JP2861381B2 - 画像信号符号化装置およびその方法 - Google Patents

画像信号符号化装置およびその方法

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Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】
この発明は画像データの符号化回路に関する。
【発明の概要】
この発明は、画像データの符号化回路において、例え
ば最小値及びダイナミックレンジの組み合わせのうち、
最小値が全ビットを必要とし、ダイナミックレンジが全
ビットを必要としない組み合わせを、最小値が全ビット
を必要としないでダイナミックレンジが全ビットを必要
とする組み合わせに置き換えて伝送することにより、伝
送するビット数を減らすようにしたものである。
【従来の技術】
ビデオ信号の高能率符号化法として、本発明者等は、
適応型ダイナミックレンジ符号化法(以下、「ADRC法」
と呼ぶ)を提案した(1986年12月11日電子通信学会発表
MR86−43)。 このADRC法は、ビデオ信号の持つ時空間の強い相関性
を利用した符号化法である。すなわち、画像をブロック
に分割すると、各ブロックは、局所的な相関により小さ
なダイナミックレンジしか持たないことが多い。 そこで、ADRC法においては、例えば第4図に示すよう
に、画像をブロックに分割するとともに、そのブロック
ごとの最小値MIN及びダイナミックレンジDRを求める。
そして、ブロックごとに、各画素データと最小値MINと
の差分ΔDを求め、この差分ΔDを適応的に再符号化し
て各画素データをもとのビット数よりも少ないビット数
に圧縮する。そして、ブロックごとの最小値MIN及びダ
イナミックレンジDRをブロック単位で伝送するととも
に、再符号化された画素データを画素単位で伝送する。 この場合、画像をブロックに分割する方法として、水
平方向にのみ分割する方法(1次元ADRC法)、水平及び
垂直の方形の領域に分割する方法(2次元ADRC法)、複
数フレームにわたる空間的領域を考えて分割する方法
(3次元ADRC法)が提案されている(特開昭61−144989
号公報、特開昭61−144990号公報、特開昭62−92620号
公報など)。 そして、3次元ADRC法においては、ブロックごとに2
つフレーム間の動きの検出を行い、静止ブロックでは例
えば後ろのブロックの画素データを送らない。この方法
では、ブロックごとに1ビットの動き情報データを必要
とするが、静止ブロックでは、1/2のデータ圧縮ができ
る。 また、再符号化にあたって新たにビット数を割り当て
る場合、どのブロックでもビット数を一定とし、ブロッ
クごとにダイナミックレンジに対応して量子化のステッ
プ幅を変化させる方法(固定長ADRC法)と、ブロックご
とにそのダイナミックレンジに対応してビット数を変更
し、量子化のステップ幅を一定にする方法(可変長ADRC
法)とが提案されている(特開昭61−147689号公報な
ど)。 第5図は固定長ADRC法による符号化回路の一例を示
す。 すなわち、ビデオ信号が、入力端子11を通じてA/Dコ
ンバータ12に供給されて量子化ビット数が例えば8ビッ
トで画素データにA/D変換され、この画素データがブロ
ック分割回路13に供給されて例えば4画素×4ラインの
2次元の領域ごとにブロック分割される。そして、その
ブロックごの画素データが、最大値最小値検出回路14に
供給されてブロックごとの画素データの最大値MAX及び
最小値MINが検出される。 そして、この最大値MAX及び最小値MINが減算回路15に
供給されてダイナミックレンジDRが算出され、このダイ
ナミックレンジDRと、検出回路14からの最小値MINとが
フレーム化回路16に供給される。 さらに、分割回路13からの画素データが、検出回路14
の時間遅れを補償する遅延回路21を通じて減算回路22に
供給されるとともに、検出回路14からの最小値MINが減
算回路22に供給されて差分データΔDが算出され、この
差分データΔDと、ダイナミックレンジDRとが適応型エ
ンコーダ23に供給されて例えば4ビットの画素データDT
に再符号化(再量子化)され、この再符号化された画素
データDTがフレーム化回路16に供給される。 そして、フレーム化回路16においては、ブロックごと
の最小値MINとダイナミックレンジDRと、再符号化され
た画素データDTとが、所定のフォーマットの信号に合成
され、この信号が、出力端子17を通じて画像ファイル装
