはカウンタ回路15,動きデー
タ変換部16によって、任意の画素ブロツクに対応した動
きデータが所定画面期間以上連続して静止状態を示す
“0"とならない様にしているため、仮に伝送路上で伝送
されるデータが誤った場合でも、データの誤りが伝播し
にくくする事ができる。すなわち、送信側において画像
が静止状態であると判別された画素ブロツクはフレーム
間DPCM及びMIN−MAX法を併用して変換された後伝送さ
れ、受信側ですでに伝送され復元されたデータを用いて
新らたに伝送されたデータを復元している為、一度伝送
路上でデータが誤った場合には以後の復元データは全て
誤った復元データとなってしまう。そこで、送信側で上
述の様に任意の画素ブロツクに対し、所定画面期間以上
はフレーム間DPCM及びMIN−MAX法によるデータ変換を行
わない様にする事により伝送路上でのデータの誤りによ
るデータの誤りの伝播を最小限にとどめる事ができる様
になる。

尚、任意の画素ブロツクに対するフレーム間DPCM及び
MIN−MAX法によるデータ変換が可能な期間はデータの伝
送効率を考慮して設定する必要がある。

すなわち、あまり短期間にすると、フレーム間DPCM及
びMIN−MAX法併用によるデータ変換によりデータが圧縮
される画素ブロツクが減少し、伝送データが増大し、ま
た長期間にするとデータ誤りの伝播が長くなってしまう
からである。

なお、上述の実施例にあってはラスタースキヤンされ
た画像データを伝送する場合についてのみ述べたが、画
像情報を伝送する場合には原信号の信号形態に拘りな
く、本発明を適用可能である。

また、他の信号形態の情報を伝送する場合、画素ブロ
ツク分割回路102,スキヤンコンバータ部129等の構成を
適宜変化させるだけでよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、画像の動きに応
じて画面間符号化モードと画面内符号化モードとを切換
えているので、高品位の画像情報を能率よく伝送でき
る。

また、画面間符号化モードが所定回数連続しないよう
にしているので、仮に伝送路上で伝送されるデータが誤
った場合でも、データの誤りが伝播しにくくするという
効果も奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例としての画像情報伝送システ
ムの送信側の概略構成図、 第２図は本発明の一実施例としての画像情報伝送システ
ムの受信側の概略構成図、 第３図は従来技術による画像情報伝送システムの送信側
の概略構成図、 第４図は全画像データの画素ブロツク群に分割する様子
を示す図、 第５図は各画素ブロツクのデータ配置を示す図、 第６図（ａ）は第３図における分割値変換部の変換特性
を示す図、 第６図（ｂ）は第８図における分割値逆変換部の変換特
性を示す図、 第７図は伝送されるデータを説明するための図、 第８図は第３図に示した画像情報伝送システムの送信側
に対応する受信側の概略構成を示す図、 第９図は第１図に示したカウンタ回路の概略構成を示す
図である。 １……減算器 2,103……最大値検出部 3,104……最小値検出部 4,105……タイミング調整部 5,106……分割値変換部 ６……動き検出部 7,9,11,12……切り換え器 ８……加算器 10……フレームメモリ 13……パラレル−シリアル変換器 14……タミングコントロール部 15……カウンタ回路 16……動きデータ変換部 102……画素ブロツク分割回路 128……分割値逆変換部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一画面分が複数の画素データにより構成さ
   れている画像情報を符号化する画像符号化装置であっ
   て、 前記一画面の複数の画素データを所定数の画素データ毎
   に複数のブロックに分割する分割手段と、 前記分割手段により分割されたブロックの動きを判定す
   る判定手段と、 画面間符号化を行う画面間符号化モードと画面内符号化
   を行う画面内符号化モードとを有し、前記ブロックの画
   素データを符号化する符号化手段と、 前記判定手段により判定結果に応じて前記符号化モード
   を切換える切換手段と、 前記画面間符号化モードが所定回数連続しないように、
   最新の判定結果に応じた前記符号化手段の符号化モード
   を前記画面内符号化モードにするように前記切換手段を
   制御する制御手段とを有することを特徴とする画像符号
   化装置。