JP2789585B2 - 高能率符号化装置 - Google Patents
高能率符号化装置Info
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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、コサイン変換（discrete cosine transf
orm）等の変換符号化に適用される高能率符号化装置に
関する。 〔従来の技術〕 画像信号の冗長度を抑圧するために、所定数の画素か
らなるブロックに画面を分割し、ブロック毎に原画像信
号の特徴と合った変換軸で線形変換を行う変換符号化が
知られている。変換符号化としては、アダマール変換，
コサイン変換等が知られている。例えば「“IEEE TRANS
ACTIONS ON COMMUNICATIONS"VOL,COM−32,NO.3,MARCH,1
984,ページ225〜231」には、第９図に示すような構成の
コサイン変換符号化装置が記載されている。 第９図において、31で示す入力端子には、標本化され
た離散的な画像信号ｆ（j,k）が供給され、この入力信
号がコサイン変換回路32に供給される。コサイン変換回
路32では、２次元コサイン変換がなされる。２次元コサ
イン変換では、次式で示される処理がなされる。但し、
原データは、１ブロックが（Ｎ×Ｎ）サンプルの２次元
データｆ（j,k）（j,k＝0,1,...,N−１）とする。 コサイン変換回路32からの係数値Ｆ（u,v）がスレッ
ショルディング回路33に供給され、情報量の削減がなさ
れる。スレッショルディング回路33からの係数値FT（u,
v）が量子化回路34に供給され、量子化回路34の出力が
コーディング回路35に供給され、ランレングス符号化及
びハフマン符号化により、所定ビット数のコード信号に
変換される。 コーディング回路35からのコード信号がバッファメモ
リ36に供給される。バッファメモリ36は、コーディング
回路35からのコード信号の伝送レートを伝送路のレート
を超えない範囲のレートに変換するために設けられてい
る。バッファメモリ36の入力側のデータレートは、可変
のものであるが、バッファメモリ36の出力側のデータレ
ートが略々一定となる。バッファメモリ36からの出力デ
ータが端子37に取り出される。 上述のように、コサイン変換回路32から得られる係数
値に対してスレッショルディングで情報量の削減がなさ
れ、バッファリングが実行される。スレッショルディン
グは、しきい値をＴとする時に、次式の実行であるが、
ブロックの直流成分を示すＦ（0,0）は、スレッショル
ディングの対象から除かれる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のようなフィードバック型のバッファリングは、
バッファメモリがオーバーフローしそうになると、バッ
ファメモリへの入力データのレートを低下させ、逆に、
バッファメモリがアンダーフローしそうになると、バッ
ファメモリへの入力データのレートを上昇させるよう
に、制御を行う。帰還量に対する感度を上げ過ぎると、
目標値付近で発振し、逆に感度を下げ過ぎると、収束に
時間がかかる問題が生じる。収束に時間がかかる時に
は、バッファメモリ36の容量を増やす必要がある。この
ように、従来のバッファリング処理は、実用に当たって
は、相当のノウハウが必要な欠点があった。 また、従来のフィードバック型のバッファリング装置
は、出力データのレートを完全に一定レートにすること
が困難である。ディジタルVTRへの変換符号化の適用を
考えると、変速再生例えば静止画再生を良好に行うため
には、１本のトラックに正確に１フレーム或いは１フィ
ールドのデータが記録される必要がある。従って、従来
の変換符号化装置をそのままディジタルVTRに適用する
ことは、困難であった。 従って、この発明の目的は、フィードフォワード型の
バッファリングにより、フレーム単位でデータレートを
一定レートすることができ、また、効率良くデータを圧
縮することができる高能率符号化装置を提供することに
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、画面を所定数の画素で構成されるブロッ
クに分割し、ブロック毎に画素データを直交変換し、係
数値データを得る変換回路と、 任意の数のブロック毎の係数値データを再ブロック化
するブロック化回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの量子化幅
を変化させた時の所定期間の発生情報量を求め、発生情
報量が目標値を越えない範囲で、且つ量子化歪が最小と
なるように、各ブロックの量子化幅を決定するバッファ
リング回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの直流成分
以外の係数値データを、元のビット数より少ないビット
数で、且つバッファリング回路により決定された量子化
幅で量子化する量子化回路とよりなり、 量子化回路の出力とバッファリング回路により決定さ
れた量子化幅を示す情報とを伝送するようにしたことを
特徴とする高能率符号化装置である。 〔作用〕 変換符号化からの係数値データは、元の画像データが
圧縮されたものとなる。また、ダイナミックレンジに適
応した符号化は、フィードフォワード型のバッファリン
グを行うことができ、出力データを例えばフレーム単位
で一定レートとすることができる。従って、この発明
は、ディジタルVTRに使用して好適である。 〔実施例〕 この発明が適用されたディジタルVTRについて図面を
参照して詳細に説明する。この説明は、下記の項目に従
ってなされる。 a.送信側及び受信側の構成 b.可変長量子化とバッファリング c.変形例 なお、ディジタルVTRの場合では、送信側が記録側に
対応し、送信側が再生側に対応する。 a.送信側及び受信側の構成 第１図において、１で示す入力端子に標本化された離
