JPH04219074A

JPH04219074A - 画像符号化装置

Info

Publication number: JPH04219074A
Application number: JP3073124A
Authority: JP
Inventors: Kenji Datake; 健志駄竹; Kimio Miseki; 公生三関
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-08-31
Filing date: 1991-04-05
Publication date: 1992-08-10

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像信号を効率よく符
号化する画像符号化装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】画像符号化技術は、従来より画像伝送や
記録などに利用されている。画像符号化は、ファクシミ
リなどの静止画伝送であれば、なるべく高速に伝送する
ことを目的として行われ、またテレビ会議などの動画伝
送であれば、なるべく狭い帯域または低いビットレート
で伝送することを目的として行われる。また、画像情報
をディスクやメモリなどに記録する場合、できるだけ多
くの画像を効率よく記録するために画像符号化技術が利
用されている。

【０００３】画像符号化には、予測符号化、変換符号化
、ベクトル量子化などの手法が知られている。予測符号
化は、現在符号化すべき画素値を周囲の既に符号化した
画素値から予測し、その予測誤差を量子化し符号化する
方法である。変換符号化は、画像にフーリエ変換、コサ
イン変換などの直交変換を施すことによりエネルギーの
片寄りを生じさせ、そのエネルギーの片寄りを利用して
エネルギーの大きな領域のみを符号化する方法である。ベクトル量子化は、予め画像中に良く出てくるパターン
をコードブックとして登録しておき、符号化すべき画像
中のパターンに一番近いパターンをコードブックから探
し出し、そのパターン番号を符号化する方法である。

【０００４】これらのうち予測符号化は、符号化効率の
面で低い伝送レートにおいても品質のよい画像を伝送可
能とする上では十分でない。変換符号化やベクトル量子
化の手法は、予測符号化に比べ符号化効率が高いという
利点があるが、計算量が非常に多く、ハードウェアも大
きくなる。テレビ会議システム等に符号化装置を組み込
む場合に、符号化効率が高いということは重要であるが
、小型化、低価格化ということも重要な問題である。また、従来の変換符号化は伝送レートが低くなるとブロ
ック歪みにより主観品質が大きく劣化するという欠点を
持つ。ベクトル量子化は直接画像信号のレベルで符号化
を行うと、コードブック内の限られた画像パターンで様
々な画像を表すことが困難となり、符号化効率が悪くな
るという欠点がある。

【０００５】また、予測符号化とベクトル量子化を組み
合わせて、予測残差信号をベクトル量子化することでベ
クトル量子化の効率を向上させる方法が知られている。しかし、この方法も従来の予測符号化の符号化効率が悪
いため、十分にベクトル量子化の性能を引き出すことが
できていない。

【０００６】さらに、予測符号化方式として、演算量が
非常に少なく、符号化効率も高い外挿内挿予測符号化方
式（電子情報通信学会春季全国大会、Ｄ−８６，１９８
９）が提案されている。この方式は高ビットレートでは
高い符号化効率が得られるが、低ビットレートでは画像
のノイズや量子化ノイズに弱いという問題点があり、十
分な性能が得られていなかった。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来の
画像符号化方式では、高ビットレートでは高い符号化効
率が得られるものの、低ビットレートでは画像のノイズ
や量子化ノイズにより予測誤差が大きくなるため、符号
化効率が低下し、またハードウェアが大きくなるという
問題があった。

【０００８】本発明は、上述した問題点を解決するため
になされたもので、比較的簡単なハードウェアにより、
低ビットレートでも高い符号化効率が得られる画像符号
化装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の一つの態様による画像符号化装置は、入力
画像信号を複数の画素からなる複数のブロックに分割す
るブロック分割手段と、注目ブロック内の符号化しよう
とする第１の画素値を既に符号化されている第２の画素
値を用いて段階的に予測して予測値を得る予測手段と、
この予測手段により得られた予測値の予測誤差を得る予
測誤差計算手段と、この予測誤差計算手段により得られ
た予測誤差を量子化して量子化値を得る量子化手段と、
この量子化手段により得られた量子化値を符号化する符
号化手段と、量子化手段により得られた量子化値が所定
値以上の場合に予測手段に用いられた第２の画素値を補
正する補正手段とを有する。