置などの伝送路(図示せず)に供給される。 なお、可変長ADRC法の場合には、ダイナミックレンジ
DRに対応して画素データDTのビット数が変更されるとと
もに、そのビット数を示すデータが、ブロック単位で伝
送される。 また、第6図は固定長ADRC法による復号回路の一例を
示す。 すなわち、伝送路からの信号が、入力端子31を通じて
フレーム分解回路32に供給されて画素データDTと、最小
値MINと、ダイナミックレンジDRとに分解され、その画
素データDT及びダイナミックレンジDRが適応型デコーダ
33に供給されて差分データΔDがデコードされ、このデ
ータΔDが加算回路34に供給されるとともに、分解回路
32からの最小値MINが加算回路34に供給されてもとの8
ビットの画素データが再生される。 そして、この画素データが、ブロック分解回路35に供
給されてもとの時間軸の順序の画素データに並べ換えら
れ、この並べ換えられた画素データがD/Aコンバータ36
に供給されてもとのビデオ信号にD/A変換され、このビ
デオ信号が出力端子37に取り出される。
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、ADRC法においては、ブロックごとにそ
の最小値MIN及びダイナミックレンジDRを伝送しなけれ
ばならないが、もとのビデオ信号を画素データにA/D変
換するとき、例えば8ビットで量子化しているので、最
小値MIN及びダイナミックレンジDRも8ビットのデータ
となる。 したがって、最小値MIN及びダイナミックレンジDR
で、合わせて16ビットのデータを伝送する必要がある。 この発明は、この伝送すべきビット数を少なくしよう
とするものである。
【課題を解決するための手段】
いま、最小値MIN及びダイナミックレンジDRが8ビッ
トの場合で考えると、 DR=MAX−MIN であるから、 DR+MIN≦255 の関係式が成り立ち、データDR、MINの組み合わせ(DR,
MIN)は、第3図の斜線の領域Aが存在範囲となる。 すなわち、最小値MIN及びダイナミックレンジDRが、
それぞれ8ビットであっても、これらの加算値(DR+MI
N)は8ビットで示される最大値255を越えることはな
い。また、最小値MIN及びダイナミックレンジDRが同時
に8ビットを必要とすることもない。 そして、この領域Aのうち、DR≧128の三角形の領域
のデータDR、MINを、右側の三角形の領域Bに移動させ
れば、データDR、MINを合わせて15ビットで表現できる
ことになる。 ただし、MIN≧128、かつ、DR+MIN=255のとき、すな
わち、ラインCの領域は、移動先の領域と重なることに
なる。しかし、このラインCの存在確率は小さいので、
ラインDの領域、すなわち、DR+MIN=254の領域に置き
換えることができる。 この発明は、以上のような考察に基づいてデータDR、
MINを伝送するときのビット数を1ビット少なくするも
のである。 すなわち、もとのデータDR、MINが例えば8ビットと
すれば、符号化回路においては、 (1)MIN<128のとき データDRは8ビットで伝送する データMINは7ビットで伝送する (2)MIN≧128のとき データDRとして(255−DR)を伝送する データMINとして(255−MIN)を伝送する ただし、DR+MIN=255のときは、データMINを1小さ
くする。………(3) ようにしたものである。 したがって、復号回路においては、 (4)DR+MIN≦255のとき データDR、MINをそのまま使用する (5)DR+MIN>255のとき データDRとして(255−DR)を使用する データMINとして(255−MIN)を使用する ことになる。
【作用】
最小値MIN及びダイナミックレンジDRの組み合わせ
は、その組み合わせに対応して本来存在しない組み合わ
せに補き換えられて伝送され、伝送されるビット数がブ
ロックごとに1ビット少なくされる。
【実施例】
第1図において、41〜44は変換回路、45、47は比較回
路を示し、変換回路41〜44はデータDR、MINを(2)、
(3)項にしたがって変換するものである。 そして、検出回路14からの最小値MINが比較回路45に
供給されて基準値「128」と比較され、その比較出力S45
がスイッチ回路51、52にその制御信号として供給され
る。 そして、MIN<128の場合、すなわち、(1)項の場合
には、スイッチ回路51、52は図の状態に切り換えられ
る。 したがって、減算回路15からのダイナミックレンジDR