散的な画像信号が供給され、入力ディジタル信号がコサ
イン変換回路２に供給される。コサイン変換回路２で
は、従来と同様の処理により、２次元コサイン変換がな
される。コサイン変換回路２からブロックサイズ（例え
ば８×８）と対応する（８×８）の係数テーブルが得ら
れる。この係数テーブルにおいて、直流（平均値）成分
が９ビットで残りの交流成分の係数が８ビットとされ
る。コサイン変換回路２からの係数テーブルがブロック
化回路３に供給される。 ブロック化回路３により、再ブロック化がなされ、係
数テーブルがADRC符号化の単位であるブロック毎に連続
する信号に変換される。ブロック化回路３では、例えば
（８×８）の係数テーブルが第２図に示すように、４等
分される。この場合、直流成分は、ADRC符号化されず
に、そのまま伝送される。また、第３図Ａに示すよう
に、係数テーブルがジグザグ走査に応じたデータ系列に
変換される時には、このジグザグ走査と対応して、第３
図Ｂに示すような領域に再ブロック化を行うようにして
も良い。 ブロック化回路３の出力信号が最大値MAXをブロック
毎に検出する最大値検出回路4,最小値MINをブロック毎
に検出する最小値検出回路５及び遅延回路６に供給され
る。検出された最大値MAX及び最小値MINが減算回路７に
供給され、（MAX−MIN＝DR）で表されるダイナミックレ
ンジDRが減算回路７から得られる。遅延回路６は、最大
値MAX及び最小値MINを検出するために必要の時間、デー
タを遅延させる。遅延回路６からのビデオデータから最
小値MINが減算回路８において減算され、減算回路８か
らは、最小値除去後のデータPDIが得られる。 最小値除去後のデータPDIが遅延回路９を介して量子
化回路10に供給されると共に、ROM12から量子化幅Δｉ
のデータが供給される。量子化回路10は、量子化幅Δｉ
を用いてデータPDIを量子化する可変長のADRC符号化を
行う。即ち、量子化回路10では、ブロック内の画素デー
タが共有する最小値MINが除去された画素データPDIが量
子化幅Δｉで除算され、ブロックのダイナミックレンジ
DRに応じた可変のビット数（0,1,2,3,又は４ビット）の
量子化がなされる。 ブロック内のビデオ信号は、変換符号化により、ダイ
ナミックレンジDRが元のデータの値に比して小さくな
り、８ビットより少ない０ビット,1ビット,2ビット,3ビ
ット又は４ビットのビット数で量子化しても、量子化歪
が目立たない。量子化回路10は、例えばROMで構成され
る。量子化回路10からは、最大のビット数である４ビッ
トのコード信号が発生し、この量子化回路10の出力信号
の中で有効ビットが次段のフレーム化回路15において選
択される。このため、ROM12では、量子化幅Δｉと共
に、そのブロックのビット数を示すデータNbが形成さ
れ、データNbがフレーム化回路15に供給される。 ディジタルVTRでは、記録されるデータの伝送レート
が一定であるため、伝送データ量を制限しないと、一部
のデータを記録できなかったり、必要以上に圧縮率を高
くして再生画像の質が劣化したりする。そこで、バッフ
ァリング回路11が設けられ、ADRC符号化されようとする
１画面の全ブロックのダイナミックレンジDRの度数分布
が調べられ、最適な可変長符号化がなされる。バッファ
リング回路11には、演算回路７からダイナミックレンジ
DRが供給される。バッファリング回路11では、伝送デー
タのレートが一定となるようなしきい値T1,T2,T3,T4が
求められ、このしきい値と対応するパラメータコードPi
が出力される。このパラメータコードPiとブロックのダ
イナミックレンジDRで定まる量子化幅ΔｉがROM12から
読み出される。 遅延回路13及び14は、最適なしきい値がバッファリン
グ回路11で求まり、可変長量子化がされる迄の時間、ダ
イナミックレンジDR及び最小値MINを遅延させる。バッ
ファリング回路11からのパラメータコードPiと遅延回路
13,14からのダイナミックレンジDR及び最小値MINと量子
化回路10からのコード信号DTと遅延回路16を介された直
流成分の９ビットのデータとがフレーム化回路15に供給
される。フレーム化回路15は、エラー訂正用の符号化を
施したり、同期信号の付加を行う。フレーム化回路15の
出力端子17に送信データが得られる。１画面で一個のパ
ラメータコードPiが伝送され、１ブロック毎にDR,MINの
データが伝送され、１画素毎にコード信号DTが伝送され
る。また、フレーム化回路15では、前述のように、ビッ
ト数を示すデータNbを用いて、量子化回路10からのコー
ド信号DTの有効なビットの選択がなされる。 受信されたデータは、第４図において21で示す入力端
子に供給され、フレーム分解回路22により、パラメータ
コードPi、ダイナミックレンジDR、コード信号DT、最小
値MIN、直流成分のデータの夫々に分解される。復号化
回路23は、ADRCエンコーダの量子化回路10と逆にコード
信号DTを復元レベルに変換する。復号化回路23からの復
元レベルが加算回路25に供給され、最小値MINが復元レ
ベルに加算され、加算回路25からの復元データがブロッ
ク分解回路26に供給される。ブロック分解回路26の出力
信号として、係数テーブルの（７×８）の出力データが
得られる。 このブロック分解回路26の出力信号と遅延回路28を介
された直流成分と対応するデータとが逆コサイン変換回
路27に供給され、従来と同様のコサイン変換の逆の処理
がされる。逆コサイン変換回路27の出力端子29にディジ
タルテレビジョン信号の復号出力が得られる。 b.可変長量子化とバッファリング 第５図は、量子化回路10においてなされる可変長量子
化を説明するもので、T1,T2,T3,T4が夫々割り当てビッ
ト数を決定するしきい値である。これらのしきい値は、
（T4＜T3＜T2＜T1）の関係にある。 ダイナミックレンジDR（＝MAX−MIN）が（DR＝T4−
