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発明の名称 符号化装置と復号装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平7−67108
公開日 平成7年(1995)3月10日
出願番号 特願平5−209346
出願日 平成5年(1993)8月24日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小鍜治 明 (外2名)
発明者 重里 達郎
要約 目的
映像信号を圧縮して符号化する装置で、圧縮時に用いる量子化による歪みを改善する符号化装置と復号装置を実現する。

構成
1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記映像信号を連続するnページ毎にグループ化し、前記1ページ内で映像信号をブロック化して前記ブロック毎に変換成分値に変換する変換部103と、前記1ページの変換成分値に対してn種類の量子化方法を準備し、前記連続するnページの映像信号の第i番目のページの変換成分値を前記n種類の量子化方法のうち第i番目の量子化方法で量子化して量子化成分を生成する量子化部104と、前記量子化成分と前記iの値を符号化する符号化部105とを備えた構成である。
特許請求の範囲
【請求項1】1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記映像信号を連続するnページ毎にグループ化し、前記1ページ内で映像信号をブロック化して前記ブロック毎に変換成分値に変換する変換手段と、前記1ページの変換成分値に対してn種類の量子化方法を準備し、前記連続するnページの映像信号の第i番目のページの変換成分値を前記n種類の量子化方法の第i番目の量子化方法で量子化して量子化成分を生成する量子化手段と、前記量子化成分と前記iの値を符号化する符号化手段とを備えることを特徴とする符号化装置。
【請求項2】1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記映像信号を連続する2ページ毎にグループ化し、前記1ページ内で映像信号をブロック化して前記ブロック毎に変換成分値に変換する変換手段と、前記1ページの変換成分値に対して第1および第2の量子化方法を準備し、かつ前記2種類の量子化方法は各々四捨五入と切り捨ての量子化丸め手段を有しており、前記第1の量子化方法と第2の量子化方法は、ページ内の同一位置の変換成分に対応する前記第1の量子化方法による量子化丸めと前記第2の量子化方法による量子化丸めとが異なるようにし、前記連続する2ページの映像信号の第i番目のページの変換成分値を前記2種類の量子化方法のうち第i番目に相当する量子化方法で量子化して量子化成分を生成する量子化手段と、前記量子化成分と前記iの値を符号化する符号化手段とを備えることを特徴とする符号化装置。
【請求項3】量子化丸め手段は、量子化時に変換を行うブロック内の略1/2の変換成分に対して四捨五入を適用し、前記約四捨五入を適用した変換成分以外の変換成分に対して切り捨てを適用する第1の量子化丸め手段と、前記ブロック内の前記第1の量子化丸め手段で四捨五入を適用する変換成分に対して切り捨てを適用し、前記第1の量子化丸め手段で切り捨てを適用する変換成分に対して四捨五入を適用する第2の量子化丸め手段とを備えることを特徴とする請求項2記載の符号化装置。
【請求項4】1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記1ページ内で映像信号を変換成分値に変換し、量子化し、符号化する符号化装置で符号化されたデータを復号する装置であって、前記符号化されたデータから量子化成分を復号する復号手段と、前記量子化成分から変換成分値の存在範囲を生成する第1の逆量子化手段と、第iページに隣接するページに属する変換成分値の存在範囲と前記第iページの変換成分の存在範囲を用いて第iページの変換成分値を生成する第2の逆量子化手段と、前記第2の量子化手段で生成された変換成分値を逆変換して映像信号を生成する逆変換手段とを備えることを特徴とする復号装置。
【請求項5】第2の逆量子化手段は、第iページのある変換成分値の存在範囲が、第iページに隣接するページの前記変換成分と同一位置に対応する変換成分値の存在範囲とオーバーラップする場合に、そのオーバーラップしている部分から変換成分値を生成することを特徴とする請求項4記載の復号装置。
