JP2603931B2

JP2603931B2 - 画像伝送装置

Info

Publication number: JP2603931B2
Application number: JP2239887A
Authority: JP
Inventors: 和夫大関; 健志駄竹; 文夫杉山
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1987-02-04
Filing date: 1987-02-04
Publication date: 1997-04-23
Anticipated expiration: 2012-04-23
Also published as: JPS63191488A

Description

【発明の詳細な説明】［発明の目的］（産業上の利用分野）この発明は、実時間の画像伝送を行う画像伝送装置に
関する。

（従来の技術）画像情報をディジタル回線を介して伝送する場合に
は、符号化を行うのが一般的である。しかも、経済的観
点から、符号化の際には、画像情報の圧縮が一つの要求
事項になる。

これを受けて、従来の画像情報伝送装置の符号化手段
は、種々のものがあったが、対象とする回線の伝送速度
は、特定の値に限定したもの、又は、一定の範囲に限定
された装置しかなかった。

これは回線の伝送速度に応じ、符号化装置へ相占する
事項が要求されているためである。すなわち、低伝送速
度の符号化装置においては、圧縮効率が重視され、一
方、高伝送速度の符号化装置においては、処理速度が重
視されているからである。例えば、低伝送速度での符号
化装置では、処理速度は低くくてよいにもかかわらず、
符号化効率は高くなければならない。逆に、高伝送速度
での符号化装置では、符号化効率は低くくて良いにもか
かわらず、処理速度は高くなければならない。

このため、従来の画像情報伝送装置では、上述のよう
に対象とする伝送速度を限定する。現状の技術によれ
ば、伝送速度の最大と最小の比は１〜６である。次に、
この伝送速度に応じ、符号化装置を、上記事項を考慮
し、設計することになる。

すなわち、低伝送速度での符号化装置では、符号化効
率を重視し、高伝送速度での符号化装置では、処理速度
を重視したものとなる。

このような状況において、低伝送速度での符号化装置
により、高伝送速度に対応、すなわち、高ビットレート
動作を実現しようとすると、処理動作が追随できないた
め、動作不能となってしまった。逆に、高伝送速度での
符号化装置により、低伝送速度に対応、すなわち、低ビ
ットレート動作を行うと、圧縮効率が低いため、極端な
画質劣化を生じる。特に、動画像を扱うと、符号化装置
としての機能が全く果せなかった。

従って、例えば、伝送速度が64Kbpsから1.5Mbpsまで
の範囲で符号化を行うためには、第８図（ａ）のよう
に、少くとも２個の異なる符号化装置を用いる必要があ
り、設備上の負担が大きかった。

又、画像通信ネットワークを構成する際にも、第８図
（ｂ）のように、ネットワーク上に異なる種類の符号器
が点在するため、接続手順が複雑になったり、画像通信
に先立って、相手側の装置の種類を確認しなければなら
なかった。

（発明が解決しようとする問題点）このように従来の技術においては、伝送速度に応じた
要求事項を同時に満たすことができず、広範囲な伝送速
度に対応し得る画像伝送装置が得られなかった。このた
め、取り扱い上、設備負担上種々の欠点があった。

そこで、この発明は、上記従来技術の問題点を除去
し、広範囲の伝送速度に対応し得る画像伝送装置を提供
することを目的とする。

［発明の構成］（問題点を解決するための手段）この発明は、画像情報を直交変換した後、量子化する
符号化手段と、この符号化手段により符号化された画像
情報を第１または第２の互いに相異なる伝送速度で回線
に送出する送出手段とを備えた画像伝送装置において、
第１の伝送速度よりも小さい第２の伝送速度で符号化さ
れた画像情報を送出する場合に、符号化された画像情報
を一時的に蓄積するために必要な送出バッフアの最大容
量を小さくするための制御信号を出力する制御信号変換
手段を具備することを特徴とするものである。

（作用）この発明の画像伝送装置は、低伝送速度から高伝送速
度まで扱うので、選択された速度により回線に送出する
情報量が変化する。例えば、伝送速度が低下したなら、
情報量も低下し、伝送速度が上昇すると、情報量も上昇
する。