【００１０】また、本発明の他の態様による画像符号化
装置は、入力画像信号を複数の画素からなる複数のブロ
ックに分割するブロック分割手段と、注目ブロック内の
右下の画素値を既に符号化されている画素値を用いて予
測して第１の予測値を得る第１の予測手段と、この第１
の予測手段により得られた予測値の予測誤差を得る第１
の予測誤差計算手段と、第１の予測手段により得られた
予測誤差が所定値以上のとき該予測誤差をスカラ量子化
して量子化値を得るスカラ量子化手段と、注目ブロック
内の右下以外の画素値を該注目ブロックに隣接する画素
値と該注目ブロック内の右下の画素値から予測する第２
の予測手段と、この第２の予測手段により得られた予測
値の予測誤差を得る第２の予測誤差計算手段と、第２の
予測手段により得られた予測誤差が所定値以上のとき該
予測誤差をベクトル量子化して量子化値を得るベクトル
量子化手段と、スカラ量子化手段におよびベクトル量子
化手段により得られた量子化値を符号化する符号化手段
とを備えたことを特徴としている。

【００１１】

【作用】本発明では、量子化手段により得られた量子化
値が所定値以上の場合、すなわち予測に用いられた第２
の画素値とブロック内の第１の画素値との差が大きい場
合には、予測に用いられた第２の画素値が多くの量子化
誤差を含んでいる可能性があるので、該第２の画素値を
補正する。これによって予測誤差は小さくなり、量子化
誤差も小さくなる。この結果、画像のノイズや量子化ノ
イズを符号化することがなくなり、符号化効率が改善さ
れる。

【００１２】この場合、量子化に際して量子化幅または
量子化値が零となる領域を予測の段階毎に大きくすれば
、予測誤差の符号量が削減されるので、符号化効率がさ
らに改善される。

【００１３】また、本発明では注目ブロック内右下の画
素値をその注目ブロックに隣接する既に符号化された画
素値から予測し、その予測誤差が大きいとき予測誤差を
スカラ量子化および符号化し、次いで注目ブロック内右
下以外の画素値を注目ブロックに隣接する画素値と、注
目ブロック内右下の画素値とから予測し、その予測誤差
が大なるときベクトル量子化および符号化する。ブロッ
ク内右下の画素値を予測する場合、空間的に離れた点を
予測することになるので、予測精度が低く予測誤差が大
きくなることが多いため、量子化ビット数を多くとる必
要があるが、ブロック内右下以外の画素値は、両側が既
に符号化されているので予測精度が高く予測誤差が小さ
くなる。従って、ブロック内右下以外の画素値について
は量子化ビット数を減らすことができ、また予測誤差が
十分小さく符号化する必要のない画素数も増加すること
により、符号化効率が向上する。この場合、量子化を予
測誤差が閾値以上のときのみ行えば、入力画像のノイズ
による影響が防止され、量子化すべき画素が減るため、
より一層符号化効率が向上する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて説明す
る。図１は、本発明の一実施例を示すブロック図である
。

【００１５】この画像符号化装置は、制御回路２、メモ
リ３、減算器４、量子化器５、加算器６、予測器７、補
正回路８、メモリ９および符号化器１０により構成され
る。入力端子１から入力された画像信号は、メモリ３に
１画面分書き込まれ、複数のブロックに分割されて符号
化順に１ブロックずつ読み出された後、以下のように外
挿内挿予測符号化される。

【００１６】図２に、ブロックサイズが８×８の場合の
外挿内挿予測符号化の符号化手順を示す。図２において
、●は既に符号化した画素を表わし、○はこれから符号
化しようとしている画素を表わす。

【００１７】まず、図２（ａ）に示す第１段階では、注
目ブロック内の画素Ｘ０　の画素値をそのブロックに隣
接する既に符号化された画素Ａ，Ｂ，Ｃの画素値を用い
て外挿予測する。外挿予測の方法としては、各画素の画
素値を画素と同じ記号Ａ，Ｂ，Ｃで表わすと、（１）画
素値Ａ，Ｂ，Ｃに予測係数ａ，ｂ，ｃをそれぞれ掛けて
加算した値ａ・Ａ＋ｂ・Ｂ＋ｃ・Ｃを予測値とする方法（２）｜Ａ−Ｂ｜と｜Ｃ−Ｂ｜を比較して適応的に予測
係数を変える方法（３）ＡとＣのうちＸ０　に値が近い方を予測値とし、
どちらを選択したかを示す付加情報を付ける方法等があ
る。なお、注目ブロックが画面の上端または左端の場合
は、画素値のダイナミックレンジの中央値をＡ，Ｂ，Ｃ
の画素値とする。こうして得られた予測値と実際の画素
値との差、すなわち予測誤差が量子化され、符号化され
る。

【００１８】次に、図２（ｂ）に示す第２段階では、既
に符号化したブロックの右下の画素と、そのブロックに
隣接する既に符号化した画素とを用いて内挿符号化する
。この内挿符号化の予測式は、