【請求項6】第2の逆量子化手段は、第iページのある変換成分値の存在範囲が、第iページに隣接するページの前記変換成分と同一位置に対応する変換成分値の存在範囲とオーバーラップしない場合に、前記第iページの変換成分値の存在範囲内で、かつ前記隣接するページの変換成分値の存在範囲に近い変換成分値を生成することを特徴とする請求項4記載の復号装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、映像信号を高能率符号化してデータ量を削減する符号化装置、および符号化されたデータを復号する復号装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、映像信号を記録・伝送する際に、データ量を低減するために高能率符号化を用いることが多くなされている。高能率符号化の具体的な方法としては、まず入力映像信号を隣接する複数の画素毎にブロックを構成し、各ブロック毎に直交変換を行う。次に、直交変換された変換成分値を量子化して可変長符号化する。量子化とは符号化後のデータを低減するために、入力された変換成分値を所定の量子化幅で除算して量子化値に変換する動作である。また、入力される映像信号の情報量が大きい場合には量子化幅を大きく設定し、入力される映像信号の情報量が小さい場合には量子化幅を小さく設定する。これによって、符号化後のデータ量をほぼ一定量に制御することが可能になる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】さて、入力される変換成分値を量子化幅で除算する場合には、量子化値の小数点以下の値を丸め込んでしまう。このため、復号時に量子化値に量子化幅を乗算した値と符号化前の変換成分値との間に誤差が発生する。この誤差を量子化誤差と呼び、量子化誤差は量子化幅に比例して大きくなる。このため、上記のような構成では、入力される映像信号の情報量が大きい場合には、大きな量子化誤差を発生し、画質劣化を招く。
【0004】本発明はかかる点に鑑み、圧縮時に用いる量子化による歪みを改善する符号化装置と復号装置を提供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】第1の発明の符号化装置は、1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記映像信号を連続するnページ毎にグループ化し、前記1ページ内で映像信号をブロック化して前記ブロック毎に変換成分値に変換する変換手段と、前記1ページの変換成分値に対してn種類の量子化方法を準備し、前記連続するnページの映像信号の第i番目のページの変換成分値を前記n種類の量子化方法の第i番目の量子化方法で量子化して量子化成分を生成する量子化手段と、前記量子化成分と前記iの値を符号化する符号化手段とを備えた構成としたものである。
【0006】第2の発明の符号化装置は、1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記映像信号を連続する2ページ毎にグループ化し、前記1ページ内で映像信号をブロック化して前記ブロック毎に変換成分値に変換する変換手段と、前記1ページの変換成分値に対して第1および第2の量子化方法を準備し、かつ前記2種類の量子化方法は各々四捨五入と切り捨ての量子化丸め手段を有しており、前記第1の量子化方法と第2の量子化方法は、ページ内の同一位置の変換成分に対応する前記第1の量子化方法による量子化丸めと前記第2の量子化方法による量子化丸めとが異なるようにし、前記連続する2ページの映像信号の第i番目のページの変換成分値を前記2種類の量子化方法のうち第i番目に相当する量子化方法で量子化して量子化成分を生成する量子化手段と、前記量子化成分と前記iの値を符号化する符号化手段とを備えた構成としたものである。
【0007】第3の発明の複号装置は、1フィールドまたは複数フィールドからなる映像信号を1ページとし、前記1ページ内で映像信号を変換成分値に変換し、量子化し、符号化する符号化装置で符号化されたデータを復号する装置であって、前記符号化されたデータから量子化成分を復号する復号手段と、前記量子化成分から変換成分値の存在範囲を生成する第1の逆量子化手段と、第iページに隣接するページに属する変換成分値の存在範囲と前記第iページの変換成分の存在範囲を用いて第iページの変換成分値を生成する第2の逆量子化手段と、前記第2の量子化手段で生成された変換成分値を逆変換して映像信号を生成する逆変換手段とを備えた構成としたものである。
【0008】
【作用】上記のような構成により、第1の発明の符号化装置では、ページ毎に量子化方法を変える。これによって、静止画部ではページ毎に量子化後の変換成分値の存在範囲が異なるため、複数ページの存在範囲のオーバーラップする部分を再生することによって、量子化誤差を大幅に低減する。
【0009】また、第2の発明の符号化装置では、変換成分に対する量子化でページ毎に四捨五入と切り捨ての2種類の量子化丸めを切り替えて利用する。このような簡単な動作によって、静止画部では量子化歪みを従来の1/2に低減する。
【0010】第3の発明の復号装置では、逆量子化時に隣接するページの変換成分の存在範囲を用いて、逆量子化後の変換成分値を決定する。これによって静止画時には、量子化歪みが軽減可能になる。特に、第1または第2の発明の符号化装置で符号化されたデータに適用すると大きな改善効果が得られる。