１）の時には、第５図Ａに示すように、最大値MAXと最
小値MINのみが伝送され、受信側では、両者の中間レベ
ルL0が復元レベルとされる。従って、第５図Ａに示すよ
うに、ダイナミックレンジDRが（T4−１）の時には、量
子化幅がΔ０となる。ダイナミックレンジDRが（０≦DR
≦T4−１）の場合には、割り当てビット数が０ビットで
ある。 第５図Ｂは、ダイナミックレンジDRが（T3−１）の場
合を示す。ダイナミックレンジDRが（T4≦DR≦T3−１）
の時には、割り当てビット数が１ビットとされる。従っ
て検出されたダイナミックレンジDRが２つのレベル範囲
に分割され、ブロックの最小値除去後の画素データPDI
が属するレベル範囲が量子化幅Δ１を用いて求められ、
レベル範囲と対応する“0"又は“1"の一方のコード信号
が割り当てられ、復元レベルがL0又はL1とされる。 第５図に示される可変長符号化は、ダイナミックレン
ジが大きくなるほど、量子化幅Δｉが（Δ０＜Δ１＜Δ
２＜Δ３＜Δ４）と大きくされる非直線量子化が行われ
る。非直線量子化は、量子化歪が目立ち易いダイナミッ
クレンジが小さいブロックでは、最大歪を小さくし、逆
に、ダイナミックレンジが大きいブロックでは、最大歪
を大きくするもので、圧縮率がより高くされる。 ダイナミックレンジDRが（T2−１）の場合には、第５
図Ｃに示すように、検出されたダイナミックレンジDRが
４個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫々に対し
て、２ビット（00）（01）（10）（11）が割り当てら
れ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベルL0,L1,L
2,L3とされる。従って、量子化幅Δ２を用いてデータPD
Iの属するレベル範囲が求められる。ダイナミックレン
ジDRが（T3≦DR≦T2−１）の場合では、割り当てビット
数が２ビットとされる。 また、ダイナミックレンジDRが（T1−１）の場合で
は、第５図Ｄに示すように、検出されたダイナミックレ
ンジDRが８個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫
々に対して、３ビット（000）（001）・・・（111）が
割り当てられ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベ
ルL0,L1・・・L7とされる。従って量子化幅がΔ３とな
る。ダイナミックレンジDRが（T2≦DR≦T1−１）の場合
では、割り当てビット数が３ビットとされる。 更に、ダイナミックレンジが最大の255の場合には、
第５図Ｅに示すように、検出されたダイナミックレンジ
DRが16個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫々に
対して、４ビット（0000）（0001）・・・（1111）が割
り当てられ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベル
L0,L1・・・L15とされる。従って、量子化幅がΔ４とな
る。ダイナミックレンジDRが（T1≦DR＜256）の場合で
は、割り当てビット数が４ビットとされる。 第６図は、（０〜255）の範囲のダイナミックレンジD
Rを横軸とし、発生度数を縦軸とした度数分布の一例で
ある。x1,x2,x3,x4,x5の夫々は、前述のように、しきい
値T1〜T4によって分けられたダイナミックレンジDRの五
個の範囲に含まれるブロック数を表している。（T4−
１）以下のダイナミックレンジDRを持つブロックは、０
ビットが割り当てられるので、ブロック数x5は、発生情
報量に寄与しない。従って、発生情報量は、 4x1＋3x2＋2x3＋x4 で求まる。この発生情報量がデータしきい値と比較さ
れ、データしきい値を超える時には、より大きいしきい
値のセットが適用され、同様にして発生情報量が算出さ
れる。上式の演算を行うには、設定されたしきい値のセ
ット毎に各範囲で度数分布の和を求め、この和に割り当
てビット数を乗じて加算する処理が必要である。しかし
ながら、しきい値のセットを変更する都度、上記の処理
を行うと、最適なしきい値のセットが求まる迄に時間が
かかる問題が生じる。 この一実施例は、第６図に示す度数分布を第７図に示
す積算型の度数分布に変換し、異なるしきい値のセット
と対応する発生情報量をより高速に算出でき、従って、
最適なしきい値のセットが得られる迄の収束時間を短縮
できる。 第７図から理解されるように、ダイナミックレンジDR
が最大の発生度数からスタートして、より小さいダイナ
ミックレンジDRの発生度数が順次積算されて積算型の度
数分布グラフが得られる。従って、しきい値T1迄の積算
度数がx1となり、しきい値T2迄の積算度数が（x1＋x2）
となり、しきい値T3迄の積算度数が（x1＋x2＋x3）とな
り、しきい値T4迄の積算度数が（x1＋x2＋x3＋x4）とな
る。 しきい値T1〜T4に対する発生情報量は、４（x1−０）
＋３〔（x1＋x2）−x1〕＋２〔（x1＋x2＋x3）−（x1＋
x2）〕＋１〔（x1＋x2＋x3＋x4）−（x1＋x2＋x3）＝4x
1＋3x2＋2x3＋1x4 と求まる。第７図に示される積算型の度数分布グラフ
（積算型度数分布表）を一旦、作成すれば、しきい値の
セットを更新した時に、四個の数の和により直ちに発生
情報量を求めることができる。 第８図は、バッファリング回路10の動作を示すフロー
チャートである。最初に、１画面例えば１フレームの全
てのブロックのダイナミックレンジDRが検出される（ス
テップ）。次に、１フレームのダイナミックレンジDR
の度数分布表（第６図参照）が作成される（ステップ
）。この度数分布表が積算型の度数分布表（第７図参
照）に変換される（ステップ）。 積算型の度数分布表を用いて、しきい値テーブルのし