が、スイッチ回路51を通じてそのままフレーム化回路16
に供給される。 また、検出回路14からの最小値MINが変換回路42に供
給されて上位1ビット(MSB)が削除されて(1)項の
データMINに変換され、このデータMINがスイッチ回路52
を通じてフレーム化回路16に供給される。 したがって、(1)項の場合には、ダイナミックレン
ジDRが8ビットで伝送され、最小値MINが7ビットで伝
送され、両方を合わせて15ビットで伝送される。 一方、MIN≧128の場合、すなわち、(2)、(3)項
の場合には、信号S45によりスイッチ回路51、52は図と
は逆の状態に切り換えられる。 さらに、検出回路14からの最小値MINと、減算回路15
からのダイナミックレンジDRとが加算回路46に供給され
てデータ(DR+MIN)が求められ、このデータが比較回
路47において基準値「255」と比較され、その比較出力S
47がスイッチ回路53にその制御信号として供給される。 そして、DR+MIN≠255の場合には、スイッチ回路53は
図の状態に切り換えられる。 したがって、MIN≧128で、DR+MIN≠255の場合、すな
わち、(2)項のうち、(3)項を除く場合には、減算
回路15からのダイナミックレンジDRが、変換回路41に供
給されて(2)項のデータ(255−DR)に変換され、こ
のデータがスイッチ回路51を通じてフレーム化回路16に
供給される。 また、検出回路14からの最小値MINが、スイッチ回路5
3を通じて変換回路43に供給されて(2)項のデータ(2
55−MIN)に変換され、このデータがスイッチ回路52を
通じてフレーム化回路16に供給される。 したがって、(2)項のうち、(3)項を除く場合に
は、ダイナミックレンジDRが8ビットで伝送され、最小
値MINが7ビットで伝送され、両方を合わせて15ビット
で伝送される。 さらに、DR+MIN=255の場合には、信号S47によりス
イッチ回路53は図とは逆の状態に切り換えられる。 したがって、MIN≧128で、DR+MIN=255の場合、すな
わち、(2)項のうちの(3)項の場合には、減算回路
15からのダイナミックレンジDRが、変換回路41に供給さ
れて(2)項のデータ(255−DR)に変換され、このデ
ータがスイッチ回路51を通じてフレーム化回路16に供給
される。 また、検出回路14からの最小値MINが、変換回路44に
供給されて(3)項のデータ(MIN−1)に変換され、
このデータがスイッチ回路53を通じて変換回路43に供給
されて(2)項のデータ(255−MIN)に変換され、この
データがスイッチ回路52を通じてフレーム化回路16に供
給される。 したがって、(2)項のうちの(3)項の場合には、
ダイナミックレンジDRが8ビットで伝送され、最小値MI
Nが7ビットで伝送され、両方を合わせて15ビットで伝
送される。 第2図は上述の符号化回路と対になる復号回路の一例
を示す。 すなわち、第2図において、61、62は変換回路、64は
比較回路を示し、変換回路61、62はデータDR、MINを
(5)項にしたがって変換するものである。 そして、フレーム分解回路32からの最小値MIN及びダ
イナミックレンジDRが加算回路63に供給されてデータ
(DR+MIN)が求められ、このデータが比較回路64にお
いて基準値「255」と比較され、その比較出力S64がスイ
ッチ回路71、72にその制御信号として供給される。 そして、DR+MIN≦255の場合、すなわち、(4)項の
場合には、スイッチ回路71、72は図の状態に切り換えら
れる。 したがって、この場合には、フレーム分解回路32から
の最小値MIN及びダイナミックレンジDRが、スイッチ回
路71、72を通じて加算回路34及びデコーダ33に供給さ
れ、加算回路33からもとの8ビットの画素データが取り
出される。 また、DR+MIN>255の場合、すなわち、(5)項の場
合には、信号S64によりスイッチ回路71、72は図とは逆
の状態に切り換えられる。 したがって、この場合には、フレーム分解回路32から
の最小値MIN及びダイナミックレンジDRが、変換回路6
1、62に供給されて(5)項のデータ(255−MIN)、(2
55−DR)に変換され、すなわち、もとのデータMIN、DR
に変換され、これらデータがスイッチ回路71、72を通じ
て加算回路34及びデコーダ33に供給され、加算回路33か
らもとの8ビットの画素データが取り出される。 こうして、この発明によれば、最小値MIN及びダイナ