【００１９】ＰＸ１＝ｋ４Ｈ（Ａ＋Ｘ０　）／２ＰＸ２
＝ｋ４Ｖ（Ｃ＋Ｘ０　）／２ＰＸ３＝ｋ４Ｈ（Ｄ＋Ｘ２　）／４＋ｋ４Ｖ（Ｅ＋Ｘ１
　）／４とすればよい。ここで、ｋ４Ｈは水平方向に４
画素離れた画素から予測するときの予測係数であり、ｋ
４Ｖは垂直方向に４画素離れた画素から予測するときの
予測係数である。なお、Ｘ３　はＸ１　とＸ２　の符号
化が終った後に予測する。

【００２０】図２（ｃ）（ｄ）に示す第３、４段階にお
いても、同様にして内挿予測符号化を行う。注目ブロッ
クが画面の上端または左端のときは、その注目ブロック
に隣接する位置に既に符号化した画素がないので、注目
ブロック内の既に符号化した画素だけを用いて外挿予測
する。

【００２１】ｎ画素離れた画素の画素値を用いる内挿予
測の最適予測係数ｋｎ　は、相関係数をρとして、ｋｎ
　＝２ρｎ　／（１＋ρ２ｎ）となる。例えば、相関係数が０．９５の場合、予測係数
は０．９９９となり、予測係数は１でも十分高い予測精
度が得られる。

【００２２】図１に説明を戻す。メモリ３から読み出さ
れた画素値と予測器７からの予測値が減算器４で減算さ
れることにより、予測誤差が計算される。この予測誤差
は、量子化器５で量子化される。なお、ここでは量子化
器５として、図３のようにスレッショルドＴＨ以下の入
力（予測誤差）に対して出力（量子化値）が零となる領
域（以下、これをデッドゾーンという）を持つ線形量子
化器を考える。

【００２３】減算器４で得られた予測誤差が量子化器５
のデッドゾーンに入らなかった場合は、予測器７からの
予測値が有意画素と見なされ、量子化器５で得られた量
子化値が減算器６および符号化器１０へ転送される。

【００２４】予測器７は、例えば図４に示すように既に
符号化の終った画素を用いて予測を行う。図４において
、●はこれから符号化しようとする入力画素値、○は既
に符号化された画素値、◎は中心の画素の予測値である
。既に符号化された画素値は量子化誤差を含んでいるの
で、入力画素値の上にずれている場合と下にずれている
場合とがあり、図４（ａ）〜（ｄ）に示す４通り考えら
れる。これらのうち、図４（ａ）（ｂ）（ｃ）の場合は
、予測誤差は小さくなり有意画素になり難い。しかし、
図４（ｄ）のように符号化された画素値が両方とも下に
ずれている場合は、予測誤差が大きくなり有意画素にな
り易い。図４では、入力画像信号が上に凸の場合を考え
たが、下に凸の場合は既に符号化された画素値が両方共
上にずれているとき有意画素が生じ易い。

【００２５】従って、有意画素が発生した場合、予測に
用いられた画素値は同じ方向にずれている可能性が高い
と言える。そこで、有意画素が発生した場合は、後述す
る補正回路８で、予測に用いた既に符号化された画素値
を量子化値と同じ方向に補正することによって、量子化
誤差を小さくすることができる。

【００２６】量子化器５は、制御回路２により予測の各
段階毎に量子化幅またはデッドゾーンが大きくなるよう
に制御される。これによって、有意画素数を削除するこ
とができる。しかし、量子化幅やデッドゾーンを大きく
し過ぎると、復号画のＳ／Ｎが低下するため、量子化幅
やデッドゾーンについて適当な拡大率を求めなければな
らない。

【００２７】図５に、最終段階の量子化幅と拡大率αの
一例を示す。図５において、横軸が基本量子化ステップ
サイズで、縦軸が最終段階の量子化幅の拡大率αである
。これは、評価用画像として「ＧＩＲＬ」「ＡＥＲＩＡ
Ｌ」「カーネーション」「スイスの山村」を用意し、こ
れらをそれぞれ０．５ビット，１ビット，２ビットで符
号化したときの最適な拡大率αをプロットしたものであ
る。この関係を直線で近似し、基本量子化幅をｇ、最終
段階の量子化幅をｇＥ　とすると、ｇＥ　＝α・ｇ＝（１＋ｇ／２７）ｇとなる。尚、量子化幅またはデッドゾーンを予測の最終
段階だけ大きくするようにしても、有意画素の発生を抑
えて符号化効率の低下を抑えることができる。

【００２８】量子化器５の出力は、量子化値が０でない
有意画素のみ有意画素位置情報と共に符号化器１０で符
号化される。量子化値が０でなければ補正回路８が働き
、予測に用いられた画素値が予測器７から補正回路８へ
入力され、量子化値により上述のように補正された後、
メモリ９に戻される。補正画素値ＸＨは、次式により求
める。ＸＨ　＝Ｘ＋ａ・ｇ・ｓｇｎ（Ｑ）