きい値のセット（複数しきい値）に対する発生情報量、
即ち、選択されたしきい値のセットを適用してADRC符号
化を行った場合のコード信号DTの全ビット数が算出され
る（ステップ）。この場合、量子化歪が最小となるし
きい値のセット（パラメータコードP0で指定されるしき
い値のセット）から発生情報量の算出がスタートされ
る。 求められた発生情報量と目標値（データしきい値）と
が比較される（ステップ）。目標値は、送信データの
伝送レートの最大値であり、例えば（２ビット/1画素）
である。この比較の結果がステップで判定される。発
生情報量が目標値以下の場合には、当該しきい値のセッ
トを用いてADRCの量子化がされる（ステップ）。若
し、発生情報量が目標値を超える場合には、しきい値の
セットの更新がされ（ステップ）。次に、発生情報量
を少なくできる新たなしきい値のセットに関してステッ
プ，，の処理が繰り返される。 しきい値T1〜T4のテーブルとしては、例えばパラメー
タコードP0〜P31で特定される32通りのしきい値のセッ
トを使用することができる。パラメータコードPiがP0ら
P31まで変化する時に、何れのしきい値T1〜T4も減少す
ることがないように、しきい値T1〜T4の大きさが設定さ
れている。このしきい値T1〜T4の変化の仕方や大きさ
は、画質を見ながら設定される。最初のパラメータコー
ドP0のしきい値は、可逆符号化を意図して、非常に小さ
い値となる。また、パラメータコードP31のしきい値の
場合には、全画面が１ビット割り当てとなる。 このようにしきい値T1〜T4が設定されていると、ステ
ップにおいて、発生情報量を算出する場合に、パラメ
ータコードをP0からP31に向かって順次変化させた時
に、発生情報量が単調減少することになる。従って、パ
ラメータコードをP0からスタートしてP31まで変化させ
ると、ステップにおいて、最初に発生情報量が目標値
以下となるしきい値のセットが必ず得られ、このしきい
値のセットが適用されてADRCの符号化がなされる。 なお、コード信号DT以外にダイナミックレンジDR、最
小値MIN、パラメータコードPi、直流成分に対応するデ
ータ及び誤り訂正コードの冗長コードが伝送されるが、
これらのデータは、固定長であるため、伝送データのレ
ートを検査する際に、目標値にオフセットを持たせるこ
とで無視することができる。 c.変形例 この発明は、変換符号化で得られた一つの係数テーブ
ルを複数ブロックに再ブロック化するのに限らず、複数
の係数テーブルを集めて、再ブロック化を行うようにし
ても良い。 また、変換符号化としては、コサイン変換に限らず、
アダマール変換等の直交変換を使用しても良い。 〔発明の効果〕 この発明では、フィードフォワード型のバッファリン
グを適用することにより、フレーム単位で一定レートの
出力データを発生させることができ、ディジタルVTRに
適用して好適である。また、この発明では、係数値デー
タを再ブロック化し、再ブロックで形成された各ブロッ
クの係数値データの特性に応じて量子化幅を設定するよ
うにしたので、量子化歪が増大することなく、バッファ
リング制御を行うことができる。
orm）等の変換符号化に適用される高能率符号化装置に
関する。 〔従来の技術〕 画像信号の冗長度を抑圧するために、所定数の画素か
らなるブロックに画面を分割し、ブロック毎に原画像信
号の特徴と合った変換軸で線形変換を行う変換符号化が
知られている。変換符号化としては、アダマール変換，
コサイン変換等が知られている。例えば「“IEEE TRANS
ACTIONS ON COMMUNICATIONS"VOL,COM−32,NO.3,MARCH,1
984,ページ225〜231」には、第９図に示すような構成の
コサイン変換符号化装置が記載されている。 第９図において、31で示す入力端子には、標本化され
た離散的な画像信号ｆ（j,k）が供給され、この入力信
号がコサイン変換回路32に供給される。コサイン変換回
路32では、２次元コサイン変換がなされる。２次元コサ
イン変換では、次式で示される処理がなされる。但し、
原データは、１ブロックが（Ｎ×Ｎ）サンプルの２次元
データｆ（j,k）（j,k＝0,1,...,N−１）とする。 コサイン変換回路32からの係数値Ｆ（u,v）がスレッ
ショルディング回路33に供給され、情報量の削減がなさ
れる。スレッショルディング回路33からの係数値FT（u,
v）が量子化回路34に供給され、量子化回路34の出力が
コーディング回路35に供給され、ランレングス符号化及
びハフマン符号化により、所定ビット数のコード信号に
変換される。 コーディング回路35からのコード信号がバッファメモ
リ36に供給される。バッファメモリ36は、コーディング
回路35からのコード信号の伝送レートを伝送路のレート
を超えない範囲のレートに変換するために設けられてい
る。バッファメモリ36の入力側のデータレートは、可変
のものであるが、バッファメモリ36の出力側のデータレ
ートが略々一定となる。バッファメモリ36からの出力デ
ータが端子37に取り出される。 上述のように、コサイン変換回路32から得られる係数
値に対してスレッショルディングで情報量の削減がなさ
れ、バッファリングが実行される。スレッショルディン
グは、しきい値をＴとする時に、次式の実行であるが、
ブロックの直流成分を示すＦ（0,0）は、スレッショル
ディングの対象から除かれる。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上述のようなフィードバック型のバッファリングは、
バッファメモリがオーバーフローしそうになると、バッ
ファメモリへの入力データのレートを低下させ、逆に、
バッファメモリがアンダーフローしそうになると、バッ
ファメモリへの入力データのレートを上昇させるよう
に、制御を行う。帰還量に対する感度を上げ過ぎると、
目標値付近で発振し、逆に感度を下げ過ぎると、収束に
