JPH11513205A - ビデオ符号化装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 デジタル化されたビデオ画像は、電話回線などの狭帯域の通信路を介してビデオ動画像を伝送するためのシステムを提供するため、いくつかのステップを踏んで圧縮される。本システムは、ビット・プレーン符号化技術をビデオシーケンスと損失性の条件に拡張したものに基づく。圧縮技術もまた有効に活用し、無損失型の圧縮システムに適用できる。本システムは、最下位のビットプレーンをビットプレーン表現してスキップするステップ（６１）、画素をシフトするステップ（６２）、グレー符号により符号化するステップ（６５）、細分化するステップ（６３）、動き推定／動き補償処理を実行するステップ（６６）、伝送／不伝送／動き補償（ＴＸ／ＭＴ／ＭＣ）処理を実行するステップ（６７）、２つの連続した画像に対して排他的論理和（ＸＯＲ）操作（６８）を施すことにより２つの対応しあうビットプレーンの時間的冗長性を活用するステップ、拡張ＲＬＥ１Ｄ技術をプレーン毎に適用するステップ（６９）から構成されている。ＲＬＥ１Ｄ技術は、同一の二値記号で構成されるランをひとつの語で符号化するステップからなり、更に、ランは、各ランの最後から２つめの二値記号と最後の二値記号の間の区切りからなる。

Description

【発明の詳細な説明】 ビデオ符号化装置 技術分野 本発明は、通信路、特に、比較的低容量あるいは狭帯域幅を有する通信路を介 して伝送される、デジタル的に表現されたグレースケールおよびカラーの動画像 の圧縮および符号化のための方法および装置に関し、さらには画像圧縮を用いて 動画像を転送するシステムに関する。 背景技術 ビデオ信号の伝送装置を含む多くのアプリケーションでは、使用される通信路 の容量が限られている。しかし、デジタル化されたビデオ画像は、非常に多数の ビットデータから構成されている。従って、非常に多数のビットデータから構成 されたこのような画像を、低いあるいは極度に低いビット伝送速度を有するデー タ列を伝送することのできるような限られた帯域幅を有する通信路の上を転送す る時、もし画像を構成するすべてのビットデータを伝送しようとすると、ほとん どのアプリケーションについての伝送時間は、許容できる範囲を超えて長いもの になる。この状況は、特に、厳密なリアルタイム性を求められる動画像を伝送す る場合に顕著となる。 このような背景のもと、近年、デジタル化された画像についてのコーディング （符号化）方法や技術について、伝送するビット数をできるだけ少なくすること を目指して、多くの研究が進められている。 これらの方法は、以下の２つの種類に分類される。 無損失方法、すなわち、情報の欠落なしに、すなわち再構成画像が原画像とが 厳密に対応するように、受信機により画像を再構成できるように、画像と画像の 冗長性を利用する方法。 損失方法、すなわち、受信機にとって、すべてのビットデータが必ずしも同じ ように重要とはならない事実を利用する方法。この方法では、受信される画像は 原画像とは同一ではなく、例えば、人の目には、原画像と十分同一に見えるよう になる。 低いビット伝送速度のアプリケーションのためのビデオ符号化の分野では、現 状の方法の多くは、周波数領域の利用、すなわち、離散的コサイン変換（ＤＣＴ ）を含むものである。 これらのアプローチは、各々、異なるビデオ符号化規格となって実現されてい る。静止画像圧縮のためのＪＰＥＣ（Ｊｏｉｎｔ Ｐｈｏｔｏｇｒａｐｈｉｃ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）。格納およびマルチメディアアプリケーションお よび中速および高速ビット伝送速度でのビデオ符号化のためのＭＰＥＧ Ｉ／Ｉ Ｉ（Ｍｏｖｉｎｇ Ｐｉｃｔｕｒｅ Ｅｘｐｅｒｔｓ Ｇｒｏｕｐ）。ビデオ会 議、リモート監視、テレビ電話アプリケーションのためのリアルタイムビデオ符 号化のためのＣＣＩＴＴ推奨Ｈ．２６１（Ｐｘ６４）。低速ビット伝送速度（１ ６〜６４キロビット毎秒（ｋｂｐｓ））用に開発され、Ｈ．２６１に関連する、 ＣＣＩＴＴ推奨Ｈ．２６３。 他の技術としては、例えば、ウェーブレットおよび帯域分割符号化方法、フラ クタル変換、ベクトル量子化などがある。これらの圧縮方法は、多くの条件のも とで、非常に良好に作用する。しかし、これらの方法は、公衆電話回線のような 低容量の通信路上で動画像をリアルタイム伝送する場合など、極めて高い圧縮率 での問題を抱えている。 さまざまな研究開発と改良にもかかわらず、所定の品質で最終画像を得るため の画像圧縮については、圧縮率に対する品質レベルの比（圧縮／品質比）は、多 くのアプリケーションについて、未だ非常に低く十分なものにはなっていない。 特に、公衆電話回線のような６４ｋｂｐｓ未満の容量をもつ狭周波帯通信路の場 合には、顕著である。特に、低域通過（ローパス）効果、遮断（ブロッキング） 効果、不要周波数の導入上の問題が残っている。 更に、従来の符号化方法は、周波数およびフラクタル変換、フィルタ処理およ びベクトル量子化処理から構成される計算処理上も複雑で高価なシステムに依存 している。これらの計算処理手順をリアルタイムに実行するためには、ＤＣＴプ ロセッサ、ジグザグプロセッサ、ブロッキングプロセッサなどの高価な処理装置 （プロセッサ）が必要となる。 他に考えられる方法は、ビットプレーン符号化技術である。 本方法は、デジタル化された画像の画素を、多数の二進ビットプレーンにマッ ピングするものであり、その最初の二進ビットプレーンは、通常、画素の最も重 要なビットから構成されるものである。画素から構成される画像は、多数のビッ トデータから構成され、多数のビットプレーンにマッピングされる。ここで、ビ ットプレーンの数は、一画素あたりのビット数（ｂｐｐ）に等しい。 ビットデータをビットプレーンにマッピングする目的は、デジタル化されたビ デオ画像の空間的な冗長性を利用することである。圧縮の際に、この冗長性を利 用するときには、情報の欠落は発生せず、従って、本方法によって圧縮、伝送さ れる画像は、厳密にビット単位に再構成することができる。すなわち、本方法は 、無損失となる。この種類の技術は、Ｘ線医療画像、衛星宇宙画像およびファク シミリ画像などの静止画の無損失型符号化の場合に導入され、その適用は成功し ている。 ビットプレーン符号化の方法は、静止画を符号化する他の既存の符号化方法に 比べて、非常に効率的である。 書籍、Ｍ．Ｒａｂｂａｎｉ、Ｐ．Ｗ．Ｊｏｎｅｓ共著“デジタルイメージ圧縮 技術”ＳＰＩＥ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｐｒｅｓｓ Ｗａ ｓｈｉｎｇｔｏｎ（１９９１発行）には、ビットプレーン符号化技術が記載され ている。この書籍は、静止画像の無損失型符号化のための、ビットプレーン符号 化の分野でのグレー・コードも扱っている。 更に、米国特許第５，３７４，９４５号には、灰色レベル印刷のための方法が 開示されている。ここでは、いくつかのビットプレーンデータセットは、偽のビ ットプレーン、もっと重要なビットプレーン、次に重要なビットプレーン、もっ とも重要でないビットプレーン、もっとも重要でないものから一つ手前のビット プレーンから構成され、さらに各ビットプレーンの重要度が印刷時間長に対応し ている。 米国特許第５，１４２，６１９号には、ＸＯＲ論理演算を用いた技術が開示さ れている。