【0011】
【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら説明する。
【0012】図1は第1の発明の符号化装置における一実施例のブロック図である。図1において、101は映像信号入力部、102はページ番号検出部、103は変換部、104は量子化部、105は符号化部、106出力部、107は量子化オフセット制御部である。
【0013】図1において、映像信号入力部101からフィールド単位の映像信号がページ番号検出部102に入力される。ページ番号検出部102では、入力映像信号を1フィールドまたは所定数のフィールドを1ページとし、現在処理している映像信号のページ番号を検出する。またページ番号はnページ周期で設定され、1ページ毎に0から(n−1)までのページ番号が付加される。ページ番号検出部102で検出されたページ番号は量子化オフセット制御部107へ入力される。
【0014】ページ番号を検出された1ページの映像信号は、変換部103により隣接する標本値毎にブロック化され、ブロック毎に変換される。変換としては通常は離散コサイン変換(DCT)等の直行変換が用いられる。変換部103で生成された変換成分は量子化部104に入力される。
【0015】量子化オフセット制御部107では、入力されるページ番号に従って量子化時に加算されるオフセット値を制御する。例えば量子化幅がWの場合に、量子化オフセット値fを、f=W・i/n (ただし、i=0,・・・,n−1)
のn種類準備する。量子化時にはこれらの量子化オフセット値の一つを選択して変換成分値に加算して量子化幅Wで除算する。量子化されて得られる量子化値をQとすると、その量子化値に対する元の変換成分値の存在範囲は、(Q+i/n)・W 以上で(Q+i/n+1)・W 未満である。
【0016】量子化オフセット制御部107では、ページ番号に従って変換成分に対する量子化オフセット値を上記のn種類から選択する。これによって、連続するnページ間では、各変換成分に対する量子化オフセット値は全て異なる値に制御される。
【0017】量子化部104では量子化オフセット制御部107で選択された量子化オフセット値に従って、入力される変換成分を量子化する。量子化部104で得られた量子化値は符号化部105で符号化されて出力部106から出力される。また、ページ番号検出部102で検出されたページ番号は、符号化された映像データと共に出力される。
【0018】本実施例において、符号化されたデータを復号する際には、データと共に伝送されるページ番号から、量子化時に用いた量子化オフセット値を再現することが可能になる。これにより、量子化前の変換成分値の存在範囲を再現することができる。また、本発明に係る量子化オフセット値は連続するnページ期間で異なる値を取るため、各ページの量子化前の変換成分値の存在範囲も異なることになる。
【0019】これに対し、静止画のように連続するページ間で同一の変換成分値を取る映像信号の場合は、上記の異なる変換成分の存在範囲のオーバーラップする範囲を復号値として用いることによって、量子化誤差を1/nまで小さくすることが可能になる。従って、静止画等のページ間で変化の小さい映像信号では量子化歪みを大幅に低減することが可能になる。
【0020】以下、第2の発明の符号化装置の実施例を説明する。図2は第2の発明の符号化装置における一実施例のブロック図である。図2において、201は映像信号入力部、202はフレーム番号検出部、203は変換部、204は量子化部、205は符号化部、206出力部、207は量子化オフセット制御部である。
【0021】図2において、映像信号入力部201からフレーム単位の映像信号がフレーム番号検出部202に入力される。フレーム番号検出部202では、現在処理している映像信号のフレーム番号を検出する。また、フレーム番号は2フレーム周期で設定され、フレーム毎に0または1のフレーム番号が付加される。フレーム番号検出部202で検出されたフレーム番号は量子化オフセット制御部207へ入力される。
【0022】フレーム番号を検出された映像信号は、変換部203で隣接する標本値毎にブロック化され、ブロック毎に直交変換される。変換部203で生成された変換成分は量子化部204に入力される。
【0023】量子化オフセット制御部207では、入力されるフレーム番号に従って量子化時に加算されるオフセット値を制御する。例えば量子化幅がWの場合に、量子化オフセット値fをf=0 または W/2の2種類準備する。つまり、量子化時の丸めに切り捨てと四捨五入の2種類の丸めを用いることになる。量子化時にはこれらの量子化オフセット値の一つを選択して、変換成分値に加算して量子化幅Wで除算する。量子化されて得られる量子化値をQとすると、その量子化値に対する元の変換成分値の存在範囲は、(Q+i/2)・W 以上で(Q+i/2+1)・W 未満である(i=0、1)。