時間がかかる問題が生じる。収束に時間がかかる時に
は、バッファメモリ36の容量を増やす必要がある。この
ように、従来のバッファリング処理は、実用に当たって
は、相当のノウハウが必要な欠点があった。 また、従来のフィードバック型のバッファリング装置
は、出力データのレートを完全に一定レートにすること
が困難である。ディジタルVTRへの変換符号化の適用を
考えると、変速再生例えば静止画再生を良好に行うため
には、１本のトラックに正確に１フレーム或いは１フィ
ールドのデータが記録される必要がある。従って、従来
の変換符号化装置をそのままディジタルVTRに適用する
ことは、困難であった。 従って、この発明の目的は、フィードフォワード型の
バッファリングにより、フレーム単位でデータレートを
一定レートすることができ、また、効率良くデータを圧
縮することができる高能率符号化装置を提供することに
ある。 〔問題点を解決するための手段〕 この発明は、画面を所定数の画素で構成されるブロッ
クに分割し、ブロック毎に画素データを直交変換し、係
数値データを得る変換回路と、 任意の数のブロック毎の係数値データを再ブロック化
するブロック化回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの量子化幅
を変化させた時の所定期間の発生情報量を求め、発生情
報量が目標値を越えない範囲で、且つ量子化歪が最小と
なるように、各ブロックの量子化幅を決定するバッファ
リング回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの直流成分
以外の係数値データを、元のビット数より少ないビット
数で、且つバッファリング回路により決定された量子化
幅で量子化する量子化回路とよりなり、 量子化回路の出力とバッファリング回路により決定さ
れた量子化幅を示す情報とを伝送するようにしたことを
特徴とする高能率符号化装置である。 〔作用〕 変換符号化からの係数値データは、元の画像データが
圧縮されたものとなる。また、ダイナミックレンジに適
応した符号化は、フィードフォワード型のバッファリン
グを行うことができ、出力データを例えばフレーム単位
で一定レートとすることができる。従って、この発明
は、ディジタルVTRに使用して好適である。 〔実施例〕 この発明が適用されたディジタルVTRについて図面を
参照して詳細に説明する。この説明は、下記の項目に従
ってなされる。 a.送信側及び受信側の構成 b.可変長量子化とバッファリング c.変形例 なお、ディジタルVTRの場合では、送信側が記録側に
対応し、送信側が再生側に対応する。 a.送信側及び受信側の構成 第１図において、１で示す入力端子に標本化された離
散的な画像信号が供給され、入力ディジタル信号がコサ
イン変換回路２に供給される。コサイン変換回路２で
は、従来と同様の処理により、２次元コサイン変換がな
される。コサイン変換回路２からブロックサイズ（例え
ば８×８）と対応する（８×８）の係数テーブルが得ら
れる。この係数テーブルにおいて、直流（平均値）成分
が９ビットで残りの交流成分の係数が８ビットとされ
る。コサイン変換回路２からの係数テーブルがブロック
化回路３に供給される。 ブロック化回路３により、再ブロック化がなされ、係
数テーブルがADRC符号化の単位であるブロック毎に連続
する信号に変換される。ブロック化回路３では、例えば
（８×８）の係数テーブルが第２図に示すように、４等
分される。この場合、直流成分は、ADRC符号化されず
に、そのまま伝送される。また、第３図Ａに示すよう
に、係数テーブルがジグザグ走査に応じたデータ系列に
変換される時には、このジグザグ走査と対応して、第３
図Ｂに示すような領域に再ブロック化を行うようにして
も良い。 ブロック化回路３の出力信号が最大値MAXをブロック
毎に検出する最大値検出回路4,最小値MINをブロック毎
に検出する最小値検出回路５及び遅延回路６に供給され
る。検出された最大値MAX及び最小値MINが減算回路７に
供給され、（MAX−MIN＝DR）で表されるダイナミックレ
ンジDRが減算回路７から得られる。遅延回路６は、最大
値MAX及び最小値MINを検出するために必要の時間、デー
タを遅延させる。遅延回路６からのビデオデータから最
小値MINが減算回路８において減算され、減算回路８か
らは、最小値除去後のデータPDIが得られる。 最小値除去後のデータPDIが遅延回路９を介して量子
化回路10に供給されると共に、ROM12から量子化幅Δｉ
のデータが供給される。量子化回路10は、量子化幅Δｉ
を用いてデータPDIを量子化する可変長のADRC符号化を
行う。即ち、量子化回路10では、ブロック内の画素デー
タが共有する最小値MINが除去された画素データPDIが量
子化幅Δｉで除算され、ブロックのダイナミックレンジ
DRに応じた可変のビット数（0,1,2,3,又は４ビット）の
量子化がなされる。 ブロック内のビデオ信号は、変換符号化により、ダイ
ナミックレンジDRが元のデータの値に比して小さくな
り、８ビットより少ない０ビット,1ビット,2ビット,3ビ
ット又は４ビットのビット数で量子化しても、量子化歪
が目立たない。量子化回路10は、例えばROMで構成され
る。量子化回路10からは、最大のビット数である４ビッ
トのコード信号が発生し、この量子化回路10の出力信号
の中で有効ビットが次段のフレーム化回路15において選
択される。このため、ROM12では、量子化幅Δｉと共
に、そのブロックのビット数を示すデータNbが形成さ
れ、データNbがフレーム化回路15に供給される。 ディジタルVTRでは、記録されるデータの伝送レート
が一定であるため、伝送データ量を制限しないと、一部
のデータを記録できなかったり、必要以上に圧縮率を高
くして再生画像の質が劣化したりする。そこで、バッフ
ァリング回路11が設けられ、ADRC符号化されようとする