この発明では、画像を規定する要素のうち、画像数や
量子化の精度等によって決まる解像度と、所定時間内で
の画面数の最小値いわゆる駒落し量とに注目し、伝送速
度に対し、解像度と駒落し量とを比例的に変化させるの
ではなく、低伝送速度でも解像度の減少は、ある一定値
に留め、画面数の最小値をより大きな割合で減少、すな
わち、駒落し量を増加させる。

これにより、駒落し量の増加により画像の動きは、や
やぎこちないが、画質は保たれて、画質劣化がない。

［実施例］次に、この発明の一実施例を図面を用いて説明する。

この一実施例での画像伝送装置は64Kbpsから1.5Mbps
までの24段階の伝送速度を単一のハードウェア構成で実
現している。

この実施例での画像伝送装置は、画像情報をディジタ
ル信号で扱っている。すなわち、入力端子（11）に入力
された画像情報はアナログ信号であり、A/D変換器（1
3）でディジタル信号に変換される。もちろん、画像情
報がディジタル信号で供給される時には、A/D変換器（1
3）は不要である。

A/D変換器（13）の出力は、サブサンプリング手段（1
5）に供給される。サブサンプリング手段（15）の出力
は、フレームメモリ（17）に供給される。フレームメモ
リ（17）から読み出されたデータは、２次元コサイン変
換演算回路（19）に供給される。この回路（19）の出力
は、量子化器（21）と共に、ブロック選択部（23）へ送
られる。量子化器（21）の出力は、バッファ（25）に供
給される。バッファ（25）の出力は、送信手段（27）に
供給される。又、送信手段は、回線の伝送速度により、
その能力が選択される。ここでは、伝送速度選択手段
（29）において、伝送速度が24段階（64Kbps〜1.5Mbp
s）に切り換えられる。同時に、どの伝送速度を選択し
たかの情報は、制御信号変換手段（31）に供給される。
制御信号変換手段（31）では、伝送速度に応じ、種々の
制御信号を発生し、ブロック選択手段（23）、量子化器
（21）、フレームメモリ（17）、サブサンプリング手段
（15）に供給する。

次に、動作について説明する。入力端子（11）に供給
される画像情報は、ある定められた解像度に従って得ら
れている。この情報が、ディジタル化され、サブサンプ
リング手段（15）において、サブサンプリングを受け
る。ここでのサブサンプリングは、相手先に伝送する画
像の解像度に応じて行われる。しかも、この実施例で
は、伝送速度に対して、非線形な割合でサブサンプリン
グを行う。

例えば、サブサンプリング間隔を、第２図に示される
ように設定する。すなわち、伝送速度が384Kbps以上で
は、画素を入力に同期してΔＴ毎に出力するのに対し、
伝送速度が384Kbps未満では、２ΔＴ毎に出力する。す
なわち、384Kbps以上では、入力画像をそのまま出力
し、384Kbps未満では一つ置きに出力する。これは、一
つづつ間引くことになる。

具体例を示すと、入力画像１フレームを500x500画素
であるとすると、384Kbps未満では、250x250画素とな
る。

ここで、留意するのは、サブサンプリング間隔と伝送
速度の関係である。前述したように、伝送速度が高〜低
である領域を扱うとき、問題となるのは、符号化効率と
処理速度である。伝送速度が54Kbpsと1.5Mbpsとは、そ
の比が約24である。よって1.5Mbpsの時の情報量に対し6
4Kbpsの時には、情報量も24分の１とならなければなら
ない。

よって、サンプリング（間引き）に関しても、64Kbps
では、24分の１とするのが通常である。しかし、この実
施例では、このように、比例的に情報量を落とすのでは
なく、伝送速度に対して非線形的に、特に、低伝送速度
では間引き量を飽和させている。これは、比例的に減少
させると、画質の劣化が著じるしいからである。ただ
し、このままでは、情報量の点で問題があるが、これは
以下に述べるように、駒落しで対応している。