明細書に記載の装置は、各々の画素の位置を比較するために２つのビ ットプレーンの内容を比較する手段と、同一画像の２つのビットプレーンの比較 対照となる画素の組の間の類似点と相違点を反映した第3のビットプレーン中に 対応する画素位置を設定するために、対応し合う各画素の組を排他的論理和演算 する手段とを有している。 米国特許第４，６５３，１１２号は、画像データ管理に関するものであり、こ こでは、画像データはビットプレーンの形で体系化されている。最も重要なビッ トから最も重要でないビットまでからなるデータは、第一ビットプレーンから最 後のビットプレーンに各々配置されている。 米国特許第４，５４６，３８５号は、グラフィック画像のデータ圧縮に関する ものである。グラフィック画像は、少なくとも第一の（もっとも重要なビットに 対応した）ビットプレーンと第二の（もっとも重要でないビットに対応した）ビ ットプレーンとを有している。画素の最も重要なビットと以降の画素とを、空間 的な広がりの上で、排他的論理和演算により比較する。すなわち、同一の画像の 画素間で排他的論理和演算を実行する。 欧州特許公開Ａ１ ０ ５４７ ５２８号公報では、グレー符号ビットプレー ン表現の形成が不要な、二値ビットプレーンの符号化について開示している。こ の発明では、異なるビットプレーンに対して、異なる重要度を用いている。 発明の要約 本発明の目的は、上記の方法に関連する不都合な点や問題点を解決し、高品質 の動画像を伝送し格納する目的のために圧縮する方法と装置を提供することにあ る。 上記の目的は、本発明により達成され、その特徴は添付請求の範囲に示すとお りである。 従って、本方法は、グレースケール画像とカラー画像の両者の、特に、動画像 を符号化するためのものである。また、本方法は、ビットプレーン符号化に基づ くものであり、比較的高品質ながらも、高々約１０ｋｂｐｓのビット転送速度で 、動画像を転送することができる。以上のことを実現する方法は、以下の５つの ステップに分かれている。 Ｉ．デジタル化画像をビットプレーン表現で表現し、表現した結果から、最も 情報の少ないものを転送するビットに相当するプレーン、すなわち、最下位プレ ーンをスキップする。（プレーンスキップ） ＩＩ．残りのビットプレーンをグレー符号で符号化し、この時、ビットプレー ンの冗長性を最大限活用し、最終的な信号の振る舞いを抑えるために、グレー符 号を用いる前に、残りのプレーンのビットを最下位の位置にシフトし、続いて、 空となった位置に０を設定する。 ＩＩＩ．フレームの細分化と動き評価（ＭＥ）手順を対応するフレームセグメ ントに適用することにより、伝送に必要なビット数を削減する。これにより、対 象としているフレームのフレームセグメントの動き補償（ＭＣ）予測を求め、伝 送／不伝送機構（ＴＸ／ＮＴ）により、伝送する領域の数を削減する。 ＩＶ．排他的論理和演算により時間的な冗長性を利用する。これは、プレーン ごとに、２つの連続する画像またはフレームの２つの対応するビットプレーンに 対して行われる。 Ｖ．特別に開発した単一長のランレングス符号化（拡張ＲＬＥＩＤ）技術によ り、プレーンごとに、出力シーケンスを符号化する。この技術は、符号化対象の 二値シーケンスは、同一の記号が長く連続する部分からなり、また、他の種類の 比較的多数の孤立した記号を含んでいるという事実、例えば、二値の０が長く連 続する中のところどころに他の二値記号が散在しているという事実を利用して開 発されたものである。 上記の符号化技術は、周波数領域の利用を含む技術に比べ、いくつかの利点を もっている。本技術は、空間領域に直接作用する。これにより、低域通過（ロー パス）効果、遮断（ブロッキング）効果、不要周波数の導入といった、変換に基 づく他の技術に共通に影響をあたえてきた問題を回避することができる。更に、 この技術は、デジタル化画像のビットデータの簡単な操作のみから構成され、そ こには基本的な論理演算が含まれるだけである。これによって、符号化方法を簡 単に実装でき、特に、ＶＬＳＩによる実装に好適であり、低コストのシステムを 実現できる。 上記の方法は、伝送された領域のみに動き推定／動き補償（ＭＥ／ＭＣ）処理 を適用する前に、細分化された画像の異なる領域に対して伝送／不伝送（ＴＸ／ ＮＸ）処理を導入することにより、簡素化できまたより演算量を削減することが できる。 また、上記の技術は、動画像の無損失型圧縮にも用いることができる。この場 合には、画像の劣化につながるような部分処理は使うことはできない。すなわち 、プレーンスキップ処理を実行するとはなく、さらに伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＸ ）処理は適用されない。 図面の簡単な説明 本発明は限定的なものでない実施例にもとづいて、しかも添付の図面を参照し て説明される。 図１は、ビットプレーン符号化方法を用いてデジタル的に符号化された画像を 表す画素のビットを示す図である。 図２ａおよび図２ｂは、図１と同様に、プレーンスキップ処理によりいくつか のビットプレーンがスキップされた前後の各々のビットプレーンを示す図である 。 図３は、図２ｂに示した画素のひとつのビットのシフトと、そこへの０の埋め 込みを示す図である。 図４は、連続したビデオ画像を伝送するシステムのブロック図であり、画像圧 縮で行われる様々な処理ステップのいくつかを示す図である。 図５は、図４と同様のシステムのブロック図であり、伝送／不伝送を行う手段 を有するシステムを示す図である。 図６は、図４と同様のシステムのブロック図であり、より高度の圧縮を目的と したシステムを示す図である。 図７ａおよび図７ｂは、従来のＲＬＥ１Ｄ技術と、多くの孤立したバイナリ記 号からなるシーケンスのための拡張ＲＬＥ１Ｄ技術の利用を示した図である。 発明を実施するための最良の形態 グレースケールまたはカラーのデジタル画像を圧縮する際には、まず始めに、 画像は、従来のビットプレーン符号化技術を用いて符号化されるが、ここでは、 伝送しようとするビット数を削減するために、下位のビットプレーン、すなわち 、最も重要でない（最下位の）ビットから構成されるプレーンがスキップされる 。もちろん、このように事前に画像の変化を削減しておくことは、情報の欠落に つながってしまうが、転じて、もはや圧縮は非損失となることにつながるもので あ る。しかし、欠落するビットは、意味のある情報を含んで転送するものではなく 、すなわち、損失を与えるステップは、画像の情報の中でも最も重要でない部分 に対して行われることになる。 達成された損失を与える方法は、「最下位のビットプレーンをスキップするこ とによって生じた粗い量子化によって再現される画像の歪みには、人間の視覚は 相対的に敏感でない」という実験的な事実に依っている。更に、これらのビット は、雑音によって、特に、画像取り込みに用いられるセンサ、カメラ、ＣＣＤな どによって発生する熱雑音によって、よく崩れる。従って、画像を見るという観 点からは、これらのビットはたいてい無駄なものになってしまう。 不幸にも、本方法を他の方法と客観的に比較できる、再現画像の品質について の完全な指標というものは、文献にも存在しない。ただ、容易に分かることは、 上述したプレーンをスキップする方法は、平均二乗誤差（ＭＳＥ）という最も普 通に用いられる（最大公約数的な意味での）指標によると、低品質であるという 結果に落ち着く。 それにもかかわらず、実験によると、ビットプレーン符号化を用い最下位のプ レーンをスキップする方法（プレーンスキップ方法）によって選られた画像は、 人間の目で見た限りでは十分妥当な高品質のものとして認識される。特に、低プ レーンスキップ因子の場合、すなわち一つあるいは数少ないビットプレーンのみ をスキップする場合には、画像の歪みはまったく識別されなくなる。 