JP2586260B2 - 適応的ブロッキング画像符号化装置 - Google Patents

適応的ブロッキング画像符号化装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、画像信号を符号化す
る画像符号化装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】画像信号を高能率に符号化しようとする
場合、画像信号に含まれる冗長成分を取り除くための手
段がとられる。代表的な手法に一つとして、画像をブロ
ック化して直交変換を行い、変換係数を符号化する変換
符号化がある。一方、ＮＴＳＣ信号などのテレビジョン
信号は飛び越し走査を行っており、１フレームの画像信
号が奇数フィールドと偶数フィールドの２回にわたって
走査される。両フィールドは画像において相補的な空間
位置を走査する。両フィールドは異なる時点の画像情報
を持っているが、空間的にはラインが隣接しており、互
いに強い相関がある。このような飛び越し走査の構造を
持った画像信号の符号化を行うためにフィールドを組み
合わせてブロックを形成した後に符号化を行うという手
法がある。
【０００３】図３は、例えば特開平３ー１６８８号公報
における「高能率画像符号化装置」の一実施例の構成を
示すブロック図である。図において、１はノンインター
レース化部、２は動き検出部、３はノンインターレース
ブロッキング部、４はフィールド個別ブロッキング部、
５は直交変換部、６は直交変換部５の出力の変換係数を
量子化する量子化部、７は符号化部である。
【０００４】次に図３をもとに動作について説明する。
飛び越し走査され、フィールド毎に入力される入力画像
信号系列１００は、ノンインターレース化部１において
図４（Ｃ）に示すノンインターレース状態の信号１０１
となる。図にみられるように、奇数フィールドに属する
画素と偶数フィールドに属する画素が１ライン毎に交代
する配列となっている。同配列は、被写体が静止してい
る場合には隣接するラインの相関が高く、両方のフィー
ルドを同一のブロックとして符号化した方が効率的であ
る。図５（Ａ）がこれに相当する。一方、被写体が動い
ている場合には隣接するラインの相関が低下し、個別の
フィールド単位で符号化した方が効率的と考えられる。
これは動きのある場合にノンインターレース化を行う
と、図５（Ｂ）に示すような不連続が発生して変換符号
化において高周波の係数に電力が発生する原因となるか
らである。このような場合には、図５（Ｃ）のようなブ
ロッキングが適当となる。このため、動き検出部２では
被写体の動きを検出し、動きを示す信号１０３によって
静止と判断された場合には、ノンインターレースブロッ
キング部３において図５（Ａ）に示すブロッキング（以
下、同配列をノンインターレースブロッキングと呼ぶ）
を行うよう切り換える。また、被写体が動いていると判
断された場合には、フィールド個別ブロッキング部４に
おいて図５（Ｃ）に示すブロッキング（以下、同配列を
フィールド個別ブロッキングと呼ぶ）を行うよう切り換
える。
【０００５】前記のようにブロッキングの切り換えを行
って得られたブロックを直交変換部５において離散コサ
イン変換する。得られた変換係数を量子化部６において
量子化し、符号化部７において各々の事象の生起確率に
即した可変長符号を割り当てる。Ｎ画素×Ｍラインのブ
ロックを変換するとＮ×Ｍの変換係数が得られる。変換
によって信号電力は一部の係数に集中することが期待さ
れるので、量子化後の係数は多くがゼロ（電力が集中し
ていない係数）になると見込まれる。この性質を利用
し、変換係数をある順序に従って走査し、ブロック内部
である係数以降が全てゼロの時に、「最後のノンゼロ」
という意味の符号を挿入して以下のゼロを伝送せず、符
号化効率を高めるということも行われる。（例えばGlob
al Telecommunications Conference, 1987, vol. 1/3,
pp. 36-39, section 4-4の記述）すなわち、走査の順序
において、最初の方に電力の大きい係数があり、後の方
に小さな係数があると効率がよい。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の画像符号化装置
はたとえば以上のように構成されていたので、動きのあ
る場合にはフィールド間の相関を生かしたブロッキング
をすることが困難であった。また、ブロック内部の画素
配列が異なることから、変換後の係数における電力分布
の強弱が異なるという性質があるが、利用されていなか
った。さらに、静止しているブロックと動きのあるブロ
ックでは、電力の大きさに差があり、動いているブロッ