【００２９】但し、Ｘは予測に用いた画素値、ａは補正
量、ｇは量子化幅、ｓｇｎ（Ｑ）は量子化値Ｑの正負を
表す符号である。なお、量子化幅ｇについては前述した
ように拡大してもよい。補正量ａは補正回路８で決定さ
れる。予測誤差の量子化にデッドゾーン付きの量子化器
５を用いた場合に、有意画素が発生するまで量子化誤差
が修正されないため、量子化画素に偏りが生じる場合が
ある。補正回路８でこの偏りを予測して量子化値を補正
することにより、Ｓ／Ｎの向上や有意画素数の削除を図
ることができる。

【００３０】図６は、量子化幅ｇに対する補正量ａの関
係を示す。これは画素「ＧＩＲＬ」「ＡＥＲＩＡＬ」「
カーネーション」および「スイスの山村」をそれぞれ０
．５ビット，１．０ビット，２．０ビットで符号化した
ときの最適な補正量ａをプロットしたものである。これ
より補正量ａは、ａ＝０．１５ｇとなる。よってａは０
．２程度がよい。

【００３１】外挿内挿予測符号化は、符号化手順の各段
階毎に予測誤差分布が異なるため、各段階毎に異なった
可変長符号化テーブルで符号化したほうがよい。但し、
第１段階、第２段階の符号化画素数は少ないため、全体
の統計量には大きな影響を与えないので、第１から第３
段階まで同じ符号化テーブルで符号化しても、それほど
符号化効率は変わらない。また、複数組の符号化テーブ
ルを用意し、ブロック当りの符号長の最も小さくなる符
号化テーブルを選択して、符号化を行ってもよい。その
際、選択した符号化テーブルの番号も符号化して伝送す
る。量子化された予測誤差と予測値とは加算器６に入力
され、局部復号化される。復号化された信号は、メモリ
９に書き込まれ、次の予測のために用いられる。

【００３２】制御回路２は、メモリ３の読み出しアドレ
スを制御したり、予測器７の予測係数を切り替えたり、
符号化器１０の符号化テーブルを切り替える制御を行う
。符号化器１０では量子化器５からの出力信号が例えば
ハフマン符号化される。この符号化された信号は、出力
端子１１から伝送路へ出力される。

【００３３】図７に、上述した量子化幅の変更と量子化
誤差の補正を行った場合（本発明）と行わない場合（従
来例）について、符号化ビットレートと復号画のＳ／Ｎ
との関係を調べた結果を示す。なお、画像は「ＧＩＲＬ
」「カーネーション（ＩＴＥ１）」「スイスの山村（Ｉ
ＴＥ４）」を用い、量子化器５としてデッドゾーンの片
側が量子化幅と同じである線形量子化器を用いた。符号化器１０によるハフマン符号は、画像に応じて最適
化した。同図７に示されるように、本発明によれば特に
低ビットレートにおけるＳ／Ｎが従来より最大１．５ｄ
Ｂも向上していることがわかる。

【００３４】また、図８に上述した本発明と従来のＡＤ
ＣＴ（適応離散コサイン変換）方式について、同様に符
号化ビットレートと復号画のＳ／Ｎとの関係を調べた結
果を示す。ＡＤＣＴ方式においては、符号化器１０でハ
フマン符号化する際のハフマンテーブルを画像の応じて
最適化し、また量子化テーブルはフラットにし、量子化
幅によりビットレートの調整を行った。

【００３５】本発明による画像符号化では、量子化幅の
段階的変更と量子化誤差の補正を行っている。用いた画
像は、「ＧＩＲＬ」「カーネーション」および「スイス
の山村」であり、画像サイズは「ＧＩＲＬ」が２５６×
２５６、「カーネーション」「スイスの山村」が７０４
×４８０である。

【００３６】図８に示されるように、本発明によれば演
算量の少ない外挿内挿予測符号化によってＡＤＣＴ方式
とほぼ同等の性能が得られ、ＡＤＣＴやベクトル量子化
等を用いた場合より、ハードウェアを小さくすることが
できる。図９は、本発明の他の実施例に係る画像符号化
装置の基本構成を示すブロック図であり、図１０はその
動作を説明するための図である。

【００３７】この画像符号化装置は、制御回路２２、メ
モリ２３、減算器２４、スイッチ２５、スカラ量子化器
２６、ベクトル量子化器２７、加算器２８、予測器２９
、メモリ３０および符号化器３１により構成される。

【００３８】図９において、入力端子２１より入力され
た画像信号は、メモリ２３に１画面分書き込まれ、複数
のブロックに分割されて図１０のように左上のブロック
１から順次読み出された後、量子化および符号化される
。ブロックサイズを２×２とし、現在符号化しようとす
るブロックの画素値をＸ０　〜Ｘ３　とする。まず、ブ
ロック内右下の画素値Ｘ０　を既に符号化した画素値（
この場合、ブロック７のＣ，ブロック８のＤ，Ｅ、ブロ
ック１２のＡ，Ｂ）から、例えば　　　　ＸＰ０＝Ａ＋Ｅ−Ｃ　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　…（１）