１画面の全ブロックのダイナミックレンジDRの度数分布
が調べられ、最適な可変長符号化がなされる。バッファ
リング回路11には、演算回路７からダイナミックレンジ
DRが供給される。バッファリング回路11では、伝送デー
タのレートが一定となるようなしきい値T1,T2,T3,T4が
求められ、このしきい値と対応するパラメータコードPi
が出力される。このパラメータコードPiとブロックのダ
イナミックレンジDRで定まる量子化幅ΔｉがROM12から
読み出される。 遅延回路13及び14は、最適なしきい値がバッファリン
グ回路11で求まり、可変長量子化がされる迄の時間、ダ
イナミックレンジDR及び最小値MINを遅延させる。バッ
ファリング回路11からのパラメータコードPiと遅延回路
13,14からのダイナミックレンジDR及び最小値MINと量子
化回路10からのコード信号DTと遅延回路16を介された直
流成分の９ビットのデータとがフレーム化回路15に供給
される。フレーム化回路15は、エラー訂正用の符号化を
施したり、同期信号の付加を行う。フレーム化回路15の
出力端子17に送信データが得られる。１画面で一個のパ
ラメータコードPiが伝送され、１ブロック毎にDR,MINの
データが伝送され、１画素毎にコード信号DTが伝送され
る。また、フレーム化回路15では、前述のように、ビッ
ト数を示すデータNbを用いて、量子化回路10からのコー
ド信号DTの有効なビットの選択がなされる。 受信されたデータは、第４図において21で示す入力端
子に供給され、フレーム分解回路22により、パラメータ
コードPi、ダイナミックレンジDR、コード信号DT、最小
値MIN、直流成分のデータの夫々に分解される。復号化
回路23は、ADRCエンコーダの量子化回路10と逆にコード
信号DTを復元レベルに変換する。復号化回路23からの復
元レベルが加算回路25に供給され、最小値MINが復元レ
ベルに加算され、加算回路25からの復元データがブロッ
ク分解回路26に供給される。ブロック分解回路26の出力
信号として、係数テーブルの（７×８）の出力データが
得られる。 このブロック分解回路26の出力信号と遅延回路28を介
された直流成分と対応するデータとが逆コサイン変換回
路27に供給され、従来と同様のコサイン変換の逆の処理
がされる。逆コサイン変換回路27の出力端子29にディジ
タルテレビジョン信号の復号出力が得られる。 b.可変長量子化とバッファリング 第５図は、量子化回路10においてなされる可変長量子
化を説明するもので、T1,T2,T3,T4が夫々割り当てビッ
ト数を決定するしきい値である。これらのしきい値は、
（T4＜T3＜T2＜T1）の関係にある。 ダイナミックレンジDR（＝MAX−MIN）が（DR＝T4−
１）の時には、第５図Ａに示すように、最大値MAXと最
小値MINのみが伝送され、受信側では、両者の中間レベ
ルL0が復元レベルとされる。従って、第５図Ａに示すよ
うに、ダイナミックレンジDRが（T4−１）の時には、量
子化幅がΔ０となる。ダイナミックレンジDRが（０≦DR
≦T4−１）の場合には、割り当てビット数が０ビットで
ある。 第５図Ｂは、ダイナミックレンジDRが（T3−１）の場
合を示す。ダイナミックレンジDRが（T4≦DR≦T3−１）
の時には、割り当てビット数が１ビットとされる。従っ
て検出されたダイナミックレンジDRが２つのレベル範囲
に分割され、ブロックの最小値除去後の画素データPDI
が属するレベル範囲が量子化幅Δ１を用いて求められ、
レベル範囲と対応する“0"又は“1"の一方のコード信号
が割り当てられ、復元レベルがL0又はL1とされる。 第５図に示される可変長符号化は、ダイナミックレン
ジが大きくなるほど、量子化幅Δｉが（Δ０＜Δ１＜Δ
２＜Δ３＜Δ４）と大きくされる非直線量子化が行われ
る。非直線量子化は、量子化歪が目立ち易いダイナミッ
クレンジが小さいブロックでは、最大歪を小さくし、逆
に、ダイナミックレンジが大きいブロックでは、最大歪
を大きくするもので、圧縮率がより高くされる。 ダイナミックレンジDRが（T2−１）の場合には、第５
図Ｃに示すように、検出されたダイナミックレンジDRが
４個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫々に対し
て、２ビット（00）（01）（10）（11）が割り当てら
れ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベルL0,L1,L
2,L3とされる。従って、量子化幅Δ２を用いてデータPD
Iの属するレベル範囲が求められる。ダイナミックレン
ジDRが（T3≦DR≦T2−１）の場合では、割り当てビット
数が２ビットとされる。 また、ダイナミックレンジDRが（T1−１）の場合で
は、第５図Ｄに示すように、検出されたダイナミックレ
ンジDRが８個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫
々に対して、３ビット（000）（001）・・・（111）が
割り当てられ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベ
ルL0,L1・・・L7とされる。従って量子化幅がΔ３とな
る。ダイナミックレンジDRが（T2≦DR≦T1−１）の場合
では、割り当てビット数が３ビットとされる。 更に、ダイナミックレンジが最大の255の場合には、
第５図Ｅに示すように、検出されたダイナミックレンジ
DRが16個のレベル範囲に分割され、レベル範囲の夫々に
対して、４ビット（0000）（0001）・・・（1111）が割
り当てられ、各レベル範囲の中央のレベルが復元レベル
L0,L1・・・L15とされる。従って、量子化幅がΔ４とな
る。ダイナミックレンジDRが（T1≦DR＜256）の場合で
は、割り当てビット数が４ビットとされる。 第６図は、（０〜255）の範囲のダイナミックレンジD