クでは信号の電力が大きいという性質があるが、利用さ
れていなかった。
【０００７】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、ノンインターレースブロッキン
グが有効であるブロックと、フィールド個別ブロッキン
グが有効であるブロックとを適応的に識別することのみ
ならず、動きがある場合にもフィールド相関を利用する
ことのできるブロッキングのクラスを追加し、ブロッキ
ングの切り換えに連動して、量子化精度の可変制御、変
換係数の走査順序を変えることによって符号化効率を高
めることを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】第一の発明に係わる適応
的ブロッキング画像符号化装置は、飛び越し走査により
得られる入力画像信号をＭ画素×Ｎラインのブロック単
位で符号化する画像符号化装置であって、前記入力画像
信号の奇数フィールドに属するＭ画素×Ｎライン分の画
素と偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎライン分の画素
のいずれかの画素のみを含む第１種のブロックと、前記
奇数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２ライン分の画素
と偶数フィールドに属するＮ／２ライン分の画素とが、
画面上の走査位置に対応するように１ラインおきに並ぶ
第２種のブロック、および前記奇数フィールドに属する
Ｍ画素×Ｎ／２ライン分の画素がブロックの上半分また
は下半分に並び、偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／
２ライン分の画素が残りの半分に並ぶ第３種のブロッ
ク、および前記奇数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２
ライン分の画素がブロックの上半分または下半分に並
び、偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２ライン分の
画素が残りの半分に並び、いずれかのフィールドの画素
が画面上の位置関係に対して垂直方向に倒立するように
並ぶ第４種のブロックとを選択的に形成するブロッキン
グ手段と、前記ブロッキング手段によるブロッキングの
種別を決定するブロッキング決定手段と、前記ブロッキ
ング手段によって形成されたブロックを直交変換する変
換手段と、前記変換手段によって得られた変換係数を量
子化する量子化手段と、前記量子化手段によって得られ
た量子化インデックスを符号化する符号化手段とを備え
る。
【０００９】第二の発明に係わる適応的ブロッキング画
像符号化装置は、前記第一の発明に係わる適応的ブロッ
キング画像符号化装置であって、前記変換係数を量子化
する量子化手段は、前記ブロッキング手段によってブロ
ッキングされる配列の種別に対応して量子化精度を可変
制御する。
【００１０】第三の発明に係わる適応的ブロッキング画
像符号化装置は、前記第二の発明に係わる適応的ブロッ
キング画像符号化装置であって、前記変換係数を量子化
した量子化インデックスを符号化する符号化手段は、前
記ブロック手段によってブロッキングされる配列の種別
に対応して変換係数を量子化する走査順序を決定する。
【００１１】第四の発明に係わる適応的ブロッキング画
像符号化装置は、前記第二の発明に係わる適応的ブロッ
キング画像符号化装置であって、ブロック内部に含まれ
る各ラインの画素に所定の重み係数を掛け合わせた後に
足し合わせた結果の値によってブロッキングする配列の
種別を決定するブロッキング決定手段を備える。
【００１２】第五の発明に係わる適応的ブロッキング画
像符号化装置は、前記第二の発明に係わる適応的ブロッ
キング画像符号化装置であって、ブロックを離散コサイ
ン変換した変換係数の内、所定の高周波成分の係数電力
が最も小さな値をとるような配列の種別を決定するブロ
ッキング決定手段を備える。
【００１３】
【作用】第一の発明においては、奇数フィールドに属す
るＭ画素×Ｎ／２ライン分の画素と偶数フィールドに属
するＭ画素×２ライン分の画素とが、画面上の走査位置
に対応するように１ラインおきに並ぶノンインターレー
スブロッキング、および奇数フィールドに属するＭ画素
×Ｎ／２ライン分の画素がブロックの上半分または下半
分に並び、偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２ライ
ン分の画素が残りの半分に並ぶ配列（以下、スプリット
ブロッキングと呼ぶ）、および奇数フィールドに属する
Ｍ画素×Ｎ／２ライン分の画素がブロックの上半分また