サブサンプリング手段（15）で、間引きの施された信
号は、フレームメモリ（17）にて、第３図に示されるよ
うに駒落しがなされる。すなわち、このフレームメモリ
（17）には、フレーム単位で信号の書き込み、読み出し
が行われるが、384Kbps以上では、入力された全フレー
ムを、フレームメモリ（17）に書き込み、読み出しを行
う。これに対し、伝送速度が、64Kbps以下では３フレー
ムにつき１フレームのみを、フレームメモリ（17）に書
き込んでいく。64Kbpsより大きく、384Kbps未満では、
２フレームにつき、１フレームのみをフレームメモリ
（17）に書き込んでいく。この駒落し量も、伝送速度に
対して、非線形的に変化させている。

次に、適応的に駒落しのなされた信号は、２次元コサ
イン変換演算回路（19）にて、コサイン変換される。こ
の回路（19）は、例えば、1986年TV学会全国大会予稿集
６−14「コサイン変換回路」に示されるものを用いれば
よい。ここでは、例えば、入力画素を8x8画素のブロッ
クに分けて、コサイン変換を施している。

コサイン変換を受けた信号は、量子化器（21）にて、
量子化が施され、伝送に供される。しかし、この実施例
ではコサイン変換を施した信号を全て伝送に供するので
はなく、コサイン変換後の情報量が所定閾値以上のもの
だけ伝送することにしている。すなわち、コサイン変換
を施した空間内で、情報伝送の有無を変化させているの
である。コサイン変換により、情報量は圧縮されるが、
上記のように、変換空間内での制御により、圧縮が更に
向上する。

この実施例では、ここでのブロック選択の基準に用い
る閾値を、伝送速度により制御させてる。すなわち、伝
送速度が高ければ、該閾値を低くし、伝送速度が低けれ
ば、該閾値を高くするのである。例えば、第４図に示さ
れているように、ブロックを選択する。ここでは、コサ
イン変換後の空間において、ブロックを第４図（ａ）の
ように分割する。これは画像の成分のうち低周波数のも
のが、左上に分布し、以下周波数が上昇するに従い、同
図に示されるように左上から右下に、帯状に分布するの
で、これに応じて、同図のように分割するのである。

このようにブロック分割をした時に、ブロック選択の
基準の閾値を低くすると、同図（ｂ）のような領域が伝
送される。一方、閾値を高くすると、同図（ｃ）のよう
な領域が伝送されることになる。具体的には例えば1.5M
bpsの伝送では第４図（ａ）でからの領域のうち必
要な部分が選択されるが、384Kbpsではから、64Kbp
sではからの部分が選択される。

一方、伝送が許容されたブロックの信号は量子化器
（21）にて、量子化される。ここでは入力信号を何ビッ
トで実現するかが制御される。すなわち、伝送速度が高
ければ、ビット数を多くし、伝送速度が低ければ、ビッ
ト数を少なくする。例えば、第４図（ａ）で同じ領域
について、1.5Mbpsの伝送では、30ビットを用いるのに
対し、384Kbpsでは20ビット、64Kbpsでは15ビットとい
う設定を行う。

ここで、上述した量子化の変更及びブロック選択の基
準の変更は、解像度に直接影響を与える。そこで、この
実施例では、これらの諸量及びサブサンプリングの量
は、解像度（画質）に影響を与えることを考慮し、特
に、低伝送速度でも、一定値以上に保つように制御して
いる。この様子を示したのが、第５図である。

量子化器（21）で量子化された信号は、バッファ（2
5）に供給される。バッファ（25）は、RAM（33）と、ア
ドレス制御部（35）とから成る。ここで、量子化器（2
1）からの出力を指示する信号が、アドレス制御部（3
5）に供給される。これを受けてアドレス制御部（35）
では、アドレスを発生する。RAM（33）は、このアドレ
スに従って、量子化器（21）の出力を順次記憶してい
く。

ただし、この実施例では、RAM（33）の最大容量を、
伝送速度により変化させている。これを第１表に示す。

このように、バッファ（25）（RAM（33））の最大容
量を変化させると、以下の効果を奏する。

伝送速度に応じて、伝送する情報（符号）量は変化す
る。例えば、伝送速度が高ければ、情報量は多くなり、
伝送速度が低ければ、情報量は少くなる。この時に、バ
ッファ（25）の最大容量を一定に設定したいとすると、
当然、情報量が最大の時を想定して、最大容量を決定す
る必要がある。よって、バッファ（25）の最大容量は、
高伝送速度に対して最適に設定される。