文献でも知られているように、損失型圧縮方法によって圧縮された画像の品質 を人間の目がどれだけ識別できるかについて、最適な指標がないということは、 結局、異なる符号化システムと符号化技術の間の画像の品質の観点からの比較は 、実験的な検証結果に依らなければならないということに帰着する。ビットプレ ーンスキップ技術についての実験結果は、人間の目で見た限り、画面上の欠落を ほとんど招くことなく、たいていの場合はいくつかの最下位のビットプレーンを スキップできることを示している。それどころか、ある点では、画面の歪みは全 く識別されなくなる。 上記の方法は、符号化対象となるプレーンの削減もするため、冗長性の削減を 含むだけではない。最上位のビットプレーンは、高度に構造化された情報によっ て特徴づけられている。これを考慮すると、ビットプレーン符号化技術によって 極めて高い圧縮率を達成できる可能性が得られる。 デジタル画像をビットプレーン表現で表現し、最下位のビットプレーンをスキ ップするステップを実行した後、残りのビットプレーンを符号化する。この符号 化の目的は、ビットプレーンの冗長性を最大限活用することにある。まず始めに 、空間的な冗長性に着目する。空間的な冗長性を最小化する従来の方法のひとつ である、この種類のアプリケーションでは、すなわち、ビットプレーン符号化は 、画像の画素をマッピングするときに、従来の二値アルファベットに代わってグ レー符号を用いるものである。 グレー符号方法は、文献上よく知られている方法である。この方法は、無損失 型の符号化と情報の欠落のないアプリケーションのために開発され、それらに用 いられている。 ここで説明する方法では、グレー符号は情報の欠落を伴う方法、すなわちプレ ーンスキップ機構に適用される。この場合、グレー符号をプレーンスキップ技術 とともに適用する時には、実験の結果、一方では、プレーンスキップ技術を用い る前にグレー符号を適用する時には、得られる圧縮は実質的なものであるが、受 信される画像の目に見える品質は劣化し不十分であることが明らかになっている 。特に、本方法によっては、画像の詳細が目に見えて激しく欠落し、より劣化し た品質になるという実験結果が示されている。一方、実験結果では、最初にプレ ーンスキップ技術を二値符号化情報に適用し、次に、グレー符号を利用すると、 本方法は、実に良好な品質をもたらし、つまりは、グレー符号を利用しないもの と同様の結果になるということが示されている。しかし、得られる圧縮結果では 、プレーンスキップ技術の適用前にグレー符号を適用するとき程には、圧縮率は 高くない。 このような現象の原因は、グレー符号処理は、元々、無損失の条件のために開 発されたものにもかかわらず、この場合、損失のある条件に適用されたためであ る。損失性のプレーンスキップ信号に施されたグレー符号処理により、１ビット の信号のダイナミックレンジが拡大し、これにより得られる圧縮率が減少する。 増加したダイナミックレンジをもつ問題への解決策は、ビットプレーンにシフ ト機構を導入することである。これにより、異なる画素とそれらの値に対応した 二進語を構成し、プレーンスキップ技術を適用するシーケンスは、シーケンスの 最下位の位置にシフトされる。これらのシーケンスの最下位の部分は、グレー符 号を用いてマッピングされる前に、プレーンスキップ段階の後で空となっていた 部分である。グレー符号を用いる前に、プレーンシフト段階で空になっていた部 分は、これらの部分に０を埋めることにより、０が入る。この操作は、あらかじ め定めれた数の段階のビットシフト操作と、シフト操作で行われる通常の０設定 操作とからなるものであり、その実行は簡単なものである。この簡単な操作によ って、グレー符号を含む処理ステップの間中、データの振る舞いを抑えることが でき、従って、はじめにバイナリプレーンをグレー符号符号化し次にプレーンス キップ技術を適用する手順で得られるものと同様の圧縮率が得られ、圧縮画像の 品質にも影響を与えない。 更に、演算処理の観点からは、グレー符号符号化処理は、単純なルックアップ テーブル（ＬＵＴ）によって実行することができる。 これまで説明した方法を、図１から図３に示す。 図１は、画像のｍ列ｎ行（ｍ×ｎ）画素をｋ枚のビットプレーンに写像する模 様を図示したものである。ここで、ｋは、画素あたりのビット数（ｂｐｐ）を表 す。ビットプレーンの構成については、（ｋ−１）番目のビットプレーンが、画 像の各画素の最上位ビットからなり、（ｋ−２）番目のビットプレーンが、画素 の最上位の次のビットからなり、画素の最下位のビットからなる最後の０番目の ビットプレーンに到るまで順に構成する。 図２ａおよび図２ｂは、プレーンスキップ技術の利用を図示したものである。 図２ａは、図１と同様に、画像のｍ列ｎ行（ｍｘｎ）画素をｋ枚のビットプレー ンに写像する模様を図示したものである。ここで、ビットプレーンは、各ビット プレーンの識別番号が、各画素の重要度に対応するように配列されている。図２ ｂは、図２ａと同様ではあるが、最下位のビットを含んでいる１枚のビットプレ ーンをスキップしてビットプレーンを構成したものを図示したものである。従っ て、図２ａの元画像では、ｍ列ｎ行の画素からなり、各画素は、ｋビットのデー タからなるように構成されていたものが、図２ｂに示されたデータ構成で定義さ れる画像は、ｍ列ｎ行の画素からなるものの、各画素は、（ｋ−１）ビットのデ ータからなる画像に変換されている。 図３は、画素の最下位ビットをスキップし、残りのビットをシフトし、画素の 残りのビットに０を埋める一連の処理を、例を用いて図示したものである。図３ に示した例では、元画像は、ｋ＝８の画素から構成されている。各画素のビット は、記号１に示すように配置されている。次に、プレーンスキップ機構を適用し 、１＝３として、最下位の３つのプレーンをスキップする。残りの画像データは 、５ビット（本例では、ｋ＝８、１＝３なので、ｋ−１＝８−３−５）からなる 画素から構成される。各画素のビットは、記号２に示すように配置される。これ らの５ビットK7からK3をシフトして、シフト操作後、空になった位置に０を埋め る。その結果、画素のビットは、記号３に示すようい配置される。このように形 成された新たなシーケンスは、シーケンスの先頭に不可された０を除き、図２ｂ の各ビットフレームのｋビットで形成された元の画素シーケンスと同一である。 すなわち、残りの最上位ビットは、もともと最下位ビットが占有していた位置に シフトされ、シフトによって空になった位置には、０が埋められたことになる。 以上の操作は、空間的な冗長性を最大限活用するために行われるものである。 動画像のための時間的な冗長性を活用する、ビットプレーン符号化技術に関連し た最適な機構も用意される。この機構は、最終的な圧縮率を著しく向上させるも のであることが実証されている。 この技術は、時間軸上で連続する２つの画像の２つの対応するビットプレーン の比較に基づくものである。本実施例では、この比較は、２つの対応するビット プレーンの間の排他的論理和演算によって実行される。この排他的論理和演算の 結果得られるものは、第３のビットプレーンであり、２つのビットプレーン間で ビットの値が変化するところには１が入り、変化しないところには０が入ったも のである。すなわち、新しい第３のビットプレーンは、２つのビットプレーンを 比較して、同じ値をもつ位置には、二値の０をもち、異なる値もつ位置には、二 値の１をもつものとなる。言い換えると、新たなビットプレーンの各要素の値を 符号化するかわりに、一つ前のビットプレーンから変化した要素のみを考慮する ことになる。