【００３９】に従ってＸＰ０を予測する
。Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅの各画素値は、メモリ３０に記憶
されており、このメモリ３０の内容を用いて予測器２９
で（１）式の計算が行われる。

【００４０】次に、スイッチ２５をスカラ量子化器２６
側に接続し、Ｘ０　−ＸＰ０をスカラ量子化器２６で量
子化し、その量子化値Ｑ（Ｘ０　−ＸＰ０）を符号化器
３１で符号化する。そして、加算器２８においてスカラ
量子化器２６で得られた量子化値に、予測器２９で得ら
れた予測値ＸＰ０が加算されて、次式（２）に示す局部
復号信号ＸＬ０　　　　ＸＬ０＝ＸＰ０＋Ｑ（Ｘ０　−ＸＰ０）　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（２）

【００４１】が得られ、メモリ３０に書き込ま
れる。もし、｜Ｘ０　−ＸＰ０｜が閾値ＴＨ０　より小
さければ、量子化も符号化も行われない。このとき局部
復号信号ＸＬ０は予測値そのままでＸＬ０＝ＸＰ０とな
り、メモリ３０に書き込まれる。符号化器３１では例え
ばハフマン符号化等を用いて、データを圧縮する。

【００４２】図１１は、図９におけるスカラ量子化器２
６の具体例を示す図である。入力端子４０から量子すべ
き右下の画素データ（Ｘ０　−ＸＰ０）が入力されると
、絶対値回路４２で絶対値｜Ｘ０　−ＸＰ０｜が得られ
る。一方、予め設定された閾値ＴＨ０が入力端子４１よ
り減算器４３に入力され、　　　　Ｈ０　＝｜Ｘ０　−ＸＰ０｜−ＴＨ０　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
…（３）が出力される。

【００４３】判定回路４４で減算器４３の出力Ｈ０　の
符号判定が行われ、もし負であればスイッチ４５が開き
、正であればスイッチ４５が閉じることにより、量子化
器４６で減算器４３の出力Ｈ０　が量子化される。

【００４４】量子化器４６の量子化特性は、ここでは例
えば図１２に示すような非線形量子化特性であるが、線
形量子化特性であってもよい。量子化器４６で得られた
量子化値に加算器４７で閾値ＴＨ０　が加算され、符号
付け回路４８で入力端子４０への入力画像信号と同じ符
号が付加された後、量子化値Ｑ（Ｘ０　−ＸＰ０）が出
力端子４９から出力される。従って、スカラ量子化器２
６の入出力特性は図１３のようになる。

【００４５】復号化装置側では、閾値ＴＨ０　の値が分
かっていなければならないので、この値を最初に符号化
しておく。この閾値を入力画像によらず完全に固定して
しまうならば、図１３のような入出力特性をＲＯＭに書
き込んでおくことにより、スカラ量子化器２６をＲＯＭ
１個で実現できる。

【００４６】なお、ここでは判定回路４４を用いて量子
化を行うか行わないかの判定を伴う量子化器の例を説明
をしたが、常にＸ０　−ＸＰ０の量子化を行う構成の量
子化器を用いてもよい。

【００４７】次に、Ｘ０　以外の画素値Ｘ１　，Ｘ２　
，Ｘ３　が予測される。これらの画素の予測値ＸＰ１，
ＸＰ２，ＸＰ３は、例えば次式（４）〜（６）の計算に
より求められる。　　　　ＸＰ１＝（Ａ＋ＸＬ０）／２　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　…（４）　　　　ＸＰ２＝（Ｅ＋ＸＬ０）／２　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　…（５）　　　　ＸＰ３＝（Ｃ＋ＸＬ０）
／２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　…（６）

【００４８】そして、
これらの予測値ＸＰ１，ＸＰ２，ＸＰ３とＸ１　，Ｘ２
　，Ｘ３　との差分値Ｘ１−ＸＰ１，Ｘ２　−ＸＰ２，
Ｘ３　−ＸＰ３を要素とする残差信号ベクトルｅ＝（ｅ
１　，ｅ２　，ｅ３　）が作成される。　　　　ｅｉ　＝Ｘｉ　−ＸＰ１　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　…（７）次に、ベクトル量子化器２７におい
て残差信号ベクトルｅの量子化が行われる。