は下半分に並び、偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／
２ライン分の画素が残りの半分に並び、いずれかのフィ
ールドの画素が画面上の位置関係に対して垂直方向に倒
立するように並ぶ配列（以下、倒立スプリットブロッキ
ングと呼ぶ）、のいずれかのブロッキングによるＭ画素
×Ｎラインのブロックを直交変換し、変換係数を量子
化、量子化インデックスを符号化する。
【００１４】第二の発明においては、フィールド個別ブ
ロッキングまたはノンインターレースブロッキングまた
はスプリットブロッキングまたは倒立スプリットブロッ
キングされるブロックのいずれかを直交変換し、前記ブ
ロッキングのいずれを選択したかを示す情報に従った量
子化精度によって変換係数を量子化、量子化インデック
スを符号化する。
【００１５】第三の発明においては、フィールド個別ブ
ロッキングまたはノンインターレースブロッキングまた
はスプリットブロッキングまたは倒立スプリットブロッ
キングされるブロックのいずれかを直交変換し、前記ブ
ロッキングのいずれを選択したかを示す情報に従った量
子化精度および順序によって変換係数を量子化、量子化
インデックスを符号化する。
【００１６】第四の発明においては、フィールド個別ブ
ロッキング、ノンインターレースブロッキング、スプリ
ットブロッキングまたは倒立スプリットブロッキングさ
れるブロックのいずれかを、ブロック内部に含まれる各
ラインの画素に所定の重み係数を掛け合わせた後に足し
合わせた結果の値によって決定する。決定したブロック
を直交変換し、変換係数を量子化、量子化インデックス
を符号化する。
【００１７】第五の発明においては、フィールド個別ブ
ロッキングまたはノンインターレースブロッキングまた
はスプリットブロッキングまたは倒立スプリットブロッ
キングされるブロックのいずれかを、ブロックを離散コ
サイン変換した変換係数の内、所定の高周波成分の係数
電力が最も小さな値をとるように決定する。決定したブ
ロックを直交変換し変換係数を量子化、量子化インデッ
クスを符号化する。
【００１８】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１をもとに説明
する。図１は本発明の一実施例による適応的ブロッキン
グ画像符号化装置のブロック図である。図１において、
１はノンインターレース化を行うノンインターレース化
部、８はブロッキング決定部、４はフィールド個別ブロ
ッキング部、３はノンインターレースブロッキング部、
９はスプリットブロッキング部、１０は倒立スプリット
ブロッキング部、１１は直交変換部、１２は量子化部、
１３は符号化部である。また、図２はブロッキングの種
別を示す図である。図２（Ａ）はフィールド個別ブロッ
キング、図２（Ｂ）はノンインターレースブロッキン
グ、図２（Ｃ）はスプリットブロッキング、図２（Ｄ）
は倒立スプリットブロッキングに対応する。
【００１９】次に図１をもとに動作について説明する。
飛び越し走査され，フィールド毎に入力される入力画像
信号系列１００は、ノンインターレース化部１において
ノンインターレース化信号１０１となる。図４は従来例
におけるノンインターレース化のようすを示したもので
あるが、この発明におけるノンインターレース化の過程
も同様である。（Ａ）を奇数フィールドからの入力画像
信号、（Ｂ）を偶数フィールドの入力画像信号とした場
合、各フィールドからのラインを交互に組み合わせた
（Ｃ）に示されるノンインターレース化信号１０１が得
られる。
【００２０】フィールド個別ブロッキング部４では、図
２（Ａ）に示すように、各フィールド個別のブロッキン
グを行う。激しい動きの時など、フィールド間の相関が
利用できない場合に有効なブロッキングである。
【００２１】ノンインターレースブロッキング部３で
は、図２（Ｂ）に示すようなブロッキングを行う。静止
画の場合、フィールドをノンターレース化することによ
って連続的な画像が得られ、実質的に信号の波長が長く
なるため、後の変換符号化において低周波数成分への電
力集中度が高まるという効果がある。
【００２２】スプリットブロッキング部９では、図２
（Ｃ）に示すようなブロッキングを行う。フィールド間
相関はあるが、ノンインターレース化した場合には不連
続となる場合に有効である。
【００２３】倒立スプリットブロッキング部１０では、
図２（Ｄ）に示すようなブロッキングを行う。フィール
ド間相関はあるが、ノンインターレース化した場合には
不連続となる場合であり、前記スプリットブロッキング
によってブロック中央に不連続が発生するのを防ぐブロ
ッキングである。
【００２４】ブロッキング決定部８では、上記のような