これらの要素は、変分と呼ばれる。 この技術は、ビットプレーン間で変化のないビットが多数の場合、たいていは 動画像のような連続したフレームを扱う場合は、特に、ビットプレーンの冗長性 を活用できる度合いが高めることとなり、したがって、ビットプレーンのエント ロピー係数を下げることができる。実験結果によると、多くの場合で、この機構 によっり圧縮率を著しく高めることができることがわかった。 本方法は、時間的な冗長性を活用した、連続するフレームの画素（画素値）の 差に基づく通常の方法とは異なる。代わって、排他的論理和演算を用いて、プレ ーンごとの比較に基づく技術を適用する。その結果、ビットプレーンの数、すな わち、ダイナミックレンジが維持され、最終的な圧縮にとって有利なものとなる 。 従来の技術を使った場合には、符号化するもう一つのビットプレーンでは、ダ イナミックレンジは維持されない。例えば、画素あたり８ビットをもつシーケン スを考えた場合、すなわち、一つの画素が濃度レベル０から２５５で形成される ものを考えた場合、従来の比較方法によれば、ダイナミックレンジは、−２５５ から＋２５５になり、すなわち、ビットプレーンの数は、９ビットプレーンに増 加する。しかし、排他的論理和演算を用いた場合には、ダイナミックレンジは、 ０から２５５となり、８ビットプレーンのままである。 図４に、ビデオ符号化画像を伝送するためのシステムの処理ステップと対応す るシステム要素を図示する。本システムは、上述した処理ステップを実行するた めの手段を含んでいる。 まず始めに、ブロック１にて、例えば、ビデオカメラによって、画像を取り込 みデジタル化する。次に、ブロック２にて、従来のビットプレーン表現によって 画像を表現し、引き続き、ブロック３で、不要なプレーンをスキップする。次に 、ブロック４にて、プレーンをシフトし、シフト後の位置に０を埋め、引き続き 、ブロック５で、従来のグレー符号によって符号化する。ブロック６では、連続 する画像の対応するビットプレーンの時間的な冗長性を、排他的論理和演算によ って利用する。このように圧縮された画像を、次にブロック７で、従来のエント ロピー符号化技術によって符号化し、通信路８によって伝送する。この伝送時に は、通常、圧縮画像は、雑音９によって変形する。受信した情報は、ブロック１ ０で復号され、その後、圧縮画像は、所定のユーザ１１にとって利用可能な状態 とな り、圧縮復元、可視化、デジタル信号処理などに利用される。 このような手順で圧縮された画像は、まだ冗長な情報を含んでいる。できるだ けビット伝送速度を下げようしながらも、ある水準以上に画像品質を維持しよう とするシステムでは、もちろん、画像品質をそれほど損なわずに、これらの冗長 性を最大限活用することが望ましい。 動画像の場合には、画像中のいくつかの部分、例えば、背景などは、連続した 画像の１つから次にかけてはあまり変化しない。従って、画像中でこれらの部分 をフレームごとに常に伝送することは、人の目で見た限り、たいした効果はない 。動画の連続した画像中の情報を削減するための可能な普通のアプローチは、圧 縮シーケンスの最終的な画像品質にとってさほど効果がなく重要でない情報を除 去することにより、情報量を削減する伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＸ）処理を適用す ることである。 伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＸ）処理は、フレームをブロックあるいはセグメント という部分に分割することにより、冗長な情報を活用する。これらのブロックあ るいはセグメントは、最も簡素で、おそらく最も普通の方法では、Ｒ行Ｒ列の正 方ブロックとするが、これらのブロックあるいはセグメントは、他のたてよこ比 をもつ方形や、矩形でない変形した形状であってもよい。フレームをこのような より小さい領域に分割したり細分化することにより、システムは、最終的な結果 としてある意味でさほど重要でない部分や領域を、画像中で特定し局所化できる ようになる。画像中の部分や領域の冗長性のいくつかは、前述したように、変分 処理（排他的論理和演算機構）によって、適切に活用されるが、この処理は、視 覚的に冗長な冗長性については活用することはできない。この視覚的な冗長性と は、例えば、広い背景領域の色調中や非常に小さな物体の表示／非表示中に現れ る小さな変化であり、通常は視覚上は識別されないものである。伝送／不伝送（ ＴＸ／ＮＸ）処理は、このような情報の伝送を回避するものである。この種の処 理は、よく知られているものであり、さまざまな圧縮技術とともに実装され、他 の種類の符号化方法と組み合わせて用いらるものである。 ２つの連続したフレームに対する伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＸ）処理は、基本的 に、次のステップから構成されている。 Ａ）２つのフレームを領域に細分化する、細分化フェーズ。細分化の結果得ら れる領域は、単純な均一寸法をもつＲＸＲ画素、例えば１６×１６画素からなる 正方ブロックのような構造をもつ。この他、４進木アプローチとしても知られて いる異なる大きさのブロックを用いたり、さまざまな形状の領域を用いる方法も 可能である。 Ｂ）次に、２つのフレームの対応する領域を比較する。この比較の目的は、あ る種の視覚上の距離パラメータ値を求めることである。視覚上の距離パラメータ は、人間の目で見る限りでの、２つのフレーム内部の２つの対応し合う領域間の 距離あるいは違いを評価するものである。したがって、２つのフレームの２つの 対応し合う領域の視覚上の解釈とできるだけ関連づけられた視覚上の距離パラメ ータが得られることが望ましい。すなわち、ここでの関連とは、２つのフレーム の２つの対応し合う領域が互いに似ていればいるほど、視覚上の距離パラメータ は小さくなるような関係である。この視覚上の距離パラメータを得るために、文 献には、多数のさまざまな品質上の指標が提案されており、これらの指標は、こ の処理ステップに適用することができる。指標としては、単純な平均二乗誤差（ ＭＳＥ）指標から複雑な人間視覚システム（ＨＶＳ）に基づいた指標まで、幅広 く存在している。 Ｃ）上記のよく知られた品質指標によって選られた値を、あらかじめ設定した しきい値または距離しきい値と比較する。この比較結果にもとづき、システムは 、この特定した領域の伝送が必要（ＴＸ）なものか、伝送が不要（ＮＸ）なもの かを判定する。すなわち、その領域が、前に伝送した対応した領域とは異ならな いものかを判定し、現状の領域を伝送する必要がないかどうかを判断するもので ある。すなわち、品質を著しく劣化させることなく、古い領域を代わりに使える 。この処理は、フレームの各領域について実行され、従って、あらかじめ定めた しきい値を超えて内容が変化した領域のみを伝送し、これにより伝送する必要の ある情報を削減しようとするものである。 上記の種類のシステム、すなわち、ビットプレーン符号化に基づき、エントロ ピーをできるだけ削減しようとするシステムでは、伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ） 機構によって実現したエントロピー削減によって、この種類の処理は大変効率的 である。 本システムでは、ビットプレーン符号化に基づいたものであり、上記のように シフト処理によりダイナミックレンジを狭めているため、フレームの情報内容は 、従来の圧縮システムとは異なるものになっている。