Rを横軸とし、発生度数を縦軸とした度数分布の一例で
ある。x1,x2,x3,x4,x5の夫々は、前述のように、しきい
値T1〜T4によって分けられたダイナミックレンジDRの五
個の範囲に含まれるブロック数を表している。（T4−
１）以下のダイナミックレンジDRを持つブロックは、０
ビットが割り当てられるので、ブロック数x5は、発生情
報量に寄与しない。従って、発生情報量は、 4x1＋3x2＋2x3＋x4 で求まる。この発生情報量がデータしきい値と比較さ
れ、データしきい値を超える時には、より大きいしきい
値のセットが適用され、同様にして発生情報量が算出さ
れる。上式の演算を行うには、設定されたしきい値のセ
ット毎に各範囲で度数分布の和を求め、この和に割り当
てビット数を乗じて加算する処理が必要である。しかし
ながら、しきい値のセットを変更する都度、上記の処理
を行うと、最適なしきい値のセットが求まる迄に時間が
かかる問題が生じる。 この一実施例は、第６図に示す度数分布を第７図に示
す積算型の度数分布に変換し、異なるしきい値のセット
と対応する発生情報量をより高速に算出でき、従って、
最適なしきい値のセットが得られる迄の収束時間を短縮
できる。 第７図から理解されるように、ダイナミックレンジDR
が最大の発生度数からスタートして、より小さいダイナ
ミックレンジDRの発生度数が順次積算されて積算型の度
数分布グラフが得られる。従って、しきい値T1迄の積算
度数がx1となり、しきい値T2迄の積算度数が（x1＋x2）
となり、しきい値T3迄の積算度数が（x1＋x2＋x3）とな
り、しきい値T4迄の積算度数が（x1＋x2＋x3＋x4）とな
る。 しきい値T1〜T4に対する発生情報量は、４（x1−０）
＋３〔（x1＋x2）−x1〕＋２〔（x1＋x2＋x3）−（x1＋
x2）〕＋１〔（x1＋x2＋x3＋x4）−（x1＋x2＋x3）＝4x
1＋3x2＋2x3＋1x4 と求まる。第７図に示される積算型の度数分布グラフ
（積算型度数分布表）を一旦、作成すれば、しきい値の
セットを更新した時に、四個の数の和により直ちに発生
情報量を求めることができる。 第８図は、バッファリング回路10の動作を示すフロー
チャートである。最初に、１画面例えば１フレームの全
てのブロックのダイナミックレンジDRが検出される（ス
テップ）。次に、１フレームのダイナミックレンジDR
の度数分布表（第６図参照）が作成される（ステップ
）。この度数分布表が積算型の度数分布表（第７図参
照）に変換される（ステップ）。 積算型の度数分布表を用いて、しきい値テーブルのし
きい値のセット（複数しきい値）に対する発生情報量、
即ち、選択されたしきい値のセットを適用してADRC符号
化を行った場合のコード信号DTの全ビット数が算出され
る（ステップ）。この場合、量子化歪が最小となるし
きい値のセット（パラメータコードP0で指定されるしき
い値のセット）から発生情報量の算出がスタートされ
る。 求められた発生情報量と目標値（データしきい値）と
が比較される（ステップ）。目標値は、送信データの
伝送レートの最大値であり、例えば（２ビット/1画素）
である。この比較の結果がステップで判定される。発
生情報量が目標値以下の場合には、当該しきい値のセッ
トを用いてADRCの量子化がされる（ステップ）。若
し、発生情報量が目標値を超える場合には、しきい値の
セットの更新がされ（ステップ）。次に、発生情報量
を少なくできる新たなしきい値のセットに関してステッ
プ，，の処理が繰り返される。 しきい値T1〜T4のテーブルとしては、例えばパラメー
タコードP0〜P31で特定される32通りのしきい値のセッ
トを使用することができる。パラメータコードPiがP0ら
P31まで変化する時に、何れのしきい値T1〜T4も減少す
ることがないように、しきい値T1〜T4の大きさが設定さ
れている。このしきい値T1〜T4の変化の仕方や大きさ
は、画質を見ながら設定される。最初のパラメータコー
ドP0のしきい値は、可逆符号化を意図して、非常に小さ
い値となる。また、パラメータコードP31のしきい値の
場合には、全画面が１ビット割り当てとなる。 このようにしきい値T1〜T4が設定されていると、ステ
ップにおいて、発生情報量を算出する場合に、パラメ
ータコードをP0からP31に向かって順次変化させた時
に、発生情報量が単調減少することになる。従って、パ
ラメータコードをP0からスタートしてP31まで変化させ
ると、ステップにおいて、最初に発生情報量が目標値
以下となるしきい値のセットが必ず得られ、このしきい
値のセットが適用されてADRCの符号化がなされる。 なお、コード信号DT以外にダイナミックレンジDR、最
小値MIN、パラメータコードPi、直流成分に対応するデ
ータ及び誤り訂正コードの冗長コードが伝送されるが、
これらのデータは、固定長であるため、伝送データのレ
ートを検査する際に、目標値にオフセットを持たせるこ
とで無視することができる。 c.変形例 この発明は、変換符号化で得られた一つの係数テーブ
ルを複数ブロックに再ブロック化するのに限らず、複数
の係数テーブルを集めて、再ブロック化を行うようにし
ても良い。 また、変換符号化としては、コサイン変換に限らず、
アダマール変換等の直交変換を使用しても良い。 〔発明の効果〕 この発明では、フィードフォワード型のバッファリン
グを適用することにより、フレーム単位で一定レートの
出力データを発生させることができ、ディジタルVTRに
適用して好適である。また、この発明では、係数値デー
タを再ブロック化し、再ブロックで形成された各ブロッ
クの係数値データの特性に応じて量子化幅を設定するよ
うにしたので、量子化歪が増大することなく、バッファ
リング制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の一実施例の送信側の構成を示すブロ
ック図、第２図及び第３図はブロックの説明のための略
線図、第４図は受信側のブロック図、第５図は可変長量