ミックレンジDRがそれぞれ8ビットであっても、最小値
MIN及びダイナミックレンジDRを伝送するとき、最小値M
IN及びダイナミックレンジDRの組み合わせのうち、最小
値MINが8ビットを必要とし、ダイナミックレンジDRが
8ビットを必要としないデータの組み合わせを、最小値
MINが8ビットを必要としないで、ダイナミックレンジD
Rが8ビットを必要とするデータの組み合わせに置き換
えて伝送しているので、伝送するビット数を1ビット減
らすことができる。 あるいは3次元ADRC法を行うとき、そのブロックごと
の1ビットの動き情報データを、減らした1ビットの代
わりに伝送することができる。 なお、上述において、最小値MINとダイナミックレン
ジDRとを逆にすることもできる。さらに、(2)、
(5)項における(255−DR)、(255−MIN)の代わり
に(DR−128)、(MIN−127)とすることもできる。ま
た、最小値MIN、最大値MAX、ダイナミックレンジDRのう
ちのいずれか2つのデータについて同様に符号化して伝
送することができる。
【発明の効果】
この発明によれば、最小値MIN及びダイナミックレン
ジDRが例えばそれぞれ8ビットであっても、最小値MIN
及びダイナミックレンジDRを伝送するとき、最小値MIN
及びダイナミックレンジDRの組み合わせのうち、最小値
MINが8ビットを必要とし、ダイナミックレンジDRが8
ビットを必要としないデータの組み合わせを、最小値MI
Nが8ビットを必要としないで、ダイナミックレンジDR
が8ビットを必要とするデータの組み合わせに置き換え
て伝送しているので、伝送するビット数を1ビット減ら
すことができる。 あるいは3次元ADRC法を行うとき、そのブロックごと
の1ビットの動き情報データを、減らした1ビットの代
わりに伝送することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一例を示す系統図、第2図は復号回
路の一例を示す系統図、第3図はこの発明を説明するた
めの特性図、第4図はADRC法を説明するための線図、第
5図及び第6図は従来例の系統図である。 12;A/Dコンバータ 13;ブロック分割回路 14;最大値最小値検出回路 16;フレーム化回路 23;適応型エンコーダ 41〜44;変換回路 45、47;比較回路

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】デジタル画像信号を所定数のnビットの画
    素データからなるブロックに分割し、このブロックごと
    に符号化する画像信号符号化装置であって、 上記ブロック内の画素データの最大値及び最小値、その
    最大値及び最小値から規定されるダイナミックレンジを
    検出する手段と、 上記検出された最大値もしくは最小値と各画素データと
    の差分データを算出する手段と、 上記最大値及び上記最小値から規定されるダイナミック
    レンジに対応して、各差分データを上記画素データのビ
    ット数よりも少ないビット数に符号化し、符号化データ
    を発生する手段と、 上記最大値、上記最小値及び上記ダイナミックレンジの
    うちの少なくとも2つのデータを上記符号化データとと
    もに伝送する手段と、 上記符号化データとともに伝送される2つのデータの一
    方がnビットのデータ、他方が(n−m)ビットのデー
    タになるように変換する手段と からなる画像信号符号化装置。
  2. 【請求項2】デジタル画像信号を所定数のnビットの画
    素データからなるブロックに分割し、このブロックごと
    に符号化する画像信号符号化方法であって、 上記ブロック内の画素データの最大値及び最小値、その
    最大値及び最小値から規定されるダイナミックレンジを
    検出し、 上記検出された最大値もしくは最小値と各画素データと
    の差分データを算出し、 上記最大値及び上記最小値から規定されるダイナミック
    レンジに対応して各差分データを上記画素データのビッ
    ト数よりも少ないビット数に符号化して符号化データを
    発生し、 上記符号化データとともに伝送される上記最大値、上記
    最小値及び上記ダイナミックレンジのうちの2つのデー
    タの一方がnビットのデータ、他方が(n−m)ビット
    のデータになるように変換する ようにした画像信号符号化方法。
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