上述した符号化により、画 素値間の小さな変化は避けることができ、従って、画像中の対象物は、背景とは 区別され定義される。従って、シフト処理により導入されたダイナミックの縮減 は、以下に詳説するように、ダイナミックレンジを縮減するだけでなく、後述の 単純な平均二乗誤差（ＭＳＥ）アプローチによって視覚的に重要な情報をさほど 重要でない情報と分離するものである。単純な平均二乗誤差（ＭＳＥ）アプロー チは、ＭＳＥと視覚上の識別との間の相関が低いため、通常はあまり効率的では ない。しかし、本システムでは、ダイナミックの特性によって、ＭＳＥと視覚上 の識別との間の相関は増加する。 従って、ここで説明した種類の圧縮システムへ適用し、あまり品質の劣化を招 かない場合には、単純な平均二乗誤差（ＭＳＥ）機構を伝送／不伝送（ＴＸ／Ｎ Ｔ）処理に適用することが可能である。 平均二乗誤差（ＭＳＥ）機構は、簡単に実行することができる。最初のフレー ムを、細分化する、すなわち、例えば１６×１６画素（上述したような他の細分 化の方法も、もちろん可能である）からなる領域に細分化する。次に、ひとつの 領域内の画素を、ひとつ前のフレームの対応する画素と比較する。この比較は、 対応し合う画素間の距離を決定するために行う。すなわち、次式による計算をお こなう。 距離＝（Ｐ今−Ｐ前）² この計算操作は、フレームの２つの対応する領域内のすべての対応する画素に ついて、これらの間の距離を求めるために繰り返す。また、それらの平均距離を 求めるために、すなわち、フレームのすべての領域内の対応する画素について、 平均二乗誤差計算を実行する。各々がＮこの画素から構成される、２つの領域に ついて、次式による計算を行う。 距離＝１／ＮΣ_1-1 ^N（Ｐ₍₁₎今−Ｐ₍₁₎前）² 次に、この計算操作によって求められた値または平均距離を、しきい値と比較 する。このしきい値は、あらかじめユーザによって決定されたり、または自動的 に調整されたものであってよい。この比較の結果により、対象となっているフレ ームの領域を伝送すべき（ＴＸ）であるかどうかを判断したり、あるいは、現在 の時点の領域と一つ前の時点の領域の間が類似していて、人の目で見てどうかと いった観点からは、現在の時点の領域を伝送する必要がないと判定でき、以って 、一つ前の時点の領域の対応する領域を代わりに用いて、対象となっている領域 を伝送しない（ＮＴ）と結論づける。 フレームの領域のうち、上記の処理の結果、伝送しないと判定されたものは、 実際に伝送されるわけではないので、以降の圧縮のためのいかなる処理ステップ の影響を受けるものではない。不伝送のステップを導入することにより、伝送し なければならない情報の量を減少させることができ、以って、必要な伝送速度を 下げることができる。しかし、伝送する対象となる領域は、付随する圧縮処理、 すなわち、上述したグレー符号、排他的論理和演算、エントロピー符号化の影響 を多いに受ける。 また、伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理を圧縮システムに導入することを決定 した場合には、この処理は、圧縮処理のシフトステップとグレー符号ステップの 間に導入すべきである。もちろん、このようにする理由は、ＭＳＥ処理が適正に 動作するように、またＭＳＥ処理により推定した距離と視覚上の識別度との間の 相関が高まるようにすることを目的としている。同時に、このようにすることに より、計算処理のコストも減少することになる。更に、伝送／不伝送（ＴＸ／Ｎ Ｔ）処理を導入しなくても、圧縮システムは良好に動作する。 図５は、システムのより高度な実施例を示すブロック図であり、上述の伝送／ 不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理と、更に、動き推定／動き補償処理（ＭＥ／ＭＣ）と からなるシステムである。 動き推定／動き補償（ＭＥ／ＭＣ）処理は、時間的な冗長性を活用する度合い をより高めるための方法であり、文献にもよく知られているとおりである。この ような処理は、伝送しなければならない情報の量を減少させるために、特に、フ レームが動く物体を含むような動作シーケンスの場合に用いられる。その場合に は、動き推定／動き補償（ＭＥ／ＭＣ）処理を応用することにより、フレーム内 の領域またはブロック内部の動く物体のモーションベクトルのみを伝送すること ができる。動き推定と動き補償を行うための方法は、多くのものがあり、それら は周知のものである。動き補償処理の目的は、伝送しなければならない情報の量 を減少させるものであり、この場合は、変化の数である。 上記のシステムでは、低コストのビデオ符号化装置を提供することと、情報の エントロピーを減少させ、究極的には、必要な伝送速度を減少させることを目的 としており、そこでは、動き補償処理は、伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理と関 連して、有利に用いることができる。 まず始めに、伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理を適用する。この結果、細分化 されたフレーム内のいくつかの領域は、伝送しない（ＮＴ）ものとして判定され る。その後、何らかの既知の動き推定処理を適用し、フレーム内の領域またはブ ロックの動きを予測する。この際、対象にするフレームは、用いられた品質指標 と用いられたしきい値との比較によって、伝送するべきものと判定されたフレー ムとする。動き推定に基づき、動き補償が行われた領域は、システムの以降の処 理ステップ、すなわち、排他的論理和演算とプレーンごとのエントロピー符号化 とに従って、圧縮の対象とする。動きに関連した情報は、文献に記載された何ら かの適切な既知の方法によって、モーションベクトルとして伝送される。 動き補償（ＭＣ）の導入は、伝送すべき情報の削減だけをする。これは、以下 の圧縮の処理ステップでの、無損失型圧縮に依るものである。従って、この操作 は、視覚上の画像の品質を変更するものではまったくなく、画像品質は、伝送／ 不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理のみを含む場合とまったく同一となる。 しかし、動き推定／動き補償処理（ＭＥ／ＭＣ）の導入によって、システムに 対する計算処理負荷は増加するものの、動き推定に影響を受けるフレームの領域 のみが伝送される部分となるため、計算処理負荷は極端に増加することはない。 動き推定／動き補償処理（ＭＥ／ＭＣ）への低コストの手法を用いる。 上記のすべての処理ステップを用いたシステムを、図５に図示する。すなわち 、ブロック５１に示したプレーンスキップ処理の後に残るビットプレーン表現し たフレームは、ブロック５２に入力され、そこで図３に図示したシフト演算処理 を行う。次にブロック３で、フレームを適当なブロックまたは領域に細分化する 。 引き続き、ブロック５４で、グレー符号処理を行う。ブロック５３での処理結果 は、ブロック５５とブロック５６の動き推定処理に渡される。ブロック５５では 、可視的距離に関する指標としてＭＳＥを用いた処理により、伝送／不伝送（Ｔ Ｘ／ＮＴ）処理を実行する。以前に伝送されメモリ５９に格納されているフレー ムの対応する領域と、ブロック５３から渡された現在の領域との間の類似性に基 づき、判定がなされる。 その後、残ったブロックまたは領域について伝送すべき（ＴＸ）ものは、動き 推定（ＭＥ）により判定され、予測された動き補償（ＭＣ）ブロックが結果とし て得られる。