子化の説明のための略線図、第６図及び第７図は度数分
布表の説明のためのブロック図、第８図はバッファリン
グの説明のためのフローチャート、第９図は従来のバッ
ファリングの説明のためのブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビデオ信号の入力端子、 2:コサイン変換回路、3:ブロック化回路、 4:最大値検出回路、5:最小値検出回路、 7,8:減算回路、10:量子化回路、 11:バッファリング回路。
ック図、第２図及び第３図はブロックの説明のための略
線図、第４図は受信側のブロック図、第５図は可変長量
子化の説明のための略線図、第６図及び第７図は度数分
布表の説明のためのブロック図、第８図はバッファリン
グの説明のためのフローチャート、第９図は従来のバッ
ファリングの説明のためのブロック図である。 図面における主要な符号の説明 1:ディジタルビデオ信号の入力端子、 2:コサイン変換回路、3:ブロック化回路、 4:最大値検出回路、5:最小値検出回路、 7,8:減算回路、10:量子化回路、 11:バッファリング回路。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名)
H04N 7/24 - 7/68
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．画面を所定数の画素で構成されるブロックに分割
し、上記ブロック毎に画素データを直交変換し、係数値
データを得る変換回路と、 任意の数のブロック毎の上記係数値データを再ブロック
化するブロック化回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの量子化幅を
変化させた時の所定期間の発生情報量を求め、上記発生
情報量が目標値を越えない範囲で、且つ量子化歪が最小
となるように、上記各ブロックの量子化幅を決定するバ
ッファリング回路と、 再ブロック化により形成された各ブロックの直流成分以
外の係数値データを、元のビット数より少ないビット数
で、且つ上記バッファリング回路により決定された量子
化幅で量子化する量子化回路とよりなり、 上記量子化回路の出力と上記バッファリング回路により
決定された量子化幅を示す情報とを伝送するようにした
ことを特徴とする高能率符号化装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27056487A JP2789585B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 高能率符号化装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP27056487A JP2789585B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 高能率符号化装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01114179A JPH01114179A (ja) | 1989-05-02 |
| JP2789585B2 true JP2789585B2 (ja) | 1998-08-20 |
Family
ID=17487918
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP27056487A Expired - Lifetime JP2789585B2 (ja) | 1987-10-27 | 1987-10-27 | 高能率符号化装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2789585B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7199954B2 (en) | 2003-07-15 | 2007-04-03 | Hitachi Global Storage Technologies Netherlands, B.V. | Method, apparatus and program storage device for determining sector block sizes using existing controller signals |
| JP5618128B2 (ja) * | 2010-02-22 | 2014-11-05 | ソニー株式会社 | 符号化装置、符号化方法、およびプログラム |
| JP5523360B2 (ja) * | 2011-01-17 | 2014-06-18 | 日本電信電話株式会社 | Ｎ分木内部ノードの圧縮方法及び装置及びプログラム |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0793723B2 (ja) * | 1984-12-19 | 1995-10-09 | ソニー株式会社 | テレビジョン信号の高能率符号化装置及び符号化方法 |
-
1987
- 1987-10-27 JP JP27056487A patent/JP2789585B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ＩＥＥＥ Ｒｅｇｉｏｎ １０ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，（１９８７−８） Ｐ．４１８−４２２ |
| 電子通信学会技報 ＩＥ８５−５９ （１９８５） Ｐ．１０５−１１２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01114179A (ja) | 1989-05-02 |
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