この容量設定時に、低伝送速度での伝送を行うと、バ
ッファ（25）が満杯になる迄に、かなりの時間がかか
る。すなわち、バッファ蓄積量による制御の遅れが生
じ、動画を送っているにもかかわらず、数秒間も静止画
が継続するという事態に至ってしまった。

これに対し、本実施例では、バッファ（25）の最大容
量を、伝送速度に応じて減少させているので、伝送の時
間遅れが生ぜず、しかも、バッファ蓄積量による有意ブ
ロック選択等のスレッショルドの制御もスムーズに行わ
れる。

バッファ（25）の最大容量は、伝送速度に応じて変化
させているが、第１表に示されるように、伝送速度に比
例させなくても良い。

これは、低ビットレートになる程、駒落しが大きく行
われるため、符号の発生量に変動が出て来るためであ
り、高ビットレートではバッファメモリの割合が、やや
小さい設定にすることができるためである。

なお、以上の説明において、バッファ（25）は、RAM
（33）により構成する必要はない。

RAM（33）に蓄えられた信号がその可変最大容量に達
すると、アドレス制御部（35）から出力を指示する信号
が送信手段（27）に供給される。送信手段（27）が送信
可であるなら、アドレス制御部（35）は、RAM（33）に
記憶した信号を、記憶した順序に読み出していく。読み
出された信号は、順次、送信手段（27）に供給され、デ
ィジタル回線に送出される。

次に、バッファ（25）の可変最大容量を可変設定する
具体的構成について説明する。

前述のように、この実施例の装置では64Kbpsから1.5M
bpsまでの伝送速度が24段階で選択される。この選択
は、例えばスイッチで構成された伝送速度選択手段（2
9）にてなされる。この手段（29）からは、選択された
伝送速度が例えば５ビットの情報として制御信号変換手
段（31）に供給される。制御信号変換手段（31）は、変
換テーブルである。すなわち、伝送速度選択手段（29）
からの特定伝送速度を示す信号から、バッファ（25）の
最大容量を示す値を出力するのである。例えば、伝送速
度として64Kbpsが選択されたとすると、制御信号変換手
段（31）からは、アドレス制御部（35）に対して、8Kビ
ットという最大容量値が出力される。同様に、伝送速度
が64Kbpsより大きく、384Kbps以下のとき、48Kビットと
いう最大容量値が出力される。384Kbpsより大きく、1.5
Mbpsのとき、128Kビットという最大容量値が出力され
る。ここで、バッファ（25）の最大容量値は第１表に示
される64Kbps、384Kbps、1.5Mbpsの間で、それぞれリニ
アに変化させても良い。

このような最大容量値を受けてアドレス制御部（35）
では、アドレスの制御を行う。すなわち、指定された最
大容量値を受けて、RAM（33）に書き込み番地との比較
を行っていく。そして、書き込み領域が、最大容量値に
達したなら、書き込みを中止する。なおこのバッファは
常に送信手段（27）への読み出しが行われている。

一方、制御信号変換手段（31）ではアドレス制御部
（35）ばかりでなく、サブサンプリング手段（15）、フ
レームメモリ（17）、量子化器（21）、ブロック選択手
段（23）に対する制御信号も作成する。例えば、サブサ
ンプリング手段（15）に対しては、伝送速度に対して間
引き量を指示する。前述の説明では、第２図に示される
ようにサブサンプリング間隔の制御として説明した。フ
レームメモリ（17）に対しては、第３図に示されるよう
に駒落し量を制御信号として供給する。量子化器（21）
に対しては、量子化ビット数を指示する。又、ブロック
選択手段（23）に対しては、伝送速度に対し、ブロック
選択の基準に用いる閾値についての情報を送る。