これは、ブロック５６にて、排他的論理和ブロック５０と逆グレー 符号処理を行うブロック４８からなる復号器から、以前に伝送されたフレームを 符号化しシフト処理し細分化したものを与えられたメモリ５９から、以前に伝送 された対応したブロックを動き推定／動き補償（ＭＥ／ＭＣ）処理ブロック５６ に送ることにより、実行される。排他的論理和ブロック５０は、動き補償処理ブ ロック５６に接続されたグレー符号処理ブロック４９からの出力と、ブロック５ ７からの出力との間の排他的論理和演算を実行する。これにより、受信機により 受信されるように、シフトされ細分化された画像を再構成する。その後、現在の 領域と、以前に伝送された対応する領域の、ブロック４９でグレー符号処理され 動き補償された領域の間についての排他的論理和演算をブロック５７で実行し、 最終的に、ブロック５８で、プレーンごとのエントロピー符号器により、情報が 符号化される。 動き推定を行うために、例えば、ブロックマッチング方法を用いることができ る。この方法は、エー・エヌ・ネトラバリ、ビー・ジー・ハスケル共著“デジタ ル画像”第２版、プレナムプレス １９９５年発行、３４０ページ（Ａ．Ｎ．Ｎ ｅｔｒａｖａｌｉ ａｎｄ Ｂ．Ｇ．Ｈａｓｋｅｌ，“Ｄｉｇｉｔａｌ Ｐｉｃ ｔｕｒｅｓ”，２ｎｄ ｅｄ．Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ １９９５ ｐ．３４ ０）に記載され、また、ＩＴＵ−Ｔ推奨規格Ｈ２６１、ジュネーブ、１９９０年 夏発行（ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｈ２６１，Ｇｅｎｅｖａ ，Ａｕｇｕｓｔ １９９０）に用いられ、そこに記載されている。 上記の圧縮方法は、図４に図示したように、特に、本図を引用して説明したす べての処理ステップを用いる場合には、高比率で圧縮したグレースケールまたは カラー画像を生成するものであり、これらの画像は、２５から３０ｋｂｐｓの伝 送容量をもつ狭帯域の通信路の上で伝送するのに適したものである。この圧縮方 法は、また、図５に図示した伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理や動き補償（ＭＣ ）処理のようなより高度な処理を組み込むことが可能であり、圧縮方法としては 計算負荷や計算複雑度を増加させるものではあるが、必要となる伝送速度を大幅 に低減させるものである。 本方法の様々な内部処理ステップは、シフト処理、テーブル参照処理、排他的 論理和演算など、内部処理ステップの一部あるいは全部を用いた伝送システムの 構築コストを低く抑えることを可能とした基本演算のみから構成されている。さ らに、計算複雑度が低いことは、本方法をリアルタイムシステムに応用した場合 に最適なものとすることに、大いに貢献している。 しかし、もし高い圧縮率を主目的とし、圧縮システムの実装コストを副次的な ものとして捉える場合には、システムの性能をより向上させることが可能となる 。これは、動き推定／動き補償（ＭＥ／ＭＣ）処理に、網羅的な処理方法を採用 するアプローチによって実現できる。このようなシステムを、図６のブロック図 で説明する。 このシステムは、上記のすべての処理要素を含むものの、いくつかの新しい処 理ブロックが追加されている。ブロック６１でプレーンスキップ機構に依存した ビットプレーン表現フレームがシステムに入力される。入力されたフレームに対 して、図３で説明した手順によって、ブロック６２にてシフト処理が施される。 次に、ブロック６３にて、フレームは、領域、あるいはブロックまたはセグメン トと呼ばれる部分に分割される。 これらのブロックまたはセグメントは、最も簡素で、おそらく最も普通の方法 では、Ｒ行Ｒ列の画素からなる正方ブロックとするが、これらのブロックあるい はセグメントは、他のたてよこ比をもつ方形や、変形した形状であってもよい。 これらのブロックあるいはセグメントは、他のたてよこ比をもつ方形や、矩形で ない変形した形状であってもよい。フレームをこのようなより小さい領域に分割 したり細分化することにより、システムは、最終的な結果としてある意味でさほ ど重要でない部分や領域を、画像中で特定し局所化できるようになったり、また 、例えば、動き補償により、全体の画像をまとめて扱うよりも、分割したブロッ クごとに、より効率的に冗長性を活用できるようになる。 次に、細分化された画像は、ブロック６７と６６での処理に委ねられる。次に 、細分化された画像は、上述のように、ブロック６５にてグレー符号処理により 符号化される。その後、画像全体がブロック毎またはセグメント毎にスキャンさ れ、画像中のオブジェクトの動き推定（ＭＥ）を行う。この動き推定は、文献に 記載された多くの周知の処理方法のひとつに従い、メモリブロック６４に格納さ れた、以前に復号化された画像を用いて行われる。復号化の処理は、排他的論理 和演算と逆グレー符号処理を行うブロック７２とブロック７０にて行われ、図５ のブロック４８とブロック５０に関連して説明したものと同様の方法で、受信画 像を再構成し、シフト処理後細分化したものが得られる。 次に、すべてのブロックは、ブロック６６の動き推定（ＭＥ）処理に委ねられ る。ここでは、本技術は、前述の技術よりも計算コストが高いものとなる。一方 、より高い圧縮率が達成できるものになる。 動き推定の結果は、予測された動き補償画像を形成するために用いられ、これ により、伝送すべきブロックあるいはセグメントの数およびブロック中の変化の 数が減少する。このように、動き情報に関しては、以前のブロックに関連してこ れらの動き補償がなされたブロックの動きパラメータ（モーションベクトル）の みが伝送されることが必要となる。これらのブロックまたはセグメントについて の動き推定と動き補償は、ブロック６６で実行される。 動き推定を行うために、例えば、ブロックマッチング方法を用いることができ る。この方法は、この方法は、エー・エヌ・ネトラバリ、ビー・ジー・ハスケル 共著“デジタル画像”第２版、プレナム プレス １９９５年発行、３４０ペー ジ（Ａ．Ｎ．Ｎｅｔｒａｖａｌｉ ａｎｄ Ｂ．Ｂ．Ｈａｓｋｅｌ，“Ｄｉｇｉ ｔａｌ Ｐｉｃｔｕｒｅｓ”，２ｎｄ ｅｄ．Ｐｌｅｎｕｍ Ｐｒｅｓｓ １９ ９５ ｐ．３４０）に記載され、また、ＩＴＵ−Ｔ 推奨規格Ｈ２６１、ジュネ ーブ、１９９０年夏発行（ＩＴＵ−Ｔ Ｒｅｃｏｍｍｅｎｄａｔｉｏｎ Ｈ２６ １，Ｇｅｎｅｖａ，Ａｕｇｕｓｔ １９９０）に用いられ、そこに記載されている。 次ぎに、２つのフレームの対応し合う領域、すなわち、現在および以前のもの の間の比較を行う。復号化された以前のフレームは、前述したように、ブロック ６４で得られる。この比較の目的は、ある種類の視覚的な距離パラメータの値を 求めることにある。視覚的な距離パラメータは、人間の目に識別できるという観 点から、２つのフレームに含まれる２つの対応し合う領域の間の距離を定量的に 評価するものである。上述したように、２つのフレームの２つの対応し合う領域 の視覚上の解釈とできるだけ関連づけられた視覚上の距離パラメータが得られる ことが望ましい。すなわち、ここでの関連とは、２つのフレームの２つの対応し 合う領域が互いに似ていればいるほど、視覚上の距離パラメータは小さく（ある いは大きく）なるような関係である。 このセグメント毎の比較に基づき、システムは、特定のセグメントについて、 対象としている領域またはセグメントのすべての情報、すなわち、動きパラメー タと変化について、伝送すべき（ＴＸ）ものなのか、あるいは、動き補償（ＭＣ ）処理した領域の動きパラメータのみを伝送すれば十分なのか、または、対象と している領域の情報について、すなわち動きパラメータも変化も伝送する必要が なく、結果として領域を伝送しない（ＮＴ）ものと判断すべきものなのかを判断 する。