【００４９】図１４は、ベクトル量子化器２７の具体例
を示す図である。量子化すべき残差信号ベクトルｅが入
力端子５０より入力されると、コードブック５２内に格
納されているＭ個のコードベクトルｃ（ｍ）　（ｍ＝１
〜Ｍ）が内積計算回路５１に順次入力される。コードベ
クトルｃ（ｍ）　（ｍ＝１〜Ｍ）は、残差信号ベクトル
と等しい次元数の要素より構成され、この例では　　　
　ｃ（ｍ）　＝（Ｃ１　（ｍ）　，Ｃ２　（ｍ）　，Ｃ
３　（ｍ）　）　　　　　　　　　　　　　　…（８）
で表わされる。ここで、各コードベクトルの振幅は　　
　　ｃ（ｍ）　・ｃｔ（ｍ）＝１　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…
（９）となるように予め正規化しておく。ｔは、行列の
転置を表す。

【００５０】コード番号は、コードベクトルｃ（ｍ）　
にゲインγ（ｍ）　を乗じたベクトルγ（ｍ）　・ｃ（
ｍ）　と、残差信号ベクトルｅとの次式に示す距離Ｄが
最小となるように、ｍ＝１〜Ｍの中から選択される。　　　　Ｄ＝‖ｅ−γ（ｍ）・ｃ（ｍ）　‖　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１０
）例えば距離としてユークリッド距離を用いると、Ｄは

【００５１】　　　　Ｄ＝（ｅ−γ（ｍ）・ｃ（ｍ）　）（ｅ−γ（
ｍ）・ｃ（ｍ）　）ｔ　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１１）と
なる。この（１１）式で最適なゲインγ（ｍ）　が与え
られた場合の距離Ｄの最小値は、次式で与えられる。　　　　Ｄｍｉｎ　（ｍ）　＝ｅ・ｅｔ　−｛γ（ｍ）
　｝２　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１
２）ここで、ゲインγ（ｍ）　は内積計算回路５１で次
式　　　　γ（ｍ）　＝ｅ・ｃｔ（ｍ）　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　…（１３）により計算される。

【００５２】（１２）式の左辺を最小にするコード番号
ｋは、（１３）式のゲインγ（ｍ）　の絶対値を最大に
するコード番号ｍ＝１〜Ｍの中から選択することにより
求められる。

【００５３】絶対値回路５３は、ゲインγ（ｍ）　の絶
対値を求める。符号回路５５は、ゲインγ（ｍ）　の符
号を求め、最大値探索回路５４で探索されたコード番号
ｋに対応するゲインγ（ｋ）　の符号を量子化器５６へ
出力する。量子化器５６は、最適ゲインγ（ｋ）　の符号ＳＧＮ（
γ（ｋ）　）と絶対値ＡＢＳ（γ（ｋ）　）を入力し、
最適ゲインの量子化値Ｑ（γ（ｋ）　）を出力する。

【００５４】乗算回路５７は、コード番号ｋに対応する
コードベクトルｃ（ｋ）　を乗じたベクトル、すなわち
残差信号ベクトルｅの量子化値ｅＱ　を出力する。　　　　ｅＱ　＝Ｑ（γ（ｋ）　）・ｃ（ｋ）　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（
１４）従って、現ブロックの局部復号信号ＸＬｉは　　
　　Ｘｉ　〜＝ＸＰｉ＋ｅＬｉ、　　　　ｉ＝１，２，
３　　　　　　　　　　　　　　　　　　…（１５）と
なる。

【００５５】ここではベクトル量子化器２７として図１
４を用いて説明したが、スカラ量子化器２６と同様に、
量子化器に入力される量子化すべき残差信号ベクトルが
零ベクトルに近いときはベクトル量子化を行なわない構
成のベクトル量子化器を用いると、さらに符号化効率を
上げることができる。

【００５６】図１５に、このベクトル量子化器の一例を
示す。入力端子６０から入力された残差信号ベクトルｅ
は判定回路６３に入力される。判定回路６３は残差信号
ベクトルのパワｅ・ｅｔ　を計算し、これが予め定めら
れた閾値Ｔｅ　より大きい場合だけスイッチ６１を接続
し、残差信号ベクトルｅをベクトル量子化器６２へ入力
し、ベクトル量子化を行う。ここで、図１５のベクトル
量子化器６２は図１４のベクトル量子化器と同一構成で
ある。

【００５７】この方式では、どの画素の画素値を符号化
したかという情報も符号化しなければならない。この符
号化の方法としては、例えば符号化した画素が１個以上
あるブロックを有意ブロック、１個もないブロックを無
意ブロックとし、有意ブロックを“１”、無意ブロック
を“０”として、その符号列をランレングス符号化すれ
ばよい。この有意ブロック判定はＸ０　が符号化された
かどうかだけで判定し、Ｘ０　が符号化されなければＸ
１　〜Ｘ３　も符号化しないとしてもよい。後者の方法
であれば、ＴＨ０　＝０とし、全てのブロックのＸ０　
を符号化する場合には、ブロックの有意無意判定情報を
符号化する必要がない。有意ブロックの場合、どの画素
を符号化したかという情報も符号化しなければならない
が、それは各画素に１ビットずつ割り当てハフマン符号
化等により情報を圧縮できる。