以上のように、この実施例の画像伝送装置では、伝送
速度に応じで、構成要素各部の動作、特性を制御してい
る。しかもその制御は、構成要素毎に、伝送速度に対し
て非線形に制御しているのである。すなわち、解像度を
司どる機能構成要素に対しては、伝送速度に対して、比
例的に能力を低下させるのではなく、低伝送速度でも一
定値以上を保つようにし、一方、時間軸方向の情報量は
伝送速度に比例する値以上に、情報量を低下させるので
ある。

これにより、低伝送速度では、動きがややぎこちなく
なるが、解像度は良好に保たれる。

ここで、この実施例での画像伝送装置によるネットワ
ーク形成時について言及する。あるポイントでの装置を
ある速度で利用する場合、伝送速度選択手段（29）に
て、回線の伝送速度が選択される。この装置は、有意な
画像信号の送受を行うに先立ち、自装置で選択させた伝
送速度を相手方の画像受信装置に送る。伝送、受信装置
間で、伝送速度について確認がなされた後、画像信号の
送受を行う。又、通常は、画像伝送装置、画像受信装置
が一体とあって、各ポイントに設けられることが通常で
ある。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

この実施例では、コサイン変換が施された信号（以
下、変換信号と呼ぶ。）に対して、そのまま量子化を施
し、伝送するのではなく、ある時刻の変換信号と一時刻
前（１サンプリングタイム前）の変換信号との差分を取
り、これに対して量子化を施すので、符号化効率が高う
なるのである。

なお、差分を取るに際し、逆量子化器（61）、加算器
（62）、フレームメモリ（63）、減算器（64）を用い
る。すなわち、量子化器（21）の出力を、逆量子化器
（61）で量子化を解き、加算器（62）において、２時刻
前のコサイン変換信号との和を取る。これにより、フレ
ームメモリ（64）には、１時刻前の変換信号が得られ
る。ここで、「時刻」は、減算器（63）での減算を行う
時刻を基準とする。

次に、この発明の他の実施例について説明する。

この実施例では情報圧縮に動き予測データを用い、よ
り効率良く差分符号化を行うものである。

すなわち、フレームメモリ（77）の出力を用いて、動
き補償回路（79）において、１時刻前の画像信号から動
きベクトル（MV）が検出される。更に、この回路（79）
においては、これらのデータから動き予測データを得
る。減算器（81）では、フレームメモリ（17）の出力と
上記動き予測データの差分を取る。この差分がコサイン
変換回路（19）、量子化器（21）で符号化される。

一方、量子化器（21）の出力は、逆量子化器（71）、
逆コサイン変換回路（73）により、符号化される前の差
分信号に変換される。この信号が、フレームメモリ（7
7）に蓄えられた信号と加算されて、１時刻前の画像信
号となる。

［発明の効果］この発明によれば、低伝送速度から高伝送速度までを
扱う画像伝送装置において、低伝送速度でも画質の維持
された画像の伝送が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の一実施例に係わる画像伝送装置の
概要を示す図、第２図乃至第５図は、第１図に示す装置
各部での動作を説明するための図、第６図及び第７図
は、この発明の他の実施例を示す図、第８図は従来技術
を示す図である。 15……サブサンプリング手段 17……フレームメモリ 19……２次元コサイン変換演算回路 21……量子化器 23……ブロック選択手段 25……バッファ 29……伝送速度選択手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭59−97286（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−108687（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−9391（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】画像情報を直交変換した後、量子化する符
号化手段と、この符号化手段により符号化された画像情
報を第１または第２の互いに相異なる伝送速度で回線に
送出する送出手段とを備えた画像伝送装置において、第１の伝送速度よりも小さい第２の伝送速度で符号化さ
れた画像情報を送出する場合に、符号化された画像情報
を一時的に蓄積するために必要な送出バッフアの最大容
量を小さくするための制御信号を出力する制御信号変換
手段を具備することを特徴とする画像伝送装置。
【請求項２】前記制御信号変換手段は前記送出バッフア
に蓄積された画像情報量に応じた量子化サイズを制御す
るための制御信号を出力し、前記符号化手段は当該制御
信号に従って指定された量子化サイズに基づいて画像情
報を量子化することを特徴とする特許請求の範囲第１項
記載の画像伝送装置。