【0024】量子化オフセット制御部207では、ページ番号に従って変換成分に対する量子化オフセット値を上記の2種類から選択する。これによって、連続する2ページ間では、ある変換成分に対する量子化オフセット値は異なる値に制御される。
【0025】量子化部204では、量子化オフセット制御部207で選択された量子化オフセット値に従って、入力される変換成分を量子化する。量子化部204で得られた量子化値は、符号化部205で符号化されて出力部206から出力される。また、ページ番号検出部202で検出されたページ番号は、符号化された映像データと共に出力される。
【0026】本実施例も上記した第1の発明の実施例と同様にして、静止画部では再生時に量子化歪みを1/2に低減することが可能になる。また本実施例では、量子化オフセット値が量子化幅の0倍と1/2倍に限定されるため、量子化幅が2のべき乗の場合には量子化オフセットの加算演算が非常に簡単な回路で実現できる。また再生時に、2フレーム間のデータのみを用いるため、動きの小さな動画においても改善効果がある。
【0027】また量子化丸めとして、第0番目のフレームでは直交変換を行うブロック内の偶数番目の変換成分に切り捨てを適用し、奇数番目の変換成分に四捨五入を適用し、第1番目のフレームでは偶数番目の変換成分に四捨五入を適用し、奇数番目の変換成分に切り捨てを適用することも可能である。
【0028】この場合には、第0番目のフレーム、第1番目のフレーム共にブロック内の約1/2の変換成分に切り捨てと四捨五入が適用されるため、第0フレームと第1フレームの量子化に用いられる量子化幅をほぼ同一に制御することが可能になる。
【0029】以下、第3の発明の複号装置の実施例について説明する。図3は第3の発明の復号装置における一実施例のブロック図である。図3において、301は符号化データ入力部、302は復号部、303は第1逆量子化部、304は第2量子化部、305は逆変換部、306は映像信号出力部、307は前ページ変換成分存在範囲記憶部である。
【0030】符号化データ入力部301から入力される、ページ単位で符号化された映像データは、復号部302で量子化値に復号される。復号された量子化値は第1逆量子化部303で、その量子化値に対する変換成分値の存在範囲が求められる。求められた変換成分値の存在範囲は、第2逆量子化部304と前ページ変換成分存在範囲記憶部307に入力される。
【0031】第2量子化部304では、逆量子化すべき現ページの変換成分値の存在範囲と、前ページ変換成分存在範囲記憶部307から入力される前ページの同一変換成分に対する変換成分値の存在範囲から、逆量子化値を導出する。第2逆量子化部304で求められた逆量子化値は逆変換部305で逆変換されて、映像信号出力部306へ出力される。
【0032】本実施例では、現ページの変換成分値の復号に、前ページの変換成分値の存在範囲を用いる。ここでは現ページの変換成分値の存在範囲の中で、前ページの変換成分値の存在範囲に近い値を逆量子化値として出力する。また、前ページの変換成分値の存在範囲と現ページの変換成分値の存在範囲がオーバーラップしている場合には、そのオーバーラップしている範囲内から逆量子化値を選択する。通常隣接するページ間では変換成分値も近い値を取ることが多いため、これによって量子化歪みを低減することが可能になる。
【0033】また本実施例では、前ページの変換成分の存在範囲を参照しているが、隣接する任意のページを参照することが可能であり、存在範囲の代わりに逆量子化値を参照することも可能である。さらに、第1または第2の発明の符号化装置で符号化されたデータを、上記した実施例の構成で復号した場合には、静止画部での量子化歪みを大幅に低減することが可能になる。
【0034】以上3つの実施例を用いて本発明を説明したが、本発明の構成は以上の実施例以外にも様々な構成で実現することが可能であり、また本実施例で用いたハード構成と同一の機能をソフトウエアで実現することも可能である。
【0035】
【発明の効果】以上のように本発明の符号化装置では、ページ毎に量子化方法を変え、静止画部ではページ毎に量子化後の変換成分値の存在範囲が異なるため、複数ページの存在範囲のオーバーラップする部分を再生することによって、量子化誤差を大幅に低減することが可能になる。
【0036】また、変換成分に対する量子化でページ毎に四捨五入と切り捨ての2種類の量子化丸めを切り替えて利用することにより、静止画部では量子化歪みを従来の1/2に低減することが可能になる。
【0037】また、本発明の復号装置では、逆量子化時に隣接するページの変換成分の存在範囲を用いて、逆量子化後の変換成分値を決定するので、静止画時には、量子化歪みが軽減可能になる。特に、本発明を用いた符号化装置で符号化されたデータに適用すると大きな改善効果が得られる。
【0038】以上のように、本発明の符号化装置および復号装置は、比較的簡単な方法で量子化歪みを大幅に改善できるため、その実用的効果は非常に大きい。




 

 


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