【００５８】上述の例ではブロックサイズは２×２とし
たが、以下にブロックサイズが４×４画素の場合の符号
化の例を図１６により説明する。まず、図１６（ａ）に
示すように４×４の右下の画素Ｘ０　の予測残差（○で
表す）Ｘ０　−ＸＰ０を符号化し、ＸＬ０を得る。

【００５９】次に、図１６（ｂ）に示すように、２×２
ブロックで前段で送ったもの（●で表す）以外の右下の
３つの画素の予測残差（○）を３次元の予測残差信号ベ
クトルｅ１　とし、このパワが閾値Ｔｅ１以上であれば
ベクトル量子化する。

【００６０】次に、図（ｃ）に示すように、前段で送っ
たもの（●）以外の画素の予測残差（○）から、３次元
の予測残差信号ベクトルｅ２　，ｅ３　，ｅ４　，ｅ５
　を作成し、これらのベクトルのパワがそれぞれの閾値
Ｔｅ２，Ｔｅ３，Ｔｅ４，Ｔｅ５以上であればベクトル
量子化する。

【００６１】この他の符号化の方法としては、例えば図
１７に示す方法が考えられる。この方法では、まず図１
７（ａ）に示すように、４×４の右下の画素Ｘ０　の予
測残差Ｘ０　−ＸＰ０を符号化しＸＬ０を得る。

【００６２】次に、図１７（ｂ）に示すように、画素Ａ
，Ｃ，Ｄ，Ｅ，ＸＬ０を用いて予測残差信号ベクトルｅ
１　を求め、このパワが閾値Ｔｅ１以上であればベクト
ル量子化する。

【００６３】次に、図１７（ｃ）に示すように、前段で
送ったもの（●）以外の画素のうち左上の３つの画素の
予測を隣り合う５つの●の画素を用いて予測し、残差信
号ベクトルｅ２　を求め、このパワが閾値Ｔｅ２以上で
あればベクトル量子化を行う。次に、図１７（ｄ）に示
すように、前段で送ったもの（●）以外の画素のうち○
で示す画素に対して、となりあう５つの●の画素を用い
て予測し、残差信号ベクトルｅ３　，ｅ４　を求め、こ
のパワがそれぞれの閾値Ｔｅ３，Ｔｅ４以上であればベ
クトル量子化を行う。

【００６４】次に、図１７（ｅ）に示すように、前段で
送ったもの（●）以外の○で示す３つの画素に対して、
隣り合う５つの●の画素を用いて予測を行い、残差信号
ベクトルｅ５　を求め、このパワが閾値Ｔｅ５以上であ
ればベクトル量子化を行う。

【００６５】このような手順でベクトル量子化を行うと
、図１６の場合に比べて、○の位置の画素値をより近い
●の位置の画素値を用いて予測できるので、予測性能が
高くなり、符号化効率の向上が期待できる。図１６（ａ
）及び図１７（ａ）の時のＸ０　の予測値ＸＰ０は、例
えばとすることができる。

【００６６】ここでは予測の方法としてフレーム内予測
の場合だけについて説明したが、動画像に応用する場合
、フレーム間予測の場合とフレーム内予測の場合で別々
に符号化を行い、閾値以上である有意ベクトル数の少な
い方の符号を伝送するようにしてもよい。フレーム間予
測の場合、動き補償した１フレーム前の対応する画素を
予測値とする。

【００６７】上記例ではブロックサイズＮ×Ｍが偶数の
場合について説明したが、例えば図１８に示すように３
×３の場合にも適応可能である。Ｘ０　については上記
と同様であるが、例えばＸ１　，Ｘ４　の求め方が異な
る。この場合、Ｘ１　，Ｘ４　はのように比率を変えればよい。Ｘ２　，Ｘ３　等につい
ても同様である。

【００６８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば既
に符号化されている画素値を補正するか、予測の各段階
毎に量子化幅またはデッドゾーンを大きくすることによ
り、画像符号化方式の１つである外挿内挿予測符号化方
式を用いた画像符号化装置における画像のノイズや量子
化ノイズに弱いという欠点が改善され、低ビットレート
における符号化効率を改善することができる。