複数のブロッキングから最適なブロッキングを決定し、
決定されたブロッキングを選択するためのブロッキング
配列選択信号１０２を出力する。今、目的とするところ
は、変換符号化において低周波係数への電力集中度を高
めることである。それには各ブロッキングによる高周波
成分の大きさを評価し、最も小さいブロッキングを選択
すればよい。ひとつの方法は、各ラインの画素に重みを
かけて足し合わせることである。例えば、図２に示すラ
イン番号を使って、ライン０、２、４、６に＋１の重み
をつけ、ライン１、３、５、７に−１の重みをつけて足
し合わせたものの絶対値をとる。さらに、ライン８、１
０、１２、１４に＋１の重みをつけ、ライン９、１１、
１３、１５に−１の重みをつけて足し合わせたものの絶
対値をとり、両絶対値を加算する。これはライン交互に
反転した重み付けであり、ノンインターレースブロッキ
ングをした時の最高周波成分を評価していることに他な
らない。
【００２５】また、ライン０、４、８、１２に＋１の重
みをつけ、ライン２、６、１０、１４に−１の重みをつ
けて足し合わせ、絶対値をとる。さらにライン１、５、
９、１３に＋１の重みをつけ、ライン３、７、１１、１
５に−１の重みをつけて足し合わせたものの絶対値をと
り、両絶対値を加算すれば、フィールド個別ブロッキン
グの最高周波数成分を評価することになる。
【００２６】さらに、ライン０、４、１、５に＋１の重
みをつけ、ライン２、６、３、７に−１の重みをつけて
足し合わせ、絶対値をとる。さらにライン８、１２、
９、１３に＋１の重みをつけ、ライン１０、１４、１
１、１５に−１の重みをつけて足し合わせたものの絶対
値をとり、両絶対値を加算すれば、スプリットブロッキ
ングの最高周波数成分を評価することになる。
【００２７】ライン０、４、７、３に＋１の重みをつ
け、ライン２、６、５、１に−１の重みをつけて足し合
わせ、絶対値をとる。さらにライン８、１２、１５、１
１に＋１の重みをつけ、ライン１０、１４、１３、９に
−１の重みをつけて足し合わせたものの絶対値をとり、
両絶対値を加算すれば、倒立スプリットブロッキングの
最高周波数成分を評価することになる。
【００２８】各ブロッキングを評価する別の方法例は、
それぞれのブロッキングについて直交変換した係数のう
ち、所定のしきい値より大きな振幅を持つ係数の数をカ
ウントし、その数の最も少ないブロッキングを選ぶ方法
である。
【００２９】直交変換部１１では、上記のようにして決
定したブロッキング配列を示すブロッキング配列選択信
号１０２に従って選択されるブロックを直交変換し、変
換係数が得られる。得られた変換係数を一定の順序で量
子化部１２において量子化する。このとき、ブロッキン
グの種別により、係数の電力に違いがある。一般に、静
止領域はノンインターレースブロッキングが選択されや
すく、電力は小さい。一方、激しい動きの領域では、フ
ィールド間相関が小さくなるために、フィールド個別ブ
ロッキングが選択されやすく、電力が大きい。また、ス
プリットブロッキングと倒立スプリットブロッキングは
前記二者の中間的存在である。これを利用し、ブロッキ
ングの種別によって量子化精度を可変制御すれば信号電
力と割当情報量の関係で無駄が少なくなり、効率が向上
する。なお、量子化精度は、ブロッキングの種別だけで
なく実際の信号電力や量子化誤差電力などと組み合わせ
て可変制御することも可能である。このとき、ブロッキ
ング種別を示す情報と量子化精度を現す情報とを組み合
わせて可変長符号化することも考えられる。
【００３０】前記係数を量子化したインデックスを符号
化部１３において符号化する。このとき、符号化効率を
高めるため、係数電力の大きいものから小さいものへと
係数の走査を行い、ある程度以上電力が低い係数につい
ては符号化を打ち切ることがよく行われる。このため、
電力分布があらかじめ予見できれば好都合となる。係数
の電力分布は周波数の低い方が大きな電力を持つ、とい
う傾向がある。ただし、本発明のように、ブロッキング
が適応的に変化している場合、係数電力の低くなる係数
は必ずしも通常の低周波成分には対応しない。したがっ
て、ブロッキングの種別によって走査順序を変えてやる
ことによって符号化効率を高めることができる。
【００３１】
【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に記載されるような効果を奏する。
飛び越し走査された画像信号を適応的なブロッキングに
切り替えることによって変換符号化の符号化効率を高め
る。また、ブロッキングの切り換えに対応して変換係数
の量子化精度を可変制御することによって効率のよい情
報量の割当が可能になる。さらに、変換符号化におい
て、変換係数をブロック内部で走査する順序を切り替え