この比較と判断は、ブロック６３からの出力と、以前の伝送セグメントに 対して動き補償処理が施されたものをブロック６６から出力されたものとを受け 取り、ブロック６７で行われる。伝送すべき（ＴＸ）ものであり動き補償（ＭＣ ）すべきものと判断されたセグメントの動きパラメータは、何らかの周知の技術 に従って、伝送される。伝送すべき（ＴＸ）ものと判断されたフレームは、ブロ ック６８の排他的論理和演算に委ねられ、このブロック６８には、現在のセグメ ントと、ブロック６６からの出力であるグレー符号処理結果とが入力として与え られる。ブロック６６から出力されたセグメントのグレー符号処理は、ブロック ７１で行われる。この処理の結果は、上記で詳説したように、変化のなかったビ ット部分には０が入り、変化のあったビット部分には１が入るようになっている 。ほとんど変化の見られない場合には、出力の二値シーケンスは、多くの二値０ と、いくつかの孤立したところに点在する二値１とから構成されるようになる。 このビットパタンを活用するために、特別な種類の一方向ランレングス符号化 （ＲＬＥ１Ｄ）方法が、プレーン毎のエントロピー符号化段階のために開発され ている。従来のＲＬＥ１Ｄ符号化方法を、図７ａに示す。この方法は、周知のも のであり、端的に言うと、二値１と二値０との間にほとんど遷移のない二値シー ケンスを利用する方法として説明することができる。この符号化では、２つの独 立したアルファベット記号を用い、一方は０に、他方は１に対応させる。例えば 、Ｂ（黒）を０に、Ｗ（白）を１に対応させる。シーケンスを、１と０の連続し たデータとして符号化し、例えば、７つ０が続くところは、７Ｂとし、次に１が ４回続くところは、４Ｗとするなど、図７ａに図示してあるとおりである。１と ０が続く長いシーケンスの場合には、この符号化処理によって、シーケンスの記 号の数を減少させることができ、数値上は、圧縮率を高めることにつながること が容易に分かる。 一方、上述したように、排他的論理和演算ブロック６８の出力シーケンスは、 比較的多数の孤立した１から構成されることが見込まれる。この種類のビットパ タンを活用するために、ＲＬＥ１Ｄ処理の拡張版（拡張ＲＬＥ１Ｄ）が開発され ている。この拡張版では、孤立して点在する１の条件を利用し、従来のＲＬＥ１ Ｄ処理とは異なり、１または０の連続する部分は、その終わりにひとつの区切り を持っている。すなわち、１が連続する部で、その終わりにひとつの０が現れる 部分をひとつ記号で表す、またその反対に、０が連続する部で、その終わりにひ とつの１が現れる部分をひとつ記号で表す。この方法を、図７ｂに例を用いて示 す。ここでは、図７ａに図示した従来のＲＬＥ１Ｄで符号化したシーケンスと同 一の元シーケンスを用い、拡張ＲＬＥＩＤで符号化した結果を示している。例え ば、拡張ＲＬＥ１Ｄでは、３つの０に続いて１つの１が現れる部分は、４Ｂとし て符号化される。すなわち、ひとまとまりにする部分（ラン）の長さを数字部分 に使い、その部分の先頭に現れるもの（０または１）によってアルファベット記 号を表す。図７ａおよび図７ｂに示した例では、孤立して点在する１の数は、比 較的多く、符号化する必要のあるひとまとまりにする部分（ラン）の数は、図７ ａでは２０であったものが、図７ｂでは１１に減っている。このように、実質的 に情報の数を削減できた。また、拡張ＲＬＥ１Ｄを用いる方が常に良い符号化結 果を与え、孤立した１または０がまったくないような最悪の場合でも、ＲＬＥ１ Ｄを用いた符号化結果と同等の数になる。 シーケンスを通信チャンネルに送り出す前に、ブロック６９にて、拡張ＲＬＥ １Ｄ処理をプレーン毎に実行する。実験の結果、本例で説明した圧縮システムは 、動画像を１０から１６ｋｂｐｓの伝送速度で、良好な画像品質を得ることがで き、ある条件下では、６から７ｋｂｐｓの伝送速度が得られることが示されてい る。 最後に、上記の方法は、容易に、無損失のアプリケーションに適用できること を示す。このような場合には、プレーンはスキップされず、すなわち、圧縮の前 にはビットプレーンが除去されることはない。また、伝送／無伝送（ＴＸ／ＮＴ ）処理のためのしきい値は、０に設定し、すなわち、変化したブロック全部を圧 縮し伝送する。従って、画像の歪みは発生せず、圧縮は無損失となる。 プレーンはスキップせず、シフト処理も不要なため、グレー符号処理について も同様の操作を用い、すなわち、グレー符号処理はその特有の無損失条件で直接 適用する。次に、全てのプレーンに対して、排他的論理和演算とエントロピー符 号化を行う。各々のビットプレーンに対して、それらの異なる特性に応じて、異 なる符号化操作を適用する。例えば、最上位のビットプレーンは、孤立して点在 する１の数が少なく、より構造化が進んでいるが、一方で、最下位のビットプレ ーンは１と０とをほぼ同数づつ含んでいる。こういった状況を考慮して、適切な 符号化操作を選択する。また、オプションとして、動き推定／動き補償（ＭＥ／ ＭＣ）処理を導入することも可能である。しかし、多くの場合、これによる改善 はほんの僅かである。 本方法を無損失に拡張することは、ある特定のアプリケーションでは興味ある ところである。リアルタイムの損失性アプリケーション（ビデオ電話、ビデオ会 議）の場合、通常のビデオ通信としては十分な画像品質となるが、文書や画像、 図面を伝送するような特別な状況では、その伝送画像品質は通常不十分なものと なる。また、医療分野や法曹分野で伝送に用いるような特別の場合にも、不十分 となる。このような場合には、特定の画像を静止させることが可能で、リアルタ イムの損失型伝送の通常の条件に切り替え戻す前に、その特定の画像のために無 損失型伝送を設定することができる。この切り替えは、プレーンスキップ処理、 伝送／無伝送（ＴＸ／ＮＴ）処理のしきい値などの圧縮処理のいくつかのパラメ ータを変更するだけで可能である。 無損失型符号化の他の応用分野として、情報蓄積がある。シーケンスを格納す るためには、膨大な量のメモリが必要となる。例えば、テレビ局、マルチメディ ア製作会社、ネットワーク会社などの分野である。ＭＰＥＧ ＩおよびＭＰＥＧ ＩＩ規格は、たいていメモリ量を節約するために適用されるが、これらの技術 は損失型であり、シーケンスに劣化を引き起こすものである。画像の歪みがない ことが求められ、シーケンスが同一の品質で再構成されることが求められる場合 には、無損失型の圧縮システムが必要となる。 無損失型の静止画圧縮技術は、各フレームに独立に適用することができるが、 時間的な冗長性、すなわちフレーム間の相関は、考慮されない。本実施例で説明 したような方法とシステムは、この問題についての解決策を提供するものである 。この方法とシステムは、高圧縮率が求められる場合には、大小の歪み量を制御 できることを含んだ柔軟性を保証するだけでなく、簡単で、処理対象とする信号 数を増加させることなくシーケンス中の時間的な冗長性も活用できるといった特 徴をもっている。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (31)優先権主張番号 ９５０３７３６−２ (32)優先日 1995年10月24日 (33)優先権主張国 スウェーデン（ＳＥ） (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，Ｌ Ｕ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ， ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，Ｓ Ｚ，ＵＧ)，ＵＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，Ｉ Ｌ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ， ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，Ｒ Ｕ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ 【要約の続き】 に、ランは、各ランの最後から２つめの二値記号と最後 の二値記号の間の区切りからなる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ビットプレーン表現で画像を表現するステップと、 ビットプレーン表現画像の少なくとも最下位のビットプレーンを取り除くこと により、画像中の情報内容を削減するステップとからなることを特徴とするデジ タル化画像の損失型圧縮方法。 ２．請求項１記載の方法において、 残っている二値ビットプレーンは、最下位位置にシフトされ、前記プレーンが シフトしたときに空となった位置に０を埋め、 シフトしたビットプレーンの画素はグレー符号により符号化されることを特徴 とする方法。 ３．請求項２記載の方法において、 異なる画像からの２つのビットプレーンのビットの間で排他的論理和（ＸＯＲ ）操作を行い、その結果を、前記２つの異なるビットプレーンの間で異なるビッ トを表す第三のビットプレーンとすることを特徴とする方法。 ４．請求項３記載の方法において、 ＸＯＲ操作から得られた二値出力シーケンスは、各ランの最後から２つめの二 値記号と最後の二値記号の間にひとつの区切りがあるように、ランに分割され、 各ランは一つの符号語によって符号化することを特徴とする方法。 ５．最下位のビットプレーンあるいは複数のビットプレーンをスキップする手 段を含むことを特徴とする、ビットプレーン表現されたビデオ画像を圧縮する装 置。 ６．請求項５記載の装置において、 スキップ手段に接続され、プレーンをシフトし、プレーンがシフトした際にで きる空き位置に０を埋める手段と、 シフトされたビットプレーンの画素を、グレー符号によって符号化する手段と を含むことを特徴とする装置。 ７．請求項６記載の装置において、 シフトと０埋め手段に接続され、異なる画像からの２つのビットプレーンのビ ットの間で排他的論理和（ＸＯＲ）操作を行い、その結果を、前記２つの異なる ビットプレーンの間で異なるビットを表す第三のビットプレーンとする手段を含 むことを特徴とする装置。 ８．請求項７記載の装置において、 ＸＯＲ操作を行う手段に接続され、ＸＯＲ操作から得られた二値出力シーケン スを、各ランの最後から２つめの二値記号と最後の二値記号の間にひとつの区切 りがあるように、ランに分割する手段と、 各ランを一つの符号語によって符号化する手段とを含むことを特徴とする装置 。 ９．２つの異なるビットプレーンで表現された画像のビットプレーンの時間的 な冗長性を評価もしくは活用する方法であって、異なる画像からの２つのビット プレーンのビットの間で排他的論理和（ＸＯＲ）操作を行い、その結果を、前記 ２つの異なるビットプレーンの間で異なるビットを表す第三のビットプレーンと することを特徴とする方法。 １０．請求項９記載の方法において、 前記排他的論理和（ＸＯＲ）操作は、同一の重要度を有する２つの対応し合う ビットプレーンに対して行われることを特徴とする方法。 １１．請求項９および請求項１０記載のいずれかの方法において、 前記２つの画像は、動画像の２つの連続した画像であることを特徴とする方法 。 １２．２つの異なるビットプレーンで表現された画像のビットプレーンの時間 的な冗長性を評価もしくは活用する装置であって、異なる画像からの２つのビッ トプレーンのビットの間で排他的論理和（ＸＯＲ）操作を行い、その結果を、前 記２つの異なるビットプレーンの間で異なるビットを表す第三のビットプレーン とする手段を含むことを特徴とする装置。 １３．請求項１２項記載の装置において、動画像の２つの連続したフレームに 対して排他的論理和（ＸＯＲ）操作を行う手段を含むことを特徴とする装置。 １４．送信機と受信機とからなり、ビットプレーン表現された動画像を伝送す るシステムであって、 前記送信機は、 ビットプレーン表現された入力動画像のひとつあるいはいくつかのビッ トプレーンをスキップする手段と、 前記スキップ手段に接続され、プレーンがスキップされた画像のビット プレーンの画素をシフトする手段と、 前記シフト手段に接続され、画素をシフトしたことにより空となった位 置に０を埋める手段と、 前記０埋め手段に接続され、シフトされたビットプレーンの画素をグレ ー符号によって符号化する手段と、 前記グレー符号符号化手段に接続され、排他的論理和（ＸＯＲ）演算を 用いて２つの異なる画像の２つのビットプレーンを比較し、２つの異なるビット プレーンの間で異なるビットを表す第３のビットプレーンを形成する手段と、 前記ＸＯＲ演算手段に接続され、前記ＸＯＲ演算手段からの出力シーケ ンスをエントロピーコードで符号化し伝送する手段とからなり、 前記受信機は、受信した画像の復号と伸張とを行うための手段からなることを 特徴とするシステム。 １５．請求項１４記載のシステムにおいて、 前記グレー符号符号化手段に接続され、プレーンスキップ画像の細分化を実行 し、伝送／不伝送（ＴＸ／ＮＴ）操作を細分化画像に対して実行する手段を含む ことを特徴とするシステム。 １６．請求項１４記載のシステムにおいて、 前記グレー符号符号化手段に接続され、プレーンスキップ画像の細分化を実行 する手段と、 動き推定（ＭＥ）を実行する手段と、 伝送／動き補償／不伝送（ＴＸ／ＭＣ／ＮＴ）操作を細分化画像に対して実行 する手段とを含むことを特徴とするシステム。 １７．二値記号のシーケンスを符号化する方法であって、 バイナリシーケンスは、各ランの最後から２つめの二値記号と最後の二値記号 の間にひとつの区切りがあるように、ランに分割され、 各ランは一つの符号語によって符号化することを特徴とする方法。 １８．二値記号のシーケンスを符号化する装置において、 バイナリシーケンスを、各ランの最後から２つめの二値記号と最後の二値記号 の間にひとつの区切りがあるように、ランに分割する手段と、 各ランを一つの符号語によって符号化する手段を含むことを特徴とする装置。 １９．動画像のフレームをビットフレーム表現するステップからなる動画像の 無損失型圧縮方法であって、 排他的論理和（ＸＯＲ）演算操作を、動画像の第一フレームの第一ビットプレ ーンと第２フレームの対応し合うビットプレーンとの間で実行し、該演算操作の 結果として第３のビットプレーンを求め、 以降の圧縮処理において、前記第２のビットプレーンに代わり、前記第３のビ ットプレーンを用いることを特徴とする方法。 ２０．動画像のフレームをビットフレーム表現するステップからなる動画像の 無損失型圧縮装置において、 排他的論理和（ＸＯＲ）演算操作を、動画像の第一フレームの第一ビットプレ ーンと第２フレームの対応し合うビットプレーンとの間で実行し、該演算操作の 結果として第３のビットプレーンを求める手段と、 以降の圧縮処理のために配備されたその他の手段に対して、前記第２のビット プレーンに代わり、前記第３のビットプレーンを出力する手段とを含むことを特 徴とする装置。