【００６９】また、本発明によれば例えば２画素×２画
素程度の小さなブロック内で、まずブロック内右下の画
素を予測してスカラ量子化および符号化し、次にそれ以
外の点を内挿予測してベクトル量子化および符号化する
ことによって、ブロック内右下の画素以外については予
測誤差が小さくなるため、従来の外挿予測を用いたベク
トル量子化よりも効率のよいベクトル量子化が行うこと
ができる。この場合、スカラ量子化およびベクトル量子
化を予測誤差が予め定められた閾値以上のときのみ行う
ことにより、入力画像のノイズによるエントロピーの増
加を防ぐことができ、符号化効率が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の一実施例に係る画像符号化装置の
ブロック図

【図２】　　同実施例における外挿内挿予測符号化の手
順を示す図

【図３】　　図１における量子化器の入出力特性を示す
図

【図４】　　同実施例における量子化値の補正方法を
説明する図

【図５】　　同実施例における最終段階の量子化値と拡
大率の関係を示す図

【図６】　　同実施例における量子化値とその補正量と
の関係を示す図

【図７】　　同実施例および従来の外挿内挿予測符号化
方式における符号化ビットレートとＳ／Ｎとの関係を示
す図

【図８】　　同実施例および従来のＡＤＣＴ方式におけ
る符号化ビットレートとＳ／Ｎとの関係を示す図

【図９
】　　本発明の他の実施例に係る画像符号化装置のブロ
ック図

【図１０】　　同実施例の動作を説明するための図

【図
１１】　　図９におけるスカラ量子化器の構成を示すブ
ロック図

【図１２】　　図１１における量子化器の入出力特性を
示す図

【図１３】　　図９におけるスカラ量子化器の入出力特
性を示す図

【図１５】　　図９におけるベクトル量子化器の構成を
示すブロック図

【図１６】　　図９におけるベクトル量子化器の他の構
成を示すブロック図

【図１７】　　同実施例における予測値の算出法を説明
するための図

【図１８】　　同実施例における予測値の算出法を説明
するための図

【００７０】

【符号の説明】

１…入力端子　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２…制御回路３，９…メモリ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　４…減算器５
…量子化器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　６…加算器７…予測器　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　８…補正回路
１０…符号化器　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１１…出力端子２１…入力端子　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２２…制御回路２３…メモリ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　　２４…減算器２５…スイッチ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２６…スカラ
量子化器２７…ベクトル量子化器　　　　　　　　　　　　　　
　　２８…加算器２９…予測器　　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　３０…メモリ３１…符
号化器　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３２…出力端子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入力画像信号を複数の画素からなる複数の
ブロックに分割するブロック分割手段と、注目ブロック
内の符号化しようとする第１の画素値を既に符号化され
ている第２の画素値を用いて段階的に予測して予測値を
得る予測手段と、この予測手段により得られた予測値の
予測誤差を得る予測誤差計算手段と、この予測誤差計算
手段により得られた予測誤差を量子化して量子化値を得
る量子化手段と、この量子化手段により得られた量子化
値を符号化する符号化手段と、前記量子化手段により得
られた量子化値が所定値以上の場合に前記予測手段に用
いられた第２の画素値を補正する補正手段とを備えたこ
とを特徴とする画像符号化装置。
【請求項２】前記予測手段は、第２の画素値として前記
注目ブロックに隣接したブロックまたは注目ブロック内
の第２の画素値を用いることを特徴とする請求項１記載
の画像符号化装置。
【請求項３】前記補正手段は、量子化値が零以外の場合
に第２画素値を補正することを特徴とする請求項１記載
の画像符号化装置。
【請求項４】前記量子化手段は、量子化幅または量子化
値が零となる領域を前記予測手段の段階毎に大きくする
ことを特徴とする請求項１記載の画像符号化装置。
【請求項５】前記補正手段は、前記予測手段に用いられ
た第２の画素値の補正を前記予測誤差の量子化値と同じ
方向に行なうことを特徴とする請求項１記載の画像符号
化装置。
【請求項６】入力画像信号を複数の画素からなる複数の
ブロックに分割するブロック分割手段と、注目ブロック
内の右下の画素値を既に符号化されている画素値を用い
て予測して第１の予測値を得る第１の予測手段と、この
第１の予測手段により得られた予測値の予測誤差を得る
第１の予測誤差計算手段と、前記第１の予測手段により
得られた予測誤差が所定値以上のとき該予測誤差をスカ
ラ量子化して量子化値を得るスカラ量子化手段と、前記
注目ブロック内の右下以外の画素値を該注目ブロックに
隣接する画素値と該注目ブロック内の右下の画素値から
予測する第２の予測手段と、この第２の予測手段により
得られた予測値の予測誤差を得る第２の予測誤差計算手
段と、前記第２の予測手段により得られた予測誤差が所
定値以上のとき該予測誤差をベクトル量子化して量子化
値を得るベクトル量子化手段と、前記スカラ量子化手段
におよびベクトル量子化手段により得られた量子化値を
符号化する符号化手段とを備えたことを特徴とする画像
符号化装置。