ることによって符号化効率を高める。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示すブロック図である。
【図２】本発明の一実施例における適応的ブロッキング
を説明するための説明図である。
【図３】従来例を示すブロック図である。
【図４】ノンインターレース化を説明するための説明図
である。
【図５】従来例における適応ブロッキングを説明するた
めの説明図である。
【符号の説明】
１ ノンインターレース化部 ３ ノンインターレースブロッキング部 ４ フィールド個別ブロッキング部 ８ ブロッキング決定部 ９ スプリットブロッキング部 １０ 倒立スプリットブロッキング部 １１ 直交変換部 １２ 量子化部 １３ 符号化部 １００ 入力画像信号系列 １０１ ノンインターレース化信号 １０２ ブロッキング配列選択信号

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 飛び越し走査により得られる入力画像信
    号をＭ画素×Ｎラインのブロック単位で符号化する画像
    符号化装置において、 前記入力画像信号の奇数フィールドに属するＭ画素×Ｎ
    ライン分の画素と偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎラ
    イン分の画素のいずれかの画素のみを含む第１種のブロ
    ックと、前記奇数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２ラ
    イン分の画素と偶数フィールドに属するＮ／２ライン分
    の画素とが、画面上の走査位置に対応するように１ライ
    ンおきに並ぶ第２種のブロック、および前記奇数フィー
    ルドに属するＭ画素×Ｎ／２ライン分の画素がブロック
    の上半分または下半分に並び、偶数フィールドに属する
    Ｍ画素×Ｎ／２ライン分の画素が残りの半分に並ぶ第３
    種のブロック、および前記奇数フィールドに属するＭ画
    素×Ｎ／２ライン分の画素がブロックの上半分または下
    半分に並び、偶数フィールドに属するＭ画素×Ｎ／２ラ
    イン分の画素が残りの半分に並び、いずれかのフィール
    ドの画素が画面上の位置関係に対して垂直方向に倒立す
    るように並ぶ第４種のブロックとを選択的に形成するブ
    ロッキング手段と、 前記ブロッキング手段によるブロッキングの種別を決定
    するブロッキング決定手段と、 前記ブロッキング手段によって形成されたブロックを直
    交変換する変換手段と、前記変換手段によって得られた
    変換係数を量子化する量子化手段と、 前記量子化手段によって得られた量子化インデックスを
    符号化する符号化手段とを備えたことを特徴とする適応
    的ブロッキング画像符号化装置。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の適応的ブロッキング画像
    符号化装置において、前記変換係数を量子化する量子化
    手段は、量子化精度を前記ブロッキング手段によってブ
    ロッキングされる配列の種別に対応して可変制御するこ
    とを特徴とする適応的ブロッキング画像符号化装置。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の適応的ブロッキング画像
    符号化装置において、前記変換係数を量子化した量子化
    インデックスを符号化する符号化手段は、変換係数の走
    査順序を前記ブロッキング手段によってブロッキングさ
    れる配列の種別に対応して決定することを特徴とする適
    応的ブロッキング画像符号化装置。
  4. 【請求項４】 請求項１記載の適応的ブロッキング画像
    符号化装置において、ブロック内部に含まれる各ライン
    の画素に所定の重み係数を掛け合わせた後に足し合わせ
    た結果の値によって前記ブロッキング手段においてブロ
    ッキングする配列の種別を決定するブロッキング決定手
    段を備えたことを特徴とする適応的ブロッキング画像符
    号化装置。
  5. 【請求項５】 請求項１記載の適応的ブロッキング画像
    符号化装置において、ブロックを離散コサイン変換した
    変換係数の内、所定の高周波成分の係数電力が最も小さ
    な値をとるような配列の種別を決定するブロッキング決
    定手段を備えたことを特徴とする適応的ブロッキング画